Sähköä on tuotettava joka hetki saman verran kuin sitä kulutetaan. Jos tämä tasapaino järkkyy, voi siitä seurata laitevikoja tai laajoja sähkökatkoja.
Suomen kantaverkon ylläpitäjä Fingrid hankkii säätövaraa sähkön tuotantoon ja kulutukseen ylläpitämiltään reservimarkkinoilta. Jos sähkön kulutus nousee, otetaan käyttöön lisää voimaloita. Vastaavasti jos tuotantoa on liikaa, voi reservimarkkinalta ostaa myös kulutusta, “ylimääräiselle” sähkölle.
Myös sähkövarastot sopivat reservimarkkinakäyttöön erinomaisesti. Ne reagoivat verkon tasapainotustarpeisiin nopeasti ja tarkasti molempiin suuntiin: kulutuksen noustessa ne luovuttavat varaustaan verkkoon, ja tuotannon noustessa ne varastoivat ylimääräistä sähköä.
Tässä artikkelissa käymme läpi seuraavia aiheita:
Sähkön tuotannon ja kulutuksen on oltavat jatkuvasti tasapainossa. Tätä tasapainoa kuvaa verkon taajuus, joka pyritään pitämään 49,9 ja 50,1 hertsin välillä. Kulutuksen ylittäessä tuotannon taajuus laskee, ja tuotannon ylittäessä kulutuksen se nousee. Jos taajuus lähtee heilumaan sille asetetusta vaihteluvälistä, on riskinä verkon ja siihen kytkettyjen laitteiden rikkoutuminen.
Jos iso voimalaitos, paljon sähköä kuluttava tehdas tai maitten välinen siirtoyhteys irtoavat sähköverkosta, verkon taajuus muuttuu. Tässä kohtaa Fingridin ja muiden pohjoismaisten kantaverkkoyhtiöiden hankkimat reservit astuvat kuvaan. Ottamalla käyttöön säätökykyistä sähkön tuotantoa tai kulutusta, kantaverkon ylläpitäjä palauttaa verkon taajuuden ja pitää verkon tasapainossa.
Koska pääsääntöisesti sähköverkko toimii hyvin vakaasti, kaikkea tasapainottamiseen varattua kapasiteettia ei suinkaan tarvitse ottaa käyttöön.
Reservimarkkinat ovat markkinaehtoinen tapa tasapainottaa sähköjärjestelmän tuotannon ja kulutuksen heilahteluja. Sen sijaan, että kantaverkon ylläpitäjä omistaisi valtavan määrän kapasiteettia verkon taajuudensäätöä varten, se hankkii säätövaraa markkinoilta.
Kantaverkko-operaattori maksaa reservimarkkinoille osallistuville toimijoille siitä, että ne pitävät yllä sovitun määrän tuotanto- tai kulutuskapasiteettia valmiina reagoimaan taajuuden muutoksiin. Verkon taajuuden muuttuessa kantaverkon ylläpitäjä ottaa tätä kapasiteettia käyttöön, hyödyntäen kuhunkin tarpeeseen parhaiten sopivia reservituotteita.
Suomi on osa Pohjoismaista synkronialuetta eli vaihtosähköjärjestelmää, jossa sähköä myydään ja siirretään maasta toiseen muuttamatta sitä välillä tasavirraksi. Koska sähköverkon taajuuden on oltava sama kaikkialla vaihtosähköyhteyksillä toisiinsa kytketyissä sähköverkoissa, niin Suomi, Ruotsi, Norja kuin osa Tanskaakin käyttävät samaa 50 hertsin taajuutta.
Pohjoismaisten kantaverkkoyhtiöden kesken solmitussa käyttösopimuksessa on määritelty, paljonko erilaisia reservejä kukin maa ostaa milläkin hetkellä. Koska pääsääntöisesti sähköverkko toimii hyvin vakaasti, kaikkea tasapainottamiseen varattua kapasiteettia ei suinkaan tarvitse ottaa käyttöön.
Lisätietoja pohjoismaisesta vaihtosähköjärjestelmästä löydät Fingridin sivuilta. Ruotsin kantaverkkoyhtiö Svenska Kraftnätin sivuilta puolestaan näet reaaliaikasta dataa siitä, miten pohjoismainen verkko toimii ja miten sähköä myydään maiden välillä.
Suomen reservimarkkinoista vastaa kantaverkkoyhtiö Fingrid. Markkinoilla käydään kauppaa joko tunneittain, päivittäin tai vuosittain. Suomen lisäksi Fingrid ostaa kapasiteettia myös muista Pohjoismaista sekä Virosta.
Kauppaa käydään huutokauppaperiaatteella. Eri toimijat tarjoavat kyvykkyyksiään eri reservituotteista ja tarjoukset järjestetään hinnan perusteella. Markkinaoperaattori, eli Suomessa Fingrid, valitsee sitten hintajärjestyksessä tarjouksista sen verran kapasiteettia, mitä kullekin tuotteelle tarvitaan.
