Kotitalouslaitteiden kysyntäjoustopotentiaalin selvittäminen

Sähkötekniikan koulutusohjelma

Kandidaatintyö

Kotitalouslaitteiden kysyntäjoustopotentiaalin selvittäminen

Työn tarkastaja: Tutkijatohtori, TkT Juha Haakana

Arimo Perosvuo, 2017

TIIVISTELMÄ

Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT School of Energy Systems Sähkötekniikan koulutusohjelma Arimo Perosvuo

Kotitalouslaitteiden kysyntäjoustopotentiaalin selvittäminen Kandidaatintyö

2017

43 sivua, 7 kuvaa, 15 taulukkoa ja 2 liitettä Työn tarkastaja: TkT Juha Haakana

Hakusanat: kysyntäjousto, kotitalouslaite, pakastin, jääkaappi, kiuas, liesi, lämmitys, pesukone, kodinkone, astianpesukone, lämminvesivaraaja, yhteispohjoismainen, reservi

Kandidaatintyössä tutkitaan, mikä on kotitalouslaitteiden tehollinen ja rahallinen kysyntäjoustokapasiteetti Pohjoismaisilla reservimarkkinoilla. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Tutkittavia laitteita ovat kylmälaitteet, kiukaat, liedet, pyykin- ja astianpesukoneet sekä sähkölämmitysjärjestelmät. Kunkin laitteen osalta tehdään erillinen tarkastelu. Lisäksi tarkastellaan lyhyesti, millaiset reservimarkkinat Pohjoismaissa on ja millaiset säännöt niillä on kysyntäjouston käyttämiselle. Yksittäisellä kotitalouslaitteella ei voi osallistua reservimarkkinoille laitteen pienestä tehosta johtuen. Siksi tarvitaan kuorman haltija, aggregaattori, joka kokoaa useasta laitteesta reservimarkkinoille kelpaavan tehopoolin.

Kysyntäjousto kotitalouslaitteilla voisi olla aggregaattorille parhaimmillaan miljoonaluokan liiketoimintaa mutta kotitalouslaitteen haltijalle korvaus on pieni. Mikäli jokaisesta laiteryhmästä kerrallaan markkinoille osallistuvat kaikki laitteet, on laitekohtainen vuosikorvaus kylmälaitteesta 4 €, kiukaasta 6 €, liedestä 4 €, astianpesukoneesta 2,5 €, pyykinpesukoneesta 1 € ja lämmityksestä 140 € - 160 €. Kapasiteettia on Pohjoismaissa kylmälaitteissa alle 2 GW, kiukaissa 12 GW, liesissä 100 GW, astianpesukoneissa 12 GW, pyykinpesukoneissa 16 GW ja lämmityksessä vähintään 25 GW. Laitteista saatavissa korvauksissa täytyy huomioida, että markkinan koko on vain noin 1,8 GW jokaisella tunnilla.

SISÄLLYSLUETTELO

1 JOHDANTO ... 5

1.1 Pohjoismainen yhteiskäyttöjärjestelmä ... 5

1.2 Opinnäytetyön tavoite ... 6

2 KYSYNTÄJOUSTO POHJOISMAISSA ... 7

2.1 Pohjoismainen reservijärjestelmä ... 7

2.1.1 Taajuuden vakautusreservit ... 9

Taajuuden vakautusreservien hinnoitteluperiaatteet... 11

2.1.2 Taajuuden palautusreservit ... 13

Taajuuden palautusreservien hinnoitteluperiaatteet ... 16

3 KYSYNTÄJOUSTO KOTITALOUDESSA ... 18

3.1 Kylmälaitteet... 19

3.2 Sähkökiukaat... 22

3.3 Sähköliedet ... 23

3.4 Pesukoneet ... 25

3.5 Sähkölämmitysjärjestelmät ... 27

3.6 Kokonaispotentiaali ... 34

4 YHTEENVETO ... 36

LÄHDELUETTELO ... 37 LIITTEET

Liite 1: Kylmälaitteet

Liite 2: Liesi, Gram liesi CC 46550

KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET

aFRR Automaattinen taajuudenhallintareservi

b Lukumäärä

DC Tasajännite

FCR-D Taajuuden häiriöreservi

FCR-N Taajuuden käyttöreservi

FRR-A Automaattinen taajuudenhallintareservi FRR-M Manuaalinen taajuudenhallintareservi

k Kapasiteetin hinta

mFRR Manuaalinen taajuudenhallintareservi

n Järjestysluku

P Teho

p Energian hinta

COP Coefficient of Performance, lämpökerroin

SVK Svenska kraftnät

t Aika

v Reservin arvo vuositasolla

1 JOHDANTO

Globaali ilmaston lämpeneminen on jo pitkään tutkittu ja suurimmaksi osaksi todeksi tunnustettu ilmiö. Vaikka maapallon ilmaston lämpötila muuttuu ihmisen toiminnasta riippumatta, on esitetty, että nykyinen ilmaston lämpenemistrendi on selitettävissä ainoastaan ihmisen aiheuttamilla hiilidioksidipäästöjen lisääntymisellä (NASA, 2017a). Näiden päästöjen pääasiallinen lähde on ihmisen polttama fossiilinen polttoaine, kuten öljy ja kivihiili (NASA, 2017b). Hiilidioksidipäästöt eivät ole kuitenkaan ainoa tai välttämättä edes se suurin ongelma ilmaston ja ihmisen terveyden kannalta, sillä fossiiliset polttoaineet aiheuttavat myös merkittäviä pöly- ja pienhiukkaspäästöjä. Suomessa lisäksi suuri pienhiukkasten lähde on puun poltto. Hiilidioksidi ei ole myrkyllistä mutta pienhiukkasten on todettu aiheuttavan keuhkosairauksia (YMPARISTO.FI, 2015). Valtioilla ja yrityksillä onkin viimeisen parinkymmenen vuoden aikana ollut painetta korvata vanhaa ja perinteistä polttolaitostekniikkaan perustuvaa energiantuotantoa ilmastolle ja ihmisen terveydelle paremmilla uusiutuvaan energiaan perustuvilla vaihtoehdoilla. Toistaiseksi tämä muutos on kuitenkin hidasta (World Energy, 2016).

1.1 Pohjoismainen yhteiskäyttöjärjestelmä

Pohjoismaisella yhteiskäyttöjärjestelmällä tarkoitetaan Suomen, Ruotsin ja Norjan sekä Tanskan itäosien kansallisten kantaverkkojen ja niitä yhdistävien yhteyksien muodostamaa kokonaisuutta, jolla on yhteinen sähköverkon taajuus (Sederlund, 2008).

Yhteiskäyttöjärjestelmä liittyy ympäröiviin järjestelmiin tasajännite- eli DC-yhteyksillä Norjasta Saksaan, Tanskaan ja Isoon-Britanniaan, Ruotsista Saksaan, Puolaan ja Liettuaan, Itä- Tanskasta muuhun Tanskaan sekä Suomesta Viroon. Lisäksi Suomesta on DC-yhteys Venäjälle Viipuriin ja Norjan Kirkeneestä vesivoimalaitoksesta Borisoglebskayaan (Verkkokartta, 2016).

Pohjoismaisessa yhteiskäyttöjärjestelmässä sähkön tuotannon ja kulutuksen välistä tehotasapainoa eli tasehallintaa ylläpidetään kantaverkkoyhtiöiden eli järjestelmävastaavien toimesta. Järjestelmävastaavina toimivat tällä hetkellä Suomessa Fingrid Oyj, Ruotsissa Svenska kraftnät, Norjassa Statnett SF sekä Tanskassa Energinet.dk. Järjestelmävastaava vastaa alueensa tehotasapainosta ja reservin ylläpidosta (Nord Pool, 2017a). Olennaista on, että uusiutuvan energiantuotannon toinen merkittävin ero polttolaitostekniikkaan paikallispäästöttömyyden ohella on varsinkin tuuli- ja aurinkovoiman tuotannon voimakas vaihtelu ja säätämättömyys. Voimajärjestelmän normaalin toiminnan kannalta on ehdottoman tärkeää, että sähköverkon tehotasapaino säilyy joka hetki ja täten jos tuotantoa ei voida säätää,

täytyy silloin kulutuksen joustaa sähkönlaadun ja voimajärjestelmän tehotasapainon varmistamiseksi. Juuri tätä on sähkön kysyntäjousto. Fingrid määrittelee kysyntäjouston seuraavalla tavalla: ”Kysyntäjoustolla tarkoitetaan sähkönkäytön siirtämistä korkean kulutuksen ja hinnan tunneilta edullisempaan ajankohtaan tai käytön hetkellistä muuttamista tehotasapainon hallinnan tarpeisiin. Kysyntäjoustoa tarvitaan lisää, kun joustamattoman tuotannon, esim. ydinvoiman ja uusiutuvan energian, määrä verkossa lisääntyy.” (Fingrid, 2017a). Suomessa kysyntäjoustoa on käytetty teollisuudessa jo melko pitkään mutta tulevaisuudessa sitä tarvitaan juuri uusiutuvien energiantuotantomuotojen yleistyessä yhä enemmän myös tavallisen kotitalouden osalta (Fingrid, 2017a).

1.2 Opinnäytetyön tavoite

Tässä opinnäytetyössä määritetään kotitalouslaitteiden rahallinen ja tehollinen kysyntäjoustopotentiaali esimerkkitilanteessa sisältäen kylmälaitteet, kiukaat, liedet, pesukoneet ja lämmitysjärjestelmät sekä pohjustetaan Pohjoismaiset reservimarkkinat ja kysyntäjouston soveltuvuus niille. Työn perusteella lukijan pitäisi kyetä vaihtamaan laskelmien muuttujia ja määrittämään kysyntäjoustopotentiaali itse toisenlaisella skenaariolla. Tässä työssä Pohjoismaista puhuttaessa tarkoitetaan Suomea, Ruotsia, Norjaa ja Tanskaa. Islanti jätetään tarkastelussa huomioimatta, sillä se ei kuulu Pohjoismaiseen sähkön yhteiskäyttöjärjestelmään.

