Tänase elektritööstuse struktuur on laiaulatuslikus muutumises, kuhu on haaratud kõik turuosalised, sh tarbijad ja tootjad. Elektrivõrku lisandub järjest rohkem juhusliku toodanguga elektritootmisseadmeid ja seda nii kõrge- kui ka madalpingevõrgu poolele. Eilsed suur- ning väiketarbijad on täna ühel ajahetkel tootjad ja järgmisel ajahetkel tarbijad.
Viimane tähendab, et energiavood muudavad pidevalt suunda, põhjustades uusi nähtusi elektrivõrgus, millega võrkude planeerimisel ei osatud arvestada. Näiteks on mikro- ja väiketootmise kiire kasv päikeseelektrijaamade näol põhjustanud Saksamaal ülepinge probleeme madalpingevõrkudes.
Muutused ei seisne ainult selles, et tarbijad muutuvad tootjateks, vaid nii kodu-, kommerts- kui ärisektori vaates muutuvad elektrivõrguga liituvad seadmed üha enam automatiseeritumaks. Tööstussektori laialdasem digitaliseerimine ja automatiseerimine suurendab oluliselt tootmisega seotud tehnoloogiliste seadmete, ehk koormuste, juhtimise paindlikkust. Sarnaselt toimub järjest laialdasem hooneautomaatika ja asjade interneti (ingl – Internet of Things – IoT) lahenduste kasutuselevõtt, et tagada lõpptarbija juures kas suuremat mugavust või energia- ja kulutõhusust.
Seega suurimad energiasektorit mõjutavad tehnoloogiad on:
- Hajaressursside areng ja koondumine
- Nõudluskaja ehk tarbimise juhtimine
- Infotehnoloogia laiem kasutamine ja paindlikkus
- Energiakaubanduse ja otseturunduse kiire areng
Mida suurem hulk juhusliku toodanguga seadmeid lisandub, seda raskem on hoida elektri- tootmist ja tarbimist tasakaalus. Suurem juhusliku tootmise osakaal väljendub elektrihinna suuremates kõikumistes ja kasvavates ülekandekuludes. Viimane on tingitud suurematest kadudest ja suurenevast nõudlusest tasakaalustavate elektriliste võimsuste, sh tasakaalustavate elektrijaamade järele. Tasakaalu hoidmine on oluline elektrikvaliteedi ja varustuskindluse tagamisel. Elektrikvaliteet ja varustuskindlus ei väljendu ainult lõpptarbija rahulolus läbi pingekatkestuste või valgustite väreluse puudumise, vaid ka lõpptarbija seadmete riketeta töös ja pikas elueas.
Näiteks selle aasta märtsis avaldas Euroopa süsteemioperaatoreid koondav organisatsioon ENSTO-E pressiteate, kus anti teada, et Mandri-Euroopa elektrisüsteemi sagedus on alates jaanuari keskpaigast olnud 50 Hz asemel 49,996 Hz. Probleemi põhjuseks on Serbia ja Kosovo vaheline tüli elektrivõrkude üle (Kosovo eraldus Serbiast 2008. aastal). Elektrivõrgu mõistes on tegu tõsise probleemiga, kuid tavatarbijale väljendus see enamjaolt tarbeesemete, nagu näiteks ahjude, raadiote, äratuskellade, digitaalsete kellade, mahajäämisega.
Nimelt on elektroonikaseadmetes paljuski mindud kvartskelladelt üle toitepinge sagedusel töötavatele elektroonilistele kelladele. Kuigi kodutarbijatele tähendab elektrisüsteemi sageduse nihe peamiselt mugavuse vähenemist, annab see ilmekalt aimu, kui iseenesestmõistetavaks peetakse tänapäeval stabiilset võrgusagedust.
Energiakaubandus ja selle võimalused
Energeetilise efektiivsuse mõttes on alati kõige otstarbekam see, kui elekter tarbitakse elektritootjale võimalikult lähedal ja siis, kui seda parajasti toodetakse. Nii on võrgu vaates kaod ja seeläbi ka vajadused investeeringuteks (elektrivõrkude tugevdamisse ja tasakaalustavatesse jaamadesse) kõige väiksemad ning võrgu tasakaal kõige paremini tagatud. Selle teostumiseks on vaja uute elektritootmisseadmete ning tarbimise koordineeritud reaalajas juhtimist. Laiaulatuslik automatiseeritus võimaldabki seda järjest madalamal tasemel teostada, nt kodutarbija pistikupesasse ühendatud seadmetes.
