Suomeen on rakennettu noin 1 400 tuulivoimalaa, joiden yhteenlaskettu teho on vajaat 5 700 megawattia. Seuraavan vuosikymmenen aikana Fingrid arvioi kapasiteetin nelinkertaistuvan. Sen jälkeen tuulivoiman osuus maamme energian tuotannosta yltää hetkittäin jopa 90 prosenttiin.
Suomen Tuulivoimayhdistyksen toimitusjohtaja Anni Mikkonen muistuttaa tuulivoiman muustakin merkityksestä:
”Meillä on nyt Euroopan kuumimpiin kuuluva tuulivoimamarkkina. Teollisuudenaloista tuulivoima tuo eniten vuosittaisia investointieuroja Suomeen. Mitään muuta sähköntuotantoa ei pysty Suomeen rakentamaan yhtä nopeasti ja kustannustehokkaasti.”
Mikkonen muistuttaa, että tuulivoima myös lisää monen pienen paikkakunnan elinvoimaa.
Tahtikoneista taajuusmuuttajiin
Kun yhä suurempi osuus energiantuotannosta tulee tuulivoimasta, sähköjärjestelmän toimivuus edellyttää uudenlaisia ratkaisuja. Tuulivoima liitetään verkkoon teknisesti eri tavalla kuin perinteiset voimalaitokset.
Vesi ja lämpövoimalaitoksissa turbiini pyörittää generaattoria samassa tahdissa verkon taajuuden kanssa. Jos verkon taajuus tai jännite muuttuu, tahtikone luontaisesti vastustaa näitä muutoksia.
Tuulivoima puolestaan kytkeytyy verkkoon taajuusmuuttajien eli suuntaajien välityksellä.
Perinteisissä voimalaitoksissa on kyse fyysisestä kytkennästä, tuulivoimaloissa tehoelektroniikkaan perustuvasta ohjelmoinnista.
”Perinteisissä voimalaitoksissa on kyse fyysisestä kytkennästä, tuulivoimaloissa sen sijaan tehoelektroniikkaan perustuvasta ohjelmoinnista”, kiteyttää Fingridin suunnittelupäällikkö Antti
Harjula.
Suuntaajat seuraavat verkkoa
Tuulivoimaloiden rakentamisbuumin myötä sähköverkosta syrjäytyy perinteisten voimaloiden tahtikoneita. Suuntaajat kuitenkin vain seuraavat verkkoa – kuten ne on ohjelmoitu reagoimaan –
eivätkä tahtikoneiden tapaan luo sitä.
”Suuntaajat lukittuvat verkon taajuuteen ja syöttävät tehoa sen mukaan”, Harjula selittää.
”Haasteita aiheuttavat muun muassa suuntaajien väliset vuorovaikutusilmiöt. Tehoelektroniikkaan perustuva tuotanto vaatii myös entistä tarkempaa mallinnusta ja analysointia sähköverkon stabiilin toiminnan varmistamiseksi.”
Koska suuntaajat eivät tue verkkoa tahtikoneiden lailla, verkon stabiilius voi heiketä. Myös verkon suojaus ja sähkönlaatu saattavat kärsiä. Lisäksi sähköjärjestelmää on entistä vaikeampi hallita.
Ratkaisut markkinoilta, tuulivoimaloista ja verkosta
Sähköverkon stabiiliutta vahvistavat ratkaisut Harjula jakaa kolmeen ryhmään: markkinoilta ostettaviin, tuulivoimalaitoksiin toteutettaviin ja verkkoon rakennettaviin.
Ratkaisut on mahdollista toteuttaa paikallisesti, alueellisesti tai vaikka pohjoismaisella tasolla.
Jatkossa Fingrid voi ostaa voimalaitoksilta tuotantoa tukemaan verkkoa, eikä tuottamaan energiaa.
Kantaverkkoyhtiöt eri puolilla maailmaa tutkivat mahdollisuuksia niin keskenään kuin asiakkaiden ja laitevalmistajien kanssa. Jatkossa Fingrid voi ostaa voimalaitoksilta tuotantoa tukemaan verkkoa, eikä tuottamaan energiaa. Markkinaehtoinen ratkaisu on myös matalan inertian tilanteissa käyttöönotettu nopea FFR-taajuusreservi.
