Palvelukiinteistö osana tehoreserviä – ”Samalla kun omaa kulutusta vähennetään, säästetään sähkön kustannuksissa ja leikataan päästöjä”

Lauri Parviainen tutki viime vuonna Helsingin Ressun lukiossa ilmanvaihtolaitteiden kysyntäjoustokyvykkyyttä ja osallistui ilmanvaihtokoneen kysyntäjouston testeihin. Parviainen toteutti AMK-insinöörityön toimeksiantona työn kaupungin Kaupunkiympäristötoimialalle.

– Tarkoituksena oli kartoittaa kysyntäjouston potentiaalia opetuskäyttöön tarkoitetuissa kiinteistöissä ilmanvaihtolaitteiden osalta ja osallistua kysyntäjoustomarkkinaan, hän sanoo.

Parviainen kertoo, että Helsingin kaupungilla on paljon vastaavia palvelukiinteistöjä, jotka ovat käytössä päivällä, mutta ei illalla ja niissä harjoitetaan tietynlaista toimintaa.

Pyynnön tullessa automatiikka laskee jouston tarpeen.

– Esimerkiksi koulurakennuksessa pääasiassa istutaan. Tätä mallia voidaan soveltaa muihinkin vastaaviin tiloihin. Ilmanvaihtokoneiden osalta reservissä oleminen tarkoittaa sitä, että pyynnön tullessa automatiikka laskee jouston tarpeen, säätää ilmanvaihtokoneita pyynnön mukaiseen suuntaan ja tasapainottaa kantaverkon taajuusheilahteluja joko nostamalla tai laskemalla ilmanvaihtokoneen sähkötehon kulutusta. Fingrid maksaa reservissä oleville asiakkaille kantaverkon taajuusheilahtelun vakauttamisesta markkinakohtaisen ansaintamallin mukaisesti.

Kysyntäjousmarkkinan avulla tasapainoa

Fingridin ansaintamallilla kannustetaan organisaatiota liittymään kysyntäjoustomarkkinaan ja tehoreserviin. Tehoreservi voi sisältää useita erilaisia järjestelmiä ja teknologioita, jotka ovat valmiina reagoimaan nopeasti sähkön kysynnän ja tarjonnan välisiin muutoksiin. Tavoitteena on myös tasapainottaa sähköverkon toimintaa ja varmistaa sen vakaus ja luotettavuus.

Tarkoituksena oli selvittää, kuinka paljon voimme alentaa tehoa ilman, että sisäilma-arvo S2 rikkoontuu.

Parviainen kertoo, että tavoitteena oli löytää mahdollisimman suuri prosentuaalinen tehonalennusmäärä ilmanvaihtolaitteiden tavalliseen käyntitilaan verrattuna. Samanaikaisesti sisäilmaluokituksen tulisi säilyä tasolla S2. Testauksia tehtiin tehokäyrän avulla opetuksen ollessa käynnissä.

– Tarkoituksena oli siis selvittää, kuinka paljon voimme alentaa tehoa ilman, että sisäilma-arvo S2 rikkoontuu. Seurasimme myös hiilidioksidiarvoja, hiukkaspitoisuusarvoja, lämpötilaa, ilmankosteutta ja VOC-arvoja.

Pitkäkestoiset joustot suotavia

Tehonalennuksia tehtiin testausvaiheessa manuaalisesti.

– Ilmanvaihtokoneen tehosäätöä on mahdollista ohjata portaattomasti silloin, kun siihen on kytketty pontiometri. Mittaaminen tehtiin Smartwatcher-multisensoreilla. Yksi anturi oli luokan etuosassa ja toinen takaosassa.

Testauksia tehtiin 15–60 prosentin tehonalennuksella kahdella eri menetelmällä: 15 prosenttia 15 minuuttia ja 15 prosenttia 60 minuuttia ja samaan tyyliin kahdeksan testiä plus tilanne, missä ei testata eli normaali tilanne.

Tärkeää on myös kantaverkon taajuuden tasapainottaminen.