Selleks, et elektrivõrku reaalajas kõige tõhusamalt tasakaalustada, tuleks ideaalis täpselt ette teada elektritootmist ja tarbimist. Tootmist ja tarbimist mõjutavad nii ilmaolud kui ka inimeste käitumine, mis väljenduvad lõpuks ka elektri hinnas. Tootva tarbija ehk prosumeri vaates on oluline see, et tema toodetud elekter oleks kõige kallimalt maha müüdud. Täna ei ole väikestel tootmisüksustel majanduslikult otstarbekas liituda elektrituruga otse, sest sellega kaasnevad jooksvad kulud ning ebatäpse ennustamise korral kaasneksid ka trahvid, mis võivad pikendada projektide tasuvusaegasid. Selleks, et turul osalemine oleks majanduslikult tasuv ka väikestele tootjatele ja tarbijatele, on vajalik nii juriidilist kui tehnoloogilist platvormi, mis loob eeldused väiketootmise ja tarbimise koordineeritud ehk agregeeritud juhtimiseks. Agregeeritud juhtimise tehnilisi lahendusi ja tarkvaraplatvorme on kümneid, kuid need kõik koonduvad ühise nimetaja alla, milleks on virtuaalne elektrijaam.
Virtuaalsed elektrijaamad ja nende kasvav roll
Virtuaalne elektrijaam (VEJ) on hajutatud elektritootmise, salvestusseadmete ja elektritarbijate-tootjate elektripaigaldiste kogum, mida juhitakse ühtses juhtimiskeskuses, et parandada majanduslikku tõhusust. VEJ aitab tasakaalustada elektritootmist ja -tarbimist ning katta tipukoormust. Seega aitab VEJ tänu tootjate ja tarbijate agregeeritud juhtimisele vähendada vajadust tipukoormusjaamade järele.
Virtuaalne elektrijaam on olemuselt tarkvaraplatvorm, mille kaudu reguleeritakse selle osaliste vahel energia- ja infovahetust. Kuna virtuaalse elektrijaama osalised on enamasti seadmed, mis on omavahel pidevas andmevahetuses, siis võib virtuaalsete elektrijaamade teket käsitleda IoT rakendusena energeetikas.
Virtuaalsed elektrijaamad lahendavad peamiselt järgmisi ülesandeid:
- Ilma ennustamine tootmise ja tarbimise paremaks ennustamiseks
- Lepingute haldamine, sh energiakaubandus ja arveldamine
- Tehniline ja majanduslik modelleerimine ja planeerimine
- Juhtimise optimeerimine, et tagada suurim majanduslik tulu ja parim elektri kvaliteet
Nii Eesti kui kogu Euroopa kontekstis on VEJ rakendamise majandusmudelis olulisel kohal bilansi- ja süsteemiteenuste ning reservvõimsuste turud. Selleks, et osaleda bilansiturul, peab elektrituruseaduse järgi sõlmima süsteemihalduriga (Eestis Elering) bilansilepingu. Ei ole alust arvata, et Elering peaks keelduma VEJ operaatoriga bilansilepingut sõlmimast, kui kõik bilansihalduritele seatud tingimused on täidetud. Kuna Eestis on reguleerimisreservi miinimumkogus pakkumisel 1 MW, siis tuleks uuel bilansihalduril teha märkimisväärseid investeeringuid reguleerimiseks pakutava võimsuse tekitamiseks. Alternatiivina oleks mõeldav olemasoleva bilansihalduri jaoks VEJ võimekuse tekitamine.
Next Kraftwerke haldab Euroopa üht suurimat jaama
Saksamaal tegutsev Next Kraftwerke opereerib üht Euroopa suurimat virtuaalset elektrijaama Next Pool. Next Pool koondab enda alla enam kui 5100 tootjat ning tarbijat, mille kombineeritud koguvõimsus on üle 4000 MW. Agregeeritult on Next Pool’i ühendatud ressursid piisavalt suured, et osaleda erinevatel elektriturgudel. Ettevõte on sarnase mudeli abil laienenud veel teistesse Lääne-Euroopa riikidesse, nagu Austria, Belgia, Prantsusmaa, Holland jt.
Praktikas näeb Next Pool’is osalemine välja selliselt, et näiteks biogaasil töötavad elektrijaamad või paindliku graafikuga tarbijad reguleerivad oma tööd vastavalt elektrihinnale. Lisaks tagab agregeeritud talitlus ligipääsu reservturgudele, mis võimaldab teenitavat tulu suurendada.
