|
|
|
Hankekoodi: A76743
Hankkeen nimi: Älykkäät ohjaukset moderneissa energiajärjestelmissä
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.1.2021 ja päättyy 31.8.2023
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Pirkanmaan liitto
Hakijan virallinen nimi: Tampereen ammattikorkeakoulu Oy
Organisaatiotyyppi: Ammattikorkeakoulu
Y-tunnus: 1015428-1
Jakeluosoite: Kuntokatu 3
Puhelinnumero: 0294 5222
Postinumero: 33520
Postitoimipaikka: Tampere
WWW-osoite: http://www.tuni.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Anne Kristiina Cumini
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Lehtori
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: anne.cumini(at)tuni.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: 050 382 5808
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Sähköenergiajärjestelmä on kokonaisuutena voimakkaassa murroksessa. Hiilidioksidipäästöjä tuottavasta fossiilisesta sähköntuotannosta pyritään eroon, ja samaan aikaan tilalle rakennetaan sääriippuvia uusiutuvia tuotantomuotoja, kuten tuulivoimaa ja aurinkosähköä. Fossiilista tuotantoa on perinteisesti käytetty säätövoimana, jolla on toteutettu tuotannon ja kulutuksen välistä tasapainoa sähköverkossa. Tehotasapainon ylläpito hankaloituu nyt oleellisesti, kun fossiilista säätövoimaa poistuu markkinoilta, ja tilalle tulee sääriippuvia sähköntuotantomuotoja. Jotta käsillä oleva säätövoimaongelma saadaan ratkaistua, tarvitaan uudenlaisia ratkaisuja. Tähän liittyviä keskeisiä teemoja ovat esimerkiksi energian varastointi, kysyntäjousto, joustavat kuormat ja tehomaksut. Nämä teemat ovat jo nyt kaupallista liiketoimintaa, ja siksi alan yrityksillä onkin suuri kiinnostus tekoälypohjaiseen energiajärjestelmien ohjaamiseen. Kyse on siitä, että sähköverkon tehotasapainon hallintaan osallistumisesta saa merkittävän rahallisen korvauksen.
Tampereen ammattikorkeakoulun ja Tampereen aikuiskoulutuskeskuksen yhteishankkeessa "Energian varastointiratkaisut osana uusiutuvan sähköenergian optimoitua käyttöä" on Pirkanmaalle rakennettu modernien sähköenergiajärjestelmien innovaatio- ja demonstraatioympäristö, joka tarjoaa tekniset mahdollisuudet energiamurroksen aiheuttamien uusien sähköenergiakäyttöjen toteuttamiseen. Järjestelmän avulla on mahdollista esimerkiksi osallistua sähköverkon tehotasapainon hallintaan energiavaraston avulla, leikata sähköverkon tehopiikkejä energiavaraston avulla esimerkiksi sähköautojen lataamisen yhteydessä tai muussa kiinteistökäytössä sekä tasata sääriippuvan sähköntuotannon tuotantotehoa energiavaraston avulla. Järjestelmä on rakennettu kahteen perävaunuun, mikä mahdollistaa staattista järjestelmää merkittävästi laajemmat käyttövaihtoehdot. Energiajärjestelmä on käytännössä mahdollista viedä kaikkiin sellaisiin paikkoihin, joihin pääsee autolla. Järjestelmä on teknisiltä ominaisuuksiltaan erittäin monipuolinen. Tässä hankkeessa on tarkoitus kehittää modernien sähköenergiakäyttöjen älykkäitä ohjauksia ja demonstroida niitä kyseisessä innovaatio- ja demonstraatioympäristössä. Teemat ovat jo nyt kaupallisesti kiinnostavia, ja siksi yrityksiä on lähdössä suurella mielenkiinnolla hankkeeseen mukaan. Hankkeessa kehitetään yhteistyössä pk-yritysten kanssa tekoälypohjaisia ratkaisuja modernien energiajärjestelmien ohjaamiseen.
Hankkeessa tehdään aluksi perusteellinen kartoitustyö modernien sähköenergiakäyttöjen ohjaustarpeista. Pohjautuen kartoituksen tuloksiin hankkeessa kehitetään ja toteutetaan modernien sähköenergiajärjestelmien älykkäitä ohjauksia ensin virtuaaliympäristössä ja sen jälkeen käytännössä. Jo virtuaalivaihe toteutetaan yhteistyössä pk-yritysten kanssa, ja yhteistyötä edelleen jatketaan hankkeen seuraavassa vaiheessa, jossa älykkäät ohjaukset rakennetaan todelliseen energiajärjestelmään. Kun sähköenergiajärjestelmä saadaan toimimaan automaattisesti ohjattuna erilaisissa käyttötilanteissa, se tarjoaa erinomaisen pohjan kansainväliselle yhteistyölle.
Hankkeen vaikutuksena pirkanmaalainen uusiutuvan sähköenergian älykkäiden ohjausten osaaminen nousee huipputasolle Suomessa. Konkreettisina tuloksina syntyy älykkäiden ohjausten periaatteet erilaisissa käyttötilanteissa sekä älykkäiden ohjausten käytännön demonstraatiot Pirkanmaalle rakennetun uusiutuvan sähköenergian innovaatio- ja demonstraatioympäristössä. Hankkeessa syntyvät tulokset ovat laajasti hyödynnettävissä, sillä tuloksista kirjoitetaan julkaisuja, ja tulokset myös jaetaan hankkeen järjestämissä työpajoissa. Hankkeen välittömät vaikutukset liittyvät modernien sähköenergiakäyttöjen ohjausperiaatteisiin ja niiden hyödyntämiseen, kun taas pidemmän aikavälin vaikutukset edesauttavat yleisemmin uusiutuvan energian hyödyntämisen tehostamista sekä alalla toimivien yritysten toimintaedellytysten kohentamista.
Hankkeen varsinaisia kohderyhmiä ovat pirkanmaalaiset pk-yritykset. Kohderyhmän yritykset voidaan karkeasti ottaen jakaa kahteen luokkaan. Ne ovat 1) sähköenergian parissa toimivia yrityksiä, tai ne ovat 2) ohjelmistopalveluja tarjoavia yrityksiä. Ensimmäisen luokan yritykset tuntevat sähköenergiajärjestelmien ohjaustarpeet, ja jälkimmäisen luokan yritykset pystyvät ohjelmallisesti toteuttamaan älykkäitä ohjauksia. Lista potentiaalisista hankkeeseen osallistuvista yrityksistä on hakemuksen liitteenä. Liitteenä on myös kuudelta yritykseltä MOU (Memorandum of Understanding), joiden liittämisestä hakemuksen osaksi yritysten edustajat ovat antaneet suostumuksensa sähköpostilla.
Hankkeen toiminta on kaikille yrityksille avointa, ja osallistuminen hankkeen toimintaan on yritykselle maksutonta hankkeen aikana.
Hankkeen varsinaisiin kohderyhmiin kuuluvat myös pirkanmaalaiset koulutusorganisaatiot TAMK ja TAKK, joiden asiantuntijoiden osaaminen kasvaa hyödyttäen organisaatioiden tehtäviä sekä koulutuksen että Pirkanmaan yrityskentän kehittämisen osa-alueilla. Alustavasti on myös sovittu, että testejä tullaan tekemään yhteistyössä Tampereen yliopiston (TAU) sähkötekniikan laboratorion kanssa. TAU:n sähkötekniikan lehtori Risto Mikkonen on toiminut aiemman hankkeen ohjausryhmän puheenjohtajana, ja hänen kanssaan on jo keskusteltu tulevasta yhteistyöstä. Testit liittyvät toimenpiteisiin 2 ja 3. Testit tehdään yhteistyönä, eikä niistä makseta.
Hankkeen välillisiä kohderyhmiä ovat:
• Yritykset, muut kuin varsinaiseen kohderyhmään kuuluvat, Pirkanmaan ja muiden maakuntien alueilla
• Tekniikan alan koulutusorganisaatiot Suomessa
• Kunnat
Hankkeen tuloksista ja hyvistä käytänteistä tiedotetaan laajasti, ja siten hankkeen vaikutuksesta osaaminen ja tietoisuus modernien sähköenergiajärjestelmien älykkäistä ohjauksista lisääntyy, mikä hyödyttää laajasti Suomen yrityskenttää sekä myös muita suomalaisia tekniikan alan koulutusorganisaatioita.
