Väitös: Yhteiset tiekartat sekä tutkimus-, kehitys- ja innovaatioalustat edistävät aktiivisten sähkönjakeluverkkojen kehitystä

Diplomi-insinööri Katja Sirviö on tarkastellut tuoreessa väitöskirjassaan sähkönjakeluverkkojen kehitystä poikkitieteellisesti. Hän on kehittänyt menetelmän sähkönjakeluverkon sosioteknisen tiekartan tekemiseen, joka sisältää eri vaiheet aina visiosta käytäntöön.

– Sähkönjakeluverkon sosiotekninen kehittyminen ja dynamiikka, eli jakeluverkon ja asiakkaan kehittyminen ja vuorovaikutus, oli minusta mielenkiintoista. Hyödynsin tutkimuksessani Vaasan älykkään sähköverkon pilottia Sundom Smart Gridiä erityisenä tulevaisuudentutkimustapauksena, kertoo Vaasan yliopistossa 17. joulukuuta väittelevä Sirviö.

Sähkönjakeluverkon kehitysvaiheet ja toiminnalliset kuvaukset on mallinnettava

Sirviön mukaan erityinen haaste on, että sähkönjakeluverkot ovat erilaisia ja niillä voi olla tulevaisuudessa erilaisia toiminnallisia tavoitteita.

Esimerkiksi energiayhteisön oman mikroverkon toiminnallinen tavoite voi olla omavaraisuus käytetyn energian suhteen ja kustannusten minimoiminen. Tämä tavoite on taloudellinen, mutta tavoitteet voivat olla myös yhteiskuntaan tai ympäristöön liittyviä. Jakeluverkonhaltijan hallinnassa olevan mikroverkon toiminnallinen tavoite voi taas olla jakeluverkon ylikuormittumisen välttäminen. Tämä tavoite on ensisijaisesti teknologinen. Molemmissa tapauksissa vaaditut toiminnallisuudet saavutetaan hajautettujen energiaresurssien eli tuotantoyksiköiden, kuormien tai energiavarastojen ohjauksella.

– Hajautettujen energiayksiköiden, kuten aurinkovoimaloiden tai ohjattavien kuormien, aiheuttama haaste jakeluverkon hallinnassa on, että useamman eri toimijan pitäisi aktiivisesti ohjata näitä yksiköitä erilaisilla toiminnoilla. Näin ollen verkon toiminnan ennustettavuus heikkenee ja laitteiden toiminnallisuusvaatimukset monimutkaistuvat. Siksi erilaisten verkkojen kehityspolut, verkon toiminnot ja toimintojen yhdistelmät on mallinnettava sekä testattava asianmukaisilla skenaarioilla, Sirviö selittää.

Eri sidosryhmien tulisi olla mukana määrittelemässä kehityspolkua älykkäiden sähköverkkojen ja erityisesti sähkönjakeluverkkojen kestävässä kehittämisessä. Yhteisen tiekartan luominen ja eri sidosryhmien ja toimijoiden kerääminen jaetulle tutkimusalustalle lisää eri tieteenalojen oppimista kokonaisvaltaisesti, ja samalla uusien tuotteiden kehittäminen on menestyksekkäämpää.

Digitaaliset kaksoset ja edistyneet testausmenetelmät helpottavat aktiivisten jakeluverkkokonseptien toteuttamista

Tulevaisuuden aktiivisia sähkönjakeluverkkoja ja mikroverkkoja voidaan kuvata järjestelmien järjestelmäksi. Eri järjestelmien yhteentoimivuus on pakollista, joten standardointi on kriittistä kehitettäessä usean toimittajan järjestelmää.

Sirviön mukaan mikroverkkojen ja erityisesti niiden hallintajärjestelmän testaamisen standardointi on vielä kehittymässä. Tästä huolimatta erilaiset ratkaisut ovat yleistymässä.

– Huolena on, kuinka hyödyntää ja kartoittaa kehittyvää standardointia, erilaisia ​​vaatimuksia ja testitapauksia, kun mikroverkkokonseptia tuotteistetaan ja sovelletaan eri käyttökohteisiin. Toimittajien määrittelemien ratkaisujen haasteena voi olla, että ne eivät välttämättä täytä yhteentoimivuus- ja verkkovaatimuksia, Sirviö kertoo.

Lisäarvopalvelujen vuorovaikutuksia järjestelmässä tulisi analysoida

Viime aikoina erilaiset reaaliaikaiset simulointi- ja testausalustat ovat osoittaneet hyötynsä tutkimus-, kehittämis- ja innovaatiotoiminnassa. Näitä alustoja sekä testausmenetelmiä, kuten digitaalisia kaksosia sekä laitteistosilmukkasimulaatioita eli hardware-in-the-loop –testausmenetelmiä, on kehitettävä varmistamaan uusien ratkaisujen halutut ominaisuudet ja tarkoituksenmukaisuus. Hajautettujen energiayksiköiden ohjausten keskinäis- ja verkkovaikutuksia on arvioitava etenkin, kun erilaisia lisäarvopalveluja halutaan kehittää ja liittää jakeluverkon toimintaan.

