Paikalliset energiayhteisöt nousevat keskeiseksi osaksi vihreää siirtymää, kun kotitaloudet ja pienet toimijat etsivät uusia tapoja lisätä energiaomavaraisuutta ja hyödyntää uusiutuvaa energiaa kustannustehokkaasti. Energiayhteisöiden suunnittelu edellyttää kuitenkin ymmärrystä siitä, miten kulutus, energian tuotanto, energian varastointi ja yhteisöllinen energianjako todellisuudessa toimivat. Karelia-amk:ssa kehitteillä olevat kevyet kiinteistötason simulaatiot tarjoavat tähän turvallisen ja joustavan välineen.
Energiayhteisö tarkoittaa joukkoa osakkaita – kuten omakotitaloja, mökkejä, taloyhtiöitä tai pienyrityksiä – jotka tuottavat ja jakavat energiaa yhdessä. Yhteisön tavoitteena voi olla sähkölaskujen pienentäminen, aurinkosähkön, sähkövarastojen tai käytettävissä olevien joustokapasiteettien tehokkaampi käyttö tai laajempi tavoite lisätä paikallista energiaomavaraisuutta. Simulaatiot tuovat nämä tavoitteet näkyväksi ilman, että todellisiin kiinteistöihin tarvitsee asentaa laitteita.
Kiinteistötason simulaatio käytännössä
Karelian rakentama testiympäristö muodostuu useista tietokoneista, joista kukin vastaa yhtä energiayhteisön jäsentä. Jokainen kone ajaa omaa ohjelmaansa, joka simuloi kiinteistön sähkönkulutusta, sähköntuotantoa ja ohjauksen vaikutuksia. Simulaatioissa käytetään Karelian henkilökunnan vanhoja, mutta edelleen täysin toimivia tietokoneita, mikä tekee ratkaisusta myös resurssiviisaan.
Jokainen simuloitu jäsen toimii omanlaisena energiamallinaan, jossa tuotanto ja kulutus voivat perustua sekä oikeisiin mittaustuloksiin että erilaisten talotyyppien profiileihin. Malliin voidaan sisällyttää esimerkiksi kesämökin satunnaisempi kulutus, sähkölämmitteisen omakotitalon suuret tehopiikit tai taloyhtiön tasaisempi kuormitus. Tätä kokonaisuutta voidaan muokata lähes rajattomasti riippuen siitä, mitä skenaarioita tutkimuksessa tai kehitystyössä halutaan tarkastella.
Tiedonvaihto jäsenten ja keskusohjelman eli orkestroijan välillä hoidetaan kevyillä tiedonsiirtotavoilla, kuten MQTT-viestinnällä tai REST-rajapinnoilla. Vaihdettava tieto voi kulkea joko paikallisessa sisäverkossa tai internetin yli, mikä mahdollistaa myös maantieteellisesti hajautettujen energiayhteisöjen mallintamisen. Näin simulaatio voi jäljitellä sekä pientä kyläverkkoa että laajempaa, useiden kuntien alueelle sijoittuvaa mikroverkkoa.
Simulaatiossa voidaan jo nyt testata asioita, joita oikeassa energiayhteisössä olisi vaikeaa tai kallista kokeilla. Esimerkiksi aurinkopaneelien lisääminen, akkujen käyttö, lämmityksen ajoittaminen halvan sähkön tunteihin tai yhteisesti tuotetun energian jakaminen jäsenten kesken voidaan mallintaa tarkasti. Samalla nähdään konkreettisesti, miten kokonaisuus vaikuttaa kustannuksiin ja energiaomavaraisuuteen.
SEEC-hanke: mikroverkot ja alueellinen hyöty
Interreg Aurora -ohjelman rahoittamassa SEEC (Sustainable and energy-efficient energy communities) -hankkeessa simulaatioilla on tärkeä rooli mikroverkkojen ja energiajärjestelmien kehittämisessä erityisesti harvaan asutuilla alueilla. Hanketta toteuttavat Karelia-amk, Lapin AMK, Luleå tekniska universitet, UiT Norges arktiske universitet yhdessä yhteistyökumppaneiden kuten kuntien ja alan yritysten kanssa. Yhteinen tavoite on kehittää uusia, toimintavarmoja ja vähähiilisiä ratkaisuja, jotka soveltuvat pohjoisiin olosuhteisiin.
