Kuinka paljon varavoimaa datakeskus tarvitsee Suomessa? Perustelut kahden tunnin sähkövarastolle

Useimmille datakeskuksille Suomessa vastaus otsikon kysymykseen on kaksi tuntia.

Fingridin menettely sähköpulan uhatessa ei pimennä koko maata. Se katkaisee sähköt kiertävästi alueittain, kaksi tuntia kerrallaan. Sähköpula on vakavin sähkön saatavuuteen liittyvä tilanne, johon Suomessa varaudutaan. Se on myös menettely, jota ei ole vielä koskaan jouduttu käyttämään. Siihen mitoittaminen tarkoittaa kahden tunnin kattamista koko laitoksen kuormalla: sähkövarastoa harkittaessa se tarkoittaisi 20 MW:n kohteessa noin 40–50 MWh:n akkukapasiteettia. Se riittää selviämään todennäköisimmästä sähkönsaantia uhkaavasta tilanteesta. Toisin kuin tavallista polttoaineella toimivaa varavoimalaa, varavoima-akkua voidaan käyttää suurimman osan ajasta sähkön tukku- ja reservimarkkinoilla sähkön hankintakustannusten vähentämiseksi. 

Kaksi tuntia pohjautuu siis kansallisen sähköverkon menettelyyn pulatilanteessa. Erikseen on arvioitava, voivatko tavalliset verkkoviat tai sääilmiöt vaatia enemmän varavoimaa. Suomessa näin käy kuitenkin harvoin. 

Verrattuna esimerkiksi Yhdysvaltoihin, joissa asiakas kokee normaalioloissa yhteensä noin kaksi tuntia sähkökatkoja vuodessa, ja 5–11 tuntia kun suuret sääilmiöt lasketaan mukaan (EIA:n data), Suomessa tilanne on toinen. Kaupunkimaisilla, kaavoitetuilla alueilla, joilla jakeluverkot on pitkälti maakaapeloitu ja joilla sähkömarkkinalaki rajaa sään aiheuttamat keskeytykset vuositasolla kuuteen tuntiin, pitkäkestoiset sähkökatkot ovat erittäin harvinaisia. Kantaverkkotasolla Fingrid mittaa vuotuiset keskeytyksensä minuutteina. 

Suomi on sähköverkon luotettavuuden lisäksi hyvä sijainti datakeskuksille myös muista syistä: luontaisesti viileä ilmasto, koulutettu työvoima ja moderni infrastruktuuri. Laitokset voivat myös myydä hukkalämpöä paikallisiin kaukolämpöverkkoihin, mikä muuttaa lämpöhävikin tulonlähteeksi. Lisäksi valtio on ilmoittanut datakeskuksille uudesta investointitukijärjestelmästä, joka on tarkoitus ottaa käyttöön syksyllä 2026. 

Tässä artikkelissa käydään läpi datakeskusten varavoimatarvetta Suomessa pohjautuen verkon toimintaan, ja verrataan akustoa dieselgeneraattoriin. 

Varautuminen pahimpaan mahdolliseen tilanteeseen 

Kuinka paljon varavoimaa todella tarvitaan? Koska sähköverkot ja toimintatavat vaihtelevat maiden välillä, kannattaa varavoiman määrä mitoittaa vakavimpaan tilanteeseen, joka omassa kohteessa on realistisesti mahdollinen. 

Suomessa vakavin, varautumista vaativa tilanne on valtakunnallinen sähköpula, ja Fingridin toimintatapa on sen keston osalta selkeästi määritelty. Se ohjeistaa jakeluyhtiöitä katkaisemaan sähköt alueittain vuorotellen, pääsääntöisesti kaksi tuntia kerrallaan, kunnes tuotanto ja kulutus ovat jälleen tasapainossa. Kaksi tuntia varavoimaa perustuu näin ollen voimassa olevaan ohjeistukseen.

Suomessa ei ole koskaan jouduttu toteuttamaan sähköpulan vuoksi kiertäviä katkoja. Lähimpänä vastaavaa tilannetta oltiin talvella 2022–2023, kun Fingrid varoitti julkisesti sähköpulan mahdollisuudesta Venäjän tuonnin loputtua ja Olkiluoto 3:n viivästyttyä. Järjestelmä kuitenkin kesti, ja Olkiluoto 3 on sittemmin tuonut 1,6 GW lisää varmaa kapasiteettia. Kahden tunnin katkoon mitoittaminen tarkoittaa siis mitoittamista skenaarioon, jonka järjestelmävastaava on suunnitellut, mutta jota ei ole vielä tarvittu. 

