Virtuaalivoimalaitokset tulevat, oletko valmis?

Ville_ReinikainenKirjoittaja: Ville Reinikainen, toimialajohtaja, energia, Granlund Consulting

Keskustelu energiatehokkuuden ympärillä on käynyt kiinteistö- ja rakennusalalla sekä koko yhteiskunnassa vilkkaana jo vuosia. Uusia ratkaisuja ja sovellutuksia syntyy kuin sieniä sateella.

Kustannussäästöt, hiilijalanjäljen pienentäminen ja muun muassa sijoitetun pääoman tuoton maksimointi ovat mittareita, joilla usein arvotetaan energiaratkaisuja suhteessa toisiinsa.

Ilahduttavan voittopuolisesti ratkaisuja myös lähestytään ensin energiatarpeen pienentämisen näkökulmasta ja vasta tämän jälkeen uusiutuvan tuotannnon pohtimisella. Ympäristöystävällisintähän on se käyttämätön kWh.

Toisaalta käyttäjien tarpeet ja hyvinvointi kiinteistöissä saattavat aiheuttaa pientä ristipainetta, mutta tämäkin haaste on ratkaistavissa ympäristön eduksi hyödyntämällä muun muassa viimeisintä teknologiaa ja yhteistoiminnallisia/moniammatillisia ongelmanratkaisumalleja. Myös energian kierrätys ja varastointikin alkavat olla rakennustasolla arkipäivää ainakin uudisrakennushankkeissa. Tästä pääsemmekin itse aiheeseen.

Mistä ratkaisu tehojen heiluntaan?

Kuten hyvin tiedämme, alati kasvava uusiutuvan energian määrä energiaverkoissamme aiheuttaa “heiluntaa” energian tuotantoomme. Kun aurinko paistaa ja tuulee, uusiutuvaa on saatavilla. Kun tilanne on toisin päin, tarvitsemme korvaavia ratkaisuja eli säätövoimaa.

Myös ilman uusiutuvan energian tuotannon aiheuttamaa heiluntaakin, meillä on tarpeen hallita tehokuormia energiaverkossamme. Esimerkiksi tyypillisesti silloin, kun tehontarve on suurin, tarvitaan käyttöön niitä kaikkein eniten hiilipäästöjä tuottavia energian tuotantomuotoja. Toisaalta huippujen käyttöaika on tyypillisesti hyvin lyhyt jakso kalenterivuodesta, jota varten on kuitenkin varauduttava merkittävillä laitosinvestoinneilla.

Yhteistuotantolaitosten, joita meillä ainakin vielä toistaiseksi on paljon, kustannustehokkaimman käytön kannalta olisi hyvä ajoittaa lämmönkäyttö samoihin hetkiin, kun sähköä tuotetaan paljon.

Asia olisi helposti ratkaistavissa, jos meillä olisi käytössä energian varastointimenetelmiä, jotka olisivat riittävän edullisia eikä varastointiteholla ja -ajalla olisi rajoituksia. Varasto ei myöskään mielellään saisi kuluttaa kohtuuttomasti luonnonvaroja. Tällaisia varastointimenetelmiä ei kuitenkaan ainakaan vielä ole saatavilla eikä hetkeen varmastikaan keksitäkään.

On myöskin epätodennäköistä, että globaalit energiantuotantoon ja sen puhtausvaatimuksiin liittyvät haasteet pystytään ratkaisemaan yhdellä tai muutamalla keinolla. Olemme tilanteessa, jossa ratkaisujoukko puhtaan energian saralla on tulevaisuudessa entistäkin monipuolisempi.

Virtuaalivoimalaitokset ratkaisuksi

Virtuaalivoimalaitokset, joista keskustelu on alkanut nostaa päätään myös kiinteistö- ja rakennusalalla, ovat yksi ratkaisu, joilla voidaan tuoda helpotusta edellä kuvattuun ongelmaan ja vieläpä suhteellisen vähäisellä luonnonvarojen kuluttamisella.

