Choose your region and language

Go

Menu

Perspective 24-08-2022

9 min read

Offshore-siirtoverkot: energiasiirtymän seuraava merkkipaalu

Euroopan unionin Pohjanmeren maat lupasivat hiljattain rakentaa yli puolet merituulikapasiteetin edellyttämistä alueista vuoteen 2050 mennessä EU:n ilmastoneutraaliustavoitteen saavuttamiseksi. Tavoite muuttaa Pohjanmeri uusiutuvaa energiaa tuottavaksi voimalaksi pohjautuu ajatukseen, että valtiot hyödyntäisivät yhdessä merialueen tuuliresursseja. Näin ne pääsisivät hyötymään yhteenlinkitetyn puhtaan sähkön tuomista eduista. Näin monimutkaista verkkoa ei ole vielä suunniteltu tai rakennettu. Senpä vuoksi herääkin kysymys, miten yhteenkytketyt offshore-siirtoverkot voisi todellisuudessa toteuttaa niin teknisestä kuin taloudellisesta näkökulmasta.

Sandy Mactaggart sekä Hitachi Energyn Grid Integration -liiketoimintayksikön johtaja Niklas Persson keskustelevat yhteen kytkettyjen offshore-verkkojen kehittämisestä. Mactaggart on SSEN Transmissionin Offshore Delivery -liiketoimintayksikön johtaja. Yhtiö omistaa Pohjois-Skotlannin sähkönsiirtoverkon. Sekä Mactaggartilla että Perssonilla on molemmilla aiheesta kokemusta, sillä yritykset olivat yhdessä rakentamassa usean aseman HVDC (suurjännitteinen tasavirtatekniikka) -järjestelmää yhteen Euroopan lippulaivaprojekteista Skotlannissa. Heidän mielestään offshore-verkot ovat elintärkeitä uusiutuvan energian hyödyntämisessä ja resurssien talteenotossa. Heistä kokonaisvaltainen suunnittelu on tehokkainta, kun se on aloitettu mahdollisimman aikaisessa vaiheessa kaikkien sidosryhmien kanssa. He ovat myös sitä mieltä, että useamman valtion yhdistävä HVDC-verkko on teknisesti mahdollinen ja että koko energiansiirron toimitusketjun on puututtava nykyisiin hinnanvaihteluihin ja materiaalien saatavuuteen liittyviin riskeihin.

Perspective

Offshore grids: The energy transition’s next frontier

Yhteinen lähestymistapa

Mitä hyötyä on projektin kehittäjien ja teknologiatoimittajien vahvoista suhteista energiasiirtymään liittyvissä projekteissa?

Tärkein pitkäaikaisten suhteiden ja
yhteisen lähestymistavan hyöty on, että suunnitelmamme toteutetaan niin, että
toimintaa ja riskejä hallitaan yhdessä.

Sandy Mactaggart (S.M.), SSEN Transmission

Etenkin nykyisessä toimintaympäristössä, jossa resursseja on vähän ja aikataulut ovat tiukkoja, teemme mahdollisimman paljon yhteistyötä toimitusketjumme kanssa. Tässä yhteistyössä keskitytään siihen, miten meistä jokainen voi hyödyntää vahvuuksiaan ja miten riskejä hallitaan niin, että projektin kehittäminen ja toimittaminen etenevät tuottavasti.

Niklas Persson (N. P.), Hitachi Energy: Olen täysin samaa mieltä Sandyn kanssa, ja yhteistyö pätee erityisesti HVDC-tekniikkaan. Siihen liittyvät suunnitteluprosessit ovat hyvin erityisiä, kun niitä verrataan vaikkapa tavallisiin merellä sijaitseviin AC-sähköasemiin, joissa käytetään vuosikausien vakioinnin myötä kehitettyjä perusmallisia liittymiä. HVDC-järjestelmissä taas hyödynnetään yhteistyöhön perustuvaa suunnitteluprosessia läpi koko projektin. Olemme tehneet yhteistyötä Sandyn ja hänen tiiminsä kanssa, joten tiedostamme toistemme vahvuudet ja heikkoudet. Keskustelemalla ja sopimalla selviää, kuka on paras huolehtimaan mistäkin osa-alueesta, ja näin pystymme poistamaan riskit koko toteutusprosessissa.

