Älykäs sähköverkko on energian internetKohti uusiutuvaa tuotantoa, luotettavaa jakelua ja energiatehokasta käyttöä

2 smart grid | ABB

Älykäs sähköverkko avaa tien kestävään kehitykseen

Älykäs sähköverkko yhdistää sähkön tuottajat ja kuluttajat toi-siinsa. Sille on tyypillistä tarkasti hallittu, aktiivinen ja monisuun-tainen energiavirta. Jakeluverkosta tulee myös keräilyverkko, asiakasvetoinen markkinapaikka hajautetulle energiantuotan-nolle ja kuluttajille. Kaikki tapahtuu reaaliaikaisesti. Verkko sopeutuu, skaalau-tuu, ennakoi ja korjaa itseään automaation avulla. Älykäs verk-ko on luotettava ja turvallinen. EU:n tavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä vuoden 1990 tasosta vuoteen 2020 mennessä 20 prosentilla. Lisäksi uusiutuvien energialähteiden osuus energiankulutuksesta kas-vatetaan 20 prosenttiin ja energiatehokkuutta nostetaan 20 pro-sentilla. Suomen osalta uusiutuvan energian käytön tavoite on 38

Älykästä verkkoa tarvitaan, sillä tulevaisuuden haasteet ovat Suomessakin valtavat. Siitä pitävät huolen Euroopan unionin ilmastotavoitteet sekä sähkön käytön ja yhteiskunnan sähköriippuvuuden kasvu.

ABB | smart grid 3

prosenttia vuoteen 2020 mennessä. Perinteinen verkko ei kyke-ne kantamaan kasvavaa ja entistä monimuotoisempaa kuormaa. Sen on tehtävä työ älykkäämmin. Kasvihuonepäästöjen tärkeimmät torjujat ovat energiatehok-kuus ja uusiutuvat energialähteet. Vaikka energiankäyttö tulevai-suudessa laskee, sähkön osuus kokonaisuudesta kasvaa, sillä energiatehokkuutta parannettaessa tarvitaan sähköä. Uusiutu-van energian osuus tulee tuntuvasti lisääntymään. Rakennusten kokonaisenergiankulutus on Suomessa 40 pro-senttia koko kulutuksesta ja vastaa 30 prosentista maan kasvi-huonepäästöistä. Rakennusautomaation avulla kyetään leikkaa-maan tarpeetonta energiankulutusta mukavuudesta tinkimättä. Suomessa älyverkkojen ensiversio on jo todellisuutta. Maan sähköistämisen jälkeen suurimpaan teknologiseen murrokseen ja sen tuomiin mahdollisuuksiin suhtaudutaan meillä avoimesti. Myös älyverkkojen tutkimukseen ja tuotekehitykseen panoste-taan. Vanhenevia verkkoja ja sähköasemia on uudistettava, jot-ta sähkön toimitusvarmuus kyetään takaamaan. ABB:n laaja tuote- ja palvelutarjonta kattaa älykkään sähkö-verkon koko kaaren aina suurista voimalaitoksista omakotitalon automaatioon.

ABB:llä ei ole pelkästään näkemystä siitä, miltä tule-vaisuuden älykäs sähköverkko näyttää. ABB toimii tien-näyttäjänä ja on mukana toteutuksessa. Tästä on myös Suomessa monta erinomaista esimerkkiä, joista kerrom-me tässä esitteessä.

Jukka SoininenJohtaja

ABB Oy, Sähkövoimajärjestelmät

4 smart grid | ABB

ABB:llä ei ole pelkästään näkemystä siitä, miltä tulevaisuuden sähköverkko näyttää. ABB toimii tiennäyttäjänä ja on mukana toteutuksessa.

Energian tuotannon, siirron, jakelun ja käytön tehostaminen on ABB:n ydinosaamista.

Luotettava jakelu, s. 7

Hajautettu, uusiutuva tuotanto, s. 6

ABB | smart grid 5

Hajautettu, uusiutuva tuotanto Älykkäässä sähköverkossa hajautettu, uusiutuvaan energiaan perustuva sähkön-tuotanto täydentää keskitettyä tuotantoa. Sähköverkkoon tuottavat energiaa myös pienkuluttajat, liike-elämä ja teollisuus.

Energiatehokas käyttö Rakennusautomaatio yhdistää raken-nuksen kaikki toiminnot älykkääksi yhtenäi-seksi verkoksi. Automaatio ohjaa, valvoo ja säätää kotien ja kiinteistöjen toiminto-ja, kuten valaistusta, ilmastointia ja läm-mitystä. Sen avulla saavutetaan jopa 30 prosenttia alhaisempi energiankulutus.

Luotettava jakelu Jakeluverkoissa uudet teknologiat, kuten etävalvonta ja -ohjaus, automaattiset kyt-kennät ja nopeat vianpaikannukset paran-tavat sähkönlaatua, lyhentävät katkosai-koja ja tehostavat ylläpitoa.

Energiatehokas käyttö, s. 8

6 smart grid | ABB

Kestävää, älykästä ja luotettavaa sähköä

Hajautettu, pienimuotoinen uusiutuvaan energiaan perustu-va sähköntuotanto on tulevaisuudessa yhä merkittävämpi osa sähköjärjestelmää. Älykkäässä sähköverkossa energiaa tuotta-vat sähköverkkoon perinteisten voimalaitosten lisäksi pienkulut-tajat, liike-elämä ja teollisuus.

Kestävästi uusiutuvista Sähköntuotanto on maailmassa suurin yksittäinen hiilidioksi-dipäästöjen lähde. Perinteisten voimalaitosten osuus niistä on 40 prosenttia. Uusiutuvan energian tuotanto kasvaa voimakkaasti. OECD-maissa kasvu on tuulivoimavetoinen. ABB on maailman johtava tuulivoimateollisuuden toimittaja ja tarjoaa kattavan valikoiman alan komponentteja, jär jestelmiä ja palveluja. Yhtiö on ollut mukana rakentamassa alan kasvua lähes neljännesvuosisadan. Muun muassa tuulivoimageneraattorien, taajuusmuuttaji-en sekä pien- ja keskijännitelaitteiden lisäksi ABB liittää tuuli-voimapuistoja sähköverkkoon ja toimittaa merelle asennettui-hin tuulivoimapuistoihin kaukokäyttöjärjestelmiä, muuntajia ja sähkönsiirtojärjestelmiä. ABB:n Pitäjänmäen taajuusmuuttajatehtaan katolla sijaitse-van aurinkovoimalan tuottama sähkö tasaa tehtaan energianku-lutushuippuja. Myös tehdasalueen trukit pyörivät aurinkoenergian voimalla. Luotettavuuden haaste kasvaa käytettäessä uusiutu-vaa energiaa, koska tuuli- ja aurinkosähkön saanti on luonteel-taan jaksottaista. Esimerkiksi muilla tavoin tuotettua säätövoi-maa tarvitaan 5–18 % asennetusta tuulivoimasta. Siirtoverkkojen yhteenkytkentä ja useiden varastointitekniikoiden olemassaolo pienentää varasähkön tarvetta. Näihin ABB:llä on jo tehokkaita ratkaisuja.

Tulevaisuuden sähkön pienkuluttaja on myös sähkön myyjä, kun pihojen tuulivoimalat ja kattojen aurinkopaneelit tuottavat aurinkoi sina ja tuulisina päivinä energiaa yli oman tarpeen.

ABB:n Helsingin Pitäjänmäen taajuusmuuttajatehtaan katolla tekee täysin päästöttömästi työtään valmistuessaan Pohjoismaiden suuritehoisin valtakunnan verkkoon kytketty aurinkovoimala. Sen vuosittain tuottamasta 160 000 kilowattitunnista saisi 30 kotitaloutta sähkönsä.

Hajautettu, uusiutuva tuotanto

ABB | smart grid 7

Luotettavaa sähköä Jakeluverkkoja odottaa uusien teknologioiden, kuten etäval-vonnan ja -ohjauksen, automaattisten kytkentöjen ja nopean vianpaikannuksen laajamittainen toteuttaminen. Niillä saavute-taan lyhyemmät katkosajat, parempi sähkönlaatu ja tehokkaam-pi ylläpito. Erityisesti keski- ja pienjänniteverkon automaatio on tehokas keino parantaa sähkönjakelun käyttövarmuutta ja vähen-tää jakeluhäiriöitä. ABB:n kehittämässä vyöhykekonseptissa jakeluverkko on jaettu vyöhykkeisiin perustuen kuormituksen kriittisyyteen ja häi-riöalttiuteen. Vyöhykkeet on jaettu katkaisija- ja kytkinvyöhyk-keisiin ja varustettu tiedonsiirrolla sekä eritasoisella älykkyydellä suojausta, mittausta ja ohjausta varten. Konsepti soveltuu sekä maaseutu- että taajamasähköverkoille. Vyöhykekonseptin avulla suppeampi asiakaskunta kärsii kat-koksista ja lyhyistä keskeytyksistä. Viat paikallistetaan, vikapaik-ka erotetaan ja syöttö palautetaan nopeasti. Esimeriksi Savon Voiman maastokytkemöratkaisu parantaa käyttövarmuutta yli 30 prosenttia. Elinkaarikustannuksiltaan se on kuitenkin 10 prosent-tia perinteistä ratkaisua edullisempi.

Hajautetun tuotannon kytkeminen jakeluverkkoon vaikuttaa olennaisesti verkon dynamiikkaan, kun sähköverkon tehonsyöt-tö tapahtuu monesta suunnasta. Sähkönjakelun luotettavuus on älykkään sähköjärjestelmän perustekijöitä.

Luotettava jakelu

Hajautettu energiantuotanto ja sähkönjakelun laadun paran-tamisen tarve aiheuttavat suuria muutospaineita sähköverkkojen ominaisuuksille ja toimivuudelle. Tavoitteena on kehittää ny-kyistä joustavampi, varmempi, luotettavampi ja tehokkaampi sähkövo-imajärjestelmä, jonka ympäristövaikutukset ovat vähäiset.

ABB:n verkkokatkaisijat rajaavat keskeytykset omille suojaus-vyöhykkeilleen. Näin verkkokatkaisijaa edeltävillä vyöhykkeil-lä keskeytykset vähenevät merkittävästi.

8 smart grid | ABB

Rakennusten automaatio on osa vastuullista arkea

Kiinteistöjen neljä avain sanaa ovat luotettavuus, käyttömu-kavuus, energiansäästö ja elinkaarikustannukset. Ilman hyvin hoidettua ja toimivaa kiinteistön ohjausjärjestelmää ne eivät kuitenkaan täysimääräisesti toteudu. Sama asia koskee tavalli-sia koteja.

Maailmanlaajuinen pyrkimys kasvihuonepäästöjen pienentämi-seen on vaikuttanut kiinteistöille asetettaviin energiatehokkuusta-voitteisiin. Älykkäät ohjausjärjestelmät ovat yksi merkittävä tekijä rakennusten energiatehokkuuden lisäämisessä. Energiasertifioin-tien yleistyessä ne ovat myös osa kiinteistön arvonmuodostusta.

Rakennusten ohjausjärjestelmän ydin on väylätekniikka. Sitä voi verrata ihmisaivoihin, jotka ohjaavat, säätävät ja valvovat kehon kaikkia toimintoja huomaamattomasti ja täsmällisesti. ABB:n käyttämällä avoimella KNX-väylätekniikalla tarkoitetaan järjestelmiä, joilla ohjataan rakennusten sisäistä automatiikkaa, kuten valaistusta, ilmastointia, lämmitystä, jäähdytystä, hälytyk-siä tai kulunvalvontaa. Sen kantavana ideana on yhdistää raken-nuksen kaikki toiminnot yhtenäiseksi älykkääksi verkoksi. Maa-ilmanlaajuinen KNX on yksi testatuimmista ja joustavimmista väyläjärjestelmistä. Rakennusautomaatio liittyy energian säästöön, kysynnän joustoon, sähköautoihin sekä energian pientuotantoon. Tiedon keruu, visualisointi näyttöjen avulla ja kaksisuuntainen tiedon-kulku mahdollistavat sähkön kulutuksen ja tuotannon optimoin-nin. Kun käyttäjä näkee, että automaatiojärjestelmällä ja omilla toimilla on vaikutusta, hänen toimintatapansa muuttuvat. Rahaa säästyy ja ekologinen jalanjälki kevenee. Rakennusautomaation avulla saavutetaan jopa 30 prosent-tia alhaisempi energiankulutus mukavuudesta tinkimättä. Yksin valaistuksen energiankulutusta voidaan alentaa 40 prosenttia. Käyttäjälle järjestelmä on helppokäyttöinen ja yksinkertainen. Nykyisin kiinnitetään takaisinmaksun ohella entistä enem-

Energiatehokas käyttö

ABB | smart grid 9

1 Ekologinen ja muunneltava malliesimerkkiSkanskan toimistokiinteistö Helsingin Lintulahdessa on malliesimerkki energia-tehokkaasta rakentamisesta. Rakennuk-sen sähkönjakelu ja valaistus toteutettiin ABB:n taloautomaatiojärjestelmällä.

2 Musiikkia oikeassa valossaHelsingin Musiikkitalossa ABB:n taloauto-maatiojärjestelmä pienentää valaistuksen sähkönkulutusta jopa 30 prosentilla. Se myös parantaa rakennuksen käyttömuka-vuutta ja turvallisuutta.

3 A-luokan ekologista asumistaAs. Oy Espoon Adjutantissa sähkölaitteet kytkeytyvät yhtenäiseksi energiatehok-kaaksi verkoksi. Huoneistokohtaista kulutusta on mahdollista seurata lähes reaaliaikaisesti.

1

2 3

män huomiota elinkaarikustannuksiin. Tällä tarkoitetaan investointikustannus-ten ja rakennuksen elinkaaren aikana syntyvien kaikkien kustannusten sum-maa. Käyttökustannukset ovat elinkaa-rikustannuksista valtaosa; esimerkiksi 500 000 euron rakennusautomaatioin-vestoinnilla suureen toimistorakennuk-seen saavutetaan 20 vuodessa säästöä 3,5 miljoonaa euroa. Investoinnin tuot-to on 30 prosenttia. Lisäksi käyttömuka-vuus paranee. Kiinteistön kaikki tarpeeton kulutus voidaan kytkeä pois myös omakotitalos-sa mukavuudesta tinkimättä. Esimerkiksi valaistuksen energiatehokkuus toteutuu yksinkertaisimmillaan läsnäoloon perustu-valla valaistuksella liiketunnistimien avulla. Energiatehokkaat laitteet ovat keskeinen osa rakennusautomaatiota. Ne kykenevät itsenäisesti ymmärtämään ympäristössä tapahtuvia muutoksia. Erityisesti ilman-

vaihtojärjestelmissä puhaltimien mootto-reissa ja jäähdytyksen pumpuissa tämä on tärkeää. Puhallinkäytössä ABB:n taajuusmuut-taja voi säästää energiaa jopa 30–50 %.

ABB:n ohjausjärjestelmällä Vaasan asuntomessuilla toteutettu omakoti-kotitalon (234 m2) valaistus, lämmitys ja viilennys kuluttavat yhdessä muun sähkön käytön kanssa vuodessa noin 21 000 kilowattituntia. Vastaava määrä sähköenergiaa kuluu 150 m2-suuruisen omakotitalon lämmitykseen.

Helsinkiläinen Konalan ala-aste vähensi uuden ilmanvaihtojärjestelmän ansiosta sähkön kulutus-taan 14 prosenttia ja lämmityskustannuksiaan 16 prosenttia. Ratkaisu toteutettiin ABB:n energia tehokkaiden taajuusmuuttajien ja Eff1-moottoreiden avulla.

10 smart grid | ABB

Tulevaisuuden teknologiaa kestävälle maailmalle

älykkäiden sähköverkkojen eri osa-alueita, kuten energian varastointia, verkonhallintaa, mittausta, tiedonvälitystä, jakeluautomatiik-kaa ja kiinteistöjen automaatiojärjestelmiä. Esimerkiksi Hailuodon saarelle kehite-tään ratkaisua, jossa tavoitteena on säh-köntuotannon toimiminen saarekkeena, kun sähkönsiirto valtakunnan verkossa on katkennut. Suomessa suurin kansallisen tason hanke on Älykkäät sähköverkot ja ener-

ABB:n sadan vuoden kokemuksella kehitetyt älykkäät ratkaisut kattavat säh-köverkon koko kaaren voimalaitoksesta pistorasiaan. Tehokkaat säätömuuntajat säästävät vuodessa 170 miljoonaa ton-nia hiilidioksidipäästöjä. ABB-yhtymä panostaa vuosittain tut-kimukseen ja tuotekehitykseen yli miljardi dollaria, Suomessa lähes 140 miljoonaa euroa. Yhtiö on mukana eri puolilla maa-ilmaa yli 20 projektissa, joissa tutkitaan

Perinteistä sähköverkkoa on pidetty yhtenä merkittävimmistä 1900-luvun teknologisista luomuksista. Sähkön tuotanto seuraa tarkasti kulutusta. Tulevaisuudessa roolit saattavat kääntyä kui-tenkin päinvastaisiksi: sähkön kulutus seuraa entistä tarkemmin tuotantoa ja joustaa sen mukaan. Esimerkiksi sähköauto latau-tuu ympäristöystävällisellä tuulisähköllä.

ABB | smart grid 11

giamarkkinat -ohjelma, jossa myös ABB on mukana. Yksi sen merkittävimmistä demonstraatioista on Helsingin Kalasa-taman älykäs energiajärjestelmä.

Sähköautojen tulevaisuus Vuonna 2020 sähköautokannan arvioi-daan olevan 40 miljoonaa globaalilla tasolla. Määrä vastaa noin 2 prosenttia teillä liikku-vista autoista. Työ- ja elinkeinoministeriön tavoitteen mukaan Suomen autokannasta neljäsosa on tuolloin sähköautoja. ABB:llä on tehokkaita ratkaisuja sekä hitaaseen että pikalataukseen. Sähköau-tojen yksi suurimmista huolista on auto-jen lyhyt toimintasäde. ABB:n markkinoille tuomalla DC-latausasemalla pieni henkilö-auto latautuu kymmenessä minuutissa yli sadan kilometrin matkalle. Ratkaisu tukee myös raskaiden ajoneuvojen latausta. Sähköautot tulevat olemaan myös ener-giavarastojen kehittymisen ajuri. Energi-an varastoinnin merkitys nousee uudessa sähköverkossa keskeiseksi. Sitä tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasauk-seen, reservitehoon sekä katkottomaan sähkönjakeluun.

Kohti hiilineutraalia asumista ABB tekee tiivistä teknologiayhteistyö-tä tulevaisuuden älykkäiden energiaratkai-sujen kehittämiseksi ja testaamiseksi Hel-

sinkiin rakentuvalla Kalasataman alueella. Alue tulee tarjoamaan 2030-luvun alkuun mennessä 10 000 työpaikkaa ja kodin noin 18 000 helsinkiläiselle. Tavoitteena on maailmanlaajuisesti mer-kittävä älykkään sähköverkon mallialue, jossa yhdistetään uusinta energia-, infor-maatio- ja viestintäteknologiaa. Älykäs energiajärjestelmä sisältää muun muassa paikallisen uusiutuvan sähköntuotannon, kuten aurinko- ja tuulivoiman, sähköautoja tukevan infrastruktuurin ja sähkön varas-toinnin sekä kotien ja liikerakennusten energiatehokkaan kiinteistöautomaation. Mittakaavaltaan Kalasatama-hanke on iso askel kohti älykkäämpää ja joustavam-paa kaupunkisähköverkkoa, johon voidaan yhdistää hajautettu ja uusiutuva sähkön-

tuotanto. Tämä auttaa ihmisiä toteutta-maan kestävän kehityksen periaatteita kaupunkiasumisessa. Tulevaisuuden älykästä sähköverkkoa tarvitaan yhdistämään hajautettu uusiutu-va energiantuotanto voimajärjestelmään ja parantamaan järjestelmän energiatehok-kuutta ja luotettavuutta.

1

3

2 ABB:n ja Vattenfallin Hailuoto-hankkeen tavoitteena on saada hajautettu sähköntuotanto toimimaan saarekkeena.

3 Davosin maailmakokouksessa sähköautot ladattiin ABB:n ratkaisulla.

1 Havainnekuva Helsingin itäiseen kanta-kaupunkiin rakentuvasta Kalasatamasta.

2

Ota yhteyttä!

ABB OyPL 18700381 HelsinkiPuhelin 010 22 11www.abb.fi/alyverkot

ABB on johtava sähkövoima- ja auto-maatioteknologiayhtymä, jonka tuotteet , järjestelmät ja palvelut parantavat teollisuus- ja energiayhtiöasiakkaiden kilpailu kykyä ympäristömyönteisesti. ABB:n palveluksessa on noin 100 maassa yli 124 000 henkilöä.

Suomen ABB:n palveluksessa työsken-telee noin 7 000 henkilöä lähes 40 paikkakunnalla. Vuonna 2010 yhtiön liikevaihto oli 2,2 miljardia euroa ja panostukset tutkimukseen ja tuoteke-hitykseen lähes 140 miljoonaa euroa. Tehdaskeskittymät sijaitsevat Helsingis-sä, Vaasassa ja Porvoossa.