Kun varavoimaa mitoitetaan kahden tunnin tarpeen perusteella, on mielessä pidettävä kaksi asiaa; tehopulassa sähkökatkot kiertävät ja varavoiman mitoitusperuste. Käsitellään ensiksi kiertäviä sähkökatkoja. Fingridin määrittämä rytmi on kaksi tuntia ilman sähköä ja sen jälkeen kuusi, neljä tai kaksi tuntia sähköllä riippuen siitä, kuinka suuri osa kulutuksesta on kytkettävä irti: 10, 20 vai 30 prosenttia. Sähköpula voi kestää päiviä. Akun on ehdittävä latautua tuon päälläolojakson aikana, siis tunteina jolloin verkko on käytössä mutta tiukilla. Tämän lisäksi kahden tunnin on katettava koko laitoksen kuorma, ei pelkkää IT-kuormaa (2 tuntia kerrottuna IT-kuorman, jäähdytyksen ja muun kiinteistötekniikan summalla). 20 MW:n kohteessa se on noin 40–50 MWh kapasiteettia, mikä on suuri mutta täysin tavanomainen kokonaisuus. Molemmat parametrit mallinnetaan kohdekohtaisesti.

‍

Kun kyse on tekoälymallien koulutuksesta, eräajoista ja suurteholaskennasta, joissa hallittu tauko on tarkistuspisteiden avulla hyväksyttävä, näin mitoitettu sähkövarasto (BESS) kattaa todennäköisimmän vakavan tilanteen. Monen vuorokauden dieselvarasto sitoo näissä käyttötapauksissa merkittävästi investointipääomaa sellaista tapahtumaa varten, jonka välttämiseksi paikallinen verkko on rakennettu. Pidemmät paikalliset viat, kuten sähköaseman palo tai vaurioitunut kaapeli, ovat edelleen mahdollisia, ja jokaisen toimijan on arvioitava ne omassa riskianalyysissään.

Olennaista on, että riskiarvio perustuu paikalliseen verkkoon eikä oletuksiin, jotka pohjautuvat epävakaampien verkkojen toimintaan. 

Esimerkiksi alla oleva kuvaaja esittää sähkökatkojen kestojakauman Cactoksen asiakaskohteissa Suomessa tammi–elokuussa 2026. Kirjatuista katkoista yli puolet oli ohi kahdessa minuutissa ja 83 prosenttia viidessätoista. Mediaanikatko kesti kaksi minuuttia.

Akusto vai diesel kaavoitetulla alueella

Nykyaikainen akkuteknologia muuttaa laitossuunnittelun lähtökohtia. Tavanomainen datakeskuksen dieselgeneraattori käynnistyy ja ottaa kuorman vastaan 10–15 sekunnissa, mikä edellyttää erillistä UPS-varmennusta kattamaan tuon viiveen ja epäonnistuneet käynnistykset. Verkkoa luovilla inverttereillä varustettu akusto vastaa käytännössä välittömästi, jolloin UPS-järjestelmät voidaan mitoittaa pienemmiksi sen sijaan että ne ylimitoitettaisiin pitkien käynnistysviiveiden varalle. 

‍

Kaupunkikohteissa ja jo rakennetuilla tonteilla dieselgeneraattori tuo mukanaan myös kaikenlaisia haasteita. Suunnittelussa on otettava huomioon ympäristöluvat, melurajoitukset, polttoaineen logistiikka ja säännölliset koekäytöt, joista aiheutuu lisäkustannuksia. Isolla litiumakustolla on toki myös omat vaatimuksensa, pääasiassa kemikaaliturvallisuusilmoitus ja pelastuslaitoksen kanssa sovittu paloturvallisuussuunnittelu. Lupavaatimukset ovat kuitenkin kevyemmät, eikä polttoainetta tarvitse varastoida, käsitellä tai polttaa.

