Sähkön kysyntäjouston kannattavuus teollisuuskiinteistössä

(1)

Kandidaatintyö 11.4.2016 LUT School of Energy Systems

Sähkötekniikka

Sähkön kysyntäjouston kannattavuus teollisuus- kiinteistössä

Profitability of demand response in the industrial building

Simo Villanen

(2)

TIIVISTELMÄ

Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT School of Energy Systems Sähkötekniikka

Simo Villanen

Sähkön kysyntäjouston kannattavuus teollisuuskiinteistössä

2016

Kandidaatintyö.

30 + 2 sivua, 9 kuvaa ja 4 taulukkoa Tarkastaja: Professori Samuli Honkapuro

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin sähkön kysyntäjouston kannattavuutta teollisuuskiinteis- tössä. Tutkimus suoritettiin tutkimalla vuosien 2014 ja 2015 sähkön käyttöraportteja sekä toteutuneita Elspot hintoja. Lisäksi suoritettiin mittauksia ilmalämpöpumpuista, joiden perusteella selvitettiin ilmalämpöpumppujen soveltuvuutta kysyntäjoustoon.

Työssä käydään läpi kysyntäjouston vaikutuksia sekä eri kuormanohjaus mahdollisuuksia asiakkaan näkökulmasta. Lisäksi tuodaan esille Elspot hinnan muodostuminen sekä Elspot hintaan vaikuttavat tekijät. Työssä vertaillaan esimerkkikiinteistön sähkönkulutuksen suhdetta toteutuneisiin Elspot hintoihin. Lisäksi tutkitaan lämmityskuormien ohjauspotentiaalia kysyntäjouston näkökulmasta. Potentiaalin kartoittamiseksi suoritettiin mittauksia sekä tehtiin esimerkkilaskelmia kysyntäjouston kannattavuudesta.

Tutkimusten perusteella voidaan huomata, että vuositasolla saavutetut säästöt jäävät pieniksi. Huomioiden riskit Elspot hinnan vaihteluissa voidaan todetta, ettei siirtyminen tunti- hinnoiteltuun sähköenergiaan ole kannattavaa esimerkkikiinteistössä. Lämmityskuormien ohjauksesta tuntitiedon mukaan saatavien lisäsäästöjen jäädessä vähäisiksi kiinteistöön ei ole järkevää investoida erillisiä järjestelmiä kuormien ohjaukseen.

.

(3)

ABSTRACT

Lappeenranta University of Technology LUT School of Energy Systems

Electrical Engineering Simo Villanen

Profitability of demand response in the industrial building

2016

Bachelor’s Thesis.

30 + 2 pages, 9 figures and 4 tables Examiner: Professor. Samuli Honkapuro

This bachelor´s thesis researched the profitability of electricity’s demand response in the industrial complex. Research was carried out in the statistic of Elspot prices and electricity usage report in 2014 and 2015. In addition, the suitability of heat pumps to be used in demand response was studied by utilizing measurements of heat pumps.

The research goes through the impact of the demand response and different load control possibilities from the customer’s point of view. Also, the research brings up how the price of Elspot forms, and the factors that influence the price of Elspot. The research compares for example property's electric consumption proportions to Elspot prices that are already in use.

Moreover research shows potential of the heating load in point of view of the demand response. To map the potential from the point of view of the demand response, measuring and example calculations were made.

According to the research, the saves on annual basis will remain low. Knowing the risks in changing of the price of Elspot can be stated, that change to demand response is not profita- ble in example properties. Controlling heating according to the hourly information will leave the additional savings low, the property is not smart to invest additional systems to control the loads.

(4)

SISÄLLYSLUETTELO

1. Johdanto ... 6

2. Kysyntäjousto ... 7

2.1 Sähkön hinnan muodostuminen Elspot markkinoilla ... 8

2.2 Suomen Elspot aluehinta ... 9

2.3 Kysyntäjouston hyödyt ja riskit asiakkaan näkökulmasta ... 10

3. kysyntäjouston hyödyntäminen ... 11

3.1 Markkinahintaperusteinen kuormanohjaus ... 11

3.2 Kuormanohjauksen tekniset ratkaisut ... 12

3.2.1 Kiinteistöautomaatiojärjestelmät ... 12

3.2.2 AMR mittarit ... 13

3.2.3 Tulevaisuuden kuormanohjaus ... 14

3.3 Kuormienohjauspotentiaali ... 14

4. Kysyntäjouston hyödyntäminen esimerkkikiinteistössä ... 15

4.1 Kiinteistön sähköenergiakustannukset ... 15

4.2 Kysyntäjoustopotentiaalin kartoitus ... 17

5. Säästömahdollisuudet ja toimenpide-ehdotukset esimerkkikiinteistössä ... 20

5.1 Säästömahdollisuudet ... 20

5.2 Toimenpide-ehdotukset kuormanohjaukseen ... 25

6. Johtopäätökset ... 27

7. yhteenveto ... 28

Lähteet ... 29

Liitteet I Ilmalämpöpupun 1 sähköteho ajan funktiona.

II Ilmalämpöpupun 2 sähköteho ajan funktiona.

(5)

KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET

AMR Automatic Meter Reading, automaattinen mittarinluenta COP Coefficient of performance

HEMS Home Energy Management Systems

LVI Lämpö,Vesi,Ilma

SCOP Seasonal coefficient of performance

(6)

1. JOHDANTO

Suomen sähkömarkkinat ovat avanneet uusia mahdollisuuksia niin sähköyhtiöille kuin asiakkaille. Vuonna 2012 Suomessa otettiin käyttöön etäluettavat sähkömittarit, jotka mahdollistavat sähköenergian mittauksen tuntitasolla. Tuntikohtainen mittaus avaa uusia mahdollisuuksia kuluttajille tehostaa omaa sähkönkäyttöään. Sähköyhtiöt tarjoavat asiakkailleen pörssisähkön hinnan mukaista sähköenergiaa, jolloin hinta muodostuu Elspot aluehinnan mukaan jokaiselle tunnille. Näin ollen riski sähkön hinnan vaihteluista siirtyy kuluttajille.

Asiakas voi tehostaa omaa sähkönkäyttöään hyödyntämällä kysyntäjoustoa, jolloin kulutusta siirretään kalliin sähkön ajalta halvan sähkön ajalle.

Kysyntäjoustoa voidaan tarkastella monesta eri näkökulmasta. Tässä työssä näkökulmaksi on valittu taloudellinen kannattavuus asiakkaan näkökulmasta. Työn tarkoituksena on sel- vittää sähkön kysyntäjouston kannattavuutta teollisuuskiinteistössä. Työssä selvitetään saa- daanko esimerkkikiinteistössä pienennettyä vuotuisia sähköenergiakustannuksia vaihtamalla nykyinen sähkösopimus uuteen pörssisähkötuotteeseen. Lisäksi tutkitaan eri kuor- manohjausratkaisuja sekä mahdollisuuksia ja niiden soveltuvuutta esimerkkikiinteistöön.

Työssä tutkitaan kiinteistön aikaisempaa sähkönkulutusta ja sen jakautumista käyttämällä hyväksi Imatran Seudun Sähkön Wattis online-palvelua. Kuormanohjauspotentiaalin kartoittamiseksi tehdään mittauksia Envir-pihtivirtamittarilla. Envir-laitteella suoritetaan mittauksia kiinteistön lämmitysryhmistä. Esimerkkikiinteistön lämmitysenergia tuotetaan kahdella ilmalämpöpumpulla, joten mittaukset suoritetaan mittaamalla lämpöpumppujen sähkö- tehoa. Mittaustulosten perusteella laskettiin ilmalämpöpumppujen tuntikohtainen sähkö- energian kulutus. Näin ollen nähdään lämmityskuormien käyttäytyminen ja mahdollinen kysyntäjoustopotentiaali. Lisäksi tutkittiin kiinteistön muiden järjestelmien soveltuvuutta kysyntäjoustoon sekä kiinteistön aikaisempaa sähkön kulutusta ja sen jakautumista. Kulu- tuksen rakennetta verrattiin Suomen Elspot aluehintaan, jonka perusteella muodostettiin kiinteistön uudet sähköenergiakustannukset.