2 KYSYNTÄJOUSTO POHJOISMAISSA

Sähkön laadusta on annettu vaatimuksia Euroopan tasolla standardissa EN 50160. Tämä standardi toimii pohjana Pohjoismaissa käytettäville sähkönlaadun kriteereille. Standardin mukaan sekä pien-, keski- että suurjänniteverkossa jakelujännitteen perustaajuuden keskiarvon 10 s ajanjaksolta mitattuna tulee olla keskenään synkronisesti toimivissa yhteiskäyttöverkoissa 50 Hz ± 1 % 99,5 % vuodesta ja 50 Hz + 4 % / -6 % 100 % ajasta normaaleissa käyttöolosuhteissa. Standardin mukaan pien- ja keskijänniteverkoille sallittu vaihteluväli on

± 10 % sopimuksen mukaisesta jännitteestä normaalioloissa. Suurjännitepuolelle standardi ei aseta vaatimuksia (EN 50160, 2004). Standardista poiketen sekä Ruotsissa, Norjassa että Tanskassa taajuuden tulee olla 50 Hz ± 1 % ei 99,5 % vaan 100 % vuodesta (Ström et al., 2011), (SWECO, 2015, sivu 16), (Vejledning, 2015, sivu 9). Vain Suomessa standardia noudatetaan suoraan (Caruna, 2015, sivu 9).

Vaikka standardi toista antaakin ymmärtää, puhuttaessa verkon normaalitaajuusalueesta tarkoitetaan Pohjoismaisessa sähköjärjestelmässä vaihteluväliä 49,9 – 50,1 Hz (Sederlund, 2008). Mikäli verkossa on enemmän kuormaa kuin tuotantoa, sekä taajuus että jännite laskevat ja sähkön laatu heikkenee. Taajuuden lasku taas vaikuttaa generaattorien tahtiin ja voi saada ne jopa putoamaan verkosta, mikä pahentaa tilannetta entisestään ja voi pahimmillaan johtaa voimajärjestelmän romahtamiseen. Sähköverkon joustoa tarvitaan siis sekä teknisistä, että juridisista syistä. Aiempina vuosina, kun käytössä on ollut helposti säädettävää polttolaitostekniikkaa, on riittävän tuotannon varmistamiseksi vaadittu vain suurien teollisuuden kuormien vuorottelua. Kun energiaa taas ei ole käytetty, polttolaitosten tuottamaa tehoa on voitu säätää alaspäin. Lähitulevaisuudessa, kun käytössä on ydinvoimaa ja yhä enemmän uusiutuvia energiantuotantomuotoja, joiden säädettävyys on heikko, tarvitaan joustoa kysynnän puolelta. On siis ajankohtaista tutkia kotitalouksien mahdollisuutta kysyntäjoustoon.

Käytännössä yksittäinen kotitalous ei kuitenkaan voi pienuutensa vuoksi osallistua kysyntäjoustoon itsenäisenä yksikkönä, vaan markkinoilla toimii niin kutsuttuja aggregaattoreita, eli yrityksiä, jotka muodostavat pienkulutuksesta ja -tuotannosta isomman kokonaisuuden (Fingrid, 2017a).

2.1 Pohjoismainen reservijärjestelmä

Verkon taajuuden ja tehotasapainon ylläpitämiseksi sähköjärjestelmässä ylläpidetään sähköreservejä. Reservien ylläpitovelvoitteet Pohjoismaisessa yhteiskäyttöjärjestelmässä on

sovittu Pohjoismaiden järjestelmävastaavien välisellä käyttösopimuksella (Fingrid, 2017b).

Reservit jaotellaan tarkoituksensa perusteella kolmeen ryhmään: Taajuuden vakautusreservit, taajuuden palautusreservit sekä korvaavat reservit. Viimeksi mainittua reservityyppiä ei ole käytössä Pohjoismaissa. Taajuuden vakautusreservejä käytetään jatkuvaan taajuuden hallintaan, kun taas palautusreservien tarkoitus on palauttaa normaali taajuus ja vapauttaa vakautusreservit takaisin käyttöön (Fingrid, 2017c). Reserveistä vakautusreservit toimivat nopeasti ja automaattisesti, osa jopa sekunneissa, kun taas palautusreservit käynnistyvät hitaammin ja osa manuaalisesti. Reservit ja niiden käynnistymisnopeus löytyvät kuvasta 2.1.

Kuva 2.1. Sähköreservit. Korvaava reservi ei ole käytössä Pohjoismaissa. Vaaka-akselilla on reservin käynnistymisaika. (Fingrid, 2017c).

Reservijärjestelmässä kysyntäjoustolla on keskeinen osa, sillä reservinä voi olla toimija, joka kykenee pudottamaan kulutusta verkosta tarvittaessa. Reservinä olosta saa aina korvauksen joko ylläpidetyn kapasiteetin, nettoenergian tai molempien mukaan (Fingrid, 2016a).

Kysyntäjoustoon osallistumiselle löytyy siis taloudellinen porkkana. Kysyntäjoustoon kykenevän kohteen haltija tai aggregaattori voi toimia reservinä kuvan 2.2 kriteerein.

Kuva 2.2. Kysyntäjoustomarkkina Pohjoismaissa. Alkuperäinen kuva on ruotsinkielinen. (SVK, 2016c).

Kuvan 2.2 mukaisesti riittävän ison kapasiteetin omaava kysyntäjoustaja voi osallistua kaikille Pohjoismaisille reservimarkkinoille. Kuvien 2.1 ja 2.2 mukaisesti reservimarkkinat koostuvat manuaalisesta säätövoimasta ja automaattisesta säätövoimasta. Manuaalista säätövoimaa ovat taajuuden palautusreserviin luettavat säätösähkömarkkinat, nopea häiriöreservi sekä tehoreservi. Automaattista säätövoimaa ovat taajuuden vakautusreservit sekä taajuuden palautusreserviin luettava automaattinen taajuudenhallintareservi.

2.1.1 Taajuuden vakautusreservit

Pohjoismaisessa voimajärjestelmässä käytössä olevat taajuuden vakautusreservit ovat taajuusohjattu käyttöreservi FCR-N ja taajuusohjattu häiriöreservi FCR-D. Nämä reservit ovat taajuudenmuutoksista automaattisesti aktivoituvia pätötehoreservejä (Fingrid, 2017d).

Fingridin (Fingrid, 2017e) mukaan ”Taajuusohjatun käyttöreservin ylläpidossa käytettävän reservikohteen tulee säätää lähes lineaarisesti taajuusalueella 49,90 - 50,10 Hz niin, että taajuudensäädön kuollut alue on korkeintaan 50 ± 0,05 Hz. Säädön tulee aktivoitua 0,10 Hz:n

taajuusmuutoksen seurauksena täysimääräisesti kolmessa minuutissa.”. Käyttöreservi pyrkii siis tuotantoa tai kulutusta säätämällä pitämään taajuuden normaalitaajuusalueella 49,9 – 50,1 Hz. Lisäksi säädön tulee kyetä säätämään molempiin suuntiin. Taajuusohjattua käyttöreserviä ylläpidetään Pohjoismaissa yhteensä 600 MW joka hetki (Fingrid, 2017b). Vaatimukset FCR- N –yksikölle ovat taulukossa 2.1.

Taulukko 2.1. Vaatimukset taajuusohjatulle käyttöreserville. Vaatimukset ovat Pohjoismaissa yhtenevät. (SVK, 2016b).

Häiriöreserveistä Fingridin ”Taajuusohjattujen reservien ylläpidon sovitusohje” (Fingrid, 2017e) sanoo ”Taajuusohjatun häiriöreservin ylläpidossa käytettävän reservikohteen tulee säätää lähes lineaarisesti niin, että aktivoituminen alkaa taajuuden laskiessa alle 49,90 Hz ja reservi on kokonaan aktivoitunut taajuudella 49,50 Hz. Taajuusohjatusta häiriöreservistä täytyy aktivoitua puolet viidessä sekunnissa, ja sen tulee aktivoitua kokonaan 30 sekunnissa -0,50 Hz askelmaisella taajuusmuutoksella.”. Häiriöreservi siis pyrkii pitämään taajuuden vähintään 49,5 Hz taajuuden laskiessa normaalitaajuusalueen alapuolelle. Taajuusohjattua häiriöreserviä ylläpidetään Pohjoismaissa normaalitilassa yhteensä 1200 MW (Fingrid, 2017b). Ruotsissa FCR-D –yksikön minimitehovaatimus on pienempi kuin Suomessa. Lisäksi Ruotsissa FCR-D säätää taajuutta myös silloin, kun se ylittää normaalitaajuusalueen. Suomen ja Ruotsin vaatimukset FCR-D –yksikölle ovat taulukossa 2.2.

Taulukko 2.2. Suomen ja Ruotsin vaatimukset FCR-D –yksikölle. (SVK, 2016b).

Taajuuden vakautusreservien hinnoitteluperiaatteet

Tajuuden vakautusreserveillä käydään kauppaa vuosimarkkinoilla ja tuntimarkkinoilla.

Suomessa Fingrid hankkii taajuuden vakautusreserveistä valtaosan vuosimarkkinoilta ja puuttuvan osan tuntimarkkinoilta. Reserveistä maksetaan reserviksi annetun kapasiteetin perusteella yhtälön

𝑣 = 𝑃 ∙ 𝑡 ∙ 𝑘 (1)

mukaan, missä

𝑃 = Reservikohteen teho [MW]

𝑡 = Reservinäoloaika [h]

𝑘 = Kallein käytetty tarjous [ € MW ∙ h]

Reservinhaltijat voivat antaa tarjouksia säätökykyisestä kapasiteetistaan kantaverkkoyhtiölle.

Kerroin k ja siten reservien hinta määräytyy sekä vuosi- että tuntimarkkinoilla kalleimman käytetyn tarjouksen mukaan. Vuosimarkkinoilla reservin hinta pysyy vuoden kerrallaan vakiona, kun taas tuntimarkkinoilla jokaiselle tunnille määräytyy oma hinta (Fingrid, 2017k).

Taulukossa 2.4 on kuluvan sekä kuuden viime vuoden taajuuden vakatusreservien vuosimarkkinahinnat Suomessa. Kapasiteettikorvaus maksetaan tunneittain käytettävissä olevan kapasiteetin mukaan. Eli esimerkiksi jos reservinhaltija saa 1 MW kokoisesta reservistä 1 €/MW,h korvauksen vuoden jokaiselta tunnilta, on kokonaiskorvaus silloin 8760 €/a. Kuvissa 2.3 ja 2.4 ovat FCR-N ja FCR-D toteutuneet tuntikaupat ajalta 1.1.2016 – 31.12.2016 Suomessa.

Taulukko 2.3. Taajuuden vakautusreservien vuosimarkkinahinnat Suomessa. (Fingrid, 2017j).

