Tutkimus- ja kehitystoiminta

Energia-alan murroksen keskellä tarve kehittää uutta on suurempi kuin koskaan aikaisemmin. Fingridillä on mahdollisuus ja toisaalta myös velvollisuus vaikuttaa muun muassa puhtaan sähköjärjestelmän syntymiseen. Toimintavuonna Fingridin omaan tutkimus- ja kehitystoimintaan käytettiin 3,4 (3,5) miljoonaa euroa. Hankkeet tehdään usein yhteistyössä alan toimijoiden ja parhaiden osaajien kanssa, jotta alalla pystytään hyödyntämään synergiaedut ja parantamaan vaikuttavuutta. Tutkimus- ja kehityshankkeisiin (T&K), joissa Fingrid on toimintavuonna ollut mukana joko suoraan tai ohjausryhmän kautta, käytettiin arviolta 22 miljoonaa euroa. Valtaosa hankkeista on useampivuotisia, mutta jo nyt on nähtävissä merkkejä kehitystyön saavutuksista, jotka mahdollistavat uusiutuvan, puhtaan tuotannon sisällyttämisen osaksi energiantuotantoa, tinkimättä kuitenkaan voimajärjestelmän käyttövarmuudesta tai kustannustehokkuudesta. Panostus T&K-työhön tuottaa teknisiä ratkaisuja, edistää siirtymistä puhtaaseen energiajärjestelmään sekä luo uutta osaamista ja uusia liiketoimintamahdollisuuksia.

T&K-toiminta on sidottu kiinteäksi osaksi liiketoimintaa. T&K-hankkeet valikoituvat toisaalta liiketoiminnan lähiajan tarpeista ja toisaalta yhtiön strategiasta sekä pidemmän aikavälin painopisteistä.

Kuva: Fingridin tutkimuksen ja kehityksen painopisteet vuodesta 2020 alkaen

T&K-toiminnan rahoituksessa hyödynnetään muun muassa Euroopan komission (Horizon 2020) ja kansallisten rahoittajien kuten Business Finlandin rahoitusinstrumentteja. Lisäksi Energiaviraston innovaatiokannustin mahdollistaa panostuksen T&K-toimintaan enintään yhdellä prosentilla liikevaihdosta ilman, että T&K-kustannukset rasittavat sallittua tuottoa.

Toimintavuonna T&K-hankkeita oli meneillään yli 50 kappaletta. Hankkeista lähes 70 prosenttia toteutettiin ulkopuolisin voimin. Valtaosa tutkimus- ja kehityshankkeista jakautuu neljään pääryhmään: voimajärjestelmän kehittäminen joustavammaksi markkinaehtoisesti, sähkön saannin turvaaminen kaikissa tilanteissa, datan tuominen sitä hyödyntävien saataville ja kunnonhallinnan kustannustehokkuuden parantaminen.

Kuva: T&K-hankkeiden kustannusjakauma liiketoiminta-alueittain

Joustava voimajärjestelmä mahdollistaa päästöttömän sähköntuotannon

Yhteiseurooppalaisessa INTERRFACE -hankkeessa haetaan ratkaisuja joustomarkkina-alustoihin, joilla hajautettujen resurssien hyödyntäminen niin tehotasapainon ylläpitoon kuin jakeluverkkojen sekä tasevastaavien tarpeisiin on mahdollista. Pohjois-Euroopan kantaverkkoyhtiöistä mukana ovat Fingrid ja Elering, ja INTERRFACE on yksi Euroopan Unionin laajassa Horizon 2020 -ohjelmassa rahoitettavista tutkimushankkeista.

CrossFlex-hankkeen tavoitteena on edistää hajautettujen resurssien tarjoaman jouston laajamittaista hyödyntämistä paikallisesti, kansallisesti ja Suomen ja Ahvenanmaan sekä toisaalta Suomen ja Viron välillä. Laajaa hanketta valmisteltiin toimintavuonna osapuolten kesken ja Euroopan komissio myönsi CrossFlex -joustoresurssihankkeelle Project of Common Interest -statuksen. CrossFlex on Fingridin sekä Viron ja Ahvenanmaan kantaverkkoyhtiöiden hankeaihio.

Edellisten lisäksi Suomessa toteutettavassa itsenäisen aggregaattorin pilotissa tavoitteena on helpottaa erityisesti pienten ja hajautettujen joustoresurssien osallistumista säätösähkömarkkinoille. Hanke mahdollistaa uudet liiketoimintamallit, ja toimintavuonna sitä laajennettiin alkuperäistä suuremmalle kohderyhmälle. Itsenäiset aggregaattorit tarjoavat joustavien resurssien omistajille valinnanmahdollisuuksia joustopalveluiden tarjonnassa ja mahdollistavat toimijoille esimerkiksi erikoistumisen tiettyyn teknologiaan. Perinteisen avointen toimitusten ketjun ulkopuolisen toimijan joustotarjoukset vaativat merkittäviä uudistuksia tietojärjestelmiin, sähkömarkkinatiedonvaihtoon ja reservisopimuksiin, jotta voidaan varmistua tasapuolisista ja tehokkaista toimintatavoista.