(7)

2. KYSYNTÄJOUSTO

Kysyntäjoustolla tarkoitettaan kulutuksen ajoittamista tai siirtämistä pois ajalta jolloin säh- kön hinta on korkea. Kysyntäjouston avulla pyritään vaikuttamaan sähkön markkinahintaan leikkaamalla kulutusta hintapiikkien aikana. Kysyntäjouston avulla kuluttajat voivat ohjata omaa sähkönkäyttöään sähkön markkinahinnan mukaan ja näin ollen säästää sähköenergia- kustannuksissa. Hyödyntämällä kysyntäjoustoa asiakas maksaa sähköstä Suomen Elspot aluehinnan mukaisesti. (Linna, Nuutinen 2012 s. 53 - 54)

Kuva 2.1 havainnollistaa kysyntäjouston periaatetta, jossa sähkön käyttöä ohjataan hintatiedon mukaan. Sähkön hinnan ollessa korkea kulutusta siirretään halvempien tuntien ajalle.

Kysyntäjousto ei vähennä energian kulutusta vaan kokonaisenergiantarve pysyy ennallaan.

Kuva 2.1 Sähkönkulutuksen siirtäminen korkeamman sähkön hinnan ajalta edulliselle ajalle. (Elinkeinoelämän keskusliitto 2009)

Kysyntäjoustoa voidaan tarkastella monesta eri näkökulmasta niin kuluttajan, sähkönmyyjän tai verkonhaltijan näkökulmasta. Kysyntäjousto aiheuttaa näkökulmasta riippuen ristiriitoja.

Kuluttajalle kysyntäjousto tarjoaa mahdollisuuden säästöihin sähköenergiakustannuksissa.

Sähkönmyyjän näkökulmasta kysyntäjouston ansiosta sähköenergian hinnan vaihtelun riskit siirtyvät myyjältä asiakkaille sekä sähkön hankintahinnat laskevat kulutushuippujen jää- dessä pienemmiksi. Verkkoyhtiön näkökulmasta markkinahinnan mukaan optimoitu kysyn- täjousto voi aiheuttaa verkostoon tehohuippuja, jolloin verkostoyhtiön kustannukset kasva- vat. (Partanen et al. 2012 s. 13)

(8)

2.1 Sähkön hinnan muodostuminen Elspot markkinoilla

Pohjoismaissa sekä Baltian maissa sähkön fyysistä kauppaa käydään Nord Pool Spot sähkö- pörssissä, joka on jaettu kahteen markkinapaikkaan Elspot- ja Elbasmarkkinoihin. Elspot markkinoilla käydään kauppaa seuraavan vuorokauden sähköntoimituksista. Elspot markkinoilla seuraavan päivän toimituksia koskevat tarjoukset tulee tehdä viimeistään kello kah- teentoista mennessä Keski-Euroopan aikaa, jonka jälkeen noin tunnin kuluttua muodostetaan seuraavan päivän hinnat. Kaupankäynti suoritettaan kerran päivässä, jolloin sähkönvähittäis- myyjät ja sähköntuottajat jättävät rajatarjouksensa omalle alueelleen. Elspot markkinoiden kaupankäyntimuotona on suljettu huutokauppapörssi. Toimijat voivat tehdä tarjouksen enin- tään 12 päiväksi eteenpäin. Sähkön systeemihinta muodostetaan tarjousten perusteella.

(Nord pool 2015)

Sähkön tukkuhinta muodostuu kysynnän ja tarjonnan mukaan niin, että jokaisella tunnilla on oma hintansa. Sähköntuottajat ja-ostajat toimittavat omat myynti- ja ostotarjouksensa sen mukaan kuinka paljon tuottajat ovat valmiita myymään sähköä ja vastaavasti kuinka paljon sähkön vähittäismyyjät tarvitsevat sähköä asiakkaittensa sähköenergiatarpeen kattamiseksi.

Sähkön hinta muodostuu kalleimman käytössä olevan tuotantomuodon mukaan kuvan 2.2 mukaisesti. (Partanen et al. 2015 s. 6 - 7)

Kuva 2.2 Sähkön markkinahinnan muodostuminen kysynnän ja tuotantotavan mukaan. (Partanen et al. 2015)

(9)

Sähkön markkinahinta kuvaa hintaa, joka ollaan valmiita maksamaan sähköenergiasta, jolla voidaan kattaa sähköenergiantarve (Partanen et al. 2015 s. 7 ). Kuvasta 2.2 havaitaan, että kysynnän ollessa vähäistä käytettään sähkön tuottamiseen halvempia tuotantomuotoja. Vas- taavasti kysynnän ollessa korkealla joudutaan ottamaan käyttöön kalleimpia tuotantomuotoja. Näin ollen sähkön markkinahinta määräytyy aina kalleimman tuotantotavan mukaan.

Tarjousten perusteella sähkön systeemihinta muodostuu kysyntä- ja tarjontakäyrien leik- kauspisteessä kuvan 2.3 mukaisesti. Systeemihinnassa ei huomioida alueiden välisiä siirto- rajoituksia.

Kuva 2.3 Sähkön systeemihinnan muodostuminen kysyntä-ja tarjontakäyrien leikkauspisteessä. (Partanen et al. 2015)

2.2 Suomen Elspot aluehinta

Pohjoismaiset Elspot markkinat jaetaan maantieteellisesti viiteentoista eri alueeseen, joissa jokaisella alueella muodostuu oma aluehinta. Suomi kuuluu omaan hinta-alueeseen, jonne sähkönmyyjät- ja ostajat voivat jättää tarjouksensa. Alueiden välisen sähkönsiirtoverkon kapasiteetti ollessa riittävä voivat eri hinta-alueet muodostua yhtenäiseksi hinta-alueeksi. (Par- tanen et al. 2015 s. 24)

Suomen Elspot aluehinta määräytyy omana alueenaan. Hintaan vaikuttaa oman maan säh- köenergian tuotanto sekä energian kysyntä. Siirtoyhteydet naapurimaihin vaikuttavat sähkön hintaan Suomessa. Rajoitukset ja häiriöt maiden välisissä siirtoyhteyksissä nostavat hintaa Suomessa. Aluehinta poikkeaakin systeemihinnasta, mikäli siirtoverkon kapasiteetti ei ole riittävä (Linna, Nuutinen 2012 s. 45 ).

(10)

2.3 Kysyntäjouston hyödyt ja riskit asiakkaan näkökulmasta

Kysyntäjousto mahdollistaa asiakkaalle sähköenergiakustannusten minimoinnin. Kysyntä- jouston avulla asiakas minimoi ostoenergian määrän ja pystyy laajamittaisemmin hyödyntä- mään mahdollista omaa sähköntuotantoaan. Huipputehojen pienenemisen seurauksena voidaan mahdollisesti pienentää kiinteistön sähköliittymän kokoa. (Järventausta et al. 2015 s.3)

Laajamittainen kysyntäjouston hyödyntäminen vaikuttaa myös muiden sähkönkäyttäjien sähkön hintaan alenevasti, koska huippukuormitus pienenee kysyntäjouston ansioista (Elfi 2015). Kysyntäjouston avulla yritysten on mahdollista parantaa kilpailukykyään pienenty- neiden sähköenergiakustannusten ansioista (Linna, Nuutinen 2012 s. 54).

Kuluttajien siirtyessä markkinahintaiseen sähköenergiaan siirtyy sähkön vähittäiskauppiai- den riski kuluttajille. Näin ollen siirtoverkon rajoitusten tai tuotannon ongelmien seurauksena sähkön hinta voi nousta merkittävästi. Talvella pitkät pakkasjaksot voivat nostaa säh- kön markkinahintaa. Sähkön markkinahinnan ollessa jatkuvasti korkea aiheuttaa se lisäkus- tannuksia asiakkaille (Energiateollisuus ry 2007 s. 6). Olosuhteet kiinteistössä oleskelulle tulee pitää suotuisina. Mikäli kysyntäjousto on teknisesti huonosti toteutettu voi esimerkiksi kiinteistön lämpötila laskea liian alhaiseksi ja näin ollen mukavuus voi kärsiä.

(11)

3. KYSYNTÄJOUSTON HYÖDYNTÄMINEN

Kysyntäjouston hyödyntämisessä asiakkaalla tulee olla Elspot hinnan mukaan määräytyvä sähköenergian hinta. Kysyntäjouston täysmittainen hyödyntäminen vaatii kiinteistöstä riippuen erilaisia teknisiä ratkaisuja. Kysyntäjouston toteuttamisen edellytyksenä on älykässäh- köverkko. Lisäksi vaaditaan moitteetonta tiedonsiirtoa sähköyhtiön ja asiakaan välillä. (Grip 2013 s. 6) Toteutustavasta riippuen hintatieto välittyy asiakkaalle joko sähköyhtiöltä tai eril- liseltä palveluntarjoajalta. Asiakkaan näkökulmasta ei ole väliä milloin esimerkiksi käyttö- vesi lämpiää kunhan lämmintä vettä on aina saatavilla. Myös kiinteistön ollessa tyhjillään voidaan lämpötilaa pudottaa tai vastaavasti ilmanvaihdon tehoa pienentää. Kysyntäjousto tulisikin toteuttaa huomaamattomasti niin, ettei viihtyvyys kiinteistössä kärsi.

