Kuten energiakriisi on hyvin osoittanut, tarvitsemme yhä enemmän kaikkien saatavilla olevaa sekä kohtuuhintaista energiaa, jotta voimme hidastaa ilmastonmuutosta sekä varmistaa oman kansallisen energiahuoltovarmuuden ja energiaturvallisuuden. Koska vihreä siirtymä etenee nopeammin kuin koskaan, on erityisen tärkeää, että voimme toteuttaa kattavan ja kestävän digitaalisen muutoksen energiajärjestelmissämme.
Digitaaliseen muutokseen energiajärjestelmissä liittyy olennaisesti yhteiskunnan sähköistyminen energiassa, palveluissa ja liikkumisessa. Sähköistymisen myötä hajautettu energiajärjestelmä laajenee, mikä vaatii datan avulla tehtäviä laskentaa, tiedonvaihtoa, ohjausta ja optimointia. Energian kulutus muuttuu nopeammin kuin koskaan ja energiaa halutaan ostaa yhä enemmän palveluna, missä energiatehokkuus, kulutus, tuotanto ja vastuullisuus ovat osa palvelua. Etenkin energiakriisi osoitti ensimmäiset askelmerkit älykkäille energiapalveluille ja laitteille, kun sähkönhinta oli korkealla ja hintavaihtelut suuria. Energian hintojen odotetaan keskimääräisesti laskevan, mutta hintavaihtelut ovat tulleet jäädäkseen.
Energiajärjestelmien digitalisointi on isossa roolissa EU-komission toimenpidesuunnitelmissa ja se nähdään yhtenä tärkeimmistä tavoista edistää ja tehostaa vihreän siirtymän toteutumista. Toimenpidesuunnitelmassa on useita energian digitalisointiin liittyviä tavoitteita sekä lainsäädännön toimenpiteitä. Digitalisaation energia-alalla nähdään lisäävän merkittävästi tuotannon ja käytön joustavuutta sekä koko toimialan valtavan potentiaalin parempaa hyödynnettävyyttä. Digitalisaation vaikutukset energiatoimialaan tunnistetaan, mutta energiatoimiala on kuitenkin yksi vähiten kehittyneimmistä toimialoista mitä tulee digitalisaatioon. Lisäksi energia-alan ekosysteemi laajenee, käytössä ovat mm. laitetason ratkaisut, keskenään verkottuneiden IoT-laitteiden ratkaisut, paikallistason (kiinteistö, maatila/teollisuustila, energiayhteisö) järjestelmät ja näiden päällä vielä suurtuotanto, energiansiirto- ja myynti, kansalliset ratkaisut ja markkinapaikat.
EU-komission julkaisemassa toimenpidesuunnitelmassa energia-alan osalta on useita tavoitteita ja toimenpiteitä, joiden avulla energia-alan digitalisointia pyritään viemään eteenpäin. Suomessa on vastikään otettu käyttöön kansallinen sähkön vähittäismarkkinoiden keskitetty tiedonvaihtojärjestelmä Datahub. EU:n tavoitteena on muodostaa koko EU:n kattava datanjakamisen kehys (energiadata-avaruus), sähköverkon digitaalinen kaksonen sekä nostaa myös kyberturvallisuus keskeiseen rooliin. Komission tavoitteena on edistää investointeja energia-alan digitalisaatioon sekä edistää energiasiirtymän edellyttämiä digitaalisia palveluita. Lisäksi on huomioitu, että digitalisoinnin kasvu lisääntyvänä energiankulutuksena ei hidastaisi ilmastotavoitteita. Käytännön tasolla komission tavoitteena on vauhdittaa kaikkia sähkönkuluttajia koskevia älykkäitä energiamittareita, joita itseasiassa Suomessa on jo melko laajasti käytössä. Kyberturvallisuuden osalta on luvassa säätelyä uusille digitaalisille tuotteille ja palveluille.
Kevät oli verkostoitumisen ja tiedonvälityksen aikaa Kommunikoiva energia -hankkeessa
Kommunikoiva energia -hankkeessa pyritään löytämään digitaalisia ratkaisuja niin energian tuotannon ja käytännön optimoinnin sekä vähempien päästöjen suhteen. Kolikon kääntöpuolena hankkeessa selvitetään myös digitaalisten palveluiden todellista hiilijalanjälkeä.