Kuva 2.3. FCR-N toteutuneet tuntikaupat vuonna 2016 Suomessa. (Fingrid, 2017l)

Kuva 2.4. FCR-D toteutuneet tuntikaupat vuonna 2016 Suomessa. (Fingrid, 2017m)

Kuvien perusteella reservien hintataso vuosimarkkinoilla poikkeaa vain vähän tuntimarkkinahinnan keskiarvosta.

2.1.2 Taajuuden palautusreservit

Pohjoismaisessa voimajärjestelmässä taajuuden palautusreserveihin luetaan automaattinen taajuudenhallintareservi aFRR/FRR-A, säätösähkö- ja -kapasiteettimarkkinat sekä nopea häiriöreservi ja tehoreservi mFRR/FRR-M (Fingrid, 2017f). Automaattinen taajuudenhallintareservi ”on keskitetty taajuusohjattu reservi, jonka aktivointi perustuu Pohjoismaisen synkronialueen taajuuspoikkeamaan. Taajuuspoikkeamasta lasketaan voimajärjestelmässä tarvittava tehonmuutos taajuuden palauttamiseksi nimellisarvoonsa sekä jo aktivoituneiden taajuusohjattujen reservien vapauttamiseksi.”. Automaattisen taajuudenhallintareservin toiminta-aika riippuu reservin ylläpitoon osallistuvan yksikön vastaanottaman tehonpyyntisignaalin tyypistä. Suodatettua signaalia vastaanottavan yksikön on aloitettava säätö 30 s kuluessa signaalin vastaanotosta ja säädön kokonaisaktivoitumisaika saa olla enintään 120 s. Suodatettua signaalia lähetetään siis nopeaan säätöön kykeneville yksiköille (Fingrid, 2014). aFRR:n maakohtaiset ylläpitovelvoitteet jaetaan maiden käyttämien

vuosienergioiden suhteessa. Yhteensä reserviä ylläpidetään vuoden 2017 ensimmäisellä puoliskolla 300 MW (Fingrid, 2017b). Taulukossa 2.4 ovat pääpiirteiset vaatimukset aFRR- yksikölle Ruotsissa ja Suomessa.

Taulukko 2.4. Ruotsin ja Suomen vaatimukset aFRR-yksikölle. (SVK, 2016b).

Nopea häiriöreservi on manuaalisesti aktivoitavaa reserviä, jonka tulee palauttaa verkkojärjestelmä häiriön jälkeen normaalitilaan. Pohjoismaisilla kantaverkkoyhtiöillä on velvoite ylläpitää nopeaa häiriönreserviä oman alueensa mitoittavan vian verran (Fingrid, 2017b). Nopean häiriöreservin yksikön teholle ei ole asetettu alarajaa, vaan koko määräytyy sopimuksen mukaan. Häiriöreservin tulee käynnistyä 15 minuutissa. Taulukossa 2.5 ovat kriteerit nopealle häiriöreserville.

Taulukko 2.5. Nopean häiriöreservin kriteerit. (SVK, 2016b).

Tehoreservijärjestelmän tarkoituksena on turvata sähkön toimitusvarmuus tilanteissa, joissa markkinaehtoinen tarjonta ei riitä kattamaan kulutusta (Energiavirasto, 2017a).

Tehoreservijärjestelmään kuuluville yksiköille annetaan vaatimuksia Suomen laissa 117/2011 laki sähköntuotannon ja -kulutuksen välistä tasapainoa varmistavasta tehoreservistä, sekä Ruotsin laeissa ”Förordning (2016:423) om effektreserv” ja ”Lag (2003:436) om effektreserv”.

Tanskassa ja Norjassa ei ole laillista vaatimusta tehoreservin ylläpitämiseksi (SVK, 2016a).

Suomen osalta 117/2011 2 §:n mukaan tehoreservinä toimiva yksikkö täytyy voida ottaa käyttöön viimeistään 12 tunnin kuluessa käyttöönottokäskyn antamisesta 1.12 – 28.2 välisenä aikana ja kuukauden kuluessa muuna aikana. Lisäksi aikajaksolla 1.12 – 28.2 pitää yksiköllä olla vähintään 200 h toimintavalmius. 4 §:n mukaan Suomessa tehoreservin tarpeen määrittelee Energiamarkkinavirasto. 5 §:n mukaan puolestaan tehoreserviksi voidaan hyväksyä

sähkönkulutuksen joustoon eli kysyntäjoustoon kykenevä kohde. Edelleen 9 § määrittelee vaatimukset kysyntäjoustoon kykeneville kohteille. 9 §:n mukaan kysyntäjoustoon kykenevä kohde tai kohteiden yhdistelmä voi toimia tehoreservijärjestelmänä, jos se täyttää 2 §:n asettamat vaatimukset, sekä ”kykenee vähintään 10 megawatin sähkönkulutuksen joustoon 10 minuutin kuluessa käskyn antamisesta” (117/2011, 2011). Nämä ovat käytännössä vaatimukset kysyntäjoustokohteen tehoreservinä toimimiselle Suomessa. Energiaviraston päätöksen mukaisesti Suomen tehoreservi on ollut 30.06.2017 asti 299 MW. Tämä sisältää kaksi voimalaitosyksikköä tehoiltaan 129 MW ja 160 MW sekä kysyntäjoustokohteen, Fortum Power and Heat Oy:n Suomenojan lämpöpumpun, 10 MW teholla (Energiavirasto, 2015, sivu 12).

Nykyiselle kaudelle 1.7.2017 - 30.6.2020 Energiavirasto on hyväksynyt tehoreserviin neljä voimalaa yhteiskapasiteetiltaan 707 MW ja kaksi lämpöpumppua kysyntäjoustoksi yhteiskapasiteetiltaan 22 MW eli kokonaistehoreservi kaudelle on 729 MW (Energiavirasto, 2017b, sivu 13). Vaikka kysyntäjouston osuus kasvaakin yli 100 % edelliskaudesta, suhteellinen osuus kuitenkin pienenee. Hyvin tehoreserviksi soveltuvia kysyntäjoustokohteita lienee siis varsin vähän.

Ruotsin lain 2003:436 1 §:n mukaan systeemioperaattori Svenska kraftnät on vastuussa tehoreservistä 2000 MW asti (SFS 2003:436, 2016). Lisäksi 2016:423 3 §:n mukaan tehoreservi ei saa ylittää 750 MW 15.03.2017 jälkeen kuin erikoistapauksissa (SFS 2016:423, 2016).

Tehoreservin tulisi olla käyttövalmiudessa 16.11 – 15.03 (SVK, 2016a). Kuvan 2.2 mukaan Ruotsissa tehoreservin täytyy kyetä säätämään vähintään 5 MW 15 minuutissa.

Aktivoimisaikaan voidaan myöntää poikkeuksia. Ruotsin vaatimukset tehoreserville ovat taulukossa 2.6.

Taulukko 2.6. Ruotsin lailliset vaatimukset tehoreserville. (SVK, 2016b).

Säätösähkömarkkina on Pohjoismaissa kantaverkkoyhtiöiden hallinnoima energiamarkkina, joille tuotannon ja kuorman haltijat tai aggregaattorit voivat antaa säätötarjouksia säätökykyisestä kapasiteetista. Säätötarjouksista laaditaan Pohjoismainen säätötarjouslista, josta käytetään tarjouksia hintajärjestyksessä (Fingrid, 2017h). Säätösähkömarkkinoiden

rinnalla toimii säätökapasiteettimarkkina, jossa energian sijasta myydään tehoa eli kapasiteettia.

Taulukossa 2.7 ovat Pohjoismaiset kriteerit säätösähkömarkkinoille osallistumiselle.

Taulukko 2.7. Kriteerit säätösähkömarkkinoille osallistumiselle. (SVK, 2016b).

Taajuuden palautusreservien hinnoitteluperiaatteet

Taajuuden palautusreserviin osallistumisesta saa korvauksen joko säädetyn energiamäärän mukaan, ylläpidetyn kapasiteetin mukaan tai molempien mukaan. Palautusreserveistä säätösähkömarkkinoilla jätetään tunneittain ylössäätö- ja alassäätötarjouksia kantaverkkoyhtiölle. Korvauksen saa energiamäärän mukaan. Suomen osalta Fingridin (Fingrid, 2017h) mukaan ”Ylössäätöhinta on kalleimman käytetyn ylössäätötarjouksen hinta, kuitenkin vähintään Nord Pool Spotin hinta-alue Suomen hinta (Elspot FIN). Kaikki, joilta Fingrid on tilannut ylössäätöä tunnin aikana, saavat maksun sovitusta energiasta ylössäätöhinnan mukaan. Alassäätöhinta on halvimman käytetyn alassäätötarjouksen hinta, kuitenkin enintään Nord Pool Spotin hinta-alue Suomen hinta (Elspot FIN). Kaikki, joilta Fingrid on tilannut alassäätöä tunnin aikana, maksavat alassäätöhinnan sovitusta energiasta”.

Säätösähkön hinnoittelu toimii samoin kaikilla Nord Pool Spotin hinta-alueilla.

Ylössäätöhinnalle on asetettu katto, joka on 5000 €/MWh (SVK, 2016d).

Säätösähkömarkkinoilta hankitaan automaattista taajuudenhallintareserviä. Taulukossa 2.8 on säätösähkömarkkinoiden keskimääräinen ylös- ja alassäätöhinta sekä kumulatiiviset ylös- ja alassäätöenergiat ja näiden summa Suomen alueella vuonna 2016.

Säätösähkömarkkinasopimus sisältää 1.5.2017 alkaen säätökapasiteettimarkkinat. Näin ollen säätösähkömarkkinoilla toimiva kohde voi osallistua myös säätökapasiteettimarkkinoille, joilla kohde saa kapasiteettikorvauksen sitovan ylössäätötarjouksen jättämisestä edellisenä päivänä.

Korvaus määräytyy tarjousten perusteella (Fingrid, 2017g). Säätökapasiteettimarkkinoilla korvauksen saa, vaikka kapasiteetti jäisi käyttämättä. Säätösähkömarkkinoilta saatavat energiakorvaukset kuitenkin vähentävät suoraan säätökapasiteettimarkkinoilta saatavaa

kapasiteettikorvausta (Fingrid, 2017o, sivu 1). Kapasiteettikorvauksen keskiarvo oli 606,62 ^€

MW∙7d vuonna 2016 ja keskimäärin toteutunut hankinta 58 MW (Fingrid, 2017n).

Kantaverkkoyhtiöt voivat hankkia säätökapasiteettimarkkinoilta nopeaa häiriöreserviä.

Taulukko 2.8. Säätösähkömarkkinoiden keskimääräinen ylös- ja alassäätöhinta sekä kumulatiiviset ylös- ja alassäätöenergiat Suomen alueella vuonna 2016. (Nord Pool, 2017c), (Nord Pool, 2017d).

Ylössäätö Alassäätö Elspot

36,87 €/MWh 28,18 €/MWh 32,45 €/MWh 118 639 MWh -179 661 MWh

Tehoreservi on Suomessa ja Ruotsissa lailla säännelty. Suomessa Energiamarkkinavirasto päättää reservin tarpeesta ja reservissä oleville laitoksille maksettavasta korvauksesta. Tulevalle kaudelle 1.7.2017 – 30.6.2020 Energiamarkkinavirasto on valinnut laitoksia 729 MW arvosta.

Näille laitoksille on laskettu Energiamarkkinaviraston toimesta vertailuluvuksi käyttökustannus kapasiteettia kohti taulukossa 2.9. Fingrid maksaa näihin kustannuksiin perustuvan kiinteän ylläpitokorvauksen talvikaudella kulloisenkin talvikuukauden jälkeen.

Muuna aikana ylläpitokorvausta ei makseta (Energiavirasto, 2016, sivu 9). Fingridin esityksen mukaisesti Energiavirasto pitää voimassa myöskin reserveille maksettavan aktivointihinnan, joka on 3000 €/MWh (Energiavirasto, 2016, sivu 7).

Taulukko 2.9. Kauden 1.7.2017 - 30.6.2020 tehoreserviyksiköiden käyttökustannus Suomessa. (Energiavirasto, 2017b, sivut 8 ja 10).

3 KYSYNTÄJOUSTO KOTITALOUDESSA

Yksittäinen kotitalous ei pienuutensa vuoksi voi osallistua reservimarkkinoille suoraan.

Osallistuminen on kuitenkin mahdollista niin kutsutun aggregaattorin välityksellä. Aggregointi tarkoittaa usean taajuussäätöön kykenevän sähkön kulutus- tai tuotantokohteen yhdistämistä reservimarkkinoille tehtävään tarjoukseen. Näin saadaan kokonaisuus, joka täyttää markkinapaikan vaatimukset (Fingrid, 2016b, sivu 2). Teoriassa kotitalous voi aggregaattorin välityksellä osallistua kaikkiin aiemmin lueteltuihin reserveihin.

Tarkastellaan kysyntäjouston mahdollisuutta kotitaloudessa kylmälaitteilla, kiukailla, liesillä, pesukoneilla sekä lämmityksellä. Tarkastellaan kylmälaitteiden ja liesien kohdalla laitteita, jotka on valittu kodinelektroniikkaketju Gigantin verkkokaupasta https://www.gigantti.fi/.

Samoja laitteita myydään sekä Suomessa, Ruotsissa, Norjassa, että Tanskassa, sillä Gigantti kuuluu norjalaiseen Elkjøp-konserniin, joka toimii kaikissa mainituissa maissa (Gigantti, 2017). Tilastokeskuksen mukaan Suomessa oli vuonna 2014 yhteensä 2 641 000 kotitaloutta (Tilastokeskus, 2016). Arvioidaan edellisten vuosien kasvun perusteella vuodelle 2016 kotitalouksien määräksi 2 683 000. Ruotsissa Statiska centralbyrånin mukaan vuonna 2013 oli 4 766 000 kotitaloutta (SCB, 2014). Arvioidaan edellisten vuosien kasvun perusteella vuoden 2016 määräksi 4 880 000. Norjassa vuonna 2016 oli 2 348 797 kotitaloutta (SSB, 2016), sekä Itä-Tanskassa Sjællandin alueella vuonna 2016 kotitalouksia oli 269 646 (Statbank, 2017).

Yhteensä Pohjoismaisen yhteiskäyttöjärjestelmän alueella oli vuonna 2016 täten 10 181 443 kotitaloutta. Itä-Tanskan lukema kuulostaa kuitenkin hieman pieneltä etenkin, kun pääkaupunki Kööpenhamina sijaitsee samalla alueella.

Koska kyseessä on kysyntäjousto, taajuuden ylössäätö onnistuu vain, mikäli joustava kohde on jo käytössä. Tämä tarkoittaa sitä, että mikäli aggregaattori haluaa osallistua FCR-N markkinoille tai muuten vain mahdollisuuden ylössäätöön, aggregaattorin täytyy ajaa laitteita sykleittäin siten, että verkossa on koko ajan tehoa ottavaa kuormaa, jota voidaan tarpeen mukaan kytkeä irti verkosta ylössäädön toteuttamiseksi. Tätä kuormaa täytyy olla vähintään reservin minimivaatimustason mukainen määrä eli FCR-N tapauksessa 0,1 MW. Muille reservimarkkinoille riittää pelkkä alassäädön mahdollisuus, mutta ylössäätöön kykenevä aggregaattori saa varmasti kysyntäjoustomarkkinoille merkittävän kilpailuedun.

Seuraavassa on lyhyt esimerkki aggregaattorin tehopoolin muodostamisesta. Oletetaan, että aggregaattori haluaa myydä reservimarkkinoille 1 MW suuruisen kuorman, jonka tulee olla

käytettävissä joka hetki, ja jonka tulee kyetä säätämään taajuutta sekä ylöspäin että alaspäin.

Yhden kylmälaitteen teho on 120 W ja sen huipunkäyttöaika 1 992 h. Huipunkäyttöaika kertoo, kuinka monta tuntia kylmälaite on vuodessa päällä täydellä teholla eli toisin sanoen kuinka monta tuntia vuodessa kylmälaite on käytettävissä taajuuden ylössäätöön, sillä kysyntäjoustossa taajuutta voidaan säätää ylöspäin irrottamalla kuorma eikä kuormaa luonnollisestikaan voi irrottaa, mikäli se ei ole kytketty ensinkään. Isosta joukosta laitteita voidaan ajatella, että laitteista on joka hetki päällä ¹⁹⁹²

8760= 22,7 %. Koska päällä olevia laitteita voidaan käyttää taajuuden ylössäätöön sammuttamalla ne, on aggregaattorilla joka hetki käytössä 1 MW ylössäätökapasiteettia, kun poolin koko on ^{1 MW}

0,227 = 4,398 MW. Vastaavasti joka hetki pois päältä on keskimäärin 77,3 % laitteista, jotka päälle kytkemällä saavutetaan 1 MW taajuuden alassäätökapasiteettia, kun poolin koko on ^{1 MW}

0,773 = 1,294 MW. Kun kapasiteettia myydään markkinoille, joilla on vaatimus sekä taajuuden ylössäätöön että alassäätöön, täytyy ylös- ja alassäädön kapasiteetti olla samankokoinen eli toisin sanoen markkinoille voidaan myydä kapasiteettia sen mukaan kumpaa (ylös- tai alassäätö) on vähemmän.

3.1 Kylmälaitteet

Nykyään varmasti paras ja helpoin tapa ruoan säilymisajan pidentämiseen on käyttää jääkaappia ja/tai pakastinta. Kylmälaitteita saa myös kohtuulliseen hintaan, joten on perusteltua olettaa, että jokaisessa kotitaloudessa on vähintään yksi jääkaappi ja pakastin tai niiden yhdistelmä. Kylmälaitteita, etenkin jääkaappeja, löytyy myös toimistoista, ravintoloista, hotelleista sekä lukemattomista muista paikoista, mutta näiden määrää on lähes mahdotonta arvioida mielekkäästi. Jääkaapit ja pakastimet ovat käytännössä lämpöpumppuja, joilla jäähdytetään laitteen sisätilaa ympäristön lämpötilaa matalammaksi. Tämä saavutetaan laitteessa kiertävän kylmäaineen paineen muutoksella. Jotta laitteen säilytysosan lämpötila saadaan myös pysymään ympäristön lämpötilaa matalampana, on laitteissa termostaatti, joka käynnistää laitteen pumpun lämpötilan noustessa liian ylös. Tämän vuoksi kylmälaitteet ovat jatkuvasti sähköverkossa. Ja koska kylmälaitteet ovat jatkuvasti verkossa, ne sopivat kysyntäjoustossa alassäädön lisäksi hyvin myös ylössäätöön. Kylmälaitteen reserviksi myynti edellyttää aggregointia. Aggregaattori joutuu siis reservitarjousta kantaverkkoyhtiölle tehdessään ennustamaan, kuinka paljon reserviä on käytettävissä eli montako jääkaappia on

samaan aikaan päällä, jotta kaappien normaali toiminta säilytetään. Kylmälaitteiden osalta ennustettavuus on kohtuullisen hyvä, joten reserviä voidaan myydä vuosimarkkinoilla.

Tarkastellaan laitteiden potentiaalia aggregaattorin näkökulmasta. Valitaan tarkasteluun kaksi jääkaappipakastinta. Laitteiden liitäntätehona sekä energiankulutuksena käytetään valmistajan ilmoittamaa arvoa. Nämä tiedot löytyvät liitteestä 1. Arvioidaan kylmälaitteiden kokonaisteho valitsemalla ensin jokaiseen kotitalouteen vain yksi laite, Electrolux:in jääkaappipakastin EJ2301AOW2. Kyseessä on jenkkikaappi, jonka liitäntäteho on 110 W ja vuosienergiankulutus 224 kWh. Kun kotitalouksia on 10 181 443 kpl, saadaan kylmälaitteiden kokonaistehoksi 1 120 MW. Tätä lukemaa voidaan käyttää kokonaistehon alarajana, sillä on epäuskottavaa, että jokaisessa kodissa olisi ainoastaan jenkkikaappi. Arvioidaan seuraavaksi kokonaistehon yläraja. Käytetään tähän AEG:n jääkaappipakastinta S53421CNX2. Oletetaan jokaiseen kotiin kaksi kappaletta näitä laitteita. Laitteen liitäntäteho on 120 W ja vuosienergiankulutus 239 kWh. Näin ollen saadaan kokonaistehon ylärajaksi 2 444 MW. Jaetaan vielä laitteiden ilmoitettu vuosienergiankulutus laitteen teholla, jolloin saadaan huipunkäyttöaika:

ensimmäisellä laitteella huipunkäyttöaika on 2 036 h/a ja toisella laitteella 1 992 h/a.

Huipunkäyttöaikojen ja kokonaistehojen perusteella saadaan joka heti käytettävissä oleviksi tehoiksi 𝑃₁ = 260 MW ja 𝑃₂ = 556 MW. Todellisuudessa aggregaattorilla on lisäksi jokin myytävissä olevaa kapasiteettia pienentävä virhemarginaali. Kummassakin tapauksessa kapasiteetit voitaisiin teoriassa myydä kokonaan FCR-N vuosimarkkinoille hintaan 𝑘 = 17,42 ^€

MW∙h. Yhteensä kapasiteetit ovat ilman virhemarginaalia arvoltaan yhtälön (1) mukaan 𝑣₁ = 39 721 711 €/a ja 𝑣₂ = 84 792 621 €/a, kun 𝑡 = 8760. Laitetta kohti rahallinen hyöty on 3,90 € ensimmäisessä tapauksessa ja 4,16 € toisessa tapauksessa.

Kylmälaitepoolista voisi tehdä tarjouksen myös säätösähkömarkkinoille. Suoritetaan esimerkkilaskelma käyttäen esimerkkinä Suomen hinta-aluetta koko yhteiskäyttöalueen sijaan.

Keskimääräinen hetkittäinen ylössäätökapasiteetti Suomessa vuonna 2016 oli 𝑃_ylös = 59 MW ja alassäätökapasiteetti 𝑃_alas = 60 MW (Nord Pool, 2017c). Säätösähkömarkkinoille tehtävät tarjoukset ovat erikseen ylös- ja alassäätötarjouksia, joten teoriassa markkinoille voidaan tarjota keskimäärin 119 MW hetkittäistä tehoa. Sähkön hinnan vaihteluihin liittyen on mahdollista saada hyötyä säätösähkömarkkinoilta yhtälöiden

𝑒_ylös= 𝑝_ylös∙ 𝑡_ylös∙ 𝑃_ylös (2)

ja

𝑒_alas = (𝑝_elspot− 𝑝_alas) ∙ 𝑡_alas∙ 𝑃_alas (3) mukaan, missä

𝑡_ylös= Ylössäätöaika [h]

𝑝_ylös = Keskimääräinen ylössäätöhinta [€/MWh]

𝑃_ylös= Keskimääräinen ylössäätökapasiteetti [MW]

𝑡_alas = Alassäätöaika [h]

𝑝_alas = Keskimääräinen alassäätöhinta [€/MW]

𝑃_alas = Keskimääräinen alassäätökapasiteetti [MW]

𝑝_elspot = Sähkön pörssihinta [€/MWh]

Ylössäädön tapauksessa kyseessä on suora rahallinen korvaus ylössäätöön osallistumisesta, ja alassäädön tapauksessa alassäätöön osallistuminen laskee laitteen normaalin käytön hintaa.

Taulukon 2.8 mukaan 𝑝_ylös = 36,87 €/MWh ja 𝑝_alas = 28,18 €/MWh sekä 𝑝_elspot = 32,45 €/MWh. Vuonna 2016 Suomessa oli 2002 ylössäätötuntia ja 3015 alassäätötuntia (Nord Pool, 2017c). Koska aggregaattorilla on tässä tapauksessa mahdollisuus tehdä joka tunnille keskimäärin markkinat täyttävä ylös- ja alassäätötarjous, ovat 𝑡_ylös= 2 002 h ja 𝑡_alas = 3 015 h. Näin ollen säätösähkömarkkinoilta saatava rahallinen hyöty ylössäädöstä on yhtälöstä (2) ratkaistuna 𝑒_ylös= 4 355 011 €/a sekä alassäädöstä saatava kustannushyöty laitteen käytössä on yhtälön (3) mukaan 𝑒_alas = 772 443 €/a. Suhteutettaessa hetkittäin käytössä olevat kapasiteetit, jakautuu säätösähkömarkkinoiden tuotto ensimmäisessä tapauksessa 9 319 936 laitteen kesken, jolloin summa laitetta kohti on 0,55 € ja toisessa tapauksessa 8 716 487 laitteen kesken, jolloin summa laitetta kohti on 0,59 €. Jos keskimääräinen kapasiteetti on paljon pienempi kuin käytettävissä oleva kapasiteetti, kannattaa säätötarjous tehdä säätökapasiteettimarkkinoille. Hyväksyttyjen tarjousten keskikapasiteetti oli 58 MW/viikko vuonna 2016, jonka arvo on keskimääräisellä vuoden 2016 kapasiteettikorvauksella 35 184 €/viikko, mikäli säätötarjousta ei käytetä.

3.2 Sähkökiukaat

Pohjoismaista ylivoimaisesti vahvin saunakulttuuri on Suomessa. Muissa Pohjoismaissa saunotaankin jopa niin vähän, ettei niiden osalta ole järkevää tarkastella kiukaiden potentiaalia (Rantapallo, 2015). Rajoitutaan siis tarkastelemaan tässä tapauksessa vain Suomea.

Kiukaan toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen. Kiukaassa on sähkövastus, joka lämpenee ja lämmittää kiuaskiviä sekä termostaatti, joka säätelee kiukaan lämpötilaa. Kiuas on päällä kohtuullisen lyhyen aikaa viikossa ja sen ennustettavuus on huono. Järkevät vaihtoehdot kiukaan reservinä käyttämiselle ovat FCR-N ja FCR-D tuntimarkkinat. Tyypillisiä kiuaskokoja on kolme: 4,5 kW, 6,0 kW sekä 8,0 kW. Oletetaan, että kiuas on mitoitettu siten, että saunan lämpiäminen haluttuun saunomislämpötilaan kestää noin 40 minuuttia. Jos keskimääräinen saunomisaika on yksi tunti, ja kiuas olisi tämän tunnin aikana päällä 20 minuuttia veden heittämisen ja oven avaamisen seurauksena, olisi siis yhden saunomiskerran aikana kiuas päällä yhden tunnin. (Rantapallo, 2015) mukaan 31 % suomalaisista saunoo useamman kerran viikossa, 38 % useamman kerran kuussa sekä 14 % 1 - 6 kertaa vuodessa ja loput vähemmän.

Tyypillisessä Suomalaisessa kotitaloudessa on sauna. Arvioidaan sähkösaunojen määräksi kaksi miljoonaa. Oletetaan kiukaiden jakautuvan melko tasan siten, että voidaan käyttää tarkastelussa 6,0 kW kiuasta. Jos (Rantapallo, 2015) lukuja sovelletaan suoraan saunojen käyttöön, on tällöin 𝑏₁ = 620 000 saunaa päällä monta kertaa viikossa, 𝑏₂ = 760 000 saunaa päällä monta kertaa kuukaudessa sekä 𝑏₃ = 280 000 saunaa päällä 1 – 6 kertaa vuodessa ja loput vähemmän. Oletetaan ”monta kertaa” olevan nyt kolme. Siten saunojen käyttöaika on kovasti saunovilla 𝑡₁ = 156 h, hieman vähemmän saunovilla 𝑡₂ = 36 h ja vähiten saunovilla 𝑡₃ = 3 h. Aggregaattori tarvitsee yhteen FCR-N-markkinatarjoukseen 0,1 MW kapasiteetin.

Kiukaita tulee siis olla käytettävissä vähintään 17 kpl jokaisella tarjoustunnilla. Yhtälön

𝑏_tot= ∑ (𝑡_n 𝑡_tot∙ 𝑏_n)

n

1

(4)

mukaan, missä

𝑏_n = Käytettävien laitteiden määrä 𝑡_n= Laitteiden päälläoloaika [h]

𝑡_tot= Reservinäolomahdollisuus [h]

n = Järjestysluku,

saadaan jokaisella tunnilla käytössä olevien kiukaiden määräksi 14 260 kpl, kun 𝑡_tot = 8760 h.

Molempiin suuntiin myytäväksi kelpaava kiukaiden kapasiteetti olisi 𝑃 = 86 MW ja kapasiteetin arvo FCR-N tuntimarkkinoilla hintaan 𝑘 = 16,81 ^€

MW∙h tunnilta yhtälön (1) mukaan 12 663 982 €/a. Laitetta kohti tämä tekee 6,33 €/a, kun laitteita on kaksi miljoonaa.

Todellisuudessa jokaisella vuorokauden tunnilla ei varmasti ole samaa tehoa käytettävissä, joten aggregaattorin on hyvin vaikea tehdä reservimarkkinatarjousta. Tästä syystä käytetään laskennassa tuntimarkkinoiden hintaa. Kiukaiden käytön ennustettavuutta voitaisiin parantaa esimerkiksi asettamalla saunan käytölle ehto, jonka mukaan reservinä voi olla vain tiettyyn kellonaikaan, vaikkapa joka arkipäivä välillä 18.00 – 23.00 ja viikonloppuna koko ajan.

Reservinä olon tunteja on näin ollen 73 h viikossa ja 𝑡_tot = 3796 h vuodessa. Jos jokainen kiuas noudattaisi ehtoa, saataisiin jokaiselle reservinä olon tunnille aktiivisia kiukaita yhtälön (4) mukaan 32 908 kpl. Molempiin suuntiin säätyvä kapasiteetti olisi tällöin 𝑃 = 197 MW.

Kellonaikavälille 18.00 – 23.00 laskettuna FCR-N reservin tuntimarkkinoiden keskiarvohinnaksi saadaan 𝑘 = 13,22 ^€

MW∙h (Fingrid, 2017l). Tällöin kapasiteetin arvoksi muodostuu 9 886 075 €/a. Laitetta kohti tämä on 4,94 €/a. Vaikka kapasiteetin teoreettinen maksimiarvo onkin nyt pienempi, käytännössä aggregaattori varmaankin voittaa ennustettavuudessa sen minkä reservihinnassa häviää.

3.3 Sähköliedet

Perinteisen lieden toimintaperiaate on käytännössä identtinen kiukaan kanssa. Liedessä on liuta vastuksia, jotka lämpiävät lämmittäen joko uunia tai keittotasoa. Kuten kiukaassa, liedessäkin on toimintaa säätelevä termostaatti. Käytetään potentiaalin arvioinnissa yhtä liettä, joka on Gram:in CC 46550. Lieden tarpeelliset tiedot löytyvät liitteestä 2. Lieden kokonaisteho on 9,6 kW, josta uuniosan tehoksi jää 3,3 kW. Suurin kapasiteetti on varmaankin tilanne, jossa liedestä on käytössä tehokkain keittoalue sekä uuni, jolloin kokonaisteho on 𝑃₂ = 5,5 kW. Pienin kapasiteetti on tilanne, jossa käytössä on pienin keittoalue, jolloin kokonaisteho on 𝑃₁ = 1,2 kW. Arvioidaan vielä pienimmäksi ruoanlaiton kestoajaksi 45 minuuttia, josta liesi on päällä 30 minuuttia, sekä suurimmaksi kestoajaksi kahdeksan tuntia, josta liesi on päällä kuusi tuntia.