Kysyntäjouston laajamittaiselle hyödyntämiselle aiheuttaa haasteita lainsäädäntöön liittyvät kysymykset, eri toimijoiden ristikkäiset roolit sekä tietoliikenne rajapintojen yhteensovitta- minen. Kuormanohjaus tuntihintojen mukaan aiheuttaa erityisvaatimuksia kiinteistöjen säh- köverkolle. Kuormanohjaukseen tuleekin kiinnittää huomiota suunniteltaessa uutta tai sa- neeratessa vanhaa kiinteistöä. Tietojärjestelmien rajapinnat sekä standardoimattomat proses- sit aiheuttavat haasteita kuormanohjauksen tekniselle toteuttamiselle. (Järventausta et al.

2015 s. 5, s. 32 )

3.1 Markkinahintaperusteinen kuormanohjaus

Kuluttajat voivat ohjata sähkönkäyttöään markkinahinnan mukaan. Näin ollen kuluttajat oh- jaavat sähkönkäyttöään sähkön Elspot hinnan mukaan. Tämä vaatii mittaustiedon saamista jokaiselta tunnilta. Markkinahintaperusteista kuormanohjausta hyödyntäessä täytyy asiakkaan automaatiojärjestelmään välittyä seuraavat tiedot: Elspot hinnan vaihtelut, 1-15 min aikaresoluutiolla tieto sähkönkulutuksesta sekä energianhallinnan tärkeimpiä arvoja. Hinta- tieto voidaan tuoda järjestelmään joko AMR-mittarilta tai erillisen palvelun kautta. (Kopo- nen et al. 2006 s. 14 - 15)

Markkinahinta välitetään kuluttajille joko sähköyhtiön toimesta tai erillisen palvelun kautta.

Esimerkiksi Fortum tarjoaa asiakkailleen kokonaisvaltaista Fortum fiksu -palvelua. Palvelu on suunnattu sähkölämmitteisiin kiinteistöihin. Palvelun avulla asiakkaat saavat tiedon markkinahinnan vaihteluista sekä järjestelmä huolehti kiinteistön kuormien ohjauksesta.

(12)

Fortum fiksu -palvelun ohjausyksikkö hakee internet yhteyden avulla tiedot seuraavan päi- vän sähkön hinnoista. Järjestelmään määritetään kiinteistön lämmitysenergian tarve. Hinta- tietojen ja ennalta määritettyjen parametrien perusteella järjestelmä suorittaa automaattisesti kuormien ohjauksen sähkön hinnan mukaan ilman, että asumismukavuus kärsii. (Fortum fiksu 2015)

3.2 Kuormanohjauksen tekniset ratkaisut

Kuormienohjauksen tekniset ratkaisut voidaan jaotella toteuttamistavan mukaan. Ohjaus voidaan toteuttaa AMR-mittarin ohjaustiedon avulla joko suoraan kuormanohjaukseen tai kiinteistön automaatiojärjestelmään tai ohjaus voidaan toteuttaa kokonaan erillisellä järjes- telmällä jolloin ohjaustieto välittyy suoraan sähköverkosta kiinteistö automaatiojärjestel- mään. Ohjauksen toteuttamisessa voidaan käyttää myös erillistä HEMS-järjestelmää. Kuor- manohjauksen näkökulmasta ei riitä pelkästään tieto kuorman pois- ja päälle kytkennästä, vaan tarvitaan myös tieto kuinka paljon kuormaa on kullakin hetkellä käytössä. (Järventausta et al. 2015 s. 101)

Kuormanohjauksen toteutukseen vaikuttaa kiinteistön tyyppi sekä olemassa olevien sähkö- järjestelmien rakenne. Pääsääntöisesti kuormanohjaus toteutetaan suurissa kiinteistöissä kuten liike- ja toimitilakiinteistöissä erilaisten kiinteistöautomaatiojärjestelmien avulla, kun taas pienkohteissa ohjaus voidaan toteuttaa pelkästään AMR-mittarin avulla. (Järventausta et al. 2015 s. 4)

3.2.1 Kiinteistöautomaatiojärjestelmät

Kiinteistöautomaatiojärjestelmillä voidaan vaikuttaa kiinteistössä oleskelun viihtyvyyteen sekä tehokkaaseen energian käyttöön. Kiinteistöön suunnitelluilla ohjelmistoilla sekä oike- alla instrumentoinnilla voidaan automaatiojärjestelmillä toteuttaa ohjauksia huonekohtai- sesti sekä saada kaikki hyöty energiatehokkuudesta. Kiinteistökohtainen automaatiojärjes- telmä koostuu kolmesta eri pääosasta. Hallintatasosta, johon kuuluu valvomo, josta järjes- telmää ohjataan käyttöliittymän avulla. Automaatiotasosta, joka sisältää alakeskukset I/O moduuleineen ja kenttätasosta, jossa anturit ja toimilaitteet välittävät tietoa kiinteistön tilasta. (Härkönen et al. 2012 s. 49, s. 93 – 95)

(13)

Kysyntäjouston näkökulmasta kiinteistöautomaatiolla voidaan hallita kiinteistön kuormia.

Automaatiojärjestelmät toimivat väyläpohjaisesti, jolloin niiden ohjelmointi tapahtuu käyt- töliittymän avulla. AMR-mittareilta välitetään kosketintieto automaatiojärjestelmän väy- lään. Tieto voidaan myös välittää erillisen palvelun kautta. Kiinteistöautomaatiojärjestel- mien toiminnan kannalta keskeisintä on laitteiden keskinäinen toiminta. Järjestelmän tulee myös mahdollistaa kaksisuuntainen tiedonsiirto. (Järventausta et al. 2015 s. 149)

Markkinoiden hallitseva automaatiojärjestelmä on tällä hetkellä avoimeen standardiin poh- jautuva KNX-järjestelmä. Nykypäivänä KNX-järjestelmillä pystytään ohjaamaan lähes mitä tahansa kiinteistön kuormia kuten valaistusta, ilmanvaihtoa ja lämmitystä. Lisäksi järjes- telmä mahdollistaa energiankulutuksen seurannan reaaliajassa. (ABB Oy 2016)

3.2.2 AMR mittarit

AMR-mittarilla tarkoitetaan etäluettavaa sähköenergiamittaria. Suomi on edelläkävijämaa eteläluettavien mittarien käyttöönotossa, sillä lähes jokainen kiinteistö on varustettu AMR- mittarilla. Etäluettavat mittarit mahdollistavat tuntikohtaisen sähköenergian mittauksen, jonka seurauksena kuluttajille avautuu mahdollisuus päästä tuntimarkkinoille. Yksinkertai- simmillaan kuromanohjaus voidaan toteuttaa AMR-mittarin potentiaalivapaan koskettimen avulla. Koskettimelta välitetään ohjaustieto ohjattaville kuormille. Monissa kiinteistöissä onkin käytössä eri tariffien mukaisia hinnoittelumalleja, kuten yö- ja päiväsähkö. Etäluetta- vien mittarien hyödyntäminen Elspot markkinoilla vaatii vielä yhteisten rajapintojen stan- dardointia, jotta kaksisuuntainen tiedonsiirto asiakkaan ja sähköyhtiön välillä on sujuvaa.

Kuormanohjaus AMR-mittarilla tarjoaa yksinkertaisen ohjaustavan kiinteistön sähkölämmi- tyskuormille, mutta suuremmissa kiinteistöissä menetelmä ei ole soveltuva. (Järventausta et al. 2015 s. 4)

(14)

3.2.3 Tulevaisuuden kuormanohjaus

Kuormia voidaan ohjata laitekohtaisesti, jolloin laiteen oma älykkyys hakee internetin väli- tyksellä seuraavan vuorokauden sähkön hinnat suoraan palveluntarjoajalta. Haettujen hinta- tietojen perusteella laite optimoi automaation avulla sähkönkäyttöään Elspot hinnan vaihte- luiden sekä ennalta määriteltyjen parametrien mukaan.