Ostaessaan toimittajalta kapasiteettia koko vuodeksi tiettyyn hintaan kantaverkkoyhtiöt pyrkivät kustannusten ennakoitavuuteen. Vuosimarkkinan lisäksi samoja tuotteita voidaan ostaa myös päivä- ja tuntihintaan. Tällöin hintaa ei voida ennustaa kauas tulevaisuuteen, mutta Fingrid voi paikata mahdollisesti puuttuvaa kapasiteettia lähempänä sen käyttöönottoa.
Mitä nopeampi reservituotteen reagointiaika on sähköverkon toimiessa normaalisti, sitä vähemmän Fingrid sitä hankkii.
Reservituotteista käytetään englanninkielestä johdettuja kirjainyhdistelmiä. Tässä eri reservilajit listattuna nopeimmasta hitaimpaan:
Eri reservituotteilla on oma tarkoin harkittu roolinsa sähköverkon tasapainon ylläpitämisessä ja ne täydentävät toinen toisiaan. Yleistäen voisi sanoa, että mitä nopeampi reservituotteen reagointiaika on sähköverkon toimiessa normaalisti, sitä vähemmän Fingrid sitä hankkii.
Vakavavan tehopulan uhatessa Fingrid hyödyntää tarvittaessa myös omia ja kolmansien osapuolten varavoimalaitoksia sähköverkon tasapainon hallintaan. Näissä reserveissä on voimaa moninkertainen määrä, mutta niihin turvaudutaan kuitenkin vain poikkeustilanteissa. Niitä käytetään ainoastaan silloin, kun muuta kapasiteettia ei löydy markkinaehtoisesti.
Verkon taajuuden heilahduksia voidaan ajatella esimerkiksi maalipinnan naarmuina, jotka pitää korjata sitä mukaa, kun niitä tulee. Erilaiset jäljet vaativat erilaisia työkaluja, joita otetaan käyttöön tarpeen mukaan. Jotkut sopivat vain pikkunaarmujen paikkailuun, kun taas isommat kolhut vaativat järeämmät konstit.
Suurin osa heilahduksista on kuin pieniä viiruja, jotka saa nopeasti piiloon oikean värisellä tussilla. Tätä tarvetta vastaa FFR eli nopea taajuusreservi. Kovin isoa taajuuskorjausta FFR:llä ei tehdä, mutta se reagoi heilahduksiin sekunnissa.
Jos vastaan tulee hieman pidempi naarmu, kannattaa jo kaivaa maalipurkki ja sivellin esiin. FCR-N eli taajuusohjattu käyttöreservi ottaa kopin niistä tilanteista, joissa FFR:n kapasiteetti loppuu.
Kun naarmu menee pintaa syvemmälle eli tajuus heilahtaa enemmän kuin 0,1 hertsiä, tarvitaan mukaan jo vähän täyteainetta. FCR-D eli taajuusohjattu häiriöreservi korjaa heilahtelut aina 0,5 hertsiin asti. Sekä FCR-N että FCR-D saadaan käyttöön sekunneissa.
Isomman alan pintanaarmuihin puolestaan toimii parhaiten spray-maali. aFFR eli automaattinen taajuudenpalautusreservi korjaa pitkäkestoiset mutta edelleen 0,1 hertsin alle jäävät heilahtelut. Ajallisesti aFFR-tuotteet tulevat mukaan kuvioon minuuteissa häiriön alkamisesta ja vapauttavat FCR-N-reservit ottamaan koppia nopeista täräyksistä. Myös markkinoiden rakenne kannustaa tähän: FCR-D:stä käydään kauppaa tehopohjaisesti megawatteina, kun taas aFFR hinnoitellaan energiana eli megawattitunteina.
Joskus naarmu menee läpi asti ja tulee reikä. Pitkäkestoisempia suuria tuotanto- tai kulutuspoikkeamia paikkaillaan mFRR:llä eli manuaalisella taajuudenpalautusreservillä. Näiden tuotteiden käyttöönotto on jo selvästi hitaampaa ja kestää useita minuutteja.
Akut soveltuvat mainiosti reservimarkkinoille niiden nopean reagoinnin ja tarkan ohjattavuuden ansiosta. Ne toimivat hyvin sekä ali- että ylitaajuustilanteissa: purkamalla akuston varausta verkkoon voidaan paikata puuttuvaa sähköntuotantoa. Kun taas sähköntuotantoa on liikaa, akku lataa itseään verkosta.
Teknisesti akut sopivat kaikkien eri reservituotteiden tuottamiseen, mutta käytännössä akut ovat toistaiseksi osallistuneet varsinkin taajuusohjatun käyttö- ja häiriöreservin tuottamiseen. Näihin tuotteisiin keskittyminen ei johdu niinkään teknisistä seikoista, vaan ennemminkin markkinamallista ja markkinan koosta.
Reservimarkkinoille osallistuminen vaatii muutakin kuin säätökykyisen laitteen hankintaa. Päästäkseen mukaan sekä laitteiston että järjestelmien on vastattava tarkkoja vaatimuksia, ja kapasiteettia on löydyttävä tarpeeksi.