Pohjois-Karjalan kannalta simulaatiot tarjoavat konkreettisen tavan arvioida, miten energiayhteisöt voisivat tulevaisuudessa tukea kuntien ilmasto- ja omavaraisuustavoitteita. Simulaatioympäristössä voidaan esimerkiksi kokeilla erilaisia energianjakotapoja tai selvittää, miten mikroverkko sopeutuu tuotannon ja kulutuksen vaihteluihin vuodenajasta riippuen. Simulaation ensimmäiset kokeiluversiot ovat jo käytössä, ja niiden avulla on pystytty havainnollistamaan, miten muutokset tuotannossa vaikuttavat koko yhteisön energiavirtoihin.
Älykkäät Energiayhteisöt -hanke: jakamisen tulevaisuus
Älykkäät Energiayhteisöt -hankkeessa simulaatioiden painopiste on uudenlaisissa energianjakotavoissa ja niiden teknisessä toteutuksessa. Hankkeessa tarkastellaan erityisesti sitä, miten energiayhteisöjen jäsenet voivat jakaa energiaa automaattisesti ja läpinäkyvästi, ja millä tavoin lohkoketjuteknologia ja älykkäät sopimukset voisivat tukea tätä. Lähtökohtaisesti vertaisverkkojen tyyppiset arvonjakoalustat skaalautuvat hyvin erilaisten energiayhteisöjen tarpeisiin.
Simulaatiot tarjoavat turvallisen ympäristön testata esimerkiksi erilaisia hyvitysmalleja, joilla yhteisesti tuotettu energia jaettaisiin jäsenille, tai sitä, miten automaattinen laskutus ja energian tasapuolinen kohdistaminen voitaisiin toteuttaa. Virtuaalisten energiayhteisöjen kehittäminen tarjoaa merkittäviä mahdollisuuksia yhä useampien osapuolien sähkömarkkinoille osallistumiselle ja edistää oikeudenmukaista energiasiirtymää. Virtuaalisissa energiayhteisöissä energiayhteisön jäsenten investointitarpeet voivat olla pienempiä suhteessa jäsenten määrään, koska ne hyödyntävät olemassa olevaa sähköverkkoa ja omia tuotantoresursseja.
Tällä hetkellä simulaation kehitystyössä ei vielä ole fyysisten laitteiden, kuten älyreleiden tai inverttereiden, ohjausta – niiden aika tulee myöhemmissä vaiheissa. Nyt rakennetaan pohjaa energianjakamisen logiikoille, joiden päälle tulevat pilotit voidaan toteuttaa. Kehitystyötä toteutetaan asteittain paikallisten kiinteistöjen sisäisistä, kuten taloyhtiöiden energiayhteisöjen, toimintamalleista aina maantieteellisesti hajautettuihin malleihin.
Kohti käytännön pilotointeja
Tulevaisuudessa tavoitteena on, että simulaatiota voitaisiin hyödyntää laajasti energiayhteisöiden ja muiden yhteisöllisten energiaratkaisujen suunnittelun tukena. Simulaatiot mahdollistavat ratkaisujen testauksen ennen investointeja, jolloin valinnat voidaan tehdä tietoon perustuen ja riskit minimoiden.
Simulaatio toimii näin sillanrakentajana teorian ja käytännön välillä – konkretisoiden sen, miten energiayhteisöt ja mikroverkot toimisivat oikeassa elämässä ennen kuin yhtäkään laitetta asennetaan.
Kirjoittajat:
Ville Kuittinen, Senior Project Manager, Karelia-ammattikorkeakoulu
Kim Blomqvist, projektipäällikkö, Karelia-ammattikorkeakoulu