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa on kehitelty demolaite, jolla voidaan ohjata pakastimen sähkönkäyttöä. Pakastimen yhteyteen on asennettu tietokone, joka hakee seuraavan päivän Elspot hinnat sähköpörssistä internetyhteyden avulla. Laitteen avulla pakastin käy halvan sähkön aikaan ja pyrkii välttämään kalliimpia tunteja, mikäli pakastimen lämpötila sen sallii. Älykkään ohjauksen avulla voidaan säästää 10 % - 15 % kustannuksissa verrattuna ilman ohjausta varustettuun pakastimeen. Älyteknologiaa voidaan hyödyntää kaikkiin lait- teisiin, jotka varaavat energiaa, kuten lämmitykseen ja lämminvesivaraajaan. (Taloussano- mat 2015)

Älyteknologiaa voidaan hyödyntää myös osana valtakunnallista sähköjärjestelmää. Laitteita voidaan käyttää valtakunnallisen tehotasapainon ylläpitoon, jolloin laite mittaa taajuutta sen liitäntäpisteestä ja reagoi mikäli taajuus laskee tai nousee kriittisesti. (Taloussanomat 2015)

3.3 Kuormienohjauspotentiaali

Työssä tarkastellaan kuormanohjausta taloudellisesta näkökulmasta, jolloin eri kuormienoh- jauksilla pyritään saamaan taloudellista hyötyä. Kuormienohjausten tulisi tapahtua niin, ettei se aiheuta haittaa kiinteistössä oleskelulle. Kiinteistöt, joiden lämmityksenä on suora- tai varaavasähkölämmitys tarjoavat suurimman potentiaalin kuormanohjaukseen. Erilaiset LVI-järjestelmät kuten jäähdytys- ja ilmanvaihtojärjestelmät sekä lämpimän käyttöveden valmistus tarjoavat mahdollisuuden kuormanohjaukselle. Erityisesti lämmityskuormien säh- könkulutus on vahvasti riippuvainen ulkolämpötilasta. Näin ollen sähkölämmitteisen kiin- teistön suurin ohjauspotentiaali sijoittuu talviaikaan. Käyttöveden valmistukseen kuluva energia on vuodenajasta riippumatonta, joten sen ohjauspotentiaali säilyy läpi vuoden. Li- säksi kuormanohjausta voidaan toteuttaa valaistuksessa, auton lämmityksessä sekä sulanapi- tojärjestelmissä. (Järventausta et al. 2015 s. 84 – 96)

(15)

4. KYSYNTÄJOUSTON HYÖDYNTÄMINEN ESIMERKKIKIINTEISTÖSSÄ Tutkimuksessa tarkasteltiin kysyntäjouston kannattavauutta esimerkkikiinteistössä. Esi- merkkikiinteistöksi valittiin Imatralla sijaitseva teollisuuskiinteistö, joka toimii sähköura- kointiliikkeen toimipisteenä. Kiinteistö on kooltaan 300 m² ja se sisältää varastotilan, toi- misto-osan sekä sähkötarvikemyymälän. Kiinteistön lämmitysjärjestelmänä on varaava säh- kölämmitys sekä kaksi ilmalämpöpumppua. Lämmitys toteutetaan pääsääntöisesti kahdella ilmalämpöpumpulla, jolloin lattialämmitys ei ole päällä. Käytettäessä tehokkaita ilmaläm- pöpumppuja voidaan lämmitysenergia tuottaa huomattavasti halvemmalla kuin sähköläm- mityksellä. Käytössä olevien ilmalämpöpumppujen lämmityskauden hyötysuhteet eli SCOP- lämpökertoimet ovat 4,9 ja 4,8. Näin ollen lämmityksessä saadaan yhdellä kilowat- titunnilla sähköä 4.8 kWh lämpöä. Kiinteistössä on käytössä 3 kWp huipputeholtaan oleva verkkoon kytketty aurinkosähköjärjestelmä. Järjestelmä tuottaa vuosittain noin 2500 kWh sähköä. Kesäaikaan lähes kaikki kiinteistön käyttämä sähkö saadaan auringosta. Tarkaste- luajankohtana vuosina 2014–2015 käytössä ollut sähkösopimus sisälsi erikseen hinnat yö- ja päiväsähkölle.

4.1 Kiinteistön sähköenergiakustannukset

Kiinteistön aikaisempaa sähköenergian kulutusta sekä kustannuksia tutkittiin käyttämällä hyväksi Imatran Seudun Sähkön Wattis online-palvelua. Wattis on Imatran Seudun Sähkön tarjoama online-palvelu asiakkailleen. Palvelusta voi seurata omaa energiankulutustaan, sekä hallita sähkösopimuksia ja -laskuja. Palvelun tarjoamat mittaustiedot sähkön tuntikoh- taisesta kulutuksesta saadaan AMR-mittarin välityksellä.

Kiinteistön sähköenergian kulutuksen rakenne vuonna 2015 on esitetty kuvassa 4.1. Kuvasta huomataan, että kulutus on suurimmillaan tammi – maaliskuussa sekä marras – joulukuussa.

Tämä johtuu käytettävästä lämmitysmuodosta, sillä suurin sähköenergian tarve ajoittuu läm- mityskaudelle. Kesäaikaan voidaan hyödyntää tuotettua aurinkosähköä, jolloin suurin osa tarvittavasta sähköstä saadaan päivän aikaan auringosta.

(16)

Kuva 4.1 Kiinteistön sähköenergian kulutuksen rakenne vuonna 2015.

Kiinteistön sähköenergiakustannukset koostuvat siirrosta, sähköenergiasta sekä veroista.

Työssä keskitytään pelkästään energian kustannuksiin, koska kysyntäjouston avulla voidaan vaikuttaa ainoastaan energiakustannuksiin. Käytössä olevan sähkösopimuksen mukaan säh- köenergia on hinnoiteltu erikseen päivälle ja yölle. Vuosien 2015 ja 2014 sähköenergiakus- tannukset sekä kustannusten rakenne on esitetty taulukossa 4.1.

Taulukko 4.1 Kiinteistön sähköenergiakustannukset vuosina 2014 ja 2015.

Vuosi Kulutus kWh

Yösähkö kWh

Päivä- sähkö kWh

Päivä- sähkö

€/kWh

Yösähkö

€/kWh

Kuukau- simaksu

€/kk

Energia kustan- nukset yh- tensä €

2015 14346 5347 8999 0,0445 0,0365 1,95 619

2014 18739 8153 10583 0,0594 0,0465 3,53 1050

Taulukossa on eroteltu päivä- ja yösähkön osuus sekä hinnat päivällä ja yöllä. Käytetyt hinnat eivät sisällä arvolisäveroa. Vuonna 2014 sähkönkulutus oli merkittävästi suurempaa kuin vuonna 2015. Tämä selittyy sillä, että eri vuosina tarvittavan lämmitysenergian määrä riippuu vahvasti ulkolämpötilasta. Lisäksi sähkön hinta sekä kuukausimaksut ovat muuttuneet merkittävästi vuodelle 2015, mikä näkyy kokonaiskustannuksissa. Kokonaisuudessa kysei- sen kiinteistön sähkönenergian kulutus on pientä suhteutettuna kiinteistön kokoon. Kiinteis- tössä on kiinnitetty erityisesti huomiota energiatehokkuuteen, sillä lämpöpumppujen ja oman sähköntuotannon ansioista ostettavan sähköenergian määrä on pienentynyt merkittä- väsit. Lisäksi vuonna 2015 osa valaistuksesta on vaihdettu led-valoihin.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kulutus Kwh

Päivämäärä

(17)

4.2 Kysyntäjoustopotentiaalin kartoitus

Esimerkkikiinteistön kysyntäjoustopotentiaalin kartoittamiseksi tutkittiin kiinteistössä olevien järjestelmien soveltuvuutta kysyntäjoustoon. Kysyntäjouston näkökulmasta hyviä koh- teita toteuttaa kuormanohjausta kiinteistössä hintatiedon perusteella ovat lämmitys, käyttö- veden valmistus sekä ilmanvaihto. Kiinteistössä olevat järjestelmät mahdollistavat lämmi- tyksen ilmalämpöpumpuilla tai vaihtoehtoisesti varaavalla sähkölämmityksellä. Tutkimus- ajankohtana kiinteistön lämmitysenergia tuotettiin ilmalämpöpumpuilla, joten lattialämmi- tys ei ollut käytössä. Tutkimuksessa suoritettiin laskelmat molempien lämmitysmuotojen potentiaalin kartoittamiseksi.

Ilmalämpöpumppujen kysyntäjoustopotentiaalin kartoittamiseksi kiinteistössä tehtiin mittauksia Envir-laitteella kahdelle ilmalämpöpumpulle. Ilmalämpöpumpuista mitattiin komp- ressorin ottamaa tehoa lämmityksen aikana. Mitattujen tehojen avulla muodostettiin ilma- lämpöpumppujen sähkönkulutuksen tuntikeskiarvot. Lämpöpumppujen sähköenergian kulutuksen jakautuminen tunneittain nähdään kuvasta 4.2.

Kuva 4.2 Lämmityksen sähköenergian kulutus tunneittain.

Lämpöpumppujen tarvitsema sähkön määrä riippuu ulkolämpötilasta. Kuvasta 4.2 huomataan, että ilmalämpöpumput käyvät melko tasaisesti ja vaihtelut tunneittain kulutuksen suh- teen ovat melko pieniä. Mittausten perusteella muodostettiin kuvaaja ulkolämpötilan vaiku- tuksesta lämpöpumppujen tehoon. Kuvassa 4.3 on esitetty ulkolämpötilan vaikutus lämpö- pumppujen tehoon.

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00

Kulutus kwh

Aika h

(18)

Kuva 4.3 Ulkolämpötilan vaikutus lämpöpumpun sähkötehoon.

Kuvasta 4.3 havaitaan, että lämpöpumppujen teho määräytyy melko lineaarisesti ulkoläm- pötilan funktiona.

Kysyntäjoustoa voidaan hyödyntää varaavan sähköisen lattialämmityksen avulla. Kiinteis- tön sähköisen lattialämmityksen teho on 80 w/m²jolloin sähkölämmityksen kokonaisteho 300 m² kiinteistössä on 24 kW. Tällä hetkellä nykyinen sähköjärjestelmä mahdollistaa lat- tialämmityksen ohjauksen yösähkötiedon mukaan. Näin ollen lattialämmitys on päällä vain yöaikaan jolloin tarvittava lämpö varautuu lattiaan. Kysyntäjouston näkökulmasta lattialäm- mitystä voitaisiin ohjata hintatiedon mukaan niin, että valittaisiin vuorokaudesta tarvittava määrä halvimpia tunteja jolloin lattialämmitys olisi päällä.

Lämmitysryhmien lisäksi tutkittiin kiinteistön kokonaissähkönkulutuksen suhdetta Elspot hintaan. Kuvassa 4.4 on esitetty kiinteistön kokonaissähkönkulutuksen suhdetta Elspot hintaan mittausjakson aikana.

0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 3500,00

-30,00 -25,00 -20,00 -15,00 -10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00

Lämpöpumppujen teho W

Ulkolämpötila °C

(19)

Kuva 4.4 Kiinteistön kokonaissähköenergian kulutus suhteutettuna Elspothintaan.

Kuvasta 4.4 havaitaan, että kulutushuiput toteutuvat symmetrisesti samaan aikaan joka päivä. Ensimmäinen huippu ajoittuu noin kello kahdeksaan jolloin työt toimipisteellä alka- vat. Kulutuksen huippu aiheutuu ilmanvaihdosta, sillä kiinteistön ilmanvaihto kytketään het- keksi päälle työntekijöiden saapuessa toimipisteelle. Toinen piikki ajoittuu noin kello nel- jään iltapäivällä jolloin hämäräkytkimen ja ajastimen perässä olevat ulko- ja mainosvalot syttyvät. Ajastimella ohjattavat mainosvalot sammuvat yö ajaksi. Lämminvesivaraaja kytkeytyy päälle kello kymmen jolloin yösähkö alkaa. Varaajan aiheuttama kulutuspiikki toteu- tuu symmetrisesti jokaisena päivänä. Päiväaikaan kiinteistön sähkönkulutus on tasaista ja se koostuu valaistuksesta, lämmityksestä sekä atk-laitteista.

Elspot hinnan vaihtelut eivät ole merkittäviä ensimmäistä päivää luukunottamatta. Muutoin hinnan vaihtelut ovat pieniä eikä hintapiikkejä esiinny. Sähkönkulutushuiput eivät ajoitu ajalle jolloin hinta on korkea.

0 1 2 3 4 5 6 7

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16

23.11.2015 0:00 23.11.2015 4:00 23.11.2015 8:00 23.11.2015 12:00 23.11.2015 16:00 23.11.2015 20:00 24.11.2015 0:00 24.11.2015 4:00 24.11.2015 8:00 24.11.2015 12:00 24.11.2015 16:00 24.11.2015 20:00 25.11.2015 0:00 25.11.2015 4:00 25.11.2015 8:00 25.11.2015 12:00 25.11.2015 16:00 25.11.2015 20:00 26.11.2015 0:00 26.11.2015 4:00 26.11.2015 8:00 26.11.2015 12:00 26.11.2015 16:00 26.11.2015 20:00 27.11.2015 0:00 27.11.2015 4:00 27.11.2015 8:00 27.11.2015 12:00 27.11.2015 16:00 27.11.2015 20:00 Sähkön kulutus kWh

Sähkön hinta €/kWh

Aika

EURKWh Energian kulutus (kWh)

(20)

5. SÄÄSTÖMAHDOLLISUUDET JA TOIMENPIDE-EHDOTUKSET ESI- MERKKI KIINTEISTÖSSÄ

Kiinteistölle muodostettiin uudet sähköenergiakustannukset vertailemalla tuntipohjaista kulutusta toteutuneisiin Elspot hintoihin. Säästölaskelmien pohjalta mietittiin toimenpide-eh- dotuksia kiinteistön kuormien ohjaukseen. Lisäksi mallinnettiin kuormien ohjausta tuntitiedon mukaan ilmalämpöpumppujen ja lattialämmityksen osalta.

5.1 Säästömahdollisuudet

Kysyntäjouston säästömahdollisuudet selvitettiin vertaamalla kiinteistön tuntikohtaista säh- könkulutusta toteutuneisiin Elspot hintoihin. Tarkastelussa selvitettiin vuosien 2014 ja 2015 sähköenergiakustannukset kiinteällä hinnalla ja Elspot hinnalla. Taulukossa 5.2 on esitetty kiinteistön nykyiset kustannukset ja kustannukset Elspot hinnalla sekä säästömahdollisuu- det. Laskennassa käytetyt hinnat eivät sisällä arvolisäveroa. Lisäksi laskennassa on huomioitu sähkösopimuksen mukainen kuukausimaksu, joka kiinteässä sopimuksessa vuonna 2014 oli 3.53 €/kk ja vuonna 2015 kuukausimaksu oli 1.95 €/kk. Elspot hinnan mukaan määräytyvän sähkösopimuksen kuukausimaksu Imatran seudun sähköllä on 2.5 €/kk johon kuuluu lisäksi marginaalimaksu, joka on 0.25 snt/kWh. Marginaalimaksu sisältää sähkön- myyntiyhtiön katteen sähköntoimitukselle.

Taulukko 5.2 Säästömahdollisuudet Elspot hinnalla.

Vuosi Kulutus kWh Kustannus kiinteällä hin- nalla €

Kustannus Elspot hin- nalla €

Säästö € Säästö %

2015 ¹⁴³⁴⁶ ⁶¹⁹ ^564,2 ^54,8 ^8,8

2014 ¹⁸⁷³⁹ ¹⁰⁵⁰ ^788,8 ^261,2 ^25,0

Taulukossa 5.2 esitetyissä säästömahdollisuuksissa ei ole huomioitu kuormanohjauksella saatavia hyötyjä. Vuoden 2015 säästöt olisivat jääneet melko vähäisiksi huomioiden riskin, jonka asiakas ottaa sähkön hinnan vaihteluista. Vuonna 2014 olisi saavutettu merkittäväm- mät säästöt, jolloin Elspot hinnan mukainen sähkösopimus olisi ollut asiakkaan näkökul- masta järkevä. Marginaalimaksu sekä pörssisähkötuotteen kuukausimaksu syövät merkittä- västi kannattavuutta ja tuovat lisäkustannuksia kiinteään hintaan nähden. Tarkastelemalla säästömahdollisuuksia prosentuaalisesti sähköenergiakustannuksista voidaan säästöä pitää

(21)

merkittävänä, kun huomioidaan pelkästään kuukausi- ja energiamaksut. Euroissa säästöt jää- vät kuitenkin pieniksi, koska sähköenergian osuus koko sähkölaskusta on vain noin kolman- nes.

Hyödyntämällä kuormanohjausta hintatiedon mukaan voidaan sähkönkäytön optimoinnilla saada lisähyötyä säästöihin. Kuormanohjauksella saatavaan hyödyn tutkimiseksi tarkasteltiin yhden päivän lämmitysenergian kulutuksen käyttäytymistä suhteessa Elspot hintaan sekä laskettiin syntyvät säästöt ilmalämpöpumppujen ja lattialämmityksen kuormanohjaukselle.

Ilmalämpöpumppujen kuormanohjauksen mallintaminen tehtiin 1.12.2015 päivän tietojen pohjalta. Tarkastelupäivän keskilämpötila oli 1.1 astetta. Kuvassa 5.2 on esitetty 1.12.2015 ilmalämpöpumpun sähköenergian kulutus suhteessa Elspot hintaan.

Kuva 5.2 Ilmalämpöpumppujen sähköenergian kulutus suhteessa Elspot hintaan 1.12.2015.

Kuvasta 5.2 nähdään, että kiinteistön lämmityksen energiankulutuksessa ei tapahdu suuria muutoksia päivän aikana. Vastaavasti Elspot hinnan vaihtelu päivän aikana on merkittävää.

Hinta on halvimmillaan yöaikaan jolloin sähkön hinta on noin 2 snt/kWh. Kalleimman säh- kön aika ajoittuu aamun ja iltapäivään, jolloin hinta on lähes 5 snt/kWh.

Kuormanohjauksella saatavien säästöjen laskemiseksi muodostetiin malli, jossa teoreetti- sesti lämmityksen sähkönkulutusta siirrettiin halvempien tuntien ajalle. Laskenta suoritettiin 1.12.2015 päivän ilmalämpöpumppujen sähkönkulutuksen sekä toteutuneiden Elspot hinto- jen perusteella. Esimerkkipäivänä ilmalämpöpumppujen sähkönkulutus oli 31.8 kWh ja se

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

0,20 0,40,6 0,81 1,21,4 1,61,8

1.12.2015 0:00 1.12.2015 1:00 1.12.2015 2:00 1.12.2015 3:00 1.12.2015 4:00 1.12.2015 5:00 1.12.2015 6:00 1.12.2015 7:00 1.12.2015 8:00 1.12.2015 9:00 1.12.2015 10:00 1.12.2015 11:00 1.12.2015 12:00 1.12.2015 13:00 1.12.2015 14:00 1.12.2015 15:00 1.12.2015 16:00 1.12.2015 17:00 1.12.2015 18:00 1.12.2015 19:00 1.12.2015 20:00 1.12.2015 21:00 1.12.2015 22:00 1.12.2015 23:00 Sähkön hinta €/kWh

Sähkön kulutus kWh

Aika

Lämmityksen kulutus KWh Hinta (EUR/KWh)

(22)

jakautui kuvan 5.2 mukaisesti. Laskennassa huomiotiin, että kokonaisenergian tarve pysyy vuorokauden aikana samana, kuormien siirrosta huolimatta. Elspot hinnan vaihteluista valittiin kalliiksi sähköksi tunnit jolloin hinta on suurempi kuin 4 snt/kWh ja halvoiksi tun- neiksi 2-3 snt/kWh. Kuormanohjauksessa huomioitiin, ettei lämpötila kiinteistössä laske liian alhaiseksi. Tämä huomioitiin laskennassa jättämällä lämmitystehoa myös kalliimpien tuntien ajalle. Kuormienohjaus halvemmille tunneille suoritettiin niin, että sähkön hinnan ollessa yli 4 snt/kWh siirrettiin 80 % sen tunnin kulutuksesta halvemmille tunneille. Kuor- manohjauksen mallinnuksen mukaan saadaan kuvan 5.3 mukainen kulutuksen jakautuminen.

Kuva 5.3 Lämmityksen sähköenergian kulutuksen jakautuminen suhteessa Elspot hintaan kuormanohjauksen jälkeen.

Kuvien 5.2 ja 5.3 pohjalta voidaan tarkastella kuormanohjauksella syntyviä lisäsäästöjä il- malämpöpumppujen tapauksessa. Kuva 5.3 vastaa ideaalista tilannetta, jossa kiinteistön läm- mitysenergia tuotetaan halvan sähkön aikaan ja sähkön hinnan ollessa korkea pyritään pitä- mään lämpötilaolosuhteet riittävän suotuisina, jottei lämpötila putoa liian alas kiinteistössä.

Esimerkkipäivän lämmitysenergian kulutus sekä kustannukset ilman kuormanohjausta sekä kuormanohjauksella on esitetty taulukossa 5.3. Lämmityskauden pituudeksi arvioitiin seit- semän kuukautta.

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

0 0,51 1,52 2,5 3

1.12.2015 0:00 1.12.2015 1:00 1.12.2015 2:00 1.12.2015 3:00 1.12.2015 4:00 1.12.2015 5:00 1.12.2015 6:00 1.12.2015 7:00 1.12.2015 8:00 1.12.2015 9:00 1.12.2015 10:00 1.12.2015 11:00 1.12.2015 12:00 1.12.2015 13:00 1.12.2015 14:00 1.12.2015 15:00 1.12.2015 16:00 1.12.2015 17:00 1.12.2015 18:00 1.12.2015 19:00 1.12.2015 20:00 1.12.2015 21:00 1.12.2015 22:00 1.12.2015 23:00 Sähkön hinta €/kWh

Sähkön kulutus KWh

Aika

Lämmityksen kulutus KWh Hinta (EUR/KWh)

(23)

Taulukko 5.3 Ilmalämpöpumppujen ohjauksella saavutetut säästöt Kulutus kWh/vrk Kustannukset

vuorokaudessa €

Kustannukset lämmityskau- den aikana €

Säästöt € Säästöt %

Ilman kuor- manohjausta kiinteällä hin- nalla

31.8 1.33 ^279.3 ⁰ ⁰

Ilman kuor- manohjausta Elspot hinnalla

31.8 1.15 241.5 37.8 13.5

Kuormanoh- jauksella ja Elspot hinnalla

31.8 0.97 203.7 75.6 27.0

Ilmalämpöpumppujen ohjattavan kuorman määrään vaikuttaa ulkolämpötila sekä kiinteistön sisälämpötila. Tarkastelupäivänä vuorokauden keskilämpötila oli noin yhden asteen. Kiin- teistöä lämmitettään tammi – huhtikuussa sekä loka – joulukuussa. Näin ollen lämmityskau- den pituus on seitsemän kuukautta. Lämmityskauden keskilämpötila oli myös noin yhden asteen, joten valittu esimerkkipäivä edustaa keskivertopäivää lämmityskaudella

Kuormanohjauksella saatavien lisäsäästöjen laskentaan käytetty malli antaa karkean arvion mahdollisista säästöistä. Laskennassa on oletettu säästöjen olevan lämmityskauden aikana jokaisena päivänä yhtä suuret. Eri vuorokausien säästöt voivat vaihdella paljonkin, koska Elspot hinta vaihtelee tunneittain. Ulkolämpötila vaikuttaa myös ilmalämpöpumppujen ohjattavan tehon määrään. Kovemmilla pakkasilla kuormien siirto ei enää onnistu, koska ilma- lämpöpumput käyvät jo ennestään lähes maksimiteholla. Näin ollen kuormien siirto kalleim- milta tunneilta halvemmille ei onnistu. Todellisuudessa säästöt voivat poiketa lasketuista arvoista epätarkkuuksien johdosta. Taulukosta 5.3 nähdään, että vaihtamalla Elspot hintaan kertyy vuositasolla säästöä 37,8 euroa. Kuormanohjauksella saavutetut lisäsäästöt jäävät myös 37,8 euroon, joten kuormanohjauksella saavutetut lisäsäästöt jäävät vuositasolla mer- kityksettömiksi, kun huomioidaan kuormanohjaukseen tarvittavat lisäinvestoinnit.

Varaavalle lattialämmitykselle suoritettiin laskelmat kuormanohjauksella saatavien lisä- hyötyjen kartoittamiseksi. Lattialämmityksen energian kulutuksesta ei ollut saatavilla mit- taustietoja, joten kiinteistön lämmitysenergian tarpeen arvioimiseksi suoritettiin laskelmat.