Liesi kuuluu kotitalouden vakiovarusteisiin ja on siis perusteltua olettaa jokaiseen talouteen yksi liesi. Tällöin saadaan liesien kokonaismääräksi 𝑏_n = 10 181 443 liettä. Käytetään samanlaista menettelyä kuin kiukaiden kanssa, eli asetetaan lieden reservinä ololle kellonaikarajoitteet. Reserviin voisi osallistua Suomessa arkisin välillä 16.00 – 20.00 GMT +2 ja Ruotsissa, Norjassa sekä Tanskassa samaan aikaan GMT +1, sekä viikonloppuisin joka tunti.

Reservinä voi siis olla viikossa 68 h ja vuodessa 𝑡_tot= 3536 h/a. Mikäli liettä käytetään arkena kerran päivässä, sekä viikonloppuna kaksi kertaa päivässä, olisi sen käyttöaika alimman arvion mukaan 𝑡₁ = 234 h/a. Jos taas käytössä on arviolta suurin kapasiteetti ja liedellä valmistetaan 5 kertaa vuodessa vaikkapa kinkkua viikonloppuisin (eli viitenä päivänä vuodessa liettä käytetään kahdeksan tuntia sekä muuna aikana samoin kuin edellä), saadaan käyttöajaksi 𝑡₂ = 269 h/a. Jos liesiä käytetään vain määriteltyinä kellonaikoina, on joka hetki käytössä yhtälön (4) mukaan keskimäärin 673 772 laitetta, joiden molempiin suuntiin säätyvä kokonaisteho on 809 MW pienen käytön tapauksessa sekä 774 550 laitetta, joiden teho on 4260 MW suuren käytön tapauksessa. Pienestä käytöstä voitaisiin myydä 600 MW FCR-N tuntimarkkinoille.

Aikavälillä 16.00 – 20.00 FCR-N tuntimarkkinoiden vuonna 2016 keskihinta oli 𝑘_FCR−N = 18,22 ^€

MW∙h, jolloin kapasiteetin arvo olisi yhtälön (1) mukaan 38 655 552 €/a. Jäljelle jäävä 209 MW voitaisiin myydä vaikkapa FCR-D tuntimarkkinoille. Aikavälillä 16.00 – 20.00 FCR- D tuntimarkkinahinta vuonna 2016 oli 𝑘_FCR−D = 5,05 ^€

MW∙h ja kapasiteetin arvo 3 732 071 €/a.

Kokonaissumma olisi näin ollen 42 387 623 €/a. Suuren käytön kapasiteetti ei mahdu kokonaisuudessaan yhtään minnekään mutta siitäkin 600 MW, joka on Pohjoismaissa ylläpidettävä FCR-N kapasiteetin määrä, on arvoltaan FCR-N tuntimarkkinoilla 38 655 552 €/a.

Lopusta kapasiteetista 1200 MW voitaisiin myydä FCR-D tuntimarkkinoilla 𝑘_FCR−D = 5,05 ^€

MW∙h hintaan 21 428 160 €/a. Tämänkin jälkeen kapasiteettia on vielä jäljellä 2460 MW, josta riittää aggregaattorille paljon riskinhallintaa. Suuren käytön tapauksessa kokonaissumma on 60 083 712 €/a. Yhtä laitetta kohti euromäärät ovat 4,16 €/a ja 5,90 €/a, jos rahat jaetaan koko poolin kesken. Aggregaattori ei voi myydä keskimääräistä kapasiteettia joka tunnille, vaan tarvitsee jonkinlaisen virhemarginaalin. Suuren käytön tapauksessa kapasiteettia tähän on varmasti enemmänkin kuin tarpeeksi. Lisäksi lieden käyttö ylössäätöön on varmasti epäkäytännöllistä, koska liedellä on tarkoitus valmistaa ruokaa ja sen käyttöaika on lyhyt.

Ylössäätöön osallistuminenhan tarkoittaisi lieden sammuttamista kesken ruoanlaiton, jolloin ruoan valmistuminen pitkittyy tai ruoka saattaa jopa mennä pilalle. Lyhyt käyttöaika taas viittaa

erityisesti huonoon ennustettavuuteen: lieden vastuksen täsmällistä käyttöhetkeä on hyvin vaikea arvioida.

3.4 Pesukoneet

Pesukoneiden tarkastelussa käytetään suoraa tehomittausta eräiden pyykin- ja astianpesukoneiden normaaliohjelmasta. Nämä mittaukset löytyvät kuvista 3.1 ja 3.2.

Kuva 3.1. Astianpesukoneen tehokäyrä watteina ajan funktiona.

0 500 1000 1500 2000 2500

13.45.06 13.51.01 13.54.23 13.58.10 14.01.26 14.04.49 14.08.23 14.12.04 14.15.44 14.19.07 14.22.29 14.26.16 14.29.32 14.34.08 14.38.01 14.41.17 14.44.39 14.48.56 14.52.55 14.56.12 15.00.35 15.04.10 15.07.38 15.18.03 15.21.50 15.25.55 15.29.24 15.33.05 15.37.22 15.41.03 15.44.25 15.48.18 15.51.46

Teho [W]

Aika [hh.mm.ss]

Kuva 3.2. Pyykinpesukoneen tehokäyrä watteina ajan funktiona.

Kuten kuvista nähdään, pesukoneet ovat pääasiallisesti matalatehoisia ja täten huonoja välineitä kysyntäjoustoon. On mahdollista, että pesukone toimisi kysyntäjoustona lämmittäessään vettä.

Veden lämmitys näkyy tehopiikkeinä kuvissa 3.1 ja 3.2. Pesukoneiden käyttäminen kysyntäjoustona kuitenkin todennäköisesti sotkee koneen pesuohjelman, joten ilman jonkinlaista lisä-älykkyyttä kone ei sovellu kysyntäjoustoon.

Arvioidaan pesukoneiden määrää siten, että kylmävesiliitäntäinen astianpesukone löytyy 60 % kotitalouksista sekä pyykinpesukone 80 % talouksista. Arvio perustuu siihen, että astiat voi pestä käsin helpommin kuin pyykin. Arvion perusteella astianpesukoneita olisi siis 6 108 866 kpl ja pyykinpesukoneita 8 145 154 kpl. Kuvista 3.1 ja 3.2 nähdään, että astianpesukone lämmittää vettä pesuohjelman aikana kolme kertaa ja yhteensä 30 minuuttia kahden tunnin aikana, sekä pyykinpesukone 18 minuuttia 1,5 tunnin aikana. Jos astianpesukonetta käytetään keskimäärin kolme kertaa viikossa ja pyykinpesukonetta kaksi kertaa viikossa, saadaan astianpesukoneen veden lämmitykseen vuosittain käyttämäksi ajaksi 78 h ja pyykinpesukoneen vastaavaksi 31 h. Tässä tapauksessa aggregaattorin kannattaa toimia siten, että reservinä olosta maksetaan vain tiettynä aikana. Olkoon tämä aika kaikilla pesukoneilla arkisin 12.00 – 22.00 sekä viikonloppuisin 06.00 – 24.00 GMT +2 Suomessa sekä GMT +1 Ruotsissa, Norjassa ja Tanskassa eli 𝑡 = 4 478 h. Jos kaikkien pesukoneiden käyttö ajoittuisi näille tunneille,

0 500 1000 1500 2000 2500

15.01.34 15.04.08 15.07.18 15.09.57 15.12.37 15.15.10 15.18.02 15.20.35 15.23.08 15.25.35 15.28.51 15.31.37 15.34.04 15.36.43 15.39.11 15.42.14 15.44.54 15.47.39 15.50.13 15.53.17 15.55.50 15.58.29 16.01.03 16.04.00 16.07.04 16.09.38 16.12.11 16.14.56 16.17.36 16.20.15 16.22.48 16.25.28 16.27.55 16.30.35

Teho [W]

Aika [hh.mm.ss]

keskimäärin astianpesukoneita olisi käytössä 106 407 kpl/h ja pyykinpesukoneita 56 387 kpl/h.

Kapasiteettina tämä tarkoittaa kuvista 3.1 ja 3.2 katsottuna 202 MW/h astianpesukoneille ja 110 MW/h pyykinpesukoneille, kun astianpesukoneiden vedenlämmitysteho on 1900 W ja pyykinpesukoneiden 1950 W. Myytäessä kapasiteetti FCR-N vuosimarkkinoille vuoden 2016 vuosimarkkinahinnalla 𝑘 = 17,42 ^€

MW∙h, saadaan yhden astianpesukoneen reservin arvoksi yhtälön (1) mukaan 2,58 €/a, pyykinpesukoneen 1,05 €/a sekä yhteensä astianpesukoneiden reservin arvoksi 15 757 366 €/a ja pyykinpesukoneiden 8 580 744 €/a.

3.5 Sähkölämmitysjärjestelmät

Lämmitysjärjestelmistä kysyntäjoustoon soveltuvat sähköllä toimivat lämmitysmuodot, eli suora ja varaava sähkölämmitys sekä lämpöpumput. Sähkölämmitteisissä taloissa ilmoitettu ja laskettu sähkönkulutus sisältää käyttöveden lämmityksen. Tanskassa Sjællandin alueella oli vuoden 2017 alussa yhteensä 86 646 sähkölämmitteistä asuinrakennusta sekä 17 468 lämpöpumpullista asuinrakennusta (Statbank, 2017). Osa rakennuksista on kuitenkin kesämökkejä ja muita vapaa-ajan asuntoja, joten oletetaan, että vain pääasiallisia asuntoja käytetään kysyntäjoustoon. Kuvassa 3.3 on erottelu asuinrakennusten lämmityksistä Sjællandin alueella.

Kuva 3.3. Sjællandin alueen lämpöpumput ja sähkölämmitykset (Statbank, 2017).

Kuvan 3.3 mukaan sähkölämmitteisiä taloja, joihin on rekisteröity asukkaita, on 40 001 sekä lämpöpumpullisia 14 528. Norjassa vuonna 2012 oli 94 % talouksista sähkölämmitteisiä eli huomattava osa kerrostaloistakin lämpenee sähköllä. Lisäksi 27 % talouksista oli lämpöpumppu (SSB, 2012). Oletetaan näiden prosenttiosuuksien pysyneen samana vuoteen 2016.