Karkeasti kysymys on energiaverkon olemassa olevien tehokuormien sekä tuotanto- ja varastointikapasiteetin ohjaamisesta koko energiaverkon toiminnan tehokkuuden ja ympäristöystävällisyyden kannalta mahdollisimman optimaalisesti.

Teollisuudessa vastaavantyyppistä toimintaa on harjoitettu jo jonkin aikaa ja Fingridin sähköverkossa on valmiit kauppapaikat säätötehon kauppaamiseksi ja sitä kautta taloudellisten hyötyjen realisoimiseksi.

Virtuaalivoimalaitos

Yllä olevassa kuvassa on esitetty virtuaalivoimalaitoksen periaate. Alla olevassa taas karkeasti eri vaihtoehtoja ansaita rahaa rakennuksen tehoja säätämällä (kysyntäjoustolla) joko energian hintaa vasten tai reservikapasiteetiksi energiaverkkoon.

Kaukolämpöpuolella on vielä tällä hetkellä tarjolla vähemmän ansaintamahdollisuuksia kysyntäjoustolle kuin sähkössä, mutta tulevaisuudessa hinnoittelumallit kehittynevät tehojen hallintaa suosivampaan suuntaan. Verotuksella on myös mahdollisuus vaikuttaa kysyntäjouston kannattavuuteen, esimerkiksi dynaaminen energiaverotus on yksi tällaisista mahdollisista keinoista.

Virtuaalivoimalaitos 2

Haasteita ja mahdollisuuksia

Haasteeksi virtuaalivoimalaitoksessa muodostuu riittävän suuren ohjattavan tehokapasiteetin aikaansaaminen. Tyypillisesti yksittäisen rakennuksen, suurenkin, kysyntäjoustokapasiteetti jää kovin alhaiseksi ja tarvittavat investoinnit energiaverkon näkökulmasta riittävän nopeisiin tehonsäätöratkaisuihin ja niiden ylläpitoon ovat harvoin kannattavia. Saati sitten, jos kysymyksessä on kuluttaja, joka haluaisi tarjota oman tehonsäätöpotentiaalinsa energiaverkon hyödyksi.

Joitain esimerkkejä kuitenkin jo löytyy. Yksittäisistä kohteista esimerkiksi Sellossa ollaan rakentamassa virtuaalivoimalaa ja Wasa Station korttelin suunnitteluratkaisuissa on vahvasti ollut mukana kysyntäjoustokapasiteetin maksimointi. Molemmissa tapauksissa on kuitenkin kyseessä useista rakennuksista koostuvat kiinteistökompleksit ja molemmat hankkeet  ovat saaneet merkittävästi TEM:n investointitukea, joten yleisiksi ratkaisuksi ei näistä sovellutuksista vielä ole.

wasa_station
Wasa Stationin suunnitelma

Kokonaisuuden kannalta näyttäisi olevan keskeistä, että alalle alkaa syntyä toimijoita, jotka keräävät riittävän suuria tehokokonaisuuksia (esimerkiksi rakennusryppäitä tai -portfolioita) hallittavakseen ja myytäväksi säätökapasiteettina Fingridille tai energialaitoksille.

Tällöin ansaintamahdollisuudet ovat todellisia ja suuruusluokaltaan vähintään tuhansia euroja vuodessa per liike- tai toimistorakennus ja parhaimmillaan puhutaan jopa viisi-kuusinumeroisista summista vuodessa.

Tällaisestakin toiminnasta alkaa Suomessa löytyä alustavia esimerkkejä niin lämpötehonsäätöön erikoistuneitten start up -yritysten muodossa kuin energialaitosten palveluina ja pilottiprojekteina. Varsinaisia kiinteistösektorilla toimivia virtuaalivoimalaitostoimijoita ei vielä kuitenkaan löydy.

Virtuaalivoimalaitostoimijan ideana siis, että kiinteistön omistaja tai kuluttaja voi luovuttaa valitsemansa tehonsäätökapasiteetin virtuaalivoimalaitostoimijan käyttöön korvausta vastaan.