Kiinteistön lämmitysenergian tarve määritettiin käyttämällä hyväksi lämpöpumppujen mit- taustuloksia. Tarkasteluajankohtana vuorokauden keskilämpötila oli 1.0 astetta. Kyseisessä lämpötilassa lämpöpumppujen COP arvo on 3.5 (VTT Expert Services 2012). Näin ollen

(24)

lämmitysenergian määrä voidaan määrittää yhtälön 5.2 avulla käyttämällä hyväksi mittaus- tuloksia.

𝐶𝑂𝑃 = 𝐿ä𝑚𝑝ö𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎

𝑆äℎ𝑘ö𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 (5.2)

Sähköenergian kulutuksen ollessa 31.8 kWh ja COP lämpökertoimen ollessa 3.5 saadaan yhtälön 5.2 avulla kiinteistön lämpöenergian tarpeeksi 111.3 kWh.

Laskennassa käytetiin 1.12.2015 mukaisia Elspot hintoja. Sähkön kiinteänä hintana käytet- tiin 3,65 snt/kWh. Lämmitysenergian tarpeen ollessa 111.3 kWh ja lattialämmityksen tehon ollessa 24 kW muodostuu lämmitysjakson pituudeksi esimerkki päivänä 4.6 tuntia. Taulu- kossa 5.4 on esitetty lattialämmityksen kustannukset ilman kuormanohjausta sekä kuormanohjauksen kanssa esimerkkipäivän aikana.

Taulukko 5.4 Varaavan lattialämmityksen kustannukset kuormanohjauksella sekä ilman kuorman ohjausta 1.12.2015

Kulutus kWh/vrk

Kustannukset vuorokaudessa €

Kustannukset lämmi- tyskauden aikana €

Säästöt € Säästöt % Ilman kuor-

manohjausta kiinteällä hin- nalla

111.3 4.06 852.6 0 0

Ilman kuor- manohjausta Elspot hin- nalla

111.3 2.81 590.1 262.2 30.7

Kuormanoh- jauksella ja Elspot hin- nalla

111.3 2.64 554.4 298.2 35.0

Taulukosta 5.4 huomataan, että lattialämmityksen ohjauksella ja Elspot hinnalla saavutetaan vuosi tasolla merkittävämmät säästöt kuin ilmalämpöpumppujen tapauksessa. Lattialämmi- tyksellä ohjattava tehon määrä on tuntitasolla 24 kW. Näin ollen ohjattavan tehonmäärä on huomattavasti suurempi kuin ilmalämpöpumpuilla joilla ohjattava teho tuntitasolla on yhden kilowatin suuruusluokkaa. Tuloksista havaitaan myös, että ilmalämpöpumpuilla lämmittä- minen on huomattavasti edullisempaa kuin varaavalla lattialämmityksellä.

(25)

Säästölaskelmista havaitaan, että ilmalämpöpumpuilla sekä lattialämmityksellä kuor- mienohjauksella saavutetut lisäsäästöt jäävät vähäisiksi jolloin suurimmat säästöt esimerk- kipäivänä saavutetaan ainoastaan Elspot hinnan avulla. Kuormanohjauksella saatavien li- säsäästöjen jäädessä vähäisiksi kiinteistöön ei ole järkevää investoida erillisiä kuormanohjaukseen soveltuvia laitteita, koska investointien takaisinmaksuaika muodostuu pitkäksi tai pahimmassa tapauksessa investointi ei maksa itseään takaisin. Lattialämmitys kytkeytyy päälle ainoastaan yöaikana jolloin olemassa olevan sähkösopimuksen mukaan yösähkö on hinnoiteltu edullisemmaksi kuin päiväsähkö. Elspot hinta on myös alhaisimmillaan yöai- kaan, koska kysyntä valtakunnan tasolla on yö aikaan vähäisempää. Näin ollen lattialämmi- tys ohjautuu valmiiksi päälle halvempaan aikaan jolloin ohjaus Elspot hinnan mukaan ei tuo merkittäviä lisäsäästöjä.

5.2 Toimenpide-ehdotukset kuormanohjaukseen

Esimerkkikiinteistön sähköjärjestelmä ei sisällä ennestään automaatiota eikä älykkäitä jär- jestelmiä. Sähköenergian mittaus suoritetaan etäluettavan AMR-mittarin avulla, josta läm- pimänkäyttöveden lämmityksessä sekä lattialämmityksen ohjauksessa hyödynnetään aika- tietoa yösähkön alkamisesta. Kuormanohjauksen näkökulmasta kiinteistössä ei voida laaja- mittaisesti hyödyntää hintatietoon perustuvaa ohjausta olemassa olevilla järjestelmillä. Hin- tatiedon mukaan tapahtuvaa ohjausta hyödynnettäessä tulisi kiinteistöön asentaa järjestelmä, johon ulkopuolinen hintatieto voidaan välittää.

Kiinteistön sähkönkäyttö on ennestään jo optimoitu melko energiatehokkaaksi ilmalämpö- pumppujen ja aurinkosähköjärjestelmän ansioista. Ilmalämpöpumput eivät mahdollista suurta lämmityskuormien ohjausta, kuten esimerkiksi varaava sähkölämmitys mahdollis- taisi. Mikäli halutaan tehostaa lämpöpumppujen käyttöä ohjauksen avulla voidaan hyödyn- tää lämpöpumppujen sisältämää viikko-ohjelmointitoimintoa. Viikko-ohjelmoinnin avulla voidaan lämpöpumpuille määritellä lämpötila, jota halutaan lämpöpumpun tuottavan kullakin tunnilla. Ohjelmoinnin avulla sisälämpötilan pyyntö olisi esimerkiksi 2-3 astetta nor- maalia enemmän ja vastaavasti sähkön ollessa kalliimpaa sisälämpötilan pyyntö voitaisiin pienentää. Tämä toimintamalli voidaan toteuttaa ainoastaan manuaalisesti ja näin ollen on työlästä huolehtia itse optimaalisesta käytöstä. Lisäksi kovilla pakkasilla sisälämpötilan nos- taminen ei enää onnistu, koska ilmalämpöpumput eivät pysty tuottamaan haluttua sisäläm- pötilaa.

(26)

Varaavan lattialämmityksen ohjaus voitaisiin toteuttaa niin, että valitaan vuorokaudesta tarvittava määrä halvimpia tunteja, jolloin lattialämmitys olisi päällä. Lämmitysjakson aikana lattiaan varautuisi riittävästi lämpöä ja näin ollen kiinteistön sisälämpötila pysyisi suotuisana oleskelun kannalta. Lattialämmityksen ohjaukseen tuntihintojen mukaan voitaisiin hyödyn- tää osittain olemassa olevia lattialämmityksen ohjauksia.

Ilmalämpöpumppujen sekä lattialämmityksen ohjaus hintatiedon mukaan voidaan toteuttaa erillisen automaatiojärjestelmän avulla jolloin hintatieto välittyy järjestelmään erillisen palvelun tarjoajan kautta. Automaatiojärjestelmä huolehtisi kuormien päälle ja pois kytkennästä hintatiedon ja ennalta määriteltyjen parametrien mukaan. Automaatiojärjestelmä vaatii kuitenkin investointeja sekä muutostöitä olemassa olevaan sähköjärjestelmään. Kuormanoh- jauksella saatavien lisäsäästöjen jäädessä melko pieniksi ei kiinteistöön ole järkevää investoida uusia järjestelmiä kuormienohjaukseen.

(27)

6. JOHTOPÄÄTÖKSET

Kysyntäjouston kannattavuuteen vaikuttavat monet tekijät, kuten kiinteistössä olemassa olevat järjestelmät, lämmitysmuoto sekä Elspot hinta. Elspot hinnan vaihteluihin vaikuttavat sähkön kysyntä ja tarjonta sekä mahdolliset ongelmat tuotannossa tai siirtoyhteyksissä. Säh- kön kysyntään vaikuttaa vahvasti sääolosuhteet. Pitkien pakkasjaksojen aikana sähkön hinta muodostuu korkeaksi tai vastaavasti tuulisen sään aikaan sähkön hinta laskee. Lisäksi sääs- töihin vaikuttaa olemassa olevan sähkösopimuksen hinnat joihin kustannuksia verrataan.

Kysyntäjouston kannattavuuteen vaikuttavatkin monet muuttujat, joten esimerkkilaskelmien pohjalta voidaan määrittää säästöt menneiltä vuosilta ja saada suuntaa mahdollisista sääs- töistä. Pitkällä tähtäimellä asiakkaitten on vaikea ennakoida tulevien vuosien kannattavuutta.