Verkkoon liitettävälle tuotannolle Fingrid asettaa aikanaan uusia vaatimuksia. Jatkossa esimerkiksi suuntaajien pitäisi kyetä luomaan jännitettä ja ylläpitämään taajuutta ilman ulkopuolista referenssiä.
Akkuvarastoihin on jo tarjolla kaupallisia ratkaisuja, jotka pohjautuvat verkkoa luoviin suuntaajiin. Sen sijaan voimalaitoksiin integroidut ratkaisut ovat kehitysasteella ja ilman standardeja.
Kolmanteen ryhmään kuuluvat sähköjärjestelmään integroitavat laitteet. Fingrid pystyy asentamaan verkkoon vaikkapa ilman energianlähdettä toimivia tahtikoneita.
”Vastuu kokonaisuuden toiminnasta Suomessa on Fingridillä. Aikaa myöten löydämme kustannustehokkaimmat ratkaisut”, Harjula vakuuttaa.
Joka tapauksessa ratkaisuilta edellytetään ennakoitavuutta ja teknistä varmuutta.
Länsirannikon kantaverkko vahvistumassa
Tuulivoimatuotantoamme leimaa voimakas alueellinen keskittyminen.
Peräti kolme neljäsosaa tuulivoimatuotannosta sijoittuu nyt ja lähivuosina Pohjanmaan maakuntiin. Sinne on syntymässä Olkiluodon ja Loviisan ydinvoimalaitosten yhteenlaskettua tehoa vastaava tuulivoimakeskittymä.
”Vuoden 2025 loppuun mennessä Porin ja Oulun välisellä alueella on tuulivoimatuotantoa noin 5 000 megawatin verran. Lisäksi uutta tuotantoa suunnitellaan tuhansia megawatteja maalle ja merelle”, tarkentaa Fingridin asiakaspäällikkö Petri Parviainen.
Länsirannikon voimajohtoyhteyksiä täytyy lisätä.
Vaikka Fingrid on uusinut ja vahvistanut länsirannikon kantaverkkoa, sen siirtokyky joutuu jo maatuulivoimatuotannon kasvun vuoksi äärirajoilleen erityisesti huolto- ja vikatilanteissa. Niinpä alueen voimajohtoyhteyksiä täytyy lisätä.
Valmisteluissa ja ympäristövaikutusten arvioinneissa on uusi 400 kilovoltin voimajohtoyhteys Kristiinankaupungista Tampereelle ja kaksi vastaavaa voimajohtoyhteyttä Kalajoelta Keski-Suomeen. Yhteydet valmistuvat vuosina 2027 ja 2028.
”Uudet voimajohdot lisäävät merkittävästi alueen sähkönsiirtokapasiteettia ja helpottavat
uuden tuulivoimatuotannon liittämistä sähköjärjestelmään. Niiden valmistumisen aikataulu
voi tosin hieman hidastuttaa joidenkin tuulivoimahankkeiden toteuttamista,” Parviainen
mainitsee.
Kalajoelle asennetaan synkronikompensaattori
Kantaverkon siirtokapasiteetin kasvattamisen ohella länsirannikolla tarvitaan myös nopeammin toteutettavia ratkaisuja.
Parhaillaan Fingrid tekee Kalajoella sijaitsevalle Jylkän sähköasemalle asennettavaa synkronikompensaattoria, eli isoa tahtikonetta. Se tasapainottaa verkkoa ilman energianlähdettä.
”Suunnitelmien mukaan otamme synkroni kompensaattorin käyttöön vuonna 2025. Tämän jälkeen uutta tuulivoimaa voidaan jonkin verran liittää verkkoon Kokkola–Raahe-akselilla”, Parviainen kertoo.
Lisäksi länsirannikollakin Fingrid aikoo ottaa käyttöön Dynamic Line Rating- eli DLR-tekniikkaa, jonka avulla se saa entistä tarkempaa tietoa siirtoverkon kuormitus- ja kapasiteettimahdollisuuksista eri sääoloissa. Tekniikka antaa pelivaraa verkon käyttöön.