Tämä lähestymistapa säästää aikaa, ja aikaahan ei ole hukattavaksi vihreän energiasiirtymän edistämisessä. Yhteistyö on kaiken a ja o, jotta pystymme tekemään enemmän käytettävissä olevassa ajassa.

Offshore wind Farm North Sea Perfect weather

Miten projektin kehittäjät ja teknologiatoimittajat pystyvät parhaiten tekemään yhteistyötä suunnitelmien toteuttamiseksi, kun huomioidaan nykyiset toimitusketjun pullonkaulat?

S. M.: Siirtoverkkoyhtiönä meillä on aina tiukat aikataulut. Minusta ohjelmakohtainen toiminta tuo valtavasti mahdollisuuksia pelkkien yksittäisten projektien tarkastelun sijaan. Iso-Britanniassa hyvänä esimerkkinä on kansallisen verkon kokonaisvaltaista suunnittelua koskeva julkaisu. Se tekee kaikesta paljon helpompaa ja auttaa välttämään pullonkauloja. Näin pystymme suunnittelemaan toimet mahdollisimman tehokkaiksi. Aiemmin tarkastelimme usein yksittäisiä projekteja ja niiden erityispiirteitä ja aikatauluja.

Etenkin toista HVDC-projektiamme toimitettaessa löysimme keinoja tehokkuuden parantamiseen, kun mietimme aidosti välttämättömiä aikatauluja ilman, että kumpikaan osapuoli olisi alttiina ylimääräisille riskeille. Ohjelmakohtaisuus edistää parempia suunnittelu- ja aikataulutustapoja ja niiden käyttöönottoa myös tulevissa projekteissa.

N. P.: Meitä Hitachi Energyllä on pyydetty aiemmin tekemään teknistä suunnittelua, hankintaa ja rakentamista (EPC). Kun kansainvälisillä markkinoilla oli tarvetta vain muutamalle HVDC-projektille, pystyimme joko yhdistämään voimamme yhteistyökumppanin kanssa tai hoitamaan rakennustyöt itse. Nyt markkinoilla on tilausta huomattavasti useammalle projektille, joten meidän on mietittävä, miten pystymme laajentamaan toimintaamme parhaiten. Tämä koskee omia tehtaitamme, joissa valmistamme esimerkiksi muuntajia, puolijohteita, ohjaus- ja suojauslaitteita sekä jäähdytysjärjestelmiä. Sama pätee suunnittelutiimeihimme, sillä olemme tällä alueella erittäin houkutteleva työnantaja. 

Koska meidän on laajennettava toimintaamme, olemme muuttaneet lähestymistapaamme projekteihin. Nyt käytämme enemmän ohjelmia ja vakioituja liityntöjä. Myös jokainen yhteistyökumppanimme keskittyy niiden riskien ottamiseen, joihin heillä on parhaat lähtökohdat, sekä toteuttamiseen tarvittavan valmiuden kasvattamiseen. Tämä on ehdottoman tärkeää jatkossa.

Tulevaisuus on merellä

Ovatko yhteenliitetyt offshore-verkot mahdollisia? Mikäli ovat, mitkä ovat niiden hyödyt?

S.M.: Offshore-verkkojen kysyntä kasvaa, ja ne ovat ehdottoman tärkeitä vihreän siirtymän tulevaisuudelle.

Tulee miettiä offshore-verkkoihin liittyviä haasteita lainsäädännön, tekniikan ja toimitusten näkökulmista. Siirtoverkkoyhtiönä olemme ottamassa tärkeitä askeleita kohti offshore-verkkoa. Tällä hetkellä olemme toimittamassa Shetlandinsaarille HVDC-projektia yhdessä Hitachi Energyn kanssa. Kyse on usean aseman projektista, joka yhdistää Shetlandinsaaret ensimmäistä kertaa muun Ison-Britannian verkkoon. Euroopan mittakaavassa tämä on todella merkittävä lippulaivaprojekti.