Esimerkiksi Ranskassa toimii jo yritys, joka jakaa kuluttajille ilmaiseksi laitteita, jotka mahdollistavat heidän liittymisensä omaan virtuaalivoimalaitokseensa ja tehonsäätöoikeutta vastaan yritys tarjoaa pienentynyttä energiankäyttöä ja sitä kautta säästöä kuluttajalle.

Virtuaalivoimalaitostoimijoiden eli energia-aggregointiyritysten lisäksi tarvitaan vankkaa ymmärrystä tehonsäädön sovittamisesta kiinteistöjen arkeen niin, että normaali toiminta ei häiriinny eikä esimerkiksi hyvinvointi kiinteistössä vaarannu.

Silloin, kun säädettävänä on vaikka tuhat sähkölämmitteisen talon lämminvesivaraajaa, riskit ovat varsin maltilliset, mutta jos tehonsäätökapasiteettina toimivat toimistorakennusten talotekniset laitteet tai massan varaavuutta hyödynnetään rakennusten lämmittämiseen sarjassa, täytyy tietää hyvin tarkasti kuinka toimitaan. Kohdekohtaisilla sähkö- tai lämpöakuilla tilannetta voidaan tasapainottaa ja riskejä pienentää, mutta toistaiseksi akkujen hinnat suhteessa saavutettavaan hyötyyn kohdetasolla ovat rajalliset.

Varmaksi voitaneen kuitenkin todeta, että virtuaalivoimalaitokset tulevat kiinteistö- ja rakennusalalle tulevaisuudessa ja todennäköisesti vielä nopeammin kuin uskommekaan. Teknologia alkaa olemaan valmista, mutta tarvitaan vielä kehitystä energian hinnoittelumalleissa ja verotuksessa tehonsäätöä suosivampaan suuntaan sekä rohkeita ja innovatiivisia yrittäjiä alalle niin virtuaalivoimalaitokset alkavat olla arkipäivää.

Millaisia mahdollisuuksia virtuaalivoimalaitos tarjoaa rakennushankkeisiin?

Tässä kohtaa olisikin siis fiksua, että rakennushankkeissa (isoissa sekä pienissä) ja niiden suunnittelussa aloitettaisiin vakavasti pohtimaan ratkaisuja, jotka mahdollistavat sujuvan kysyntäjouston tulevaisuudessa.

Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi yksityiskohtien hiomista sähkön jakelumallissa kiinteistön sisällä tai vaikka tarvittavia varauksia automatiikassa, putkikytkentäratkaisuissa ja tilavarauksissa. Suunnitteluvaiheessa kun kustannukset ovat tyypillisesti pieniä, mutta myöhemmin muutettuna ne tuppaavat kasvamaan.

Toinen huomio liittyy virtuaalivoimalaitosten toiminnan mahdollistavan ekosysteemin muodostumiseen. Virtuaalivoimalaitokset ja kysyntäjousto eivät ole pelkästään kiinteistö- ja rakennusalan tai energia-alan asia, vaan vahvasti yhteinen kokonaisuus.

Tunnustelua ja pilottiprojekteja näiden toimijoiden välillä löytyy ja omissa porukoissa keskustelua käydään, mutta mielestäni ylätason keskustelua energiaverkkojen tehonhallinasta energia- sekä kiinteistö- ja rakennusalan päättäjien kesken yhdessä käydään mielestäni liian vähän.

Näkisin mielelläni vaikkapa seminaaritapahtuman, jossa kiinteistö- ja rakennusalan sekä energia-alan päättäjät yhdessä pohtisivat parhaita ratkaisumalleja, jossa keskiöön olisi vieläpä nostettu käyttäjä ja asiakas eli ihminen.

Kyseessä on kuitenkin myös Suomen kilpailukyvyn kannalta merkittävä asia, jonka pohjalta voidaan hyvällä yhteistyöllä luoda merkittäviä vientituotteita.

Konesalien hurja energiankulutus talteen

Source: McKinsey Report. Revolutionising DataCenter Efficiency
Source: McKinsey&Company Report. Revolutionising DataCenter Efficiency.