Reservimarkkinoille osallistuvat toimijat joutuvat suorittamaan laitteille ja IT-järjestelmille Fingridin suorittamat säätökokeet. Niillä varmistetaan, että niin fyysiset laitteet kuin niitä ohjaavat tietojärjestelmätkin täyttävät tarkat tekniset vaatimukset. Nämä testit tehdään erikseen eri reservituotteille, sillä näiden vaatimukset poikkeavat toisistaan.
Kullekin reservituotteelle on määritelty minimiteho, jolla markkinoille voidaan osallistua. Esimerkiksi taajuusohjatun käyttöreservin, FCR-N:n, minimitarjouskoko on 100 kilowattia. Automaattisen taajuudenpalautuservin, aFRR:n, markkinalla minimitarjouskoko on puolestaan 1 megawatti.
Tarjouskoko ja akun teho eivät kuitenkaan ole sama asia. Esimerkiksi FCR-N:ää tuotettaessa markkinoille luvatun tehon lisäksi akuston tehokapasiteetista on varattava 34 prosenttia varaustilan hallintaan. Tällöin akuston tehon olisi käytännössä oltava 134 kilowattia, jotta markkinoille osallistuminen olisi mahdollista.
Tietotekniikan avulla myös pienemmät akustot voivat osallistua reservimarkkinoille.
Reservimarkkinoilla toimiva yritys voi koota minimitarjouskokoa pienempiä akustoja yhteen isommaksi virtuaaliseksi akuksi. Niputtamalla esimerkiksi kymmenen 150 kilowatin akustoa saadaan reservimarkkinoille yksi 1,5 megawatin virtuaalinen akku. Sillä voidaan osallistua markkinalle, jolle yksittäisellä pienemmällä akulla ei olisi asiaa.
Fingrid varmistaa säätökokein, että tämä virtuaalinen akusto vastaa teknisiltä vaatimuksiltaan sillä tuotettavan reservipalvelun vaatimuksia.
Se, minkä reservituotteen markkinoille virtuaalisella akulla voidaan osallistua, riippuu pitkälti kaupallisista ja sähkömarkkinaan liittyvistä vaatimuksista, ei niinkään virtuaaliakun teknisestä suorituskyvystä. Tällä hetkellä useimmat virtuaaliakut osallistuvat taajuusohjattujen reservien (FCR-D ja FCR-N) tuottamiseen.
Reservimarkkinoille osallistuminen osana virtuaaliakustoa on siis mahdollista. Se kuitenkin vaatii akustolta ja ohjelmistolta sellaisten normien täyttämistä, mitä ainoastaan yrityksen tai yhteisön paikalliselta sähkönkäytön optimoinnilta ei edellytetä. Sähkövarastoa harkitsevan kannattaakin ottaa huomioon, voiko hankitulla ratkaisulla päästä mukaan myös reservimarkkinoille.
Yksi nopeimmin kasvavista yritysten virtuaaliakustoihin keskittyvistä toimijoista on suomalainen Cactos. Se niputtaa alustallaan toimivat sähkövarastot oikean kokoisiksi virtuaaliakustoiksi, ja osallistuu niillä Fingridin reservimarkkinoille. Näin asiakkaat voivat hyötyä sähkövaraston tuottamien paikallisten etujen lisäksi myös reservimarkkinatuotoista.
Sekä akustot että niitä ohjaava Cactos Spine -järjestelmä ovat läpäisseet Fingridin säätökokeet, joilla taataan sopivuus eri reservimarkkinatuotteille. Lisäksi järjestelmä pitää huolen siitä, että kapasiteettia riittää niin asiakkaan oman sähkönkäytön tehostamiseen kuin reservimarkkinoille osallistumiseenkin.
Lue lisää Cactoksen sähkövarastoratkaisuista.
Reservimarkkinat ovat hieman poikkeuksellinen markkina: vaikka palvelun tarjoajia on monia, ostajia vain yksi – Suomessa Fingrid. Yhdessä pohjoismaisten kantaverkkoyhtiöiden kanssa Fingrid myös määrittää sen, miten paljon kunkin kantaverkkoyhtiön on hankittava mitäkin reservityyppiä. Nämä vaatimukset perustuvat verkon teknisiin tarpeisiin.
Tästä voisii helposti vetää sen johtopäätöksen, että reservimarkkina tulee nopeasti täyteen eli saturoituu akkujen yleistyessä. Reservituotteiden ylitarjontaa rajoittaa kuitenkin kaksi mekanismia: teknisten vaatimusten tiukentuminen sekä kapasiteetin kasvava tarve.
Tarjonnan kasvaessa kantaverkkoyhtiöllä on mahdollisuus kiristää teknisiä vaatimuksia, joita reservimarkkinoille osallistujilta edellytetään. Näin se saa käyttöönsä laadukkaampia reservimarkkinatuotteita. Osallistumiskriteerien tiukentuessa vanhaa kapasiteettia poistuu markkinoilta.
Lisäksi lisääntyvä tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto sekä perinteisten voimalaitosten pyörivien sähkökoneiden poistuminen verkosta yhdessä heikentävät sähköverkon vakautta. Tämä lisää tarvetta sähköverkkoa tasapainottaville reservimarkkinatuotteille myös tulevaisuudessa.