Rakennusluvista ja hyväksynnistä on tulossa todellinen haaste suorissa yhteyksissä etenkin Iso-Britanniassa. Siksi tutkimmekin mahdollisuutta rakentaa tasavirtakytkinasema Peterheadin alueelle Aberdeenshiressa. Olemme erittäin luottavaisia usean tasavirtalinkin tekniikkaan, jonka toteutamme Shetlandinsaarten projektissa. Se on tärkeä ensiaskel kohti yhdistettyjä offshore-verkkoja. Jatkossa on ratkaistava vielä joitakin haasteita, mutta offshore-verkkojen tarpeellisuudesta ei ole epäilystä.

N. P.: Ensin on sovittava rakenteesta Miltä yhdistetyt offshore-verkot näyttävät, ja millainen sääntelykehys niitä koskee? Miten päätetään, kuka saa tuotetun energian ja milloin? Miten projektin kehittäjät saavat tuloja? Näihin kysymyksiin on löydettävä ratkaisu ennen tekniikan käyttöönottoa. Meidän on myös päätettävä, millaista yhteistyötä laitevalmistajien (OEM) kanssa tehdään, jotta pystymme varmistamaan eri tekniikoiden saumattoman integraation.

Teknisesti olemme luottavaisia offshore-tasavirtaverkkojen suhteen. Niitä on tutkittava ja kehitettävä lisää, mutta teknisellä puolella mikään ei estä niiden
toteuttamista

Mitkä tekniset ja muut haasteet on voitettava, jotta visio yhdistetystä offshore-verkosta voisi toteutua?

S. M.: Uusiutuvien energianlähteiden ja HVDC-linkkien määrän lisääntyminen luovat merkittäviä haasteita siirtojärjestelmälle ja sen suunnittelulle. Samalla tietysti verkon suunnitteluun ja toimitukseen vaadittava osaaminen ja valmiudet lisääntyvät jatkuvasti. Edelleen todellisena haasteena on kuitenkin resurssien saatavuus. Jotta verkko oikeasti toimisi meidän, laitevalmistajien, toimittajien ja kehittäjien yhdessä tavoittelemassa laajuudessa, meistä jokaisen on kasvatettava valmiuksiamme ja resurssejamme. Minusta tämä edellyttää keskustelua siitä, miten voisimme yhdessä luoda alalle resurssivirtaa.

N. P.: Teknologiatoimittajana uskomme, että meillä on kaikki tarvittavat työkalut yhdistettyjen offshore-verkkojen luomiseen. Jos suunnittelisimme sellaisen, se perustuisi monikäyttöisiin yhdysjohtoihin ja muutamiin tasavirtakatkaisijoihin. Verkon toteuttaminen edellyttää valtavasti näitä osia sekä kaltaisiamme yrityksiä ja laitevalmistajia, jotka yhdessä vastaisivat verkon teknisestä puolesta. Jos vain odotamme standardien ottamista käyttöön, aikaa kuluu liikaa. Minusta meidän on löydettävä muutama pilottihanke ja vain ryhdyttävä toimeen.

En ole huolissani siitä, että tekniikka pettäisi. Pelkään sitä, että hukkaamme vain aikaamme standardien odotteluun. Yhdistettyjen offshore-verkkojen kehittäminen edellyttää poliittisia toimia. Se edellyttää siirtoverkkoyhtiöitä ja projektin kehittäjiä, jotka tarttuvat haasteeseen.

300000

Tuulivoimasektorin tarvitsema työntekijöiden määrä.

Haasteista puheen ollen WindEurope arvioi, että alalla – siirtoverkkoyhtiöt, sääntelyelimet, laitevalmistajat ja kehittäjät – ja koko Euroopassa tarvitaan vähintään 300 000 työntekijää, jotta tarvittavat työt pystytään hoitamaan. Pystymme toki houkuttelemaan työntekijöitä öljy- ja kaasuteollisuuden puolelta ja muilta teollisuuden aloilta, mutta töitä on valtavasti. On suunniteltava koulutuspuoli ja saatava yliopistot mukaan, jotta ala alkaisi kiinnostaa. Tällä alalla on loistava tarkoitus, eikä sellaista nykyaikana voita mikään. Me voimme asemoida alamme uudelleen, mutta se edellyttää voimien yhdistämistä niin Euroopan unionin kuin yksittäisten valtioidenkin tasolla. Vain siten pystymme panostamaan siihen, että osaajat kiinnostuvat alasta. Tämä on todellinen haaste. Jos haluamme laajentaa toimintaamme nopeasti, meidän on pakko houkutella alalle valtavasti uusia kykyjä.