Tootjad ja tarbijad saavad virtuaalse elektrijaama kaudu pakkuda paindlikkust, mille abil tasakaalustada võrgupinge kõikumisi. Sellised funktsionaalsused aitavad aktiivselt kaasa taastuvenergeetika levikule, kuna võimaldavad tasakaalustada taastuvenergiaallikate (näiteks päikese- või tuuleenergia) kõikuvat toodangut ja seda soodsaima hinnaga.
Virtuaalse elektrijaama tuumaks on juhtsüsteem, mis suhtleb virtuaalsesse elektrijaama liidetud seadmetega. Virtuaalse elektrijaamaga liitumiseks paigaldatakse kliendi seadmete juurde Next Box, mis tagab suhtluse kliendi seadmete ning virtuaalse elektrijaama juhtsüsteemi vahel ja optimeerib kliendi seadmete tööd turuhinna järgi.
Virtuaalse elektrijaama operaatoritel on alati teada, kui palju võimsust on teatud ajahetkel saadaval ning millist paindlikkust suudetakse pakkuda reservturgudel. Juhtsüsteem võimaldab reguleerida paindlikke tootjaid ja tarbijaid 15-minutiliste intervallide kaupa.
Uue tehnoloogiaga kaasnevad riskid
Nii nagu kõik uued tehnoloogiad, mis aitavad lahendada olemasolevaid probleeme, toovad need kaasa ka uusi probleeme. Kui elektrivõrgust saab tarkvõrk, kus enamus seadmeid on teistega ühendatud, saab sellest ka haavatav osa riigi infrastruktuurist. Riiklikul tasemel pööratakse sellele juba praegu kõrgendatud tähelepanu ning uute taristute rajamisel vaadeldakse ka küberturvalisuse aspekti. Suured ja strateegilised süsteemid võivad tunduda kõige problemaatilisemad, kuna nende turvaaukude kuritarvitamine võib olla väga suure mõjuga.
Kui elektrivõrgust saab tarkvõrk, saab sellest ka haavatav osa riigi infrastruktuurist.
Kõrgendatud riskiga on kursis ka vastavate süsteemide loojad ning käitajad, mis üldjuhul tähendab, et küberturvalisuse tagamiseks eraldatakse vajalikud vahendid. Oleks naiivne eeldada, et suudetakse luua täiesti turvaline süsteem. Pigem võetakse turvalisuse tagamisel eesmärgiks ehitada süsteem, mille murdmine on sedavõrd ressursikulukas, et selle teostamine ei ole otstarbekas. Nagu ka paljudes teistes valdkondades, on ka siin murekohaks hoopis tavatarbijad.
Üha laiemalt levivaid IoT-seadmeid võib pidada väga suureks turvariskiks ka energeetikas. IoT- seadmete puhul ei ole välja arendatud ühtset standardit küberturvalisuse tagamiseks. Enamike tootjate äriloogika rajaneb seadmete müügil, mis tähendab, et töötatakse valmis tarkvara, seade müüakse maha ning unustatakse. Kui seadme tarkvaras avastatakse turvarisk, siis heal juhul teavitatakse sellest tootja kodulehel, kuid seadme tarkvara uuendamine jäetakse alati kasutaja kohustuseks, mis omakorda päädib sellega, et tarkvara uuendatakse vaid marginaalsel osal paigaldatud seadmetest.
Kui tõmmata paralleele arvutitehnikaga, siis on üheks levinumaks küberrünnakuks hajutatud teenusetõkestamise rünne (ingl Distributed Denial of Service ehk DDoS), kus teatud teenusepakkuja serverile tehakse suurel hulgal samaaegseid päringuid erinevatest allikatest, mis teenusepakkuja serverid üle koormab. Sama loogikat saab rakendada ka elektrivõrkude puhul.
IoT-seadmete massilise leviku korral on täiesti reaalne olukord, kus mõni pahatahtlik inimene hõivab suurel hulgal IoT põrandakütte termostaate ning otsustab need piirkonniti samaaegselt sisse või välja lülitada, tekitades suuri ja järske koormuse nihkeid, mis võivad päädida alajaama kaitseaparatuuri rakendumise, elektrivõrkude või muude seadmete kahjustumisega. Toodud näide on vaid üks võimalikest viisidest, kuidas kehvasti kaitstud IoT-seadmed elektrisüsteemide tööd mõjutada võivad.
Hea teada
Eesti kontekstis virtuaalsetes elektrijaamades tarbimise juhtimise rakendamisega seotud infot ning ennustusi leiab:
https://elering.ee/demand-side-response-source-flexibility
https://elering.ee/tarbimise-juhtimise-aruanne-0
