Esimerkiksi näihin kysymyksiin etsitään vastauksia sähköverkon strategisessa suunnittelussa. Tätä sähköverkon pitkän tähtäimen suunnittelua kutsutaan myös yleissuunnitteluksi. Tehtävänämme on kehittää sähköverkkoa siten, että se vastaa yhteiskunnan tarpeisiin myös vuosikymmenten päästä.

Sähköverkon kehittäminen lähtee nykytilan kartoittamisesta ja ennusteiden tekemisestä

Jotta tulevaisuutta voidaan suunnitella ja sähköverkkoa kehittää, on ensin tiedettävä missä mennään nyt. Ensimmäiseksi sähköverkolle tehdään siis nykytila-analyysi. Nykytila-analyysissä kuvataan sähköverkon nykyinen rakenne, selvitetään sähköverkon kuormitustilanne ja kapasiteetin riittävyys niin normaali- kuin vikatilanteessakin sekä tarkastellaan sähköverkon suojausten toimivuus.

Seuraavaksi otetaan kristallipallo esiin ja katsotaan miltä sähköverkon kuormitustilanne näyttää tulevaisuudessa… No, ihan niin helppoa tämä ei ikävä kyllä ole. Kristallipallon sijaan sähköverkon tulevaisuutta joudutaan ennustamaan erilaisten lähtötietojen perusteella. Tärkeitä lähtötietoja ovat esimerkiksi kaupungin laatimat yleis- ja asemakaavat, väestö- ja työpaikkaennusteet sekä maankäytön toteuttamisohjelmat. Luonnollisesti myös suunnittelijan omalla näkemyksellä ja kokemuksella on iso rooli ennusteita tehtäessä.

Miltä Oulu sitten näyttää vuonna 2040? Valistunut arvaukseni on, että asukasmäärä jatkaa kasvuaan ja lähenee 220 000 asukkaan rajaa. Kaupunkirakenne tiivistyy, mutta toisaalta kaupunki myös laajenee, kun uusia asuin- ja työpaikka-alueita rakennetaan. Sähkönkulutus jatkaa kasvuaan muun muassa sähköisen liikenteen myötä, äly ja automaatio sähköverkossa lisääntyy, ja sähköä tuotetaan yhä enemmän pientuotannon kuten aurinkovoimaloiden avulla. Kuitenkin myös perinteisemmät voimalaitokset esimerkiksi Merikoskella ja Laanilassa jatkavat toimintaansa.

Tavoitetilan määrittely – missä halutaan olla vuosikymmenten päästä?

Sähköverkkoyhtiölle kasvava kuormitus tarkoittaa sitä, että verkkoa täytyy vahvistaa ja uusia. Kuormitusennusteiden pohjalta laaditaan ns. tavoiteverkko eli hahmotelma siitä, miltä sähköverkon tulisi näyttää tulevaisuudessa (esim. vuonna 2040), jotta se pystyy vastaamaan kaikkiin ennustettuihin haasteisiin.

Lisäksi tavoiteverkon laadinnassa on huomioitava sähköverkon teknistaloudellinen mitoitus. Tavoiteverkko suunnitellaan niin, että sen elinkaarikustannukset ovat mahdollisimman pienet. Tavoiteverkon on kuitenkin samalla täytettävä myös sille asetetut tekniset sekä turvallisuuteen ja luotettavuuteen liittyvät vaatimukset. Tätä vaikeaa optimointitehtävää kuvaa yhtälö:

Yhtälössä Kinv(t) kuvaa investointikustannuksia vuonna t, Khäv(t) häviökustannuksiavuonna t, Kkesk(t) keskeytyskustannuksia vuonna t, Kkun(t) kunnossapitokustannuksia vuonna t ja T tarkasteluaikavälin pituutta vuosina.

Investointi-, häviö-, keskeytyskustannukset… Muuttujat sähköverkon kehittämisen optimoinnissa

Investointikustannukset ovat kertaluonteisia ja suhteellisen helposti arvioitavissa. Investointikustannuksiin sisältyvät kaikki verkkoinvestoinnin hankintakustannukset, kuten suunnittelu- ja lupakustannukset, rakentamiseen sisältyvät työ- ja materiaalikustannukset sekä rakennuttamis-, kartoitus- ja dokumentointikustannukset. Investointikustannukset muodostavat suurimman osan elinkaarikustannuksista.

Häviökustannuksia, keskeytyskustannuksia ja kunnossapitokustannuksia voidaan kutsua juokseviksi kustannuksiksi, koska ne syntyvät sähköverkon käytön aikana. Näiden juoksevien kustannusten arvioiminen on vaikeampaa kuin investointikustannusten.

Häviökustannuksiin sisältyy sähköverkkoyhtiön verkossa syntyvien häviöiden kattamiseksi ostaman häviösähkön kustannukset. Häviötä syntyy johtojen ja muuntajien kuormitushäviöistä sekä muuntajien tyhjäkäyntihäviöistä.

Keskeytyskustannukset sisältävät sähköverkon keskeytyksistä aiheutuvat kustannukset, kuten menetetyt siirtotulot toimittamatta jääneestä sähköstä, viankorjauskustannukset sekä keskeytyksestä aiheutuneen haitan kustannukset ja korvaukset. Sähkönjakelussa esiintyy sekä odottamattomia keskeytyksiä (häiriökeskeytyksiä) että suunniteltuja keskeytyksiä (työkeskeytyksiä). Odottamattomat keskeytykset aiheutuvat sähköverkon pysyvistä tai ohimenevistä vioista. Suunnitellut keskeytykset taas johtuvat verkon rakennustöistä.

Kunnossapitokustannukset pitävät sisällään sähköverkon kunnossapidosta syntyvät kustannukset, kuten kunnossapidon työ- ja materiaalikustannukset sekä tarkastuskustannukset.

Haasteilta ei vältytä, sillä sähköverkon kehittämisessä kaikki vaikuttaa kaikkeen

Sähköverkon pitkäjänteinen kehittäminen ei ole täysin ongelmatonta tai suoraviivaista. Haasteelliseksi ylläkuvatun optimointitehtävän tekee se, että tyypillisesti yhden komponentin pienentäminen kasvattaa yhtä tai useampaa muista komponenteista. Esimerkiksi investointikustannuksissa säästäminen voi johtaa kaikkien muiden kustannusten (häviö, keskeytys ja kunnossapito) lisääntymiseen. Tämä voisi näkyä asiakkaille muun muassa keskeytysten lisääntymisenä ja sähkön laadun heikkenemisenä.

Kun tavoiteverkko on laadittu ja sen myötä on tiedossa, minkälaisia komponentteja tähän tulevaisuuden sähköverkkoon kuuluu, on jäljellä vielä viimeinen tehtävä, eli investointiohjelman laatiminen. Tässä investointiohjelmassa aikataulutetaan kaikki tavoiteverkon vaatimat sähköverkon komponenttien hankinnat mm. kuormitusennusteiden ja taloudellisten raamien pohjalta.

Investointiohjelman valmistuttua yleissuunnittelussa voidaankin nostaa jalat pöydälle ja seurata tyytyväisinä ohjelman toteutumista vuoteen 2040 asti… Paitsi, että joku lähtötiedoista menee tietenkin muuttumaan ja sen seurauksena koko homma on aloitettava taas alusta.