Julkaistu 14.03.2018

Kehitysmaat älysähkön testilaboratorioiksi

Kehitysmaaolosuhteissa toimivaksi hiotuilla älykkäillä sähköverkkoratkaisuilla olisi valtava potentiaali kehittyneissä länsimaissa. Kehitysmaissa ne tarjoavat uuden lahjomattoman työkalun politiikkasuunnittelun perustaksi.
Kirjoittajat
viestintäasiantuntija, Ulkoministeriö
Pasi Nokelainen on ulkoministeriön viestintäsuunnittelija ja globaalikysymyksiin keskittyvän Kehitys–Utveckling -lehden päätoimittaja. Hän kirjoittaa parhaillaan syksyllä 2018 ilmestyvää tietokirjaa Afrikassa menestyneistä suomalaista yrittäjistä ja yritysjohtajista yhdessä toimittaja/kirjailija Esa Salmisen kanssa.
Swan Management
Mika Turpeinen on Etiopiassa asuva energia-alan konsulttiyhtiö Swan Managementin perustaja ja toimitusjohtaja. Ennen yrittäjäksi ryhtymistä hän työskenteli ABB:llä 15 vuotta.

Kokonaan ilman sähköä elää maailmassa yhä reilu miljardi ihmistä. Se, miten sähköt saadaan heille, on paitsi ihmisoikeuksien toteutumisen, mutta myös ilmastonmuutoksen hallinnan kannalta olennainen kysymys.

Tällä hetkellä käytössä on kaksi tapaa ulottaa sähkö uusille käyttäjille: verkon laajentaminen tai hajautetut, jakeluverkon ulkopuolella toimivat off grid -ratkaisut. Kolmas mutta vähälle huomiolle jäänyt tapa olisi halvempi: sähköverkon toiminnan optimointi ja älykkäät sähköjärjestelmät. Jos ja kun verkot saadaan toimimaan optimaalisemmin ja älykkäämmin, olemassa oleva tuotantokapasiteetti saadaan riittämään useammalle ja uutta kapasiteettia täytyy rakentaa vähemmän.

Optimointi ja älyn tuominen verkkoon mahdollistaisivat myös käänteisen innovoinnin. Green to Scale -selvityksessä on laskettu, kuinka paljon kehittyneillä markkinoilla syntyneet keksinnöt ja käytännöt, kuten vaikka kaukolämpö tai yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto, laajentuessaan vähentäisivät kehittyvien maiden hiilidioksidipäästöjä. Tässä tapauksessa asetelma kannattaa kääntää päälaelleen. Kun kehitysmaaolosuhteissa toimivaksi hiotut älykkäät sähköverkkoratkaisut tuodaan länsimaihin, saadaan suurimmat euromääräiset säästöt ja päästövähennykset.

Kehitysmaiden sähköinfrastruktuurin heikko laatu tarjoaa otolliset olosuhteet järjestelmien kehittämiseen. Otetaan tuore esimerkki. Fortum tiedotti äskettäin muodostaneensa yhdessä kuluttaja-asiakkaidensa kanssa yhden megawatin suuruisen ”virtuaalisen akun”. Näiltä kotitalouksilta kytketään hetkeksi lämminvesivaraajat pois päältä, jos sähköverkon kuormitusta täytyy tasata esimerkiksi hyvin kylmän sään tai verkossa ilmenneen vian vuoksi.

Suomessa ja ylipäätään kehittyneissä maissa näitä poikkeustilanteita syntyy harvakseltaan, koska verkko toimii ”liian hyvin”. Sen sijaan esimerkiksi Etiopian pääkaupungin Addis Abeban sähköverkko, jossa vähintään tunnin ennakoimattomat sähkökatkokset ovat arkipäivää, tarjoaa aidon ja haasteellisen ympäristön testata tällaisia ratkaisuja.

Olematon säätely vetovoimatekijänä

Toinen vetovoimatekijä kehitysmaissa on vähäinen säätely. Jos joku menisi pahasti pieleen esimerkiksi Fortumin älysähköjärjestelyissä ja kotitaloudet joutuvat kärsimään sähkökatkoista, sanktiot sähköyhtiöille ovat kovat. Tämä vähentää tehokkaasti riskinottohaluja ja -kykyä. Riskipitoisempi innovointi jää julkiselle sektorille, jonka resurssit eivät riitä eikä kehitystyötä päästä tekemään aidossa ympäristössä.

Sen sijaan Etiopiassa on turha yrittää hakea korvausta sähköyhtiöltä – edes silloin, jos yhtäkkinen jännitepiikki aiheuttaa television poksahtamisen ja kotitalon palamisen maan tasalle.

Joku voisi kysyä, onko moraalisesti oikein hyödyntää olematonta säätely-ympäristöä tuotekehityksessä. Kyllä on, sillä automaation, optimoinnin ja älykkyyden avulla voidaan ratkaista ongelmia, jotka tähän asti ovat osoittautuneet ylivoimaisiksi kehitysmaiden olosuhteissa. Ja mikä parasta: kun ongelmat saadaan ratkaistua, yhä harvempi kotitalo palaa sähkövian vuoksi.

Rakenteelliset ongelmat kehityksen jarruna

Euroopassa optimointi keskittyy lainsäädännöstä nouseviin tekijöihin, kuten sähkön laatuun ja luotettavuuteen, turvallisuuteen sekä operatiivisten kulujen vähentämiseen. Kehittyvillä markkinoilla huomioitavien asioiden lista on erilainen, pidempi ja haastavampi.

Esimerkiksi Etiopiassa, kuten monessa muussakin kehitysmaassa, ongelmana on poliittisista syistä liian alhaisena pidetty sähkön myyntitariffi. Kun samaan aikaan sähkön kokonaishävikki on noin 40 prosenttia, valtion on ollut pakko subventoida sähköyhtiön toimintaa. Lisäksi valtio on riippuvainen ulkopuolisista rahoittajista, kuten Maailmanpankista ja Afrikan kehityspankista.

Sähköntuotanto- ja jakeluverkosto on rakentunut kuin tilkkutäkki johtuen ulkopuolisten rahoittajien erilaisista intresseistä ja mieltymyksistä. Kokonaisuutta ei hallitse kukaan, ja kriittistä osaamista on valtiollisen sähkölaitosten sijasta kansainvälisten rