Mitä on inertia?

Uusiutuvan energian lisääntyminen sekä tuuli- ja aurinkovoiman liittäminen verkkoon tuovat keskusteluun inertian käsitteen. Fingridin vanhempi asiantuntija Minna Laasonen kertoo, mistä on kyse.

Mitä on inertia?

Yleisesti fysiikassa inertia tarkoittaa muutoksen vastustamista ja hitautta. Sähköverkon inertialla viitataan sähköverkossa olevaan liike-energiaan. Tämä energia on sitoutunut voimalaitoksissa ja tehtaissa oleviin koneisiin, jotka pyörivät sähköverkon kanssa samalla taajuudella. Koneiden pyörivä massa tuottaa inertiaa sähköverkkoon.

Inertia on hyvä asia sähköverkossa. Vaihtosähköverkossa taajuuden muutokset kertovat siitä, miten hyvin sähkönkulutus ja -tuotanto ovat tasapainossa kullakin hetkellä. Kun jompikumpi muuttuu, taajuus muuttuu, mutta inertia hidastaa muutosta. Mitä enemmän inertiaa on, sitä hitaammin ja pienempinä sähkönkulutuksen ja -tuotannon muutokset näkyvät taajuudessa.

Miksi inertia pienenee?

Nykytilanteessa sähköverkkoon tulee paljon uusiutuvilla energianlähteillä tuotettua energiaa ja tämä korvaa perinteisten lauhdevoimalaitosten sähköntuotantoa. Tuuli- ja aurinkovoima kytkeytyvät verkkoon ilman pyörivää massaa. Vaikka tuulivoimassakin on pyörivä roottori, tämä ei näy samalla tavalla verkon taajuudessa pyörivänä massana, kuten perinteisillä voimalaitoksilla. Syynä on se, että tuulivoimalan ja sähköverkon välissä on yleensä taajuusmuuttaja, jonka kautta pyörivän massan liike-energia ei automaattisesti siirry sähköverkkoon taajuuden muutostilanteissa. Perinteisillä voimalaitoksilla, kuten esimerkiksi ydinvoimalassa, pyörivän massan määrä on suuri ja se on suoraan yhteydessä sähköverkkoon, ja näin kasvattaa sähköverkon inertiaa.

Inertia pienenee myös tilanteissa, joissa sähköä tuodaan paljon tasasähköyhteyksien kautta Pohjoismaihin ja tällä korvataan perinteisin tavoin tuotettua sähköä.

Mitä seurauksia inertian pienenemisellä on?

Kun inertia pienenee, äkilliset sähkönkulutuksen tai -tuotannon muutoksen aiheuttamat taajuuden muutokset ovat nopeampia ja isompia. Tämän vuoksi taajuuden pitäminen sen normaalilla vaihtelualueella on haasteellisempaa.

Jos esimerkiksi suuritehoinen voimalaitos irtoaa sähköverkosta pienen inertian tilanteessa, on vaarana, että taajuus sukeltaa liian nopeasti alas, ja sen korjaamista joudutaan yrittämään radikaalein toimenpitein. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että sähkönkulutusta kytketään nopeasti isolta alueelta pois. Tähän emme halua turvautua tavanomaisissa sähköverkon häiriöissä, kuten yksittäisen voimalaitoksen tai voimajohdon irrotessa vian seurauksena verkosta.

Miten tilanne voidaan ratkaista?

Tällä hetkellä pienen inertian tilanteessa taajuuden muutoksia hallitaan niin, että rajoitetaan tähän johtavan mahdollisen tehomuutoksen suuruutta. Käytännössä tämä on kuluneena kesänä toteutettu niin, että pohjoismaisen sähköverkon suurimman voimalaitoksen, Ruotsin Oskarshamn 3 -ydinvoimalan tuotantotehoa on pienennetty 100 MW, kun inertia on laskenut liian alas.

Tulevaisuudessa tavoitteena on saada käyttöön nykyistä nopeammin reagoivaa reservitehoa, joka aktivoituu mahdollisten vikojen aikana. Tämä on nykyistä käytäntöä parempi tapa ratkaista pienen inertian tilanne, koska reservitehon aktivoiminen tehdään vain, jos vika sattuu. Nykyisessä käytännössä voimalaitostehoa lasketaan varmuuden varalta, vaikka vikaa ei lopulta sattuisikaan pienen inertian tilanteessa.