Näyttää vahvasti siltä, että sähköautojen lataamistarve ja energian varastointiratkaisut tulevat olemaan arkitodellisuutta jo 2020-luvulla. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että kiinteistöihin on asennettava tekniikkaa, joilla näiden modernien energiakäyttöjen toiminta saadaan älykkäästi hoidettua. Koska hankkeessa kehitetään näitä ratkaisuja, tuloksista tulee olemaan hyötyä myös kuntien teknisille toimille. Hankkeen alussa otetaan yhteyttä myös pirkanmaalaisten kuntien teknisiin toimiin, ja niiden edustajat pääsevät halutessaan seuraamaan hankkeen toteutusta työpajoihin.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 129 114
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 125 180
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 263 760
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 183 755
Maakunnat: Pirkanmaa
Seutukunnat: Tampereen, Etelä-Pirkanmaan, Lounais-Pirkanmaan, Luoteis-Pirkanmaan, Ylä-Pirkanmaan
Kunnat: Punkalaidun, Tampere, Mänttä-Vilppula, Ruovesi, Orivesi, Nokia, Pirkkala, Valkeakoski, Hämeenkyrö, Parkano, Virrat, Lempäälä, Kangasala, Ikaalinen, Vesilahti, Urjala, Akaa, Pälkäne, Sastamala, Juupajoki, Ylöjärvi, Kihniö
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 3 | 8 |
| Hanke tukee ja kehittää voimakkaasti uusiutuvaa energiantuotantoa ja sen tehokasta ohjausta. Energian varastoinnille on kasvava tarve sääriippuvan uusiutuvan tuotannon lisääntyessä, ja varastojen optimaalinen hyödyntäminen tekoälyn keinoin vaikuttaa merkittävästi luonnonvarojen käytön kestävyyteen. Kun sähköenergiajärjestelmiä ohjataan optimaalisesti, pystytään oleellisesti lisäämään esimerkiksi aurinkosähkön ja tuulivoiman hyödynnettävyyttä. Tämä perustuu ennen kaikkea siihen, että sään mukana vaihtelevaa tuotantotehoa saadaan tasoitettua energiavarastojen optimaalisen ohjauksen avulla. Hankkeen välittömät vaikutukset luonnonvarojen käytön kestävyyteen eivät ole yhtä merkittävät kuin välilliset vaikutukset. Kun hankkeen tulosten seurauksena uusiutuvien energiamuotojen käyttö tulee entistä houkuttelevammaksi, välilliset vaikutukset luonnonvarojen käytön kestävyyteen voivat olla hyvinkin merkittävät. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 3 | 8 |
| Vähähiilisyys on suuri hankkeen ajava voima. Uusiutuvien energiantuotantomuotojen käyttötehokkuuden lisääminen vaikuttaa myönteisesti ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentämiseen. | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 0 | 3 |
| Hankkeella ei ole suoranaista vaikutusta luonnon monimuotoisuuteen. Ilmastonmuutoksen vaikutusten vähentäminen auttaa pitkällä aikavälillä säilyttämään luonnon monimuotoisuutta. | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 0 | 5 |
| Uusiutuva energiatuotanto vähentää kasvihuonekaasuja. | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Hanke ei kohdistu Natura-alueisiin. | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 1 | 4 |
| Uusiutuvan energian käyttö vähentää luonnonvarojen kulutusta, ja pienentää myös syntyvän jätteen määrää. Materiaalihukkaa pyritään välttämään myös hankkeen kaikessa toiminnassa. | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 8 | 10 |
| Hankkeella haetaan ratkaisua uusiutuvien sähköenergiateknologioiden aiempaa tehokkaammalle ohjaukselle tekoälyn keinoin. Uusiutuvan energian lisääntyvä hyödyntäminen on tärkeä yksityiskohta kestävän kehityksen toteuttamisessa. Uusiutuva energia saadaan entistä tehokkaammin käyttöön tekoälyyn pohjautuvien ohjausjärjestelmien avulla. | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 4 | 9 |
| Hankkeessa kehitetään aiemmin rakennettua innovaatio- ja demonstraatioympäristöä, jonka avulla pirkanmaalainen koulutus- ja pk-kenttä saavuttavat merkittävää kilpailuetua. | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 4 | 8 |
| Hankkeessa kehitetään modernia sähköenergiajärjestelmää tekoälyn keinoin. Älykkäällä ohjauksella pystytään jatkossa palvelemaan entistä paremmin yksityisiä kuluttajia sekä yrityksiä. Energian varastoinnilla ja optimoidulla ohjauksella tulee olemaan positiivisia vaikutuksia esimerkiksi kuluttajan sähkölaskuun. | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 0 | 0 |
| Hankkeen varsinainen fokus ei ole liikkuminen ja logistiikka. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 0 | 5 |