– Käyttäytymiskäyrä näytti, että kun oli vartin pätkän kestävä tehonalennusjakso ja tehonalennukusen prosentuaalinen määrä oli paljon suurempi, niin opetustilan hiilidioksidiarvojen käyrä ei noussut vastaavasti.

Tutkimuksessa ei päästy siihen pisteeseen, että tietyllä luokkahuoneen tilavuudella voitaisi määrittää tietty määrä ilmanvaihdon tehonalennusta.

– Tulokseksi saimme, että lyhytkestoiset, tehomäärältään isot joustot olivat suotavampia ilmanvaihtokoneessa kuin pienet, pitkäaikaiset joustot.

Joustoa sekä ylös että alas

Parviaisen johtopäätösten mukaan se palvelee kysyntäjoustomallia, sillä tehoa alennetaan rajusti.

­– Käytössä on Fingridin FCN-R-kysyntäjoustomarkkina, jonka ehtona on, että annettava joustokapasiteetti on minimissään 100 kilowattia ja maksimissaan puolen tunnin ajan on pystyttävä antamaan tehonalennusta. Automatisoitu järjestelmä aggregoi joustetun tehon yhteen kaikista kouluista, jolloin syntyy tehoreservi.

Joustoon ei tarvitse ottaa manuaalisesti osaa lainkaan.

Parviainen kertoo, että järjestelmään lisätään ominaisuus, jonka avulla voidaan automaattisesti säätää laitteet haluttuun kysyntäjoustoasetukseen.

– Automatiikka hoitaa Fingridin ja aggregaattorin väliset keskustelut, joten joustoon ei tarvitse ottaa manuaalisesti osaa lainkaan.

Vuoden 2022 syksyyn mennessä Fingrid suoritti keskimäärin 24,50 euroa per megawatin korvauksen reservissä olosta tuntia kohden FCN-R-kysyntäjoustomarkkinassa. Kyseinen keskihinta on noussut, sillä vuoden 2023 tähänastinen keskikorvaushinta on 43,70 euroa per megawatti.

–  Samalla kun omaa kulutusta leikataan, säästetään sähkön kustannuksissa ja sitä kautta puhtaasti rahaa. Samalla leikataan myös päästöjä, koska vähennetään polttoprosessilla toimivien varavoimalaitosten käyttöönoton tarvetta. Tässä kyseissä markkinassa voi joustaa sekä ylös- että alapäin.

Potentiaalia tehoreserviksi

Opinnäytetyöhön sisältyi myös mielipidekysely ilmanlaadusta.

– Luokasta poistuessaan oppilaat antoivat emootion, mitä mieltä olivat ilman laadusta. Mielipiteitä tuli paljon. Indikoimme, näkyivätkö ilmanvaihdon muutokset juuri kyseiselle ryhmälle vai vasta seuraavalla luokkaan tulevalle ryhmälle. Tämän asian osalta pitää tehdä vielä lisätutkimuksia, koska tehdyillä testeillä ei vielä saatu riittävästi tietoa. Hieman epäselväksi jäi se, että miksi toisinaan oltiin todella tyytymättömiä ilmanlaatuun, kun ei välttämättä edes suoritettu testauksia ja ajoittain oltiin todella tyytyväisiä, vaikka tehoa oli alennettu reilustikin.

Parviainen mainitsee, että organisaatiolla pitää olla riittävästi laitteita, jotka jyvitetään kysyntäjoustosopimukseen eli riittävästi aggregaattorille työvälineitä, joista se kasaa tehoreservin. 

Kysyntäjousto ja sen hyödyntäminen on vielä melko uutta. Parviainen näkee positiivisena sen, että automaatioalalla on paljon mahdollisuuksia kehittää uusia ratkaisuja päästöjen leikkaamiseen.

– Tärkeää on toki myös kantaverkon taajuuden tasapainottaminen. Opinnäytetyön tuloksena selvisi, että kaupungilla olisi potentiaalia monistaa työn tulokset aggregoimalla koko organisaation opetuskiinteistöt yhdeksi tehoreserviksi.