Sähkömarkkinoiden tutkimus

Tutustu laboratorion julkaisuihin.

Energiatehokkuus ja älykkäät sähköverkot

Tulevaisuuden järjestelmässä sähkönkäyttäjillä on omaa pienimuotoista sähkön tuotantoa, jonka ylijäämä myydään verkon kautta sitä tarvitseville. Ladattavat sähköautojen akut toimivat paikallisina energiavarastoina, ja niiden avulla voidaan optimoida verkosta otettavan ja sinne syötettävän sähkön määrää. Sähkönkuluttajien kuormitukset säätyvät uusiutuvien energialähteiden saatavuuden mukaan ilman haittavaikutuksia, sähkölasku minimoituu ja sähköjärjestelmän kapasiteetti hyödynnetään tehokkaasti.

Älykkään sähköverkon on arvioitu olevan yksi suurimmista energiamarkkinoita muuttavista asioista kautta aikojen. Tutkimuksemme keskittyy kehittämään älykkään sähköverkon toiminnallisuuksia, joiden avulla vaikutetaan yhteiskunnan energiatehokkuuteen ja päästöihin sekä energiankäytön kustannuksiin. Kaukoluettavat energiamittarit ovat vasta ensimmäinen askel kohti älykkäitä sähköverkkoja ja energiamarkkinoiden merkittävää muutosta.

Yhteyshenkilö
Nuorempi tutkija Tero Kaipia
, p. 050 577 3922, tero.kaipia@lut.fi


Sähkömarkkinamallit

Sähkömarkkinat on monissa maissa avattu kilpailulle, koska se on nähty tehokkaammaksi toimintatavaksi kuin esimerkiksi monopolitoiminta. Avoimilla sähkömarkkinoilla sähköntuottajat ja ostajat voivat vapaasti käydä kauppaa sähkön tukkumarkkinoilla ja kuluttajat voivat kilpailuttaa sähkönmyyjänsä.

Sähkömarkkinamalli pitää sisällään markkinoiden toimintaperiaatteet hinnanmuodostuksesta riskienhallintaan. Työskentelymme painoalue on erilaisten sähkömarkkinamallien ominaisuuksien analysointi; myös esimerkiksi mallin vaikutukset kuluttajien sähkölaskun muodostumiseen.

Sähkömarkkinoiden toimivuuden kannalta keskeistä on sähkön vapaa liikkuvuus mahdollisimman laajalla alueella, esimerkiksi koko Pohjoismaisella sähkömarkkinalla.  Mahdollisimman ruuhkaton sähkön siirtoverkko on edellytys markkinoilla olevan tuotantolaitoskapasiteetin tehokkaalle käytölle kilpailullisella sähkömarkkinalla. Keskeisiä tutkimusalueitamme ovat Pohjoismaisten sähkömarkkinoiden toimivuus ja Euroopan tukkusähkömarkkinoiden yhdistyminen.

Yhteyshenkilö
Professori Satu Viljainen, p. 050 514 4166, satu.viljainen@lut.fi

Venäjän sähkömarkkinat

Venäjällä sähkömarkkinat toimivat eri tavalla kuin vaikkapa Pohjoismaissa tai Euroopassa yleisesti. Venäjällä sähköntuottajat saavat tuloja sähkön pörssikaupasta, mutta tämän lisäksi tuottajille maksetaan myös kiinteitä korvauksia valmiudesta tuottaa sähköä. Pohjoismaissa sähköntuottajien tulot muodostuvat sähköpörssissä tai kahdenvälisillä sopimuksilla myytävästä sähköstä, eikä kiinteitä kapasiteettimaksuja tunneta.

Venäläisille sähköntuottajille maksettavan kiinteän korvauksen suuruus riippuu muun muassa voimalaitoksen iästä, koosta ja käytettävästä polttoaineesta. Keskeinen sähkömarkkinamallin valintaan vaikuttanut tekijä Venäjällä on ollut tarve korvata ikääntyneet sähkövoimalaitokset nopeassa tahdissa uusilla voimalaitoksilla, jotta sähkön kysyntään pystytään vastaamaan myös tulevaisuudessa.