Energia-alaan kohdistuu nyt enemmän mielenkiintoa kuin vuosikymmeniin ja uusia ratkaisuja etsitään aktiivisemmin kuin kenties koskaan aiemmin. Digitalisaatio näkyy ja kuuluu nyt siis yhä voimakkaammin myös energia-alan tapahtumissa sekä kehittämishankkeissa. Kevät oli verkostoitumisen ja tiedonhaun aikaa Kommunikoiva energia – hankkeessa. Hankkeessa käytiin verkostoitumis- ja tiedonhakumatkoilla Vaasan EnergyWeek -tapahtumassa js Sähkövisio 2040 –seminaarissa. Hanketiimi kutsuttiin myös Metropolia ammattikorkeakoulun Älykkäät järjestelmät ja energiatehokkuus kiinteistöissä -koulutustilaisuuteen sekä kampuksen tutkimusympäristöihin tutustumaaan erilaisiin digitalisaatioratkaisuihin energiasektorilla.
Vaasa EnergyWeek 2023
Vaasa EnergyWeek on jokavuotinen, kansainvälinen energia-alan tapahtuma, joka kerää yhteen alan asiantuntijoita niin Suomesta kuin ulkomailta. EnergyWeek perustuu näytteilleasettajien esittelypisteisiin, jotka tarkoitettu verkostoitumiseen ja yritysten tuotteiden ja innovaatioiden esittämiseen. Näytteilleasettajia oli erityisen paljon tuulivoimasektorilta, mutta näytillä oli myös paljon energia-alan konsultointiyrityksiä. Meitä kiinnosti erityisesti pientuotannon ratkaisut, energianvarastointi sekä älykkäät energiapalvelut. Kävimme keskusteluja mm. mielenkiintoisen yrityksen COPADATA:n kanssa. COPDATA kehittää mm. energia-alalle automaatio-ohjelmistoja, kuten Zenon-ohjelmistoalustaa, jotka integroituna ratkaisuina avoimilla käyttöliittymillä yhdistää koneita, tuotantolaitteistoja, tehtaita ja rakennuksia. Seminaarien ja energiahankkeiden näyttelyn osalta keskityimme erityisesti digitaalisten ratkaisuihin energiasektorilla.
Kommunikoiva Energia -hankkeen kannalta koko tapahtuman mielenkiintoisin seminaari koski lohkoketjujen roolia energiavaihdannan tulevaisuuden markkinapaikkana. Seminaarissa oli puhujia mm. Vaasan yliopistosta, Euroopan komissiosta JRC-yksiköstä sekä VTT:ltä. EU:n tasolla digitalisaatiopolitiikka ja energiapolitiikka ovat lähentymässä. Lohkoketjuteknologia sai alkunsa vuonna 2008, kun Satoshi Nakamoto julkaisi kuuluisan valkoisen kirjan Bitcoinista. Ensimmäiset projektit Suomessa energiaan liittyvistä lohkoketjuista näkivät päivänvalon vuonna 2016, jolloin energia-ala testasi ensimmäisen kerran lohkoketjuratkaisuja.
Lohkoketjuteknologioiden osalta energiasektorilla on tapahtumassa paljonkin, mutta enimmäkseen paikallisella tasolla. Lohkoketjuteknologian kehityksen osalta koordinaatiota ja hallintoa tarvitaan ja asiakkaiden tulee olla enemmän mukana. Euroopan tasolla on paljon eroja lohkoketjuteknologian käyttöönoton valmiuksista ja “kypsyydestä”.
Vertaisverkossa käytetyn lohkoketjuteknologian hyödyntämisessä sähkömarkkinoilla nähdään enemmän mahdollisuuksia uusilla alueilla, kuten energiayhteisöissä ja loppukäyttäjien välisessä markkinapaikassa. Uuden teknologian käyttöönotto on usein haastavinta siellä missä on käytännöt ovat jo vakiintuneet. Etenkin energiayhteisöillä ja loppukäyttäjien kaupankäynnillä nähdään olevan lohkoketjujen toiminta-ajatuksen kanssa yhteistä, mm. toiminnassa hajautettu tuotannon luonne. Lohkoketjuteknologian tarjoamat ominaisuudet, kuten toiminnan ja transaktioiden läpinäkyvyys ja älysopimusten mahdollisuudet voivat toimia hyvin energiayhteisöympäristössä. Monet lohkoketjuteknologian pilotit ovatkin rakentuneet energiayhteisöihin ja vertaisverkon kaupankäyntiin. Vertaisverkko mahdollistaisi kaupankäynnin monen eri toimijan kanssa. Kauppaa voisi käydä energiayhteisön sisällä, energiayhteisöjen välillä, suoraan verkkoyhtiöön tai erillisen operaattorin tai aggregaattorin kautta. Kaupankäynti vertaisverkossa energiayhteisöjen välillä voisi perustua esimerkiksi keskinäiseen tai operaattorin palvelumaksuun, missä maksua peritään kauppaan johtaneesta tapahtumasta tai yhteen saattamisesta. Lohkoketjuteknologian ja energian yhdistämisestä on käynnistymässä paljon tutkimusta ja kokeilevia pilotteja. Erityisesti sähköverkon digitaalinen kaksonen palvelisi hyvin lohkoketjuteknologiaan perustuvan sähkömarkkinapaikan pilotointia.
