Kysyntä- ja kulutusjousto

Kulutusjoustosta puhuttaessa tarkoitetaan aktiivista kulutuspään joustoa, jossa asiakas aktiivisesti toteuttaa joustoa esimerkiksi hintasignaalin perusteella ja pyrkii optimoimaan kulutustaan energia- tai kustannussäästöjen motivoimana. Kysyntäjousto taas tarkoittaa esimerkiksi energiayhtiön tuo-tantotilanteeseen ja tuotantojärjestelmän tilaan perustuvaa optimointia, johon vaikutetaan tasoitta-malla hetkittäisiä kysyntähuippuja siirtämällä osa kulutuksesta toiseen ajankohtaan tai venyttämällä sitä tasaisemmaksi.

Kysyntä- ja kulutusjouston ero on myös valtasuhteissa. Kysyntäjousto perustuu vahvaan palvelun-tuottajan valtaan päättää optimaalinen ajankohta ja taso energian kysynnälle. Esimerkiksi energia-yhtiön ja taloenergia-yhtiön välinen sopimus siitä, että energiayhtiö optimoi rakennuksen kulutusta järjes-telmän kannalta parhaaksi katsomallaan tavalla pitäen sisäolosuhteet sovitun marginaalin sisällä.

Tällaisessa tilanteessa kulutuspää on passiivinen ja hyväksyy energiayhtiön joustotoiminnan taus-talla. Kulutusjoustossa taas, kuten aiemmin mainittu, kulutuspää on aktiivinen toimija, joka optimoi omaa kulutustaan. Tällöin asiakkaalla on valta omaan kulutukseensa ja voi päättää määrästä ja

19

ajankohdasta. Tällöin energiayhtiön on luotava oikeat kannustimet asiakkaalle joustoon, jotta se to-teutuu myös järjestelmän kannalta edullisesti ja jouston kokonaissäästöt jakautuvat molemmille osapuolille. Insentiivi kulutusjoustoon asiakkaan kannalta ovat esim. kulutushuippujen leikkaami-nen, jolloin hetkellinen tehontarve laskee, joka taas voi vaikuttaa hinnoitteluun, jos hinnoittelupe-rusteena käytetään hetkellistä huipputehoa (Motiva, 2019). Toinen mahdollisuus on energiayhtiön toteuttama dynaaminen hinnoittelu, jolloin hinta muodostuu joko tuotantokustannusten tai hetkel-lisen tuotantomäärän mukaan. Näin kulutusta voidaan hinnoittelun avulla siirtää. Sama logiikka toi-mii mm. SPOT-sähkösopimuksella, jolloin kuluttaja voi itse optimoida kulutuksensa hinnan mu-kaan, joka on myös järjestelmän kannalta edullista.

Sähkön ja lämmön kysyntäjoustojen analogioiden välillä on eroja, jotka johtuvat pääosin sähkön ja lämmön fundamentaalisista eroista energiamuotoina. Timonen, J. (2018) määritteli diplomityös-sään erot alla olevan taulukon 1 mukaisesti:

Taulukko 1. Sähkön ja lämmön kysyntäjouston fundamentaaliset erot. (Timonen, J., 2018)

Sähkö Lämpö

Ero tuotannossa ja kulutuk-sessa

Ero huomataan heti verkon taa-juudesta. Tuotanto ja kulutus pi-tää olla jatkuvasti tasapainossa, sillä muuten taajuus ei pysy tasai-sena.

Kulutuksen ja tuotannon ei ole pakko olla koko ajan täysin tasa-painossa, sillä verkko itsessään varastoi energiaa. Muutokset ku-lutuksessa ja tuotannossa eivät näy välittömästi verkon toimin-nassa.

Varastointi Sähkön varastointi on mahdollista esimerkiksi akkujen tai vesialtai-den ja pumppujen avulla.

Lämpöakkuja on laajemmin käy-tössä, ja lämmön varastointikus-tannukset ovat suurilla lämpöva-rastoilla suuruusluokkaa 1/100 sähkön vastaavista.

Hinta On olemassa tuntihinnoiteltuja ja kausihinnoiteltuja sopimuksia.

Tarjolla on myös määräaikaisia sopimuksia, joissa sähkön hinta pysyy samana koko määräajan.

Pääsääntöisesti joko kausihinnoi-teltua tai koko vuoden sama hinta.

Dynaamista hinnoittelua kokeiltu mm. Fortum Spring -virtuaa-liakun yhteydessä.

20

Siirto ja tuotannon sijainti Valtakunnallinen verkko, siir-toetäisyydet voivat olla hyvinkin pitkiä, tuotanto voi olla hajautet-tua ja maantieteellisellä sijainnilla ei ole niin väliä, sillä siirto on lä-hes välitöntä.

Paikallinen verkko, lämpö tuotet-tava verrattain lähellä, verkkohä-viöt kasvavat matkan kasvaessa merkittävästi. Siirto ei ole väli-töntä, ja veden siirtyminen tuo-tantolaitokselta asiakkaalle voi kestää useita tunteja haja-asutus-alueilla.

Mittarointi Tällä hetkellä kaikilla käyttöpai-koilla on oltava tuntitason luenta.

EU-maat 60 minuutista 15 mi-nuutin mittaukseen.

Reilusti suurin osa mittauslait-teista on etäluettavia. Tuntiluen-taa ei ole lakisääteisesti pakko to-teuttaa, eikä se ole kaikilla kulu-tusmittareilla mahdollista.

Eri alueilla toimivat energiayhtiöt vastaavat kaukolämmön tuotannosta ja siitä, että lämpöä riittää alueen rakennuksille jatkuvasti tarpeen mukaan. Kulutuksen ja tuotannon on siis kohdattava jatku-vasti alueen sisällä toisin kuin sähkön tuotannossa, jossa on sähkömarkkinat, johon voi myydä yli-jäämän tai ostaa paikkaamaan tarvetta. Toki sähköjärjestelmässäkin tuotannon ja kulutuksen tulee kohdata jatkuvasti, mutta se ei riipu yhden toimijan toiminnasta.

Erot kaukolämmön tuotannon ja kysynnän välillä voivat johtua joko ajallisesta tai maantieteellisestä syystä. Nämä johtuvat tuotannon ja kulutuksen välisestä välimatkasta ja ajallisesta erosta niiden vä-lillä. Välimatka ja ajallinen ero vaihtelevat eri tuotantolaitosten vävä-lillä.

Yleisin tapa korjata ero tuotannon ja kysynnän välillä on käyttää lämpökattiloita (HOB, Heat Only Boilers), joita yleensä käytetään täyttämään huippukysyntä. Vaihtoehtoisesti voidaan hyödyntää lämpöakkuja. Yksi vaihtoehto kysynnän ja tuotannon välisten kuilujen vähentämiseen on vaikutta-minen kaukolämpöasiakkaiden kulutukseen. Tämän avulla voidaan osittain korvata suurempia in-vestointeja vaativia lämpöakkuja. Kysynnän ohjausta kutsutaan englanninkielisessä kirjallisuudessa termillä Demand Side Management (DSM), kysynnän hallinta, kun puhutaan kysynnän ohjauksesta laajemmin ja kaikesta siihen liittyvästä tekniikasta. Kun kyse on pienemmästä ja tarkemmasta jär-jestelmästä käytetään termiä Demand Response (DR), kysyntäjousto. Näitä termejä on käytetty jo pitempään sähköjärjestelmistä puhuttaessa. (Guelpa & Verda, 2020).

Guelpan ja Verdan (2020) mukaan kysyntään vaikuttaminen ei ole suoraviivaista ja yksinkertaista eri syistä. Ensinnäkin, tärkein kaukolämmön tavoite on ylläpitää sopivia sisäolosuhteita

21

rakennuksissa eikä vain toimittaa lämpöä kohteeseen. Tämä on myös lähtökohtana, kun aletaan vai-kuttamaan rakennuksen lämmönkulutukseen ja kulutusprofiiliin. Toiseksi, haasteena on ero kulu-tuspään summatun lämpökapasiteetin ja tuotantopään kuorman välillä. Tämä johtuu välimatkasta ja häviöistä kaukolämpöverkossa.

Guelpan ja Verdan (2020) tutkimuksen mukaan, vaikka jotkin tutkimustulokset ovat joskus kiistan-alaisia, tulokset kuitenkin osoittavat, että kysynnän hallinta voi tarjota selkeän mahdollisuuden huippukulutuksen leikkaukseen sekä säästöjä kustannuksiin ja primäärienergian kulutukseen.

Yuan et al. (2020) kertovat tutkimuspaperissaan, että sähkön kysyntäjoustoa pidetään tehokkaana keinona ylläpitää järjestelmän tasapainoa kysynnän ja tarjonnan välillä, ja että siitä on tullut yhä lupaavampi menetelmä luoda kustannussäästöjä ja vähentää hiilidioksidipäästöjä sähkömarkki-noilla. Heidän mukaansa myös kaukolämmön kulutusjoustolla on myös merkittäviä mahdollisuuk-sia energiantehokkuuden, energiansäästöjen ja CO2-päästöjen vähentämisen suhteen. Kaukoläm-mön kulutusjousto on hyvin mahdollista toteuttaa, mutta siitä on vain harvoja tutkimuksia viime vuosilta. Tutkimuksessa mainitaan muun muassa, että dynaamiseen kaukolämmön hintaan perus-tuvan ohjausalgoritmin hyödyntäminen kohteen lämmityksen ja ilmanvaihdon tuloilman lämpöti-lan asetusarvojen säätöön antoi tuloksen, jonka mukaan vuotuiset lämmityskustannukset voivat las-kea kulutusjouston ja hajautetun lämmitysohjauksen avulla 6 %.

Kaukolämmön kysyntäjoustoa on tutkittu runsaasti lupaavin tuloksin. Tutkimukset painottuvat luonnollisesti pohjoisiin osiin ja etenkin Pohjoismaihin, sillä lämmön tarve talvikausina on merkit-tävää verrattuna etelämmässä oleviin maihin, jolloin kiinnostus asiaan on ilmeinen. Jo pitkään on tutkittu ja myös toteutettu jonkin verran kaukolämmön kysyntä- ja kulutusjoustoa pyrkimyksenä vähentää päästöjä ja irtautua päästörikkaasta polttamiseen perustuvasta lämmöntuotannosta. Jär-jestelmän energiatehokkuus, hukkalämmöt, hajautetut lämmitysratkaisut, lämmön varastointi ja joustavuus ovat oleellisia osia tulevaisuuden lämmitysjärjestelmää. Kysyntäjoustoa ja erilaisia läm-pöakkuratkaisuja ovat tutkineet muun muassa Cai et al. (2018), Guelpa ja Marincioni (2019) ja Eg-ging-Bratseth et al. (2021). Tutkimuksissa tulokset näyttävät huomattavaa potentiaalia kulutushuip-pujen leikkaamisen, kustannusten vähentämisen ja päästöjen alasajon suhteen. Kulutusjoustosta ja dynaamisesta hinnoittelusta on selvästi vähemmän tutkimuksia ja ongelma on juuri vallan siirtymi-nen osittain kulutuspäähän ja täyden ohjailukyvyn puuttumisiirtymi-nen energiayhtiöltä, mikä voi vaikuttaa järjestelmätasolla tuotannon ja kaukolämpöverkon optimaaliseen toimintaan.

22