Erityinen painopisteemme tutkimuksessa on tuntea Venäjän sähkömarkkinoiden toimintaperiaatteet. Jokapäiväisessä tutkimustyössämme seuraamme Venäjän sähkömarkkinoiden kehitystä, arvioimme sähkön tulevaa hintakehitystä Venäjällä sekä analysoimme sähkön rajakaupan kannattavuutta Suomen ja Venäjän välillä.

Yhteyshenkilö
Professori Satu Viljainen, p. 050 514 4166, satu.viljainen@lut.fi


Asiakkaan rooli muuttuvilla sähkömarkkinoilla

Tähän mennessä pienasiakkaan vaikutusmahdollisuudet sähkömarkkinoilla ovat rajoittuneet mahdollisuuteen vaihtaa sähkönmyyjää. Älykkäät sähköverkot ja sähkön pientuotantotekniikkojen kehittyminen mahdollistavat pienasiakkaille nykyistä aktiivisemman roolin. Tulevaisuudessa asiakkaat voivat tuottaa käyttämänsä sähkön itse ja myydä oman tarpeen ylittävän tuotannon tai sallia esimerkiksi myyjän tai verkkoyhtiön ohjata osaa sähkölaitteistaan toimimaan silloin, kun sähkö on edullisinta.

Keskeisiä tutkimusteemojamme ovat asiakkaiden päätöksenteko sekä myyjien ja verkkoyhtiöiden liiketoiminnan ja hinnoittelun optimointi uudessa toimintaympäristössä.

Yhteyshenkilö
Professori Satu Viljainen, p. 050 514 4166, satu.viljainen@lut.fi


Tehoelektroniikka sähkönjakelussa

Tehoelektronisten suuntaajien rooli osana sähköjärjestelmiä kasvaa jatkuvasti. Tehoelektroniikkaa hyödynnetään niin sähköntuotannossa ja siirrossa kuin osana sähkön loppukäyttöä. Tehoelektroniikan tarjoamien älykkäiden toiminnallisuuksien avulla voidaan vastata myös jatkuvasti kiristyviin vaatimuksiin, joita asetetaan sähköverkkojen kustannustehokkuudelle ja verkkopalvelun laadulle. Tutkimuksemme keskittyy erityisesti tehoelektroniikkaa laajasti hyödyntävän pienjännitteisen tasasähkönjakelujärjestelmän (LVDC) kehittämiseen. Tasasähköverkkojen käyttöönottoa sähkönjakelussa puoltavat tehoelektroniikan myönteinen hintakehitys, pienjänniteverkojen siirtokapasiteetin merkittävä kasvu sekä loppukäyttäjille tarjottavan verkkopalvelun laadun paraneminen. Tasasähkönjakelun suuntaajalaitteisto tarjoaa uusia mahdollisuuksia verkon hallintaan ja sähkökauppaan.

Tutkimuksessa panostamme hyvän energiahyötysuhteen tehoelektronisten suuntaajien kehittämiseen jakelukäyttöön, tasasähköverkkojen järjestelmätason optimointiin ja sähköturvallisuuteen. Järjestelmälle on jo nyt olemassa merkittävä määrä kannattavia ja turvallisia sovelluskohteita sekä -tapoja niin julkisissa jakeluverkoissa kuin kiinteistösähköistyksessä. Esimerkki tutkimustuloksistamme on kesällä 2012 Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa toteutettu ensimmäinen julkiseen sähkönjakeluun tarkoitettu jatkuvassa käytössä oleva pienjännitteinen tasasähkönjakeluverkko.

Yhteyshenkilö
Nuorempi tutkija Tero Kaipia, p. 050 577 3922, tero.kaipia@lut.fi


Sähköautot osana älykästä sähköverkkoa

Sähköautojen yleistyminen tulee vaikuttamaan sähkönjakeluun. Sähkönjakeluverkoille sähköautot näyttäytyvät massiivisena, yksi- tai kaksisuuntaisena sähköenergiavarastona. Sähköautojen energiantarve (tyypillisesti 15–25 kWh/100 km) ei sellaisenaan muodosta ongelmaa verkoille. Haasteena ja toisaalta mahdollisuutena nähdäänkin se, miten autoja ladataan ja puretaan kontrolloidusti, eli miten sähköautot onnistutaan liittämään saumattomaksi osaksi älykästä sähköverkkokokonaisuutta.