| Yritysten kilpailukyvyn kasvu sekä myönteiset ympäristövaikutukset lisäävät hyvinvointia ja työllisyyttä. | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 4 |
| Uusiutuvan energian edistäminen ja ympäristönäkökulmien korostaminen kasvattavat hiljalleen naisten osuutta perinteisesti miesvaltaisella sähköalalla | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Ei merkittävää vaikutusta | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | -2 |
| Vaikka aurinkosähkön maisemavaikutukset ovatkin oleellisesti pienemmät kuin esimerkiksi tuulivoimalla, valtaosa lähivuosikymmenien aurinkosähkövoimaloista rakennettaneen vielä perinteisistä kiteisen piin aurinkopaneeleista. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että aurinkopaneelit näkyvät selvästi talon katolla ja saattavat täten aurinkosähkön suosion kasvaessa aiheuttaa negatiivisen vaikutuksen kulttuuriympäristöön. Kauempana tulevaisuudessa aurinkokennot tulevat todennäköisesti olemaan rakenteisiin integroituja, jolloin esimerkiksi aurinkosähkökatto tulee ulkonäöllisesti olemaan samanlainen kuin tavallinen katto. | ||
| Ympäristöosaaminen | 5 | 8 |
| Tulevaisuudessa uusiutuva sähköntuotanto tulee olemaan yksi merkittävä tekijä kuluttajien ympäristöosaamisessa, ja vasta kustannustehokas energian varastointi sekä järjestelmän älykäs ohjaaminen avaavat ne pullonkaulat, jotka ovat nykyjärjestelmien ongelmana vielä tällä hetkellä. | ||
Älykkäät ohjaukset moderneissa energiajärjestelmissä -hankkeessa kartoitettiin, suunniteltiin ja toteutettiin älypohjaisia ohjauksia energiamurroksen moderneihin sähkökäyttöihin, joissa energian varastoinnilla, uusiutuvalla energialla ja älypohjaisella tehonhallinnalla on lähes poikkeuksetta merkittävät roolinsa. Hankkeen alkuvaiheessa tehtiin kartoitusta siitä, millaisia ohjaustarpeita moderneista energiajärjestelmistä tyypillisesti löytyy. Selvitystyön päätuloksena todettiin, että aiempaa tarkemmalle tehonhallinnalle on kasvava tarve, sillä energiamurroksen myötä sähköjärjestelmien hallinta muuttuu aiempaa tarkemmaksi ja haasteellisemmaksi. Hankkeessa päädyttiin panostamaan huolellisesti suunniteltuun ja toteutettuun tehonhallintajärjestelmään, sillä se mahdollistaa energiamurroksen modernien sähkökäyttöjen monipuoliset älypohjaiset ohjaukset. Älypohjaista tehonhallintajärjestelmää testattiin ensin virtuaalitoteutuksella (Matlab/Simulink), minkä jälkeen se toteutettiin todelliseen hybridienergiajärjestelmään. Virtuaalimalli oli käytössä koko hankkeen ajan, eli todelliseen järjestelmään suunnitellut muutokset testattiin ensin virtuaalimallissa. Hankkeen aikana tapahtuneen jatkuvan teknisen kehityksen seurauksena liikuteltavaan hybridienergiajärjestelmään toteutetusta tehonhallintajärjestelmästä saatiin toiminnallisesti erinomainen, ja sillä toteutettiin monia onnistuneita demonstraatioita. Järjestelmän teknisistä ominaisuuksista ja toteutetuista demonstraatioista kirjoitettiin oheisesta linkistä löytyvä julkaisu: https://doi.org/10.1007/s40866-023-00162-5. Hankkeen aikana edistettiin myös kansainvälistä yhteistyötä, ja liikuteltavalla hybridienergiajärjestelmällä olikin roolinsa useammassa hankehakemuksessa. Yksi kansainvälisistä hakemuksista on toistaiseksi hyväksytty, ja hankkeen päättyessä on alkamassa kolmevuotinen Erasmus+ -hanke "Micro Degree for Modern Harmonized Electrical Engineering", jossa yhteistyössä Tallinnan TTK:n ja Brnon BUT:n kanssa kehitetään sähkötekniikan koulutusmateriaaleja. Yhtenä hankkeen pääteemana on "Smart Utilization of Renewable Energy in Buildings", ja tähän tullaan hyödyntämään Älykkäät ohjaukset moderneissa energiajärjestelmissä -hankkeen tuloksia sekä liikuteltavan hybridienergiajärjestelmän älypohjaista tehonhallintajärjestelmää.
Virallisilla tuotosindikaattoreilla mitattavia yrityslähtöisiä demonstraatioita hankkeessa toteutettiin neljä kappaletta. Demonstraatioiden teemat olivat: 1) Heikon sähköverkon tukeminen suuritehoisia sähkölaitteita sisältävässä teollisuuskohteessa, 2) Fossiilivapaa varavoima partiolaisten suurtapahtumaan, 3) Energiavaraston mitoitus suuren kulutuksen ja omatuotannon teollisuuskohteeseen, 4) Teho-omavarainen omakotitalo. Älypohjainen sähkötehojen hallinta toimi kaikkia demonstraatioita yhdistävänä tekijänä. Virallisten demonstraatioiden lisäksi hankkeessa tehtiin paljon yritysyhteistyötä energiamurroksen modernien sähkökäyttöjen kehittämisessä.
Hankkeen kotisivut löytyvät osoitteesta https://projects.tuni.fi/enervara/