Kotitalouksia oli Norjassa 2 348 797 vuonna 2016, joten sähkölämmityksiä oli 2 207 869 kpl ja lämpöpumppuja 634 175 kpl. Suomen osalta taas käytetään suoraan tilojen lämmitysenergian

kulutuksen keskiarvoa vuosilta 2011 - 2015. Suoran sähkölämmityksen energiankulutus oli 9 583 GWh ja lämpöpumppujen sähköenergiankulutus 3 539 GWh (Tilastokeskus 2, 2015). Myös Ruotsin osalta käytetään suoraan lämmitysenergian kulutusta. Vuosina 2011 – 2014 keskiarvo sähkölämmityksessä oli Ruotsissa 18 950 GWh (SEA, 2016, välilehti 3.3).

Rakentamismääräyskokoelman D5 mukaan laskettuna 12 m kertaa 8 m kokoiselle kaksikerroksiselle Lappeenrantalaiselle omakotitalolle lämmitysenergian tarpeeksi saadaan 11,8 MWh vuodessa sisältäen lämpimän käyttöveden. Rakentamismääräyskokoelman D5 mukaan laskettuna 180 litran vuorokausikulutuksella tarvitaan 3,833 MWh/a energiaa käyttöveden lämmittämisen. Laskelma on tehty nelihenkiselle perheelle. Suomen keskimääräinen henkilömäärä taloudessa oli 2,06 vuonna 2012 (Tilastokeskus, 2014). Trendi on laskeva ja muissa Pohjoismaissa samanlainen, joten käytetään keskimääräisenä talouden kokona tasan kahta henkilöä. Tällöin lämmintä käyttövettä ja siten myös energiaa kuluu puolet edellä mainitusta eli 1,92 MWh/a. Pohjoismaissa ilmasto-olosuhteet ovat keskenään samankaltaiset. Huomioidaan kuitenkin, että suurin osa Pohjoismaisista omakotitaloista ei ole nykyisten energiatehokkuusstandardien tasolla, jolloin niiden lämmitysenergian tarve on huomattavasti suurempi. Huomioidaan myös, että Norjassa myös kerrostalojen pääasiallinen lämmitysmuoto on sähkölämmitys, joka laskee keskimääräistä lämmitysenergian tarvetta taloutta kohti. Arvioidaan näistä syistä keskimääräiseksi lämmitysenergiankulutukseksi 20 MWh/a taloutta kohden. Rakentamismääräyskokoelman D5 mukaan voidaan laskea myös lämmityksen kuukausittainen energiankulutus sekä huipunkäyttöaika. Huipunkäyttöajaksi omakotitalolle saadaan 2 693 h. Kuukausienergiankulutukseksi saadaan taulukon 3.1 mukaiset arvot, kun lämpöenergian tarve on 20 MWh/a.

Taulukko 3.1. Lämmityksen kuukausittainen lämpöenergiankulutus ja kuukausittainen huipunkäyttöaika taloudessa sisältäen käyttöveden lämmityksen.

Kuukausi Energiankulutus [kWh] Käyttöaika [h]

Tammikuu 2 363 372

Helmikuu 2 150 343

Maaliskuu 2 210 351

Huhtikuu 1 373 238

Toukokuu 744 152

Kesäkuu 338 97

Heinäkuu 25 55

Elokuu 162 74

Syyskuu 732 151

Lokakuu 1 245 220

Marraskuu 1 799 295

Joulukuu 2 167 345

Taulukosta tulee huomata, että arvot eivät summaudu yhteen muodostaen 20 MWh, sillä kesällä osa lämpöenergiasta saadaan suoraan ulkoa. Tällöin energiaa kuluu vain veden lämmitykseen ja sitäkin vähemmän, kuin muina vuodenaikoina. Taulukon 3.1 perusteella voidaan laskea Tanskassa Sjællandin alueella olevien sähkölämmitteisten talojen sekä Norjan sähkölämmitteisten talojen energiankulutukset kuukausitasolla. Lisäksi kun suhteutetaan Suomen ja Ruotsin lämmitysenergian tarpeet taulukon 3.1 mukaan, saadaan Pohjoismaiden lämmitysenergian tarve kuukausitasolla taulukkoon 3.2.

Taulukko 3.2. Pohjoismaiden lämmitysenergiankulutus ja sähkölämmityksen kuukausittainen huipunkäyttöaika sisältäen lämpimän käyttöveden.

Kuukausi Energiankulutus [MWh] Käyttöaika [h]

Tammikuu 9 226 420 372

Helmikuu 8 444 183 343

Maaliskuu 8 665 215 351

Huhtikuu 5 590 887 238

Toukokuu 3 277 621 152

Kesäkuu 1 788 070 97

Heinäkuu 636 451 55

Elokuu 1 141 293 74

Syyskuu 3 234 212 151

Lokakuu 5 119 178 220

Marraskuu 7 154 240 295

Joulukuu 8 507 833 345

Koska käytetään sähkölämmitystä, on lämmitysenergian tarve suoraan sama, kuin sähkölämmityksen kuluttama sähköenergia. Kun nyt jaetaan energiamäärä kuukauden tunneilla, saadaan taulukkoon 3.3 keskimääräiset kuukausittain joka hetki käytössä olevat tehot.

Taulukko 3.3. Kuukausittain joka hetki käytössä oleva keskimääräinen sähkölämmitysteho Pohjoismaissa.

Kuukausi Teho [MW]

Tammikuu 12 814

Helmikuu 11 728

Maaliskuu 12 035

Huhtikuu 7 765

Toukokuu 4 552

Kesäkuu 2 483

Heinäkuu 884

Elokuu 1 585

Syyskuu 4 492

Lokakuu 7 110

Marraskuu 9 936

Joulukuu 11 816

Taulukon 3.3 perusteella voidaan todeta kapasiteetin olevan varsinkin talvella suuri.

Kapasiteetista voitaisiin myydä 600 MW FCR-N vuosimarkkinoille hintaan 𝑘_FCR−N = 17,42 ^€

MW∙h, jolloin myytävän kapasiteetin arvo on 91 559 520 €/a. Lisäksi voitaisiin myydä FCR-D vuosimarkkinoille 1 200 MW hintaan 𝑘_FCR−D= 5,15 ^€

MW∙h pois lukien heinä- ja elokuu, jolloin kapasiteettia voitaisiin myydä heinäkuussa 284 MW ja elokuussa 985 MW, jolloin kapasiteetin arvo olisi 49 943 052 €/a. Yhteensä myydyn kapasiteetin arvo olisi 136 797 120

€/a. Kapasiteettia jää tällöin usealta kuukaudelta yli todella runsaasti. Sähköala.fi -sivuston mukaan talon lämmitysjärjestelmän tehoksi tulisi mitoittaa 63 W/m² (Sähköala, 2012). Jos oletetaan sähkölämmitetyn talon keskimääräiseksi neliömääräksi 100 m², saadaan lämmitysjärjestelmän huipputehoksi 6,3 kW. Kerrotaan huipputeho huipunkäyttöaikojen ja kuukauden tuntien suhteella ja jaetaan kuukausittain myydyn reservin teho, eli 600 MW ja 1 200 MW, saadulla arvolla, jolloin saadaan reserviin tarvittavien talouksien määrä kuukausitasolla taulukkoon 3.4. Lisäksi lasketaan reservikorvaus lämmitysjärjestelmää kohti.

Täytyy huomata, että tammikuun huipunkäyttöaika on yli 50 % kuukauden kaikista tunneista, kun kuukauden tunteina käytetään joka kuukaudelle 720 h. Täten reserviin osallistujien määrää ja keskitehoa laskettaessa täytyy käyttää tammikuun osalta tunteja, jolloin laite on keskimäärin käytössä ylössäätöön, kun muina kuukausina käytetään alassäätötunteja.

Taulukko 3.4. Sähkölämmityksen reservikelpoinen keskiteho, päällä olon keskiteho, myytyyn reserviin kuuluvat taloudet sekä laitekohtainen korvaus reserviin osallistumisesta.

Kuukausi Reservikelpoinen keskiteho [kW]

Talouden keskiteho [kW]

Talouksia reservissä (FCR-N)

Talouksia reservissä (FCR-D)

Korvaus laitetta kohti [€]

Tammikuu 3,05 3,25 197 044 394 089 20,26

Helmikuu 3,00 3,00 200 080 400 160 19,95

Maaliskuu 3,07 3,07 195 433 390 865 20,42

Huhtikuu 2,08 2,08 288 600 577 201 13,83

Toukokuu 1,33 1,33 450 032 900 065 8,87

Kesäkuu 0,85 0,85 703 369 1 406 738 5,68

Heinäkuu 0,48 0,48 1 245 395 589 486 4,68

Elokuu 0,64 0,64 930 918 1 528 257 4,55

Syyskuu 1,32 1,32 454 808 909 616 8,78

Lokakuu 1,93 1,93 311 377 622 754 12,82

Marraskuu 2,58 2,58 232 288 464 576 17,18

Joulukuu 3,02 3,02 198 717 397 435 20,09

Yhteensä vuosikorvaus reserviin osallistumisesta olisi siis 157,10 €/a.

Oletetaan lämpöpumppujen COP-kertoimeksi 1 välillä 1.12 – 28.2, 2 välillä 1.3 – 31.5, 4 välillä 1.6. – 31.8 sekä 2 välillä 1.9 – 30.11. Taulukossa 3.5 on lämpöpumppujen sähköenergiankulutus ja hetkittäinen teho Pohjoismaissa pois lukien Ruotsi, kun lämmitys tapahtuu pelkällä lämpöpumpulla.

Taulukko 3.5. Lämpöpumppujen energiankulutus, lämpökerroin ja hetkittäinen teho kuukausitasolla.

Negatiivinen arvo tarkoittaa jäähdytystä. Lämpökertoimet on huomioitu energiankulutuksessa.

