Ei, tarkoitus ei ole ivata vihreitä ja sanoa, että se tulee seinästä, pistorasiasta. Tarkoitus on referoida hyvää ja ajankohtaista artikkelia 16.0.2022 ilmestyneestä Tekniikka & Talous -lehdestä: "Sähköistä nuoralla tanssia".
Some-julkisuudessa on viime aikoina ollut paljon vääriä oletuksia, videoita ja tietoa. Kansalaissivistykseen kuuluu hieman ymmärtää, miten tämän yhteiskunnan tukipilari, sähköverkko, oikeasti toimii.
Tasapaino
Helpot asiat ensiksi. Sähköä on tuotettava verkkoon yhtä paljon kuin sitä kunakin hetkenä kulutetaan eli sitä ei voi kuluttaa enempää kuin sitä verkkoon on juuri tuotettu - loogisesti ymmärrettävää. Näin on tunti ja päivätasolla, mutta, kun mennään pienempiin aikayksiköihin, asiat eivät ole enää yhtä yksinkertaisia. Mitä esimerkiksi tapahtuu, kun iso voimala nopeasti, vikatilanteen tähden, irrotetaan sähköverkosta? Mistä juuri silloin sähköä kuluttavat yksiköt saavat virtansa?
Vaihtovirta
Verkossa kulkeva virta on vaihtovirtaa - tai ehkä kuvaavampi nimi olisi aaltovirtaa. Se tuotetaan pyörivällä laitteella, generaattorilla, jonka pyörimisliike muuttuu ikään kuin aalloksi sähkön edetessään sähköjohdoissa valon nopeudella. Se on siniaalto, jonka taajuus on 50 Hz eli siinä on 50 aaltoa sekunnissa. Sen energian voi ymmärtää aalloiksi merellä: mitä korkeampina ja mitä useammin aalto lyö rantaan, sitä enemmän siinä on energiaa. Jos aallon korkeus pysyy samana, mutta aaltoja alkaa tulemaan harvemmin, on aallokossa vähemmän energiaa ja taas toisinpäin.
Kulutuksen tasapainotus
Sähköverkko ja -järjestelmä on osin itseään tasapainottava. Jos sähköä yritetään kuluttaa enemmän kuin sitä tuotetaan, niin sen aaltojen väli kasvaa eli taajuus laskee alle 50 Hz. Jos taas sitä tuotetaan enemmän kuin kulutetaan sen taajuus pyrkii nousemaan. Aikaisemmin tämän havaitsi esimerkiksi hehkulamppujen valojen himmenemisenä ja kirkastumisena, kun se saikin enemmän tai vähemmän energiaa.
Taajuuden vakiona pysymistä pyritään säätämään tarkasti koko verkon alueella. Tämä tapahtuu eri pituisissa aikaikkunoissa eri menetelmillä. Ensiksi sähköä tuottavat generaattorit reagoivat välittömästi taajuuden muuttumiseen. Kun kulutus kasvaa, niiden vastus ikään kuin kasvaa ja niiden nopeus hidastuu, sekunnin murto-osissa, tämä taas laskee verkkoon menevän energian määrää eli sitä kautta kulutusta - tätä kutsutaan verkon inertiaksi.
Seuraavaksi kuvaan astuu automatiikka, joka alkaa säätämään esimerkiksi vesivoimaloiden turbiinien lapoja ja veden virtausta, jotta verkkoon saadaan lisää energiaa. Tämä kaikki on sovittu sähköverkon toimijoiden kesken. Koko ajan on siis varalla tällaista taajuusohjattua häiriöreserviä. Se reagoi 5-60 sekunnin aikana. Siksi eivät esimerkiksi vesivoimalat voi tuottaa sähköä koko ajan maksitehoilla - häiriökapasiteettia on oltava.
Ydinvoimalan nopea irrottaminen verkosta
Häiriötilanteisiin, kuten Olkiluoto 3:n nopeaan tippumiseen pois verkosta, on varauduttava näillä häiriöreserveillä. Ne ovat eri asia kuin julkisuudessa viime aikoina ollut tehoreservi, joka on varattu talven kylmiä kuukausia varten.
Ydinvoimala on niin iso yksikkö, että sen tippumista verkosta ei kateta sekunneissa vain uutta tehoa tuottamalla. Mukana on myös joukko isoja tehtaita, joista automaattisesti katkeaa sähköt tällaisessa tilanteessa. Nämä tehtaat on mukana järjestelmäsuojassa sopimuksiin perustuen.
Minuuttien päästä häiriöstä toimii seuraavan tason reservi, automaattinen taajuudenhallintareservi. Se vapauttaa häiriöreservin taas normaalitilaan, varalle, seuraavaa häiriötä odottamaan.
Vielä on jäljellä manuaalinen reservi, jonka toimii vartin sisällä. Fingridin Kantaverkkokeskus pirauttaa puhelimelle jollekin tehtaalle, että voitteko sulkea laitteet tai johonkin varavoimalaan, että lisätkääpä kaasua koneeseen. Tämä sisältää myös varavoimalat, joita voidaan joutua käynnistämään kuten tapahtui syyskuun 8. päivä, kun OL3 tipahti yllättäen pois verkosta.
Pohjoismaiden verkko on kokonansa samaa verkkoa eli Tanskassa aallon huippu on samaan aikaan kuin Suomessa. Se on hyvä asia häiriötilanteita ajatellen, sillä silloin kaikki pohjoismaiden voimalat ovat mukana taajuusreservissä. Toisaalta, jos häiriötilannetta ei pystytä nopeasti korjaamaan, niin vaarana on, että jostain pohjoismaasta lähtenyt häiriö etenee kaikkiin maihin ja sähköverkko sammuu kaikkialla.
Tällainen nopea ydinvoimalan poistippuminen verkosta testataan vielä tämän (2022) syksyn aikana osana OL3:n koekäyttöä! Se tulee olemaan kaikille verkosta vastaaville operaattoreille jännittävä hetki, kun ennalta sovitusti, toivottavasti, katsotaan, miten koko Pohjoismaiden kattava järjestelmä reagoi 1600 MW poistippumiseen.
Tuulivoima
Voisi ajatella, että kasvanut tuulivoimakapasiteetti massiivisina lapoineen tuo lisää inertiaa kestämään näitä häiriötilanteita, mutta asia on juuri päinvastoin. Tuulivoimaloiden sähkö kyllä tuotetaan vaihtovirtana, mutta se muutetaan ensin tasavirraksi ja sitten takaisin vaihtovirraksi, jotta lavat voivat pyöriä tuuleen nähden optimaalisella nopeudella. Täten se on erotettu verkon taajuudesta.
Siksi tuulivoiman lisääntyessä tarvitaan tasapainottavia tekijöitä, kuten valtavia vauhtipyöriä lisäämään verkon inertiaa eli varastoimaan lyhytaikaista energiaa häiriötilanteiden ensimmäisiä sekunteja varten. Suuret akkujärjestelmät toimisivat myös tätä varten.
Kaiken kaikkiaan sähköverkko ja sen operoiminen on valtavan hieno insinöörityön tuotos ja sen vakaa toiminta kertoo paljon yhteiskunnan toimivuudesta. Tietämättömien ei pitäisi alkaa puuttua siihen miten sitä ajetaan ja fundamentaali-ideologia pitäisi pitää siitä kaukana.
 |
| Toivottavasti tämä artikkeli tulee pian vapaasti saataville verkosta. |