Sähköenergiajärjestelmä energiamurroksessa (5op)

Arviointiasteikko

0-5

Tavoitteet

Opintojakson oppimistavoitteet ovat: • Opiskelija hallitsee sähköenergiajärjestelmän toimintaperiaatteet ja tehotasapainon hallinnan toteuttamistavat. Opiskelija osaa selittää, miten pörssisähkön hinnan määrittävä taseikkunan tasoinen tehotasapaino liittyy jatkuvaan tehotasapainon hallintaan. Lisäksi opiskelija hahmottaa, miten Suomen sähköjärjestelmän reservimarkkinat toimivat. • Opiskelija hahmottaa energiamurroksen vaikutukset sähköenergiajärjestelmään: kun fossiilinen säätövoima poistuu, ja kun tilalle tulee kasvavassa määrin sääriippuvaa tuotantoa, jatkuvaan tehotasapainon hallintaan tarvitaan uusia ratkaisuja. Opiskelija osaa analysoida, miten eri sähköntuotantomuodot integroituvat osaksi kokonaisuutta, ja miksi nopealle säädölle on kasvava tarpeensa tehotasapainon hallinnassa. Opiskelija hahmottaa myös inertian tärkeyden sähköjärjestelmässä ja pystyy selittämään, mitä synteettisellä inertialla tavoitellaan. • Opiskelija hallitsee uusien teknologioiden periaatteet, joilla sähköenergiajärjestelmän hallintaa pyritään energiamurroksen edetessä edistämään. Näitä teknologioita ovat esimerkiksi akkujärjestelmät, lämpövarastot ja sektori-integraation toteutukset, pumppuvoimalaitokset ja vesivoiman säätötekninen kehitys, sähkökattilat ja muu teollisen kokoluokan kulutusjousto, synkronikompensaattorit, pienydinvoima ja synteettinen inertia. • Opiskelija tiedostaa myös energian varastoinnin mahdollisuudet sähköenergiajärjestelmän hallinnassa ja sektori-integraation toteutuksissa. Lisäksi opiskelija hahmottaa, miten sähköinen liikenne integroituu osaksi kokonaisuutta. • Opiskelijalla on vahva käsitys siitä, miten vetytalous integroituu osaksi energiajärjestelmää, ja millaisia muutoksia vetytalouden laajamittainen käynnistyminen aiheuttaa Suomen sähköntuotannolle ja -kulutukselle.

Sisältö

Suomen sähköjärjestelmä on kokenut lyhyessä ajassa suuren muutoksen. Tuulivoima on kasvanut nimellisteholla mitattuna 15 vuodessa likimain nollasta Suomen suurimmaksi sähköntuotantomuodoksi, ja samalla fossiilisiin polttoaineisiin perustuva säätökykyinen tuotanto on lopetettu lähes kokonaan. Muutos on ilmaston ja ympäristön kannalta erinomainen, mutta samalla se aiheuttaa merkittävästi uusia haasteita sähköjärjestelmän hallinnalle. Korkealaatuisen sähköenergiajärjestelmän edellytyksenä on jatkuva tehotasapainon hallinta. Tuotetaanpa energia millä tavalla tahansa, tuotannon ja kulutuksen jatkuvasta tasapainosta ei voida hetkeksikään tinkiä. Koska energiamurros muuttaa merkittävästi sähkön tuotantoprofiilia, muun järjestelmän on pystyttävä kasvattamaan joustavuuttaan sääriippuvan tuotannon voimakkaan kasvun myötä. Tähän tarvitaan uusia teknisiä ratkaisuita, joista osa on jo käytössä, ja osaa vielä suunnitellaan. Esimerkkejä käytössä olevista ratkaisuista ovat verkkoon kytketyt akkujärjestelmät, sektori-integraatiota toteuttavat sähkökattilat ja lämpövarastot sekä synteettistä inertiaa tarjoavat suuntaajaratkaisut. Yhteiskunnan kokonaisvaltaisen sähköistymisen murroksen voidaan sanoa olevan vasta alussa, sillä tulevien vuosikymmenien suunnitelmat ovat valtavia esimerkiksi vedyntuotannon osalta. Opintojakson tavoitteena on tarjota vahva perusymmärrys sähköenergiajärjestelmän toiminnasta, energiamurroksen aiheuttamista muutoksista sekä niihin liittyvistä teknologioista. Opintojaksolla perehdyt sähköenergiajärjestelmän toimintaperiaatteisiin ja energiamurroksen vaikutuksiin. Käsittelyssä ovat Suomen sähköntuotantoteknologiat, niiden energiantuotannolliset ominaispiirteet sekä roolit osana järjestelmää. Lisäksi tarkastellaan tehotasapainon hallinnan toteutustapoja sekä säätöön kykeneviä tuotanto- ja kulutustekniikoita. Opintojaksolla perehdytään myös energiamurroksen mukanaan tuomiin uusiin teknologioihin, joiden yhteisenä tavoitteena on sähköenergiajärjestelmän joustavuuden lisääminen. Lisäksi opintojaksolla tarkastellaan energian varastoinnin mahdollisuuksia sähköjärjestelmän hallinnassa ja sektori-integraation toteutuksissa. Opintojaksolla luodaan katsaus myös tuleviin teknologioihin, kuten vetytalouteen ja myös fuusioon.