Kun varavoima maksaa itsensä takaisin

Dieselgeneraattori on arvoaan menettävä vakuutusinvestointi: se sitoo pääomaa, siitä aiheutuu huoltokustannuksia eikä se tuota mitään ennen sitä päivää, jona sitä tarvitaan. Akku sen sijaan osallistuu sähkön tukkumarkkinoille ja reservimarkkinoille jokaisena tuntina, jona sitä ei tarvita varavoimana, kun sitä ohjataan tähän tarkoitetulla energianhallinta- ja optimointiohjelmistolla, kuten Cactos Spinella. Tämä tuottaa aktiivista tuloa, joka kattaa suoraan akun omia kustannuksia. 

Lisäksi akkuihin perustuvaa varavoimakapasiteettia kannattaa hallita dynaamisesti. Valtakunnallinen sähköpula, joka edellyttäisi kahden tunnin kiertokatkoja, ei iske varoittamatta: se ennustetaan tunteja tai jopa päiviä etukäteen. Normaalissa verkkotilanteessa optimointiohjelmisto voi keventää ehdotonta kahden tunnin rajaa ja vapauttaa kapasiteettia reservi- ja tukkumarkkinoille, samalla kun pienempää puskuria pidetään yllä äkillisiä, lyhytkestoisia paikallisia vikoja varten. 

Kun verkkoennusteet osoittavat pulatilanteen lähestyvän, optimointiohjelmisto lataa järjestelmän automaattisesti ja varmistaa täyden kahden tunnin (tai muun sovitun) varavoimakapasiteetin hyvissä ajoin ennen kuin mitään sähköpulan menettelyä käynnistetään. Tämä ennakoiva ohjaus maksimoi markkinatuoton tinkimättä laitoksen suojauksesta. 

Toimijoiden, jotka haluavat tuottoa tuottavan, aktiivisen varavoimaratkaisun rakentamatta omaa sähkömarkkinoiden kaupankäynnin tiimiä, kannattaa selvittää toimittajan tarjoamat kaupalliset mallit:

• Suora osto: Asiakas ostaa akkulaitteiston. Sähkövaraston toimittaja ylläpitää järjestelmää ja operoi sitä energiamarkkinoilla, ja asiakas hankkii sähkönsä itsenäisesti.

• Laitteiston leasing: Asiakas vuokraa akut kiinteää kuukausimaksua vastaan. Toimittaja hoitaa ylläpidon ja markkinaoperoinnin, ja asiakas hankkii edelleen sähkönsä itse. 

• Kokonaispalvelusopimus: Toimittaja omistaa, asentaa ja ylläpitää akkua kohteessa. Asiakas tekee sähkösopimuksen toimittajan kanssa, ja se kattaa sähköntoimituksen, hinnan suojauksen ja varavirran. Toimittaja kantaa markkinariskin ja käyttää jäljelle jäävää akkukapasiteettia reservi- ja tukkumarkkinoilla, minkä ansiosta se voi toimittaa sähköä kilpailukykyisellä katteella.

Cactos on esimerkki toimittajasta, joka tarjoaa kaikkia kolmea mallia asiakkaan tarpeiden mukaan.

Harkitsetko dieselgeneraattoria? Kysy ensin nämä kolme kysymystä

• Sijaitseeko laitos kaupunkimaisella, maakaapeloidulla alueella, jossa monen vuorokauden sähkökatko ei ole realistinen skenaario ja maassa, jossa sähköä ei ole koskaan jouduttu katkaisemaan tuotannon riittämättömyyden vuoksi?
  ‍
• Kestääkö kuorma (tekoälykoulutus, eräajot, suurteholaskenta) hallitun kahden tunnin tauon ja palautumisen tarkistuspisteiden avulla vakavan verkkohäiriön aikana? 

• Onko kohde valmis kantamaan jatkuvat käyttökustannukset käyttämättömänä seisovasta dieselkapasiteetista, kun akku voisi samalla ansaita tuloja reservi- ja tukkumarkkinoilla? 

Jos tarvitset apua oman laitoksesi varavoiman vaatimusten laskennassa, ota yhteyttä paikalliseen asiantuntijaan tai Cactoksen energia-asiantuntijoihin ja selvitä, miten markkinoihin kytketty sähkövarasto pienentäisi energiakustannuksiasi.