Tutkimuskysymyksemme liittyvätkin keskeisesti siihen, miten sähköautoilu tulee vaikuttamaan laajassa mittakaavassa sähkönjakeluverkkojen kehittämistarpeeseen. Tämän lisäksi tutkimme, mitä edellytetään sähköautojen ja sähköverkkojen väliseltä tiedonsiirrolta ja energiahallintajärjestelmiltä kokonaisuuden toimivuuden varmistamiseksi.

Yhteyshenkilö
Tutkijatohtori Jukka Lassila, p. 050 537 3636, jukka.lassila@lut.fi


Sähköverkkojen strateginen suunnittelu

Sähkönjakeluverkot ikääntyvät kovaa vauhtia. Tämän lisäksi haastavat ilmasto-olosuhteet koettelevat jakeluverkkoja erityisesti haja-asutusalueilla aiheuttaen ajoittain jopa useiden vuorokausien mittaisia keskeytyksiä sähköntoimituksessa. Hajautetun tuotannon ja kahdensuuntaisen tehonsiirron lisääntyminen tuo omat lisävaatimuksensa verkkojen suunnitteluun. Nämä ja monet muut sähkönjakelualaa koskevat haasteet ovat luoneet paineen verkkojen massiiviselle saneeraukselle ja toimialan uudistamiselle.

Tutkimuskysymyksemme liittyvätkin sähkönjakeluverkkojen kehittämiseen kustannustehokkaasti ja tulevaisuuden reunaehdot huomioon ottaen. Millä tavoin sähkönjakeluverkot saadaan säävarmoiksi myös taajamien ulkopuolella? Millaisia uusia mahdollisuuksia älykkäät sähköverkot (Smart Grids) luovat mm. hajautetun sähköntuotannon ja energian varastoinnin avulla, ja mikä vaikutus näillä on sähkön loppukäyttäjien maksamaan siirtohintaan?

Yhteyshenkilö
Tutkijatohtori Jukka Lassila, p. 050 537 3636, jukka.lassila@lut.fi


Sähkömarkkinaregulaatio

Sähkönjakelu on monopoliasemassa olevaa liiketoimintaa, koska rinnakkaisten jakelujärjestelmien rakentaminen ei ole teknistaloudellisesti järkevää. Tämän vuoksi Energiamarkkinavirasto valvoo sähköverkkoyhtiöiden hinnoittelun kohtuullisuutta ja sähkön toimitusvarmuutta. Taloudellinen valvonta eli regulaatio vaikuttaa mm. verkostoinvestointien kannattavuuteen, ja ohjaa siten sekä jakeluverkkojen että näihin liittyvän liiketoiminnan kehitystä.

Keskeisiä tutkimusteemojamme tässä aihepiirissä ovat valvontamallit ja näihin kytkeytyvä tehokkuusmittaus, sekä valvonnan vaikutukset toimialan yrityksille. Valvontamallin toimivuutta ja kehittämistarpeita on analysoitu useissa tutkimusprojekteissa yhteistyössä viranomaisten ja toimialan yritysten sekä järjestöjen kanssa. Tutkimusten tulokset ovatkin vaikuttaneet merkittävästi Suomessa sovellettavaan valvontamalliin.

Yhteyshenkilö
Tutkijaopettaja Samuli Honkapuro, p. 0400 307 728, samuli.honkapuro@lut.fi

 

IEEE -julkaisut

Yhteystiedot

LUT Energia - Sähkötekniikka
PL 20
53851 Lappeenranta

P. 0294 462 111
Fax (05) 621 2499

LUT Energia
Johtaja Jarmo Partanen
Varajohtaja Timo Hyppänen

Sähkötekniikka
Koulutusohjelman johtaja Pertti Silventoinen
Osastosihteeri Piipa Virkki