Tuotannon ja kulutuksen ennustaminen tulevaisuuden sähköenergiajärjestelmissä : 15 minuutin aikaresoluutioon siirtyminen

Abstract

Sähkön kulutuksen ja tuotannon tasapainottaminen on tärkeä aihe teknologian näkökulmasta. Ongelmat pohjautuvat sähköenergiajärjestelmän luonteeseen, sillä sähkön varastoiminen on erittäin hankalaa, kun on kyse suurista määristä. On siis tärkeää, että sähköä tuottavilla tahoilla on jonkinlainen käsitys siitä, kuinka paljon sähköä tarvitaan kulutettavaksi seuraavana päivänä. Siihen kuinka paljon sähköä kuluu vuorokauden aikana vaikuttaa moni yksittäinen tekijä. Sähkönkulutukseen kotitalouksissa vaikuttavat esimerkiksi asukaslukumäärä, asukkaiden aktiviteetit, kodin elektroniikka, mutta myös ympäristötekijät, kuten ulkolämpötila, ilmankosteus ja auringonpaiste. Sähkönkulutukseen vaikuttaa myös sähkömarkkinoilla vallitsevat energiahinnat ja sähkömarkkinaa säätelevät lait. Nämä monet tekijät määrittävät sen, miten kuluttajat ovat tottuneet sähköä käyttämään. Näiden tekijöiden avulla kulutusta pyritään ennustamaan erilaisin metodein. Lisäksi sähkönkulutukseen vaikuttavat sääolosuhteet ja kulutustottumukset. Sellaisille henkilöille, joilla on pörssisähkösopimus, voi myös spot-hinta vaikuttaa kulutukseen. Siksi tässä diplomityössä tutkitaan pääasiallisesti lyhyen aikavälin kulutuksen ennustamista. Myös työn alaotsikko ”15 minuutin aikaresoluutioon siirtyminen” viittaa siihen, että työssä on kiinnostuttu lyhyen aikavälin sisällä tapahtuvista muutoksista. Euroopan komission linjauksen 2017/2095 mukaan jokainen Euroopan Unionin jäsenmaa oli velvollinen siirtymään 15 minuutin taseselvitysjaksoon vuoden 2020 loppuun mennessä. Monissa maissa on kuitenkin jouduttu lykkäämään käyttöönottoa myöhemmäksi käytännöllisten tai teknologisten ongelmien takia. Esimerkiksi Suomessa 15-minuutin tase otetaan näillä näkymin käyttöön vasta vuonna 2023. 15-minuutin tase tulee vaikuttamaan sähköenergiajärjestelmiin yleisesti, mutta erityisesti vaihtelevan tuotannon osalta. Tasejakaumissa esimerkiksi aurinkovoiman osalta voi tapahtua 15 minuutin aikana suurtakin heilahtelua, kun kokonainen aurinkovoimala jää hetkittäisesti pilvirykelmän takia ilman tuotantoa. Tämän työn tarkoituksena on tutustua joihinkin ennustusmenetelmiin ja analysoida, miten 15-minuutin taseeseen siirtyminen tulee vaikuttamaan kulutuksen ja tuotannon ennustamiseen sekä ennustusparametreihin eri aikaresoluutioilla. Keskihajontoja ja poikkeamia tutkimalla analysoidaan datassa esiintyviä muutoksia eri taseselvitysjaksoilla. Sekä tuulivoimatuotannon että aurinkovoimatuotannon havaittiin olevan vaikeasti ennustettavaa. Kummankin tuotantomuodon tunti- ja 15-minuutin keskiarvojen välille syntyi merkittäviä poikkeamia, jotka voivat vaikeuttaa myytävän sähköenergian hinnan määrittämistä. Keskihajonnat kuvastivat hyvin tuotantomuotojen vaihtelevuutta ja epävarmuutta.