EnergyWeekin seminaari sai hyvin vakuutettua sen tosiasian, että seuraava askel energian digitalisoinnissa ovat juuri lohkoketjuteknologiaan perustuvat ratkaisut myös energiayhteisökontekstissa. Tutkijoiden keskuudessa on vahva usko, että lohkoketjut ovat lopulta halvempi tapa tehdä asioita, joten siksi niitä on tulossa myös energia-alalle. Kommunikoiva energia -hankkeessa on annettu toimeksianto aiheesta opinnäytetyöhön, missä vertaisverkkoja tarkastellaan energiayhteisöissä.
Itse tapahtuma on selvästi kasvanut kokoaan suuremmaksi. Tapahtumassa oli suorastaan tunkua ja paljon melua yli 7100 kävijän voimin, mikä osaltaan varmasti haittasi verkostoitumista. Lisäksi kaikkiin seminaareihin tai tietoiskuihin ei mahtunut kaikki halukkaat mukaan. Asiakaspalautteen myötä ongelma on tunnistettu ja tapahtumaa pyritäänkin parantamaan vuodelle 2024. Voikin olla, että seuraavalla kerralla Vaasa EnergyWeek toivon mukaan järjestetään jossain väljemmissä tiloissa, koska alan ajankohtaisena verkostoitumis -ja seminaaritapahtumana Vaasa EnergyWeek on erinomainen konsepti.
Älykkäät energiajärjestelmät ja rakennusten energiatehokkuus
Metropolia ammattikorkeakoulun FrEE – Framtidens EnergiExpert – tulevaisuuden energiaosaajat hiilivapaaseen kasvuun -hanke järjesti huhtikuussa 2023 koulutustilaisuuden älykkäistä energiajärjestelmistä ja energiatehokkuudesta kiinteistöissä. Tilaisuuden jälkeen oli mahdollista tutustua Metropolian Myllypuron kampuksen älykotien ja rakentamisen kehitysalustoihin sekä kampuksen tutkimusympäristöihin. FrEE-hankkeessa kehitetään mm. koulutusmateriaaleja vastaamaan rakennusalan sekä energia alan muutostarpeisiin. Hankkeen päätavoite on varmistaa sujuva energiamurros Uudellamaalla.
Rakennusten älyindikaattori testausvaiheessa
Tilaisuuden ensimmäinen hankkeen ulkopuolinen puhuja, johtava asiantuntija & työelämäprofessori Jaakko Ketomäki Aalto yliopistosta sekä Motivasta, esitteli rakennusten älyindikaattoria, Smart readiness indicator (SRI). Rakennusten älyindikaattorin tavoitteena on arvioida rakennusten älyvalmiuksia yhtenevän menetelmän avulla, missä arvion kohteena ovat kaikki rakennuksen talotekniset järjestelmät. Älyindikaattori perustuu EU:n energiatehokkuusdirektiiviin. Indikaattorin arvo vaihtelee välillä 0-100 %. Korkeampi arvo kertoo siitä, että rakennuksen energiankäyttö on joustavaa ja sitä voidaan mukauttaa tarjonnan mukaisesti, rakennus kykenee varastoimaan energiaa eri tavoin, rakennuksen ylläpidossa on mahdollista hyödyntää automaation keräämiä tietoa ja olosuhteet rakennuksen käyttäjälle pysyvät hyvinä automaation avulla. SRI:n laskentamenetelmässä painotetaan rakennusten valmiuksia kolmella eri avainalueella:
- Energia ja ylläpito: ylläpidon helppous ja järjestelmien tehokkuus
- Käyttäjä: Mukautuminen käyttäjän tarpeisiin
- Kulutusjousto: Rakennuksen kyky sopeutua energian tuotannon vaihteluihin
Jokaisessa näistä alueista on paloiteltu rakennuksen talotekniset järjestelmät omiksi pienimmiksi arvioitaviksi osa-alueeksi, kuten esimerkiksi lämmitys, jäähdytys ja ilmanvaihto.