– Keskeistä sähkönjakeluverkkojen kehittymisessä on erilaisten hajautettujen energiaresurssien ja asiakkaiden tarjoamat lisäarvopalvelut. Esimerkiksi asiakkaan aurinkovoimalaa varten voidaan antaa säätöohje jakeluverkkoyhtiön toimesta ja toisaalta asiakkaan kuormaa voidaan ohjata markkinahintaperusteisesti.  Tällöin saman asiakkaan laitteistoa voidaan ohjata eri toimijoiden puolesta, jolloin ohjauksien keskinäis- ja verkkovaikutuksista on saatava ymmärrys, sanoo Sirviö.

– Parempi ymmärrys on tärkeää etenkin tulevaisuuden aktiivisista jakeluverkoista, joissa on nykyistä enemmän hajautettua energiantuotantoa  ja joissa eri energiaresursseja käytetään joustavasti. Tästä syystä kehitin reaaliaikaisen simulointi- ja testausalustan lisäarvopalvelujen ohjaustoimintojen ja niiden vuorovaikutusten testaamiseen sekä menetelmän pitkän aikavälin tapaustutkimusten nopeuttamiseksi.

Tiekartan käsikirja

Sirviön väitöskirja sisältää erilaisia ​​näkökulmia aina käsitteellisistä teorioista erittäin tekniseen sisältöön, muun muassa siirtymä- ja innovaatioteorioista sähköjärjestelmän simulaatioihin ja testaukseen. Väitöskirja johdattaa poikkitieteelliseen sähkönjakeluverkon kehityksen ymmärtämiseen selkein tapaustutkimuksin ja käyttötapaustoteutuksin.

– Voisi sanoa, että väitöskirjassa on esimerkki siitä, millaisen järjestelmän evoluution sosioteknisen tiekartan tulisi olla, Sirviö huomauttaa.

Image

Väitöskirja

Sirviö, Katja (2021) The Evolution and Active Management of the Future Electricity Distribution Networks Providing Ancillary Services. Acta Wasaensia 475. Väitöskirja. Vaasan yliopisto.

Julkaisun pdf: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-476-995-2

Väitöstilaisuus

DI Katja Sirviön sähkötekniikan alaan kuuluva väitöstutkimus "The Evolution and Active Management of the Future Electricity Distribution Networks Providing Ancillary Services" tarkastetaan perjantaina 17.12.2021 klo 12 Vaasan yliopiston Nissi-auditoriossa.

Väitöstilaisuuteen on mahdollista osallistua myös etäyhteyden kautta: https://uwasa.zoom.us/j/68385810394?pwd=NVpXS3FBUTNSaC9GVHFZaHV5cnpodz09
Password: 380638

Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii professori Pierluigi Siano (University of Salerno) ja kustoksena professori Kimmo Kauhaniemi (Vaasan yliopisto).

Kaikissa yliopiston sisätiloissa järjestettävissä yleisötilaisuuksissa, kuten väitöstilaisuuksissa, edellytetään koronapassia yli 16-vuotiailta ulkopuolisilta osallistujilta. Ohjeistus ei koske yliopiston omaa henkilökuntaa. Lue tarkemmat koronarajoitukset yliopiston sivulta.

Lisätiedot

Katja Sirviö, puh. 050 443 5445, katja.sirvio (@) uwasa.fi

Katja Sirviö on kirjoittanut ylioppilaaksi Onkilahden lukiosta, Vaasasta vuonna 1992. Hän valmistui vuonna 1998 sähkötekniikan insinööriksi Vaasan teknillisestä oppilaitoksesta (nykyinen Vaasan ammattikorkeakoulu) ja sähkötekniikan diplomi-insinööriksi Vaasan yliopistosta vuonna 2012.

Sirviö urallaan työskennellyt yksityisyrittäjänä, teollisuudessa ja yliopistossa. Hän toimi aluksi KHS – Sähkö Oy:n toimitusjohtajana vuosina 1998–2003 ja tämän jälkeen R&D suunnittelijana vuosina 2000–2001 ja R&D projektipäällikkönä ABB:llä vuosina 2001–2012.  Hän toimi opintojensa ohella tutkimusavustajana Vaasan yliopistossa. Valmistumisensa jälkeen, eli vuodesta 2012, hän on työskennellyt laboratorioinsinöörinä ja projektitutkijana Vaasan yliopistossa.