Joustavien resurssien markkinoillepääsyä helpotettiin pilotoimalla yhden megawatin minimitarjouskokoa säätösähkömarkkinoilla aiemman viiden megawatin tarjouskoon sijaan. Pilotin tarkoituksena on ollut laskea säätösähkömarkkinoille osallistumisen kynnystä ja sujuvoittaa siirtymistä kohti eurooppalaisia säätösähkömarkkinoita. Tämän lisäksi Fingrid mahdollistaa päivänsisäisen kaupankäynnin toimitustunnin alkuun asti Suomessa syksyllä 2019 käynnistyneessä pilotissa. Tällä hetkellä päivänsisäinen kaupankäynti sulkeutuu Suomen sisällä ja Suomi-Viro -rajalla 30 minuuttia ennen toimitustunnin alkua. Järjestelyllä tavoitellaan entistä markkinaehtoisempaa joustoa.

Erilaisia joustoon tarvittavia tuotteita on kehitettävä, jotta ne vastaavat tarpeeseen parhaalla mahdollisella tavalla. Pohjoismaiset kantaverkkoyhtiöt ovat ottamassa käyttöön uudenlaista nopeaa taajuusreserviä pienen inertian tilanteiden hallintaan. Pienen inertian tilanteet ovat yleistyneet pohjoismaisessa sähköjärjestelmässä ja ajoittain inertian määrä on niin pieni, että nykyiset reservituotteet eivät ole kykene riittävän nopeaan säätöön. Nopea taajuusreservi mahdollistaa suurten tuotantoyksiköiden toiminnan sähköjärjestelmässä myös silloin, kun järjestelmässä on vähän inertiaa. Toimintavuonna Fingridille tehdyssä diplomityössä tutkittiin kehittyviä joustotuotteita, jotka voisivat tarjota paikallisia joustopalveluita, joita nykyiset tuotteet eivät kata. Työn tuloksena ehdotettiin kolmen tuotekategorian kehittämistä: sijainnilliset päivänsisäiset markkinatuotteet, sijainnilliset säätösähkötuotteet ja kilpailutetut kahdenväliset joustosopimukset.

Markkinoille tarjottavat joustoresurssit yleistyvät nopean teknologiakehityksen myötä. Sähkön varastointi on yksi keskeinen jouston lähde, jossa sähköakut mahdollistavat erittäin nopean tehonsäädön. Fingrid oli mukana Helsingin Suvilahden sähkövaraston kolmivuotisessa tutkimushankkeessa, jossa selvitettiin, miten sähkövarasto soveltuu samanaikaisesti erilaisiin käyttötarkoituksiin ja eri osapuolien tarpeisiin. Hankkeessa oli mukana Fingridin lisäksi Helen akun omistajana ja Helen Sähköverkko toisena jouston hyödyntäjänä. Sähkövaraston energia on noin 600 kWh. Sähkövarasto voi tuottaa ja kuluttaa pätötehoa maksimissaan 1,2 megawatin teholla ja maksimi loisteho on 900 kvar.

Sähkön saanti turvataan tarkalla tilannekuvalla ja poikkeustilanteisiin varautumalla

Fingrid osallistui MIGRATE-hankkeeseen, jossa se kehitti osana laajempaa kokonaisuutta uusia menetelmiä sähköjärjestelmän inertian määrän arvioimiseksi. MIGRATE-hankkeessa tutkittiin tehoelektroniikan välityksellä kytkeytyvän sähkön tuotannon, kuten tuuli- ja aurinkovoiman lisääntymisen aiheuttamia vaikutuksia sähköjärjestelmän käytölle, suojaukselle ja sähkön laadulle. Hankkeessa kehitetyt uudet ratkaisut mahdollistavat sen, että aiempaa suurempi määrä tuuli- ja aurinkovoimaa voidaan liittää sähköjärjestelmään.

Fingridissä hyödynnettiin tekoälyä Suomen sähkönkulutuksen ennustetarkkuuden parantamiseen. Näin voimajärjestelmän tilannekuva paranee ja erilaiset käyttötilanteet voidaan ennakoida aiempaa paremmin.

Uudistettu sähkön laadun mittausjärjestelmä ja uusi kulkuaaltovianpaikannus parantavat Fingridin kantaverkon sähkön laadun seurantaa ja häiriöiden selvitystä. Parantunut tilannekuva lisää myös toimitusvarmuutta. Investoinnit uusiin mittalaitteisiin mahdollistavat kantaverkkoa uhkaavien vikojen tehokkaamman ennakoinnin, paikannuksen ja jälkiselvitykset. Myös kantaverkon sähköturvallisuus paranee.

