Digitaalinen kaksonen auttaa Porvoon Energiaa hallitsemaan lämmöntuotannon murrosta

Porvoon Energian liiketoimintapaletti on laaja – yhtiöllä on kaukolämmön ohella sähkönmyynti- ja sähköverkkoliiketoiminta, minkä lisäksi yhtiö on tehnyt yksittäisiin asiakaskohteisiinsa myös energiasaneerauksia.

Lämmön ja tuotannon päällikkö Ari Raunio sanoo, että vaikka koko ala on ollut viime vuodet murroksessa, Porvoossa muutos on lähtenyt liikkeelle jo huomattavasti aikaisemmin.

”Vuonna 2014 lämmöntuotantomme oli käytännössä kokonaan biopohjaisia polttoaineita, eli periaatteessa polku pois fossiilisista oli jo meidän osaltamme käyty” Raunio sanoo. ”Samalla aloimme miettiä seuraavia askeleita eteenpäin, sillä vanhempi voimalaitoksemme on tulossa tiensä päähän. Kaukolämpöalalla on nähtävissä tuotannon vahva sähköistyminen ja tämä koskettaa myös meitä.”

Vuonna 2018 yhtiössä tehtiin selvitys siitä, millaista kaukolämmöntuotanto voisi olla Porvoossa vuonna 2035. Selvityksen alussa tärkeimpänä oli lämmöntuotannon varmistaminen kaikissa tilanteissa.

”Lähdimme rakentamaan lämpövarastoa, joka valmistui koronan alla vuonna 2020. Vuonna 2022 lämpövarasto tuli todella tarpeeseen Ukrainan sodan ja energiakriisin myötä”, Raunio sanoo.

Tässä vaiheessa yhtiöllä oli työpöydällään jo monia eri tuotantovaihtoehtoja, kuten hukkalämpöjen hyödyntämistä ja lämpöpumppuja. Yhtenä erikoisuutena löytyy myös kaukolämmön paluupuolen hyödyntäminen koulukohteen lämmittämisessä.

”Muuttujia oli ja on edelleen kaukolämmön tuotannossa paljon. Tämän monimutkaistumisen myötä tarvitsimme ulkopuolista osaamista, ja tässä Gradyent valikoitui kumppaniksemme”, Raunio sanoo.

Useat lämmönlähteet digitaaliseen kaksoseen

Erilaisten tuotantotilanteiden simulointitarve oli yksi syy, joka ohjasi Gradyentin valintaan ja pian myös reaaliaikaisen digitaalisen kaksosen luontiin. Gradyent tuki Porvoota kartoittamaan tarjolla olevia hukkalämmönlähteitä sekä kohteita, joissa voitaisiin hyödyntää paluulämpöjä mahdollisimman tehokkaasti.

”Tämä kehitys istuu hyvin yhtiön visioon, mutta tarve tulee myös toimintaympäristön muutoksesta, johon meidän piti sopeutua”, Raunio pohtii.

Yhtiö hakee tällä hetkellä isohkoa, 30 MW hukkalämmönlähdettä, joka korvaisi eläköityvän lämpölaitoksen vuoteen 2030 mennessä.

”Onko se sitten vetylaitos vai datakeskus, tähän en vielä osaa vastata”, Raunio lisää. ”Meillä ei ole tällä hetkellä verkon lähettyvillä sellaista teollisuutta, jonka hukkalämpöjä voisimme tehokkaasti hyödyntää.”

Kokonaisuus on monimutkainen verrattuna perinteiseen malliin, jossa on yksi pistemäinen voimalaitos, joka syöttää lämpöä koko verkkoon.

”Perinteisessä mallissa paineita ja lämpötilatasoja on suhteellisen helppo hallita. Uudenlaisessa kaukolämmön tuotannossa eri puolilla verkkoa on erilaisia lämpötila- ja painetasoja, sekä eritasoisia lämmönlähteitä”, Raunio sanoo. ”Onhan toki ennenkin ajettu kovilla pakkasilla varalaitoksia, mutta ne ajavat samalla profiililla kuin päälaitos. Nyt verkon jokainen lämmönlähde on uniikki.”

Gradyent on operaattorin oikea käsi

Vaihtoehtoisia ajotapoja on niin paljon, että Gradyentin digitaalisen kaksosen kaltainen työkalu on välttämätön. Operaattorin näkökulmasta haastavinta on perinteisesti ollut varmistaa, että paineet ja lämmöt riittävät kaikissa kohdissa verkkoa. Lähes reaaliajassa päivittyvän tiedon määrä on niin suuri, että operaattorin on vaikea suoriutua omasta työstään parhaiten joka päivä ilman Gradyentin digitaalisen kaksosen kaltaista, fysiikkaan perustuvaa työkalua.

”Toisaalta optimaalisin ajotapa voi poiketa ennusteesta. Operaattorilla tulee olla ajantasainen kuva verkosta ja sen toiminnasta”, Raunio sanoo. ”Porvoon Energian tuotantolaitokset ovat myös synkronoitumassa Gradyentin työkaluun. Näkymä tuotannosta tai verkon tilasta ei yksinään riitä, vaan näiden kahden täytyy keskustella keskenään.”

Toisin kuin alun perin suunniteltiin, uudet tuotantomuodot eivät ole tulossa portaittain vaan melkeinpä kaikki yhtä aikaa Porvoon Energian kaukolämmön tuotantoon. Yhtiöllä on edessään talvi uusilla laitteilla ja tuotantomuodoilla.