Suomessa on tällä hetkellä menossa älyvalmiusindikaattorin testausvaihe, joka toteutetaan samankaltaisena menettelynä kuin miten älyindikaattoriarvioinnit voitaisiin tulevaisuudessa toteuttaa. Testauksen avulla saadaan tietoa siitä, miten älyindikaattori toimii Suomessa ja missä muodossa se tulisi mahdollisesti ottaa käyttöön. Lisäksi testauksen kautta luodaan lisää ymmärrystä siitä, missä ja millaisissa rakennuksissa ja missä rakentamisen vaiheessa arviosta olisi suurin hyöty. Testaus selvittää myös, miten älykkyyden arviointi menetelmää tulisi Suomessa soveltaa käytäntöön.
Euroopan tasolla älyvalmiusindikaattorin testivaihe on käynnissä kahdeksassa eri maassa. Testausvaiheen jälkeen älyvalmiusindikaattori on tarkoitus ottaa käyttöön EU-tasolla vuoden 2026 lopuksi, mikäli se osoittautuu testausvaiheessa hyväksi konseptiksi. Maiden välisissä älyvalmiusindikaattorin avainalueiden sisäisissä painotuksissa on eroja, esimerkiksi Suomessa voidaan painottaa rakennuksen lämpöhäviöiden minimointia, kun taas eteläisemmissä valtioissa sen painotus voi olla pienempää.
Älyvalmiusindikaattorin eduiksi nähdään, että se on enemmänkin ohjaavaa kuin toteavaa, sillä voidaan arvioida myös kiinteistön arvoa energiankäytössä mutta myös käyttäjätyytyväisyydessä, kiinteistökantaa voidaan vertailla omiin ja naapurin rakennuksiin sekä järjestelmän kannalta mahdollistamassa uusiutuvan energian lisääntyvää käyttöä.
Älykkäät kiinteistö- ja energiajärjestelmät
Uusi Metropolian kampus hyödyntää Empathic Building -kiinteistöjärjestelmää, jota hyödynnetään yhteisen alustan kautta eri käyttötarkoituksiin. Empathic Building -kiinteistöjärjestelmän kautta saadaan kiinteistöön liittyvää dataa, kuten mm. kosteus – ja hiilidioksidipitoisuudet huonekohtaisesti. Järjestelmää voi hyödyntää katsomalla rakennemallista esimerkiksi vapaat työtilat tai parkkipaikat. Datan avulla voidaan siirtyä ennustemalleihin, jolloin energian käyttöä, varastointia ja kulutusjoustopotentiaalia voidaan hyödyntää paremmin. Talotekniikka- ja energiajärjestelmien osalta on hyödynnetty digitalisaation apuvälineitä monipuolisesti erilaisten oppimateriaalien luomisessa. Oppimateriaalit koostuvat mm. virtuaalimaailman tuoduista interaktiivisista materiaaleista, animaatioista, erilaisten oppimateriaalien pelillistämisestä sekä 360 – kuvauksesta eri tiloista.
Digitalisaatio luo yhä paremmat puitteet tiedolle, jolla voidaan vähentää kiinteistöjen päästöjä. Tekoälyn lisääminen kiinteistö- ja energiajärjestelmiin luo kiinteistöistä älykkäämpiä. Eenaman Oy on toimitusjohtaja Tapio Toivasen mukaan kehittänyt älykkään tekoälyyn perustuvan energian optimointiin ja dataan perustuvan palvelun Building Energy Effiencyn (BEE Solution). Järjestelmä kerää dataa mm. sähkön hinnasta, uusiutuvan sähkön saatavuudesta ja energiasääennusteesta sekä säätilaennusteista. Ideana on, että datan ja tekoälyn avulla kiinteistöä voi auttaa ”oppimaan” toimimaan energiatehokkaammin ja mukautumaan ennakkoon esimerkiksi säätilan tai vastaavan muuttuessa. Toiminnot voivat olla yksinkertaisimmillaan esimerkiksi huone- ja kiinteistökohtaisia lämmönsäätöjä ennakkoon tai ilmanvaihdon säätämistä olosuhteiden mukaan.