Esimerkkikiinteistössä sähkönkulutukseen on kiinnitetty aikaisemmin paljon huomiota, joka näkyy kiinteistön sähköenergian kulutuksessa. Lämpöpumppujen lisäksi esimerkkikoh- teessa on varaava sähkölämmitys, joka soveltuisi kysyntäjoustoon ja kuormanohjaukseen lämpöpumppuja paremmin. Lämmitysmuotona ilmalämpöpumput ovat erittäin tehokas ja edullinen tapa tuottaa lämmitysenergiaa. Ne vähentävät merkittävästi sähkönkulutusta sekä kustannuksia verrattuna varaavaan sähkölämmitykseen. Työn lähtökohtana oli tarkastella kysyntäjouston kannattavuutta esimerkkikiinteistössä. Vaikka varaavan lattialämmityksen ohjauksella hintatiedon mukaan saavutettaisiin säästöjä, on ilmalämpöpumpuilla lämmittä- minen silti edullisempaa. Lämpöpumppujen avulla ei voida hyödyntää kuormanohjausta niin hyvin kuin esimerkiksi varaavassa sähkölämmityksessä, jossa lämpöenergia varastoidaan joko betonilattiaan tai energiavaraajaan. Tämän seurauksena esimerkkikiinteistössä saavutetut hyödyt siirtymällä sähkön pörssihintaan ja kysyntäjoustoon jäävät melko pieniksi huomioiden riskit sähkön hinnan vaihteluista. Kuormanohjauksella ei saavuteta taloudellista hyötyä, kun huomioidaan kuormanohjauksen toteutukseen vaadittavat lisäinvestoinnit.

Kysyntäjouston kannattavuudesta toisenlaisissa kiinteistöissä ei voida tehdä suurempia joh- topäätöksiä. Kannattavuus on usein kiinteistökohtainen, johon vaikuttavat edellä kerrotut muuttujat. Mikäli kiinteistön sähköjärjestelmä ja kulutuksen rakenne ovat suotuisia, voidaan kysyntäjoustoon siirtymällä saavuttaa säästöjä.

(28)

7. YHTEENVETO

Kysyntäjousto mahdollistaa oikein toteutettuna sähköenergiakustannusten pienentämisen.

Työssä tutkittiin voidaanko kysyntäjouston avulla pienentää sähköenergiakustannuksia. Tut- kimukset suoritettiin sähkönkäyttöraporttien sekä suoritettujen mittausten perusteella. Suo- ritettujen mittausten ja laskelmien perusteella voidaan todeta, että aikaisempien vuosien säästöt jäävät melko pieniksi. Lämmityskuormien ohjauksella hintatiedon mukaan suurimmat säästöt syntyvät pelkästään vaihtamalla nykyinen kiinteä sähkösopimus tuntihinta poh- jaiseen sopimukseen. Lämmityskuormienohjaus tuntitiedon mukaan ei mahdollista suuria säästöjä, kun huomioidaan tarvittavat investoinnit ohjauksen toteutukseen. Syntyviin sääs- töihin vaikuttavat monet tekijät, joten yhden päivän tietojen pohjalta voidaan arvioida kar- keasti syntyvät säästöt.

Kysyntäjoustoa voidaan tarkastella monesta eri näkökulmasta. Eri näkökulmat aiheuttavat ristiriitoja toisiinsa nähden. Työssä näkökulmaksi oli valittu asiakkaan näkökulma. Aiheesta voitaisiin tehdä jatkotutkimuksia tarkastelemalla kysyntäjoustoa eri näkökulmasta. Tutki- musta voitaisiin tehdä esimerkiksi kysyntäjouston vaikutuksista verkkoyhtiölle tai sähkön- myyjille.

(29)

LÄHTEET

ABB Oy. Ohjattavuutta, turvallisuutta ja mukavuutta. Asennuskalusteet ja kodin ohjaus.

[verkkodokumentti].[viitattu 1.2.2016]. Saatavissa: https://library.e.abb.com/pub- lic/21596176d608403392f1360394442874/Kuluttajaesite_opti.pdf

Elfi 2015 Kysyntäjousto. [verkkodokumentti].[viitattu 27.10.2015]. Saatavissa:

http://www.elfi.fi/index.php?section=17

Elinkeinoelämän keskusliitto EK ry 2009. Kysyntäjouston vaikutus yrityksen sähkönkulu- tukseen. [Verkkodokumentti].[Viitattu 28.10.2015]. Saatavissa: http://ek2.ek.fi/yritys- ten_energiaopas/fi/kuvat/kysyntajousto.pdf

Energiateollisuus ry 2007. Sähkön kysyntäjousto suurten loppuasiakasryhmien kannalta.

[Verkkodokumentti].[Viitattu 28.11.2015]. Saatavissa: http://energia.fi/sites/default/files/kysyntajoustoraportti_et.pdf

Fortum fiksu. [Verkkodokumentti].[Viitattu 16.11.2015]. Saatavissa:

http://www.fortum.com/countries/fi/sahko/sahkosopimus/fortum-fiksu-sahkolammitta- jalle/pages/default.aspx

Grip, K, 2013 Pienasiakkaan kysynnänjouston ja oman tuotannon vaikutukset kuormitus- malleihin. Diplomityö Tampereen Teknillinen Yliopisto. Saatavissa:

https://dspace.cc.tut.fi/dpub/bitstream/handle/123456789/21665/Grip.pdf?se- quence=1&isAllowed=y

Härkönen, P., Mikkola, J., Piikkilä, V., Sahala, A., Shalsten, T., Sandström, B., Sirviö, A., Spangar, T., Sulku, J., 2012. Espoo. Rakennusautomaatio Järjestelmät tietotekniset järjestel- mät. Sähköinfo Oy

Järventausta, P., Repo, S., Trygg, P., Rautiainen, A., Mutanen, A., Lummi, K., Supponen, A., Heljo, J., Sorri, J., Harsia, P., Honkiniemi, M., Kallioharju, K., Piikkilä, V., Luoma, J., Partanen, J., Honkapuro, S., Valtonen, P., Tuunanen, J., Belonogova, N., 2015 Kysynnän

(30)

jousto - Suomeen soveltuvat käytännön ratkaisut ja vaikutukset verkkoyhtiöille (DR pooli).

Loppuraportti. Saatavissa: https://dspace.cc.tut.fi/dpub/handle/123456789/22916

Koponen, P., Kärkkäinen, S., Farin, J., Pihala., 2006. Markkinahintasignaaaleihin perustuva pienkuluttajien sähkönkäytön ohjaus VTT. Saatavissa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedot- teet/2006/T2362.pdf

Linna, J., Nuutinen, J. 2012 Energiaopas pienille ja keskisuurille yrityksille. Elinkeinoelä- män keskusliitto. Saatavissa: http://ek.fi/wp-content/uploads/energiaopas.pdf

Nord Pool 2015. Day-ahead market Elspot [verkkodokumentti].[Viitattu 25.10.2015]. Saa- tavissa http://www.nordpoolspot.com/TAS/Day-ahead-market-Elspot/

Partanen, J., Honkapuro, S., Tuunanen, J., 2012 Jakeluverkkoyhtiön tariffirakenteiden kehi- tysmahdollisuudet LUT tutkimusraportti. Saatavissa: http://www.lut.fi/docu- ments/10633/138922/Jakeluverkkoyhti%C3%B6iden+tariffirakenteiden+kehitysmahdolli- suudet/e890db99-9c44-4f83-83d3-d5af676a1240

Partanen, J., Viljainen, S., Lassila, J., Honkapuro, S., Salovaara. K, Annala, S. & Makkonen, M., 2015. Sähkömarkkinat – opetusmoniste. Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Taloussanomat 2015. Nyt tulee älypakastin – käy vain halvan sähkön aikaan. [verkkodokumentti].[Viitattu 03.01.2016]. Saatavilla: http://www.taloussanomat.fi/energia/2015/11/23/nyt-tulee-alypakastin-kay-vain-halvan-sahkon-aikaan/201515419/12

VTT Expert Services Oy Ilmalämpöpumpun Mitsubishi MSZ-FH25VE + MUZ- FH25VEHX toimintakoe matalissa ulkoilman lämpötiloissa ja sulatusjaksot sisältävä läm- pökerroin. [verkkodokumentti].[viitattu 17.2.2016]. Saatavissa http://www.scanoffice.fi/sites/default/files/liitetiedostot/tuotteet/vtt-s-06121-12_0.pdf

(31)

LIITE I Ilmalämpöpumpun 1 sähköteho ajan funktiona.

(32)

LIITE II Ilmalämpöpumpun 2 sähköteho ajan funktiona.