abb hvdc kriegers flakcgs site bentwisch 2019-11-13
Foto Jonas Bilberg

Ytimessä HVDC-tekniikka

Olette päättäneet käyttää HVDC-kaapeleita Caithness-Moray-Shetland (CMS) -projektissa. Miksi valitsitte tämän tekniikan?

S. M.: Etäisyyksien ja energiansiirtovaatimusten vuoksi. ESOn kokonaisvaltaista verkkosuunnittelua koskeva julkaisu vahvistaa, että teimme oikean päätöksen CMS-projektissa käytettävästä tekniikasta. Shetlandinsaarilla siinä on järkeä, koska HVDC-yhteyden tuomat hyödyt ovat paljon suuremmat kuin vain Shetlandinsaarten yhdistäminen Ison-Britannian mannerverkkoon. Samalla saarille saadaan lisää kuitua ja toimitusvarmuus paranee. Nämä ratkaisut eivät olleet mahdollisia vaihtovirtajärjestelmässä. Tämä on todella keskeinen projekti, joka auttaa Skotlantia ja Isoa-Britanniaa siirtymään nollanettopäästöihin. Sen avulla voimme hyödyntää Pohjois-Skotlannin valtavia uusiutuvia luonnonvaroja ja toimittaa tätä puhdasta sähköä kulutuskeskittymiin kaikkialla Britanniassa.

Mitä haasteita liittyy siihen, että mantereella tuotettu uusiutuva energia yhdistetään siirtoverkkoon?

S. M.: Saatavilla olevat yhteydet kiinnostavat tällä hetkellä valtavasti, eikä kyse ole vain mantereella ja merellä tuotetusta tuulivoimasta. Vedyn käyttö, akkuvarastot ja hiilidioksidin talteenotto ovat lisääntyneet merkittävästi, joten monissa strategisesti tärkeissä projekteissa halutaan rakentaa infrastruktuuria samankaltaisille alueille. Lähitulevaisuudessa alueella riittää kuhinaa.  Lisähaasteena on se, miten lupaviranomaiset pystyvät vastaamaan lisääntyneeseen kysyntään ja miten he pystyvät tekemään kokonaisvaltaisia suunnittelupäätöksiä, vaikka heillä ei ole täyttä varmuutta siitä, milloin sijoituspäätökset tehdään. Heillä on kovat paineet.

Aikataulutus on suunnitteluohjelmien keskeisimpiä asioita. Annan yhden esimerkin. CMS-projektia hoitava tiimimme teki tiivistä yhteistyötä Viking-tuulivoimapuistoa kehittävän SSE Renewable Energy -tiimin kanssa logistiikan ja kuljetusten koordinoinnissa Shetlandinsaarille, sillä työntekijöitä oli yhteensä lähes 400 yhdellä pienellä saarella. Majoitus ja matkustus olivat melko iso osa projektia, joten teimme yhteistyötä suunnitteluvaiheessa, jotta projektin vaikutus paikallisyhteisöön pysyisi mahdollisimman pienenä.

N. P.: Kokonaisvaltainen suunnittelu on avainasemassa. Yleensä rakennuslupa on helpompi saada merelle kuin mantereelle, joten lupaprosessi ja yhteistyö paikallisviranomaisten ja myös paikallisten asukkaiden kanssa kannattaa aloittaa ajoissa. Juuri näin on tehty Iso-Britanniassa kokonaisvaltaisen verkkosuunnittelun myötä, ja se on todella iso harppaus eteenpäin. Meille teknisenä laitevalmistajana tällainen tuki on keskeisessä osassa kaikkea suunnittelua, koska silloin tiedämme, että meillä on mahdollisuus päästä avainkumppaniksi. Se taas kannustaa meitä investoimaan.

Toinen haaste on sähköverkon kapasiteetti, jota on kasvatettava ja jonka on joustettava niin, että yhä useampien uusiutuvien energianlähteiden integrointi on mahdollista.

Pystymme vastaamaan näihin vaatimuksiin ottamalla käyttöön modulaariset ja älykkäät verkkoliitännät, joiden rakenne on vakioitu. Näin pystymme nopeasti kasvattamaan verkon kapasiteettia laadusta tinkimättä. Sähkön laadun ratkaisut auttavat vahvistamaan olemassa olevaa infrastruktuuria ilman uusia siirtolinjoja. Lisäksi kattava valikoima digitaaliratkaisuja, joissa edistyksellinen analytiikka, energianhallintaohjelmisto ja laitteistojärjestelmät on yhdistetty akkuvarastoihin, auttaa hallitsemaan energian tuotannon ja kulutuksen vaihteluja.

Source: SSEN Transmission
Source: SSEN Transmission

Minne muualle kuin Pohjanmerelle voitaisiin kehittää yhdistettyjä offshore-verkkoja?

N. P.: Seuraavien kymmenen vuoden aikana yhdistettyjen siirtoverkkojen määrä kasvaa Euroopassa. Eurooppa on edistyksellisempi ainakin tasavirtatekniikan käyttöönotossa, ja Pohjanmeri on oiva paikka yhdistettyjen offshore-siirtoverkkojen kehittämiseen. Muilla alueilla käytetään tällä hetkellä enemmän säteittäisiä yhdysjohtoja tuotetun energian siirtämiseen mantereelle. Jos muistelemme nykyisen sähköjärjestelmän uusimista koskevia aiempia suunnitelmia - on ehdotettu HVDC-ratkaisujen käyttöä sähkön tuomiseen Eurooppaan Afrikasta tai Singaporeen Australiasta.

Uskon vakaasti, että olemme uuden aikakauden alussa kestävän sähköinfrastruktuurin luomisessa, ja että HVDC-tekniikka tulee olemaan kaiken keskiössä.

Mikä rooli HVDC-tekniikalla on uusiutuvien energianlähteiden integroinnissa?

N. P.: HVDC-tekniikkaa käytettiin alkuun siirrettäessä sähköä pitkiä matkoja, ja sillä on ollut merkittävä rooli vesivoimaloiden kaltaisten syrjäisten tuotantolaitosten yhdistämisessä kuormituskeskuksiin. Offshore-tuulivoimaloiden myötä HVDC-tekniikka todella nousi arvoonsa. HVDC yhdistää verkkoon suuremmat määrät uusiutuvaa energiaa, mutta sen avulla sähkö on myös paremmin hallittavissa. Tekniikka varmistaa taajuuden ja jännitteen säädön, black start -käynnistyksen ja sähkön laadun parantamisen, joten sen hyöty ei ole enää vain perinteisessä sähköenergian massasiirrossa. Nyt se takaa alan joustavimman tekniikan sähkönjakelun ja sähkönlaadun hallintaan aiempaa monimutkaisemmissa energiajärjestelmissä. Koska tekniikka on skaalattavissa sähköenergian osalta tehoelektroniikan ja modulaarisen suunnittelun kehittyessä ja koska siinä hyödynnetään usean aseman konseptia, HVDC todella vauhdittaa uusiutuviin energianlähteisiin siirtymistä ja niiden saumatonta integrointia.  

Seuraavaksi aiomme yhdistää suurkaupunkien kuormituskeskukset kysyntäkeskittymien ulkopuolella sijaitseviin tuotantolaitoksiin. Ongelmana suurissa kaupungeissa on se, että suunnittelulupia on lähes mahdotonta saada. Siksi kaapelin johtaminen kuormituskeskittymistä vaikkapa kaupungin ulkopuolella sijaitsevaan aurinkopuistoon on HVDC-tekniikan hyödyntämistä parhaimmillaan. 

Energiasiirtymässä HVDC-tekniikan tärkeimpiä käyttötarkoituksia on merellä toimivien öljyn- ja kaasunporauslauttojen yhdistäminen mantereelle korvaamaan paikallista tuotantoa porauslautoilla, joista syntyy tyypillisesti suuret päästöt. Näin on tehty jo Pohjanmerellä Norjan merialueella, mutta kiinnostus tekniikkaa kohtaan kasvaa jatkuvasti myös muualla. 

Haasteiden voittaminen

Mitkä haasteet on voitettava, jotta suunnitelmat toteutuvat?

S. M.: Suurimmat haasteet tällä hetkellä liittyvät nykytilanteen epävarmuuteen. Vastaavaa ei ollut vielä vuosi sitten.

Yleensä riskejä pohdittaessa keskitymme lainsäädännöllisiin tai poliittisiin riskeihin, jotka usein ratkeavat yhteistyöllä. Nyt edessä on kuitenkin uusia, akuutteja ongelmia, kuten hintojen epävarmuus sekä materiaalien ja työvoiman saatavuus.

Meidän on etsittävä aktiivisesti ratkaisua näihin ongelmiin ja keksittävä keinoja varmistaa, että ne eivät estä toimituksia ja energiasiirtymän edellyttämää toimintojen kasvattamista.

N. P.: Energiasiirtymän vauhdittamisen haasteet ovat muuttuneet valtavasti kuluneen vuoden aikana. Eniten minua huolettavat hyödykkeiden ja materiaalien hinnat. Tällä alalla projektin eteneminen toteutukseen voi kestää kahdesta viiteen vuotta, ja sen jälkeen valmistuminen voi viedä vielä toiset viisi vuotta. Miten me alana pystymme hallitsemaan kustannuksia näin pitkällä aikajanalla ja panostamaan riskien vähentämiseen sen sijaan, että hinnoittelisimme ne jokaiseen vaiheeseen? Se minua huolettaa. Meidän on jatkettava yhteistyötä ja varmistettava, ettemme ajaudu ahneuden synnyttämään inflaatioon, ”greedflation”-ilmiöön, jossa koko tuotantoketju nostaa turhaan hintoja hyötyäkseen heikosta tarjontatilanteesta. 

S. M.: Olen täysin samaa mieltä. Meidän hyötymme on siinä, että meillä on pitkäaikaiset suhteet koko toimitusketjumme kanssa, jossa jokainen aidosti haluaa jatkaa liiketoimintaansa vielä seuraavat viisi, kymmenen tai jopa kaksikymmentä vuotta.  Osa Niklasin mainitsemista riskeistä on hyvinkin todellisia. Meidän on löydettävä varmuutta ja vakautta hinnoitteluympäristössä, jossa tilanteet voivat muuttua hyvinkin merkittävästi. Hyvänä esimerkkinä on vaikkapa öljyn hinta kuluneen vuoden aikana. Omalta osaltamme voimme kuitenkin varmistaa, että hyödynnämme vahvuuksiamme, vähennämme riskejä ja mietimme tapoja vastata kustannusten epävarmuuteen liittyviin riskeihin. 

Mikä henkilökohtaisesti motivoi työskentelemään energiasiirtymän parissa?

S. M.: On suuri etuoikeus olla mukana suunnittelemassa ja toteuttamassa, ei ainoastaan Skotlannin ja Britannian tavoitteita, vaan vastaamassa kansainvälisiin nollanettopäästöihin liittyviin vaatimuksiin. Henkilökohtaisesti tämä on huikea mahdollisuus rakentaa tiimiä, joka työskentelee näin innovatiivisella alueella.

On todella innostavaa ja palkitsevaa olla osa jotakin sellaista, joka edellyttää tiettyä tahtia ja jossa muutetaan yhdessä perinteistä ajattelumallia strategisen ongelmanratkaisun keinoin. 

Haaste on iso, mutta meidän on myös mietittävä historiaa ja kaikkea sitä, mitä olemme saavuttaneet, jotta löydämme oikean suunnan ja tarkoituksen tulevaisuutta ajatellen. 

N. P.: Olen Sandyn kanssa samoilla linjoilla. Tuntuu upealta tehdä yhteistyötä ja olla mukana ratkaisemassa energiasiirtymää. Työssäni ei ole ollut yhtään tylsää päivää. Mitä pidempään olen alalla, sitä innostavammaksi kaikki muuttuu.

Source: SSEN Transmission
Source: SSEN Transmission