Mikrotuotanto, mitä se on?
Sähkömarkkinalain (588/2013) mukaan pienimuotoisella sähköntuotannolla tarkoitetaan voimalaitosta tai usean voimalaitoksen muodostamaa kokonaisuutta, jonka teho on enintään kaksi MVA. Kaikista pienimpiä sähköntuotantojärjestelmiä, joiden nimellisteho on enintään 100 kVA, kutsutaan mikrovoimalaitoksiksi ja niillä tehtyä tuotantoa mikrotuotannoksi. Nämä enintään 100 kVA:n nimellistehoiset mikrovoimalat on jätetty verotuksen ulkopuolelle, eli sellaisella sähköä tuottavan ei tarvitse rekisteröityä sähköverovelvolliseksi eikä tehdä sähköntuotannostaan veroilmoitusta (verohallinnon Energiaverotusohje 2016). Aurinkoenergia, tuulivoima ja pienvesivoima ovat tyypillisiä sähkön pien- ja mikrotuotantotyyppejä. Sähköä voidaan tuottaa myös pienimuotoisella yhdistetyllä sähkön ja lämmöntuotannolla – esimerkiksi biokaasua hyödyntäen.
Älykäs sähköverkko puolestaan yhdistää automaatio-, ICT- ja sähkövoimatekniikan ratkaisuja. Älykkäässä sähköverkossa teknologia mahdollistaa sähkön kysynnän ja tarjonnan joustamisen, jonka lisäksi jakeluverkko seuraa omaa tilaansa ja pystyy toipumaan häiriöistä aiempaa nopeammin. Verkonhaltijoille älykäs sähköverkko tarkoittaa lisääntynyttä informaatiota sähköverkon tilanteesta. Tämä tukee verkonhallintaa ja mahdollistaa osaltaan häiriöttömämmän sähkönjakelun. Kehittynyt teknologia mahdollistaa myös aiempaa tarkemman ja reaaliaikaisemman sähkön käytön seuraamisen sekä automaattisen kuormanohjauksen. Kiinteistöissä automaattisesti tapahtuva sähkönkulutuksen optimointi sähkön hinnan ja mahdollisesti myös oman tuotannon perusteella on lähitulevaisuutta.
Jyväskylän ammattikorkeakoulussa toteutettiin aiheeseen liittyvä, Euroopan aluekehitysrahaston rahoittama Sähkön mikrotuotannon ja älyverkkojen toimintaympäristö -hanke, eli tuttavallisemmin SÄRMÄ-hanke. Hanke päättyi vuoden 2018 lopussa ja siinä perustettiin ainutlaatuinen TKI- ja koulutusympäristö, johon sisältyviä laitteistoja ja tietotaitoa hyödynnetään jatkossa aiheeseen liittyvässä koulutuksessa ja TKI-toiminnassa. Hanketta tuki vahvasti myös yrityspartnereiden verkosto, jonka kanssa yhteistyö jatkuu edelleen.
SÄRMÄ -laiteympäristön keskeinen osa on hybridikonvertterikontti, jota voidaan käyttää sähköverkkoon kytkettynä mikrotuotantoyksikkönä tai kokonaan valtakunnan verkosta irrotettuna saarekekäyttönä. Liikuteltava hybridikonvertterikontti sopii myös kenttäkohteissa tehtäviin testeihin ja tutkimuksiin. Sen nimellisteho on 60 kVA ja paino noin 8 tonnia. Kontti sisältää biokaasumoottorin ja generaattorin (n. 30 kW) sekä akuston, johon sisältyy 24 kpl 180 Ah:n akkuja. Kyseinen kontti poikkeaa perinteisistä varavoimakoneista siten, että siinä on keskitetty tehonhallintajärjestelmä, joka mahdollistaa sähkön tuottamisen useasta lähteestä yhtä aikaa. Tehonhallintayksikköön on kytketty kiinteästi akusto ja biokaasumoottorin pyörittämä generaattori. Siinä on valmius myös aurinkopaneelien ja pienen tuuli- tai vesivoimageneraattorin liittämiselle, eli kyseessä on todellinen hybridijärjestelmä. Laitteisto sisältää kaikki tarvittavat komponentit, joiden avulla tuotettu sähkö voidaan syöttää määräysten mukaisesti valtakunnan verkkoon tai erilliseen saarekkeeseen. Esimerkiksi JAMKin rakennusautomaatiolaboratorio voidaan jo nyt kytkeä kokonaisuudessaan kontin perään saarekekäyttöön. Tarvittava sähkö tuotetaan tällöin kokonaan ruokalan katolle asennetuilla aurinkopaneeleilla ja kaasumoottorilla akustoa hyödyntäen.