Kuukausi Energiankulutus [MWh] Lämpökerroin Teho [MW]

Tammikuu 1 232 998 1 1 712

Helmikuu 1 113 852 1 1 547

Maaliskuu 755 159 2 1 049

Huhtikuu 447 002 2 621

Toukokuu 215 131 2 299

Kesäkuu 48 724 4 68

Heinäkuu -36 721 4 -51

Elokuu 736 4 1

Syyskuu 210 780 2 293

Lokakuu 399 720 2 555

Marraskuu 603 705 2 838

Joulukuu 1 123 547 1 1 560

Mikäli kaikki liikenevä kapasiteetti myytäisiin FCR-N markkinoille hintaan 𝑘_FCR−N = 17,42 ^€

MW∙h, ja kaikki loppu kapasiteetti FCR-D vuosimarkkinoille hintaan 𝑘_FCR−D = 5,15 ^€

MW∙h, olisi kapasiteetin arvo yhteensä 74 220 678 €/a. Mikäli lämpöpumpun teho mitoitetaan samoin, kuin tavallinen sähkölämmitys, on lämpöpumpun teho 100 m² talossa 6,3 kW. Taulukkoon 3.6 on laskettu talouden käyttämä keskiteho lämpökerroin huomioiden, talouksien määrä myydyssä reservissä sekä korvaus laitetta kohti. Lämpöpumppujen tarkastelussa oletetaan, että pumppuja ei käytetä jäähdyttämiseen. Tästä syystä heinäkuun lukema on nolla negatiivisen sijasta.

Taulukko 3.6. Lämpöpumppulämmityksen reservikelpoinen keskiteho, päällä oleva keskiteho, myytyyn reserviin kuuluvat taloudet sekä laitekohtainen korvaus reserviin osallistumisesta. Keskitehossa on huomioitu lämpökerroin.

Kuukausi Reservikelpoinen keskiteho [kW]

Talouden keskiteho [kW]

Talouksia reservissä (FCR-N)

Talouksia reservissä (FCR-D)

Korvaus laitetta kohti [€]

Tammikuu 3,05 3,25 197 102 365 295 20,78

Helmikuu 3,00 3,00 200 080 315 798 21,39

Maaliskuu 1,54 1,54 390 865 292 388 13,45

Huhtikuu 1,04 1,04 577 201 20 044 12,73

Toukokuu 0,67 0,67 448 221 0 8,36

Kesäkuu 0,21 0,21 317 326 0 2,67

Heinäkuu 0 0 0 0 0

Elokuu 0,16 0,16 6 346 0 2,02

Syyskuu 0,66 0,66 443 816 0 8,27

Lokakuu 0,96 0,96 576 220 0 12,08

Marraskuu 1,29 1,29 464 576 184 653 12,95

Joulukuu 3,02 3,02 198 717 318 107 21,45

Kokonaiskorvaus reserviin osallistumisesta olisi siis 136,12 €/a. Mikäli lämpöpumppuja kuitenkin käytettäisiin myös jäähdyttämiseen, reservin koko kasvaisi jonkin verran.

3.6 Kokonaispotentiaali

Kodinkoneiden potentiaalin tarkastelut on tehty toisistaan erillisinä skenaarioina, jolloin oletetaan, että reservimarkkinoille myydään vain yhtä laiteryhmää kerrallaan. Yhden kotitalouden on mahdollista myydä kaikki laitteensa kysyntäjoustomarkkinoille aggregaattorin kautta, mikäli laitepoolin kapasiteetti on vähintään markkinasääntöjen vaatiman minimikoon suuruinen. Liian suuri laitepooli kuitenkin aiheuttaa markkinoiden kyllästymisen. Paras laite kysyntäjoustoon on laite, jonka käyttö on pitkälle automatisoitu. Tällaisia laitteita ovat tutkimuksen kohteena olevista laitteista kylmälaitteet ja lämmitysjärjestelmät. Nämä laitteet soveltuvat käytettäväksi myös säätösähkömarkkinoilla, joskin niistä saa siellä todennäköisesti huonomman hinnan. Kiukaita, liesiä ja pesukoneita ei kannata myydä säätösähkömarkkinoille.

Mikäli kotitalous saa kaikki laitteensa valjastettua FCR-N markkinoille, on korvaus vuoden

2016 FCR-N vuosimarkkinahintaan 17,42 ^€

MW∙h yhdestä 120 W tehoisesta kylmälaitteesta laskentaparametreista riippuen 4 €/a. Kylmälaitteiden kokonaiskapasiteetti on Pohjoismaissa 1 120 MW – 2 444 MW. Vuoden 2016 tuntimarkkinahintaan 16,81 ^€

MW∙h FCR-N tuntimarkkinoille 6,0 kW kiukaan tarjoamisesta saisi viidestä kuuteen €/a. Kiukaiden kokonaiskapasiteetti on 12 000 MW. Yhden lieden tarjoamisesta samaan hintaan saisi jotakin väliltä 3,5 €/a – 5,5 €/a. Liesien kokonaiskapasiteetti on hyvin suuri, 97 742 MW, eli lähes 100 GW. Astianpesukoneen tarjoamisesta vuoden 2016 tuntimarkkinahinnalla FCR-N reserviin saisi 2,5 €/a ja pyykinpesukoneesta 1 €/a, ja näillä laitteilla kokonaiskapasiteetti on 11 607 MW ja 15 883 MW. FCR-N ja FCR-D markkinoilla lämmityksestä saisi arviolta 140 €/a - 160 €/a riippuen siitä, onko kyseessä lämpöpumppu vai suora sähkölämmitys. Sähkölämmityksen kokonaiskapasiteetti on 24 601 MW ilman lämpöpumppuja. Mikäli markkinasaturaatiota ei tapahdu, yhteensä kodin laitteista voisi saada melkein 190 €/a. Tulokset on koottu taulukkoon 3.7. Kaikkien kodin laitteiden reserviksi myyminen edellyttää riittävän pientä osallistujapoolia.

Tällöin kuitenkin aggregaattorilla on isompi riski reservitarjouksen tekemisessä, jolloin kapasiteettia täytyy olla kuitenkin jonkin verran varalla. Tämä taas pienentää reservin kokoa ja siitä saatavaa hintaa.

Taulukko 3.7. Kysyntäjoustona toimimisen potentiaalinen hyöty laitetta kohden sekä kokonaiskapasiteetti Pohjoismaissa.

Kylmälaite Kiuas Liesi Astianpesukone Pyykinpesu- kone

Lämmitys

FCR-N 3,90 €/a – 4,16

€/a

4,94 €/a – 6,33 €/a

4,16 €/a – 5,90 €/a

2,58 €/a 1,05 €/a 136,12 €/a - 157,10 €/a

Kapasiteetti 1 120 MW – 2 444 MW

12 000 MW

97 724 MW 11 607 MW 15 883 MW 24 601 MW

Säätösähkö markkinat (vain Suomi)

0,55 €/a – 0,59

€/a

4 YHTEENVETO

Kotitalouslaitteita voidaan teoriassa käyttää kysyntäjoustona missä tahansa Pohjoismaisessa reservissä. Järkevät reservivaihtoehdot kysyntäjoustolle ovat kuitenkin FCR-N, FCR-D sekä säätösähkö- ja -kapasiteettimarkkinat. Säätömarkkinoiden kautta voi osallistua myös aFRR- reserviin ja nopeaan häiriöreserviin. Yksittäinen kotitalous ei voi käytännössä osallistua reservimarkkinoille yksin reservimarkkinoiden säännöistä ja niiden määräämistä minimitarjouskoista johtuen. Sen sijaan kotitalouksien klusteri, jota hallinnoi niin kutsuttu aggregaattori, voi osallistua. Kotitalouslaitteista parhaiten kysyntäjoustoon soveltuvat koko ajan päällä olevat laitteet, koska ne soveltuvat ylössäätöön parhaiten ja niiden käyttö pystytään hajottamaan vuorokauden jokaiselle tunnille. Näitä ovat kodin kylmälaitteet sekä lämmitysjärjestelmät.

Pohjoismaissa jokaista kotitalouslaitetta ei voida myydä markkinoilla, johtuen markkinoiden rajallisesta koosta ja laitteiden suuresta määrästä. Työn tuloksia analysoitaessa täytyy huomioida, että laitteiden todellista käyttöä on äärimmäisen vaikea ennustaa ja työssä lasketut tulokset perustuvat suurelta osin arvioihin ja tilastoihin, joten parametreja vaihtamalla tulokset vaihtelevat jonkin verran. Jatkotutkimusaiheena voisi olla vaikkapa kotitalouslaitteiden kuormanohjauksen selvittäminen/toteuttaminen.

LÄHDELUETTELO

(AEG, 2017) AEG, 2017. Jääkaappipakastin S53421CNX2. [verkkodokumentti].

[Viitattu: 14.8.2017]. Saatavilla:

http://www.aeg.fi/kitchen/cooling/fridge-freezers/free-standing- fridge-freezer/s53421cnx2/

(Caruna, 2015) Caruna, 2015. SÄHKÖNLAATU. [verkkodokumentti]. [Viitattu:

10.05.2017]. Saatavilla:

https://caruna-cms-prod.s3-eu-west-

1.amazonaws.com/sahkonlaatu.pdf?Uut5JCQxLxov8x0RnRvuDVv Uq5EJfN5O

(Ström et al., 2011) Ström, Lars & Bollen, Math & Kolessar, Rémy, 2011. VOLTAGE QUALITY REGULATION IN SWEDEN. [verkkodokumentti].

[Viitattu: 10.05.2017]. Saatavilla: https://www.diva- portal.org/smash/get/diva2:1001472/FULLTEXT01.pdf

(Electrolux, 2017) Electrolux, 2017. Jääkaappipakastin EJ2301AOW2.

[verkkodokumentti]. [Viitattu: 14.8.2017]. Saatavilla:

http://www.electrolux.fi/kitchen/cooling/fridge-freezers/free- standing-fridge-freezer/ej2301aow2/

(EN 50160, 2004) Leonardo Power Quality Initiative, 2004. Voltage characteristics in public distribution systems. [verkkodokumentti]. [Viitattu:

10.05.2017]. Saatavilla:

http://admin.copperalliance.eu/docs/librariesprovider5/power- quality-and-utilisation-guide/542-standard-en-50160-voltage- characteristics-in.pdf?sfvrsn=4&sfvrsn=4

(Energiavirasto, 2015) Energiavirasto, 23.04.2015. Päätös 389/451/2015 Tehoreservikapasiteetin hankinta. [verkkodokumentti]. [Viitattu:

15.05.2017]. Saatavilla:

https://www.energiavirasto.fi/documents/10179/0/Tehoreservin+ha nkintap%C3%A4%C3%A4t%C3%B6s+230415.pdf/d12eb349- f1b5-4327-99e7-783a95521f2e