Vaikka tietokoneet kehittyvät hurjaa vauhtia, ei tekniikka pysy mukana datan käsittelyn ja säilytyksen vaatimassa kasvuvauhdissa. Konesalien energiankulutuksen trendi on edelleen jyrkästi kasvava ja esimerkiksi McKinseyn tekemien tutkimusten mukaan konesalien energiankulutus tulee kaksinkertaistumaan vuodesta 2015 vuoteen 2020. Eennusteen mukaan vuonna 2020 konesalien energiankulutus vastaa noin seitsemää prosenttia maailman koko sähköenergiankulutuksesta.

Satojen miljoonien eurojen rakennusprojekteja

Rakentamissektorilla konesalien määrän kasvu tarjoaa paljon työtä rakentamiseen liittyen. Yleensä isoimpien konesalikeskittymien yhteyteen syntyy myös muuta IT-palveluliiketoimintaa sekä työpaikkoja. Esimerkiksi joidenkin arvioiden mukaan Googlen Haminan kohteen kokonaisinvestointi on jo yli miljardi euroa.

Jari_Innanen
Jari Innanen on Granlund konesali-palveluiden suunnittelujohtaja ja Finnish Data Center Forumin puheenjohtaja.

Oxford Researchin tekemän selvityksen mukaan Länsi-Eurooppaan tarvitaan vuoteen 2020 mennessä 60 isoa uutta konesalia, jotta kasvaviin tarpeisiin voidaan vastata. Suomi haluaa olla mukana tässä kehityksessä ja pärjätä kilpailussa, kun konesalien sijoituspaikoista päätetään.

Maamme merkittäviä kilpailuetuja ovat uudet kuituyhteydet Saksaan, edullinen sähkönhinta sekä kylmä ilmasto. Toistaiseksi kylmää ilmaa on hyödynnetty konesalien jäähdytyksessä (vapaajäähdytys), mutta palvelinvalmistajat kehittävät tuotteitaan jatkuvasti siten, että ne kestävät kuumempaa jäähdytysilmaa, jolloin vapaajäähdytys on mahdollinen myös lämpimissä maissa.

Silloin Suomen kilpailuetu heikkenee ja kilpailuetu menetetään, jos lämpöä ei hyödynnetä.

Konesalit lämpövoimalaitoksina

Koska konesalit ovat isoja lämmönlähteitä, voidaan niitä hyödyntää rakennuksien ja kaupunginosien lämmitykseen. Tällä hetkellä lämpöä ei kuitenkaan juuri hyödynnetä; esimerkiksi Suomessa on 1000 konesalia, joista noin kymmenessä hyödynnetään hukkalämpöä.

Suomessa ja Pohjoismaissa on kuitenkin käynnissä jo useampia hankkeita, joissa konesaleista syntyvää lämpöä tuotetaan kaukolämpöverkkoon ja käytetään esimerkiksi ympärillä olevien rakennusten lämmittämiseen.

Fakta on kuitenkin se, että vuonna 2020 Suomen sähköenergiankulutuksesta seitsemän prosenttia kuluu konesaleissa. Eikö olisi kaikkien osapuolien kannalta hyvä, jos tuosta määrästä suurin osa siirtyisi takaisin ”ilmaisenergiana” rakennuksien ja käyttöveden lämmitykseen?

Hukkalämmön hyödyntämisen mahdollisuudet ovat suuria. Siksi aina, kun uusia hankkeita suunnitellaan, tulisi tarkastella vaihtoehtoja siirtää konesalissa syntynyt lämpö hyötykäyttöön. Näin säästetään rahaa ja luonnonvaroja.

Globaali suorituskykymittari (KPI) lämmönhyödyntämiselle

Suomen Standardisoimisliitto (SFS) on yhdessä monien yritysten ja Finnish Data Center Forum Ry:n (FDCF) kanssa mukana kehittämässä globaalia suoristuskykymittaria hukkalämmön hyödyntämisille. Standardin avulla saadaan kansainvälisesti hyväksytty mittari konesalien ”lämmöntuotannolle” ja se tulee olemaan tunnustetusti ympäristöystävällisin tapa tuottaa konesalin jäähdytys. Konesalin hukkalämpöä kannattaa hyödyntää aina, mutta kylmän ilmaston maissa hyödyntämisen potentiaali on suurinta ja helpointa. Lämmön hyödyntäminen onkin yksi Suomen kilpailuetu konesalimarkkinoilla.