”Jos mietitään selvitystämme vuonna 2018, mitä onkaan tapahtunut tuon vuoden jälkeen?”, Raunio kysyy ja naurahtaa. ”Vuodesta 2019 alkaen olemme eläneet eräänlaista poikkeustilaa yhtäjaksoisesti. Mikään ei ole edennyt kuten suunnittelimme selvityksemme valossa.”

Porvoon Energia ja Gradyent aloittivat yhteistyön vuonna 2023 – aluksi erityisesti suunnittelupuolella, jossa Raunio sanoo syntyneen hyviä oivalluksia.

”Simuloinnista on erityisesti ollut hyötyä, kun olemme tutkineet verkon ominaisuuksia ja käyttäytymistä erilaisissa ajotilanteissa”, Raunio sanoo. ”Gradyentin työkalut ovat antaneet varmuutta, että olemme menossa kehitystyössä oikeaan suuntaan.”

Gradyentin työkalulla on simuloitu myös erilaisia paluulämmön hyödyntämisskenaarioita ja näiden optimaalisimpia sijoittumisia verkossa. Raunio näkee, että tulevaisuudessa erilaisten työkalujen hallitseminen on myös normaali osa operaattorin työarkea.

”Tavoitteenamme on autonominen verkko, jossa operaattori tulee vain tarvittaessa väliin keskeyttämään toimintoja, jos tälle on todellinen syy. Autonomisessa ajossa kalliit varmuuskertoimet jäävät pois, ja lämpöakkujen lataaminen ja ajaminen toimii automatiikalla”, Raunio sanoo.

Tuotantolaitokset ja verkko ovat yhtä

Ulkolämpötilojen suuret vaihtelut nyt ja tulevaisuudessa tekevät ennustamisesta ja ajosuunnittelusta entistä haastavampaa. Verkon lämpötilojen ja tuotantoaikataulujen tulee synkronoitua myös käytettävässä työkalussa. Raunio sanoo, että Porvoon Energian verkon kokoluokassa tämä on mahdollista.

”Tuotantolaitokset ja verkko ovat yksi kokonaisuus”, hän tiivistää. ”On mahdotonta ajatella todellista optimointia, jos näkymä on ainoastaan tuotantoon. Kehitämme tätä näkyvyyttä koko ajan paremmaksi Gradyentin kanssa. Näemme tarpeen verkossa, ja millä tämän lämmön voi tuottaa taloudellisesti järkevimmin.”

Kaukolämpöyhtiön täytyy toimia niin, että kaukolämpö on asiakkaalle paras vaihtoehto, myös hinnaltaan. Tämä vaatii kaukolämpöyhtiöltä ennakkoluulotonta kehitystyötä.

”Peräänkuulutan rohkeutta kokeilla uusia ratkaisuja. Vanhoja ajattelumalleja tulee ravistella”, Raunio sanoo. ”Olemme tehneet Gradyentin kanssa jo muutaman vuoden ajan yhteistyötä. Gradyent ei ole ollut pelkkä järjestelmä toimittaja, vaan kumppani, jonka kanssa järjestämme käytännössä viikoittain palavereja.”

Pohjalla termodynamiikan lait

Gradyentillä nähdään, että säännöllinen vuorovaikutus ja yhdessä tekeminen on asiakkuuksien a ja o. Välillä Gradyentin väki on jopa istunut yhdessä Porvoon Energian työntekijöiden kanssa valvomossa. Uudet tilanteet lisäävät ymmärrystä Gradyentin puolella, sillä Gradyentin työkalut ovat ennen kaikkea operaattorien päivittäistä työarkea.

Gradyentin Pohjoismaista vastaava account executive Petter Nissinen näkee Suomen olevan edelläkävijä.

”Kaukolämpö on ollut kaupunkien pääasiallinen lämmitysmuoto vuosikymmeniä, joten järjestelmät ja niiden kehitysmahdollisuudet tunnetaan hyvin. Tässä alassa on myös se hyvä puoli, etteivät toimijat juurikaan kilpaile keskenään”, Nissinen sanoo. ”Kokemuksia jaetaan avoimesti Suomessa ja rajojen yli, ja hyvät käytännöt leviävät.”

Nissinen näkee, että kaukolämmössä kaiken pohjalla ovat kuitenkin samat termodynamiikan lait, jotka eivät muutu Porvoon ja vaikkapa Varsovan välillä.

”Tällä hetkellä käynnissä on voimakas sähköistyminen, kun esimerkiksi sähkökattilat yhdistettynä lämpöakkuihin ja lämpöpumput yhdessä hukkalämmön kanssa yleistyvät” Nissinen sanoo. ”Tämä tarkoittaa monien kaukolämpöyhtiöiden kannalta sitä, että tuotanto hajaantuu ympäri verkkoa ja päätöksenteosta tulee uusien sähkömarkkinoiden myötä nopeampaa. Siksi esimerkiksi sähkökauppa, tuotannon ja verkon optimointia on mahdotonta nähdä enää erillisinä toisistaan. Tulevaisuudessa yhä tärkeämpää onkin tarkka kokonaishallinta ja samalla kyky hyödyntää koko järjestelmää joustavasti.”

Teksti: Justus Luokkanen
Kuvat: Gradyent