Vili Tuomisaari Granlund Oy:stä kävi läpi älykkäiden rakennusten tarvitsemia toimintatapamuutoksia. Tuomisaaren mukaan kiinteistöihin liittyvän optimoinnin täytyy olla dynaamista sekä prioriteettien tulee elää muuttuvien tilanteiden mukaan. Kiinteistöissä on jo nyt tuhansia anturimittauksia ja säätölaitteita sekä datan määrä on lisääntynyt merkittävästi, kun kiinteistön lisäksi tuodaan järjestelmään ulkopuolista dataa. Ihminen ja perinteiset logiikkaohjelmat eivät yksinkertaisesti pysyy enää mukana. Rakennusten suunnitteluvaiheessa on annettava toimintatapamuutoksessa enemmän arvoa koko kiinteistön elinkaarelle. Lisäksi rajapinnat pitää tuoda lähemmäs toisiaan, jotta asiat myös käytännössä sujuisivat kuten on suunniteltu, toimijoille tulee olla samansuuntaiset tavoitteet. Tällöin tulee kiinnittää huomioita erityisesti mm. kiinteistön huollettavuuteen, ylläpitoon, muuntojoustavuuteen, tulevaisuuden kestävyyteen, toteutustapoihin, tiedonhallintaan ja sen integrointiin.
Myllypuron kampuksen esittelykierros
Myllypuron kampuksen esittelykierroksella tutustuimme mm. kampuksen koulutustarjontaan sekä erityisesti energia- ja ympäristöpuolen tutkimusympäristöihin. Energia- ja LVI-laboratoriossa oli vierailun aikana meneillään kulutusjouston tutkimukseen liittyvää käytännön soveltaa tutkimusta ja kehittämistä yhteistyössä mm. Aalto-yliopiston kanssa.
Vierailun aikana LVI-laboratoriossa testattiin taajuuden säätöä ilmanvaihtokoneella sekä sen vastetta vastata taajuusmarkkinoiden jouston tarvitsemiin aikamääreisiin. Sähköverkon taajuuden säädössä on käytössä ns. nopean vasteen ja hitaan vasteen markkinat. Fingrid huolehtii kulutuksen ja tuotannon välisestä tasapainosta aktivoimalla säätötarjouksia ylläpitämiltään säätösähkömarkkinoilta ja varaamalla reservejä. Reservit ovat tuotantolaitoksen tai kulutusyksikön vapaata säätökykyistä pätötehokapasiteettia. Fingrid hankkii erilaisia reservituotteita, jotka reagoivat kulutuksen ja tuotannon muutoksiin eri aikatasoilla. Vaatimukset Fingridin osalta taajuussäädön laadun sekä aikavasteen osalta muuttuvat ja esimerkiksi aikaisemmin käytetty vesivoimalla tuotettu reservi ei pysty välttämättä vastaamaan uusiin vaatimuksiin. Tämä avaa markkinoita uusille toimijoille, kuten esimerkiksi kiinteistöille, energiayhteisöille ja niiden energiaresursseille. Niitä aggregoimalla voitaisiin luoda uutta reserviä kulutusjouston osalta esimerkiksi juuri taajuuden ylläpitoon tarkoitetuille säätömarkkinoille.
Kulutusjousto on monella tapaa ajankohtainen teema. Sektori-integraation, verkon älykkyyden vaatimusten myötä rakennusten energian kokonaiskulutuksen lisäksi rakennusten hetkelliset kulutuspiikit sähkötehossa tulee ottaa yhä enemmän huomioon. Jatkossa on myös kiinnitettävä yhä enemmän huomioita kiinteistöjen mahdollisuuksiin oman sähkötehon hallinnassa. Kiinteistö nähdään yhä aktiivisempina sähkömarkkinoiden toimijoina, kun omatuotanto, älykkäät ratkaisut ja sähköautojen latauspisteet yleistyvät.
Kirjoittajat:
Kim Blomqvist, projektipäällikkö, Kommunikoiva energia -hanke
Ville Kuittinen, projektiasiantuntija, Kommunikoiva energia -hanke
Niku Räsänen, projektiasiantuntija, Kommunikoiva energia -hanke
Lähteet:
Euroopan komissio. Euroopan energiajärjestelmän digitalisointi https://digital-strategy.ec.europa.eu/fi/policies/digitalisation-energy
Pynnönen, P. 2022. Energiasektorin digitalisaatio kiihtyy. Energiauutiset 19.10.2022. https://www.energiauutiset.fi/kategoriat/markkinat/energiasektorin-digitalisaatio-kiihtyy.html
Toivonen, L. 2019. Tuhoaako vai pelastaako digitalisaatio ympäristöä? Sitra. https://www.sitra.fi/artikkelit/tuhoaako-vai-pelastaako-digitalisaatio-ymparistoa/
Fingrid. Säätösähkö- ja säätökapasiteettimarkkinat (mFRR). https://www.fingrid.fi/sahkomarkkinat/reservit-ja-saatosahko/saatosahko–ja-saatokapasiteettimarkkinat