Tällä hetkellä konesalien energiatehokkuudella on vain yksi kansainvälisesti tunnustettu mittari (Power Usage Efficiency PUE), joka mittaa kohteen kokonaiskulutusta suhteessa itse prosessiin (palvelimien energian kulutus), mutta ei huomio lämmön hyödyntämistä.

Granlund vahvasti mukana kehittämässä alaa eteenpäin

Granlund on mukana FDCF:n toiminnassa partnerijäsenenä ja minä toimin yhdistyksen puheenjohtajana. Haluamme ehdottomasti olla eturintamassa kehittämässä alaa eteenpäin.

Granlundin kokonaisvaltaiset palvelut sekä vahva suunnitteluosaaminen tukevat erittäin hyvin asiakastarpeita konesaliprojekteissa sekä hankkeiden käynnistämiseen liittyvissä selvityksissä. Ala kehittyy kuitenkin valtavaa vauhtia ja siksi on tärkeää olla mukana aktiivisena toimijana konesalisektorilla ja omaksua uusia ratkaisuja sekä toimintatapoja.

Energiamurros haastaa päätöksenteon

Energia on aiheena lähempänä meitä jokaista, kuin kenties koskaan aikaisemmin. Se on kuin ruoka tai puhdas juomavesi, ilman sitä ei oikein voi elää. Yksi ihmislajin menestymisen edellytyksistä on ollut kyky hyödyntää tulta, eli lämpöenergiaa, mm. ruoanvalmistukseen ja kylmistä oloista selviämiseen.

Ville_Reinikainen
Ville Reinikainen

Ei siis liene väärin, että tietoisuus ja keskustelu energiankäytöstä, -tuotannosta sekä aiheen ympärillä tapahtuvasta politikoinnista lisääntyy. Varsinkin, kun energiantuotanto sekä energian holtiton käyttö uhkaavat kotipallomme tulevaisuutta.

Hyvänä esimerkkinä uhan tunnistamisesta on hiljattain julkisuuteen tuotu, maailman suurimpiin kuuluvan energiayhtiö Shellin liiketoimintastrategiaa ohjaava sisäinen raportti. Raportti pohjaa olettamaan, että globaali keskiarvolämpötila nousee tulevaisuudessa neljä astetta, mikä on huomattavasti enemmän kuin kansainvälisesti hyväksytty kahden asteen lämpenemisen raja. Tätä suuremman lämpötilanousun katsotaan johtavan katastrofaalisiin ongelmiin. Lisää tästä voi lukea The Guardianin ja Helsingin Sanomien artikkeleista.

Edellisen kerran energia oli lähes yhtä suuri puheenaihe 1970-luvun energiakriisin aikaan. Silloin keskustelu oli vilkasta ja energiankäytön vähentämiseksi asetettiin voimakkaita säädöksiä. Syyt olivat kuitenkin puhtaasti poliittiset, ja kriisi poistui poliittisten erimielisyyksien selvittyä. Jälkeenpäin ajateltuna, olisi voinut olla viisasta jatkaa kriisin viitoittamalla energiansäästön tiellä. Ehkä maapallo olisi piirun verran terveemmässä kunnossa tänä päivänä. No, mikään ei ole helpompaa kuin jälkiviisaus.

Energiamurroksen mahdollisuudet

Tänään edessämme on energiamurros, joka tarkoittaa kokonaisvaltaista muutosta totuttuihin tapoihin käyttää ja tuottaa energiaa. Energiamurros sisältää tavattoman määrän politikointia, mutta sen syyt eivät ole politiikassa, vaan ilmaston lämpenemisessä ja sen tuomissa valtavissa haasteissa.