FINEST19- ja JÄÄTYVÄ 2019 -harjoituksissa kehitettiin poikkeustilanteen toimintamalleja ja käytäntöjä. FINEST19-harjoituksessa keskityttiin harjoittelemaan molempia maita koskevan kyberkriisin yhteistä selvittämistä kriittisissä järjestelmissä. JÄÄTYVÄ-harjoituksen tavoitteena oli lisätä viranomaisten, kuntien ja yritysten toimintakykyä sähkönjakelun vaikeassa häiriötilanteessa. Lisäksi harjoituksen avulla kehitetään teknologian ja erilaisten it-järjestelmien hyödynnettävyyttä viankorjauksen aikana.

Pitkäkestoisiin sähkökatkoihin varautumista kehitettiin T&K-hankkeessa, jossa pilotoitiin polttokennoratkaisua Fingridin sähköaseman 24 tunnin varmentamisen tarpeisiin. Emergency and Restoration -verkkokoodista tulee 24 tunnin toimintakykyvaatimus "kriittisille välineille ja laitteistoille", valvomoille ja sähköasemille. Fingridin sähköasemien omakäyttösähkö varmistetaan pääosin akustoilla. Fingrid pilotoi metanolipolttokennoa Tuomelan sähköaseman 220 voltin akuston 24 tunnin käytön varmentamisessa. Polttokenno käynnistyy automaattisesti, kun se havaitsee sähkönjakelussa häiriön. Käynnistykseen polttokenno ottaa tehon sähköaseman akustolta ja käynnistyttyään alkaa ladata akustoa. Polttokenno tuottaa energiaa vesimetanoliseoksesta.

Poikkeustilanteisiin varautumista on kehitetty myös nelivuotisessa, toimintavuonna päättyneessä hankkeessa ”HILP - Analysis of extraordinary events in power systems”. Hankkeen tuloksena syntyi menetelmiä, joilla voimajärjestelmän toimintakykyä poikkeuksellisissa tilanteissa voidaan analysoida ja siten helpottaa päätöksentekoa. Hankkeessa oli Fingridin lisäksi mukana Statnett, Sintef, NTNU ja NVE Norjasta.

Data kaikkien saataville – lisäarvoa asiakkaille, kehittäjille ja markkinatoimijoille

Oma Fingrid, sähköinen palveluportaali, kehitettiin viiden pilottiasiakkaan avulla käyttäjäystävälliseksi. Oma Fingridissä on sähkönsiirron mittaus-, laskutus- ja loissähkötietoja, häiriö- ja siirtokeskeytystietoja ja myös uusi karttapalvelu, josta löytyvät kaikki Fingridin ja Suomen jakeluverkot. Oma Fingrid palvelee erilaisia käyttäjiä eri asioissa, kaikki yhteen sijaintiin keskitettynä. 

Fingrid lisäsi säätösähkön reaaliaikaista markkinatietoa. Näin lisättiin sekä sähkömarkkinoiden läpinäkyvyyttä että parannettiin kaikille toimijoille yhtenäisiä toimintamahdollisuuksia markkinoilla.

Fingrid aloitti myös pohjoismaisen sähköjärjestelmän inertian reaaliaikaisen arvon julkaisun yhdessä muiden pohjoismaisten kantaverkkoyhtiöiden kanssa. Uusi aineisto on ladattavissa Fingridin Avoin data -palvelussa ja nähtävissä Fingridin internetsivuilla.

Lisäksi sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt saatiin näkyviin reaaliaikaisesti. Sähköntuotannosta vapautuvan hiilidioksidin määrä on useita eri tahoja kiinnostava tieto, kun kansainväliset ilmastosopimukset ohjaavat etsimään keinoja hiilidioksidipäästöjen minimoimiseen.

Digitalisaatiolla kustannustehokkuutta kunnonhallintaan

Hankkeen tavoitteena on omaisuuden valvonnan uudistaminen nykyaikaisella ratkaisulla. Verkon kunnossapito perustuu tällä hetkellä valtaosin aikaperusteisiin tarkastuksiin ja mittauksiin. Tämä tarkoittaa, että näkyvyys laitteiden kuntoon on mittausten välissä puutteellista ja kunnossapitotyöt kohdentuvat keskiarvo-olettamiin koko laitemassan osalta. Hankkeessa kehitetään kokonaisuutta, jossa hyödynnetään nykyaikaista sensoriteknologiaa, pilvialustoihin liittyviä ratkaisuja ja hyödynnetään laaja-alaisesti tuotettua reaaliaikaista kuntotietoa eri tietovarastoista. Tämä tehostaa kunnossapitotoimintaa sekä parantaa käyttövarmuutta, kun mahdollisiin muutoksiin pystytään puuttumaan ennakoivasti. Hanke perustuu ketterään kehitykseen ja uusin kumppanuuksiin eri yhteistyökumppaneiden kanssa.