Hybridikonvertterikontille tehtiin kuormitustestejä sähköautojen pikalatausasemalla kesällä 2018. Vuoden 2018 marraskuussa laite kuljetettiin Mustankorkealle, jossa tehtiin yhteistyössä JE-Siirto Oy:n asiantuntijoiden kanssa testejä mikrotuotantolaitteiston vaikutuksesta sähkönlaatuun ns. heikossa sähköverkossa. Tämän jälkeen laitteistolla ajettiin vielä Elenia Oy:lle tuntimittaussarjat Biotalousinstituutissa Tarvaalassa.
SÄRMÄ-hankkeen laiteympäristöön kuuluvat myös JAMKin pääkampuksen ruokalan katolle asennetut aurinkopaneelit ja vallitsevia olosuhteita mittaavat laitteet. Hieman yli 10 kWp –nimellistehoisessa kentässä on kaksi aurinkopaneeliketjua ja niissä molemmissa 19 paneelia. Aurinkosähköjärjestelmä on toteutettu siten, että muutamaa laboratoriotilaan sijoitettua kytkintä kääntämällä voidaan valita, syötetäänkö paneeliketjujen tuottama teho tavallisen 3-vaiheisen aurinkosähköinvertterin kautta pääkampuksen sähköverkkoon vai käytetäänkö hybridikonvertterikontin tehonhallintayksikköä.
Aurinkosähköinvertteri, sääasema, aurinkopaneelien lämpötilamittaukset ja auringon säteilytehoa mittaava pyranometri on liitetty rakennusautomaatiolaboratorion automaatiojärjestelmiin kenttäväylällä. Tämä mahdollistaa sen, että rakennusautomaatiojärjestelmän valvomonäytöllä esitetään mm. paneelien tuottama teho, pintalämpötila ja hyötysuhde sekä sääasematiedot ja auringon säteilyteho. Lisäksi automaatiojärjestelmä seuraa paneelikentän hyötysuhdetta ja hälyttää poikkeamista. Myös hybridikonvertterikontin tehonhallintajärjestelmää voidaan valvoa ja ohjata kenttäväylän kautta laboratoriosta tai etäyhteydellä mistä tahansa.
Toimintaympäristössä on todellisten tuotantolaitteiden lisäksi myös simulaattorilaitteistoja, kuten aurinkosähkösimulaattori ja tuulisähkösimulaattori. Aurinkosähkösimulaattorilla voidaan simuloida aurinkopaneeliketjujen toimintaa erilaisissa sääolosuhteissa, joten sitä voidaan koulutuksen ohella hyödyntää myös invertterien tai liitäntälaitteiden testaamisessa ja kehittämisessä. Tuulivoimasimulaattori puolestaan mahdollistaa pientuulivoimaan liittyvät testaukset ja laitekoulutukset säästä riippumatta.
Toimintaympäristössä voidaan jatkossa koulutuksen ohella tutkia verkko- tai saarekekäyttöön soveltuvia sähkön mikrotuotannon laitteistoja (aurinko, tuuli, biokaasu), kysynnän joustoa, kuormanhallintaa ja sähkönlaatua.
SÄRMÄ-hankkeessa tietoa jalkautettiin lokakuussa 2017 järjestetyssä Aurinkosähköjärjestelmien suunnittelun ja asennuksen parhaat käytännöt -seminaarissa. Alueellisten yritysten projekteissa aurinkosähkörakentaminen on kasvava trendi ja tämä näkyi seminaarin runsaassa osallistujamäärässä. Seminaarista haettiin uutta tietoa uusiutuvan energian, hajautetun tuotannon ja aurinkosähköjärjestelmien kehittyvästä maailmasta. Seminaarin yhteydessä julkaistiin myös Aurinkosähkö osana energiamurrosta – PV-voimalan suunnittelijan opas (suunnittelu – toteutus – ylläpito).
Vaikka hanke päättyi vuoden 2018 lopussa, on siinä syntynyt yritysverkosto osoittautunut aktiiviseksi hankkeen ulkopuolellakin. Tästä on hyvänä osoituksena ystävänpäivänä 2019 järjestetty Sähköautojen latausjärjestelmien suunnittelun ja asennuksen parhaat käytännöt –seminaari. Seminaari toteutettiin yhdessä SÄRMÄ-hankkeeseen osallistuneiden yritysten kanssa. Aihe on luonteva jatkumo SÄRMÄ-hankkeelle, sillä sähköautojen määrän lisääntyminen, latausinfran laajentuminen ja kasvavat lataustehot aiheuttavat tulevaisuudessa haasteita sähkönjakelujärjestelmille. Osaan näistä haasteista voidaan vastata hyödyntämällä älyverkkojen tarjoamia mahdollisuuksia latauksen hallinnassa ja huippukuorman tasaamisessa.
–Teppo Flyktman, lehtori, Jyväskylän ammattikorkeakoulu