Ongelma on kaikkien yhteinen, mutta kunkin maan ja suuryrityksen omat, usein ristiriidassa olevat, tavoitteet tekevät globaalien ratkaisujen toteuttamisen monimutkaiseksi. On kuitenkin nähtävissä selkeitä maailmanlaajuisia trendejä, jotka ohjaavat energiamurrosta. Näistä merkittävimpiä lienee aurinko- ja tuulienergian hyödyntäminen, energiansäästö sekä hajautetut energiaverkot kysynnänjoustoineen.

Poliittisista haasteista huolimatta päätä ei siis ole tarpeen työntää pohjalaiseen turvemättääseen. Olisi järkevää tarttua uusia globaaleja ratkaisuja sarvista ja ryhtyä toimeen, Suomen kansalliset edut huomioiden. On tärkeää, että energiajärjestelmässä tapahtuvat muutokset nähdään tulevaisuuden mahdollisuuksina, ei pakollisena pahana.

Suomi kaipaa uusia näkökulmia

Suomalainen energiakeskustelu kaipaa ravistelua. Esimerkiksi Fennovoiman ydinvoimahankkeen ympärillä käyty keskustelu on vilkasta. Huoltovarmuuden, energiaomavaraisuuden sekä tärkeiden ympäristökysymysten lisäksi meidän tulisi miettiä esimerkiksi sitä, miten ydinvoima tukee Suomen uudeksi ja merkittäväksi vientivaltiksi kaavaillun Cleantech-osaamisen kehittymistä?

Voitaisiinko globaaleja energiamurroksen trendejä ajaa meillä sisään vaihtoehtona uusille keskitetyille suurvoimaloille, kuten monet alan johtavat professorit ja tutkijat kannustavat ajattelemaan? Voisiko hajautettu energiantuotanto samalla lisätä demokraattista päätöksentekoa energiatuotantoratkaisuja valittaessa?

Kun tuotantoa hajautetaan pienempiin yksiköihin, voisi kuvitella, että entistä pienempien toimijoiden, jopa yksittäisten henkilöiden, osallistuminen päätöksentekoon tulisi mahdolliseksi. Tämä vaatii luonnollisesti voimakkaita panostuksia energiaverkkojen kehitykseen, mutta panostus voi olla sen väärti, varsinkin, jos ajatellaan, millaisia panostuksia energiaratkaisuihin on tulevaisuudessa laitettava.

Rohkeutta tehdä toisin

Uudet ratkaisut vaativat päättäjiltä rohkeutta katsoa pitkälle tulevaisuuteen. Täytyy uskoa, että perinteisestä poikkeavat energiaratkaisut voivat korvata vanhaa energiantuotantokapasiteettia, joka on politiikan tai ympäristön näkökulmasta ongelmallista.

Merkkejä tästä rohkeudesta alkaa jo löytyä. Esimerkiksi Helen on edistämässä hajautettuun tuotantoon perustuvaa uusiutuvan energian ratkaisua, Hanasaaren ja Salmisaaren suurvoimaloiden modernisoinnin tai Vuosaareen rakennettavan uuden ison biovoimalaitoksen sijaan. Tässä ratkaisussa ei tukeuduttaisi yksittäiseen isoon voimalaan vaan useampiin pienempiin uusiutuvan energian yksiköihin. Kaupunkilaisten energiankäytön muutosten uskotaan tukevan tätä ratkaisua. Suunnitelmaan sisältynee myös usko siihen, että energiaverkot tulevat kehittymään ja joustavuus energiankulutuksen ja -tuotannon tasaamisessa lisääntymään. Toivotaan, että tätä uskoa ja päätöksentekokykyä löytyy jatkossa muiltakin päättäjätahoilta.

Meni niin tai näin, varmaa on se, että paras tapa vaikuttaa positiivisesti Suomen energiaomavaraisuuteen ja energiajärjestelmän ympäristöystävällisyyteen on energiansäästö. Tähän meillä kaikilla on mahdollisuus. Suuri osa energiansäästöinvestoinneista on myös taloudellisesti kannattavia.

Rentouttavaa ja energiaa säästävää kesälomaa kaikille.

Kirjoittaja Ville Reinikainen on Granlund Consultingin energia- ja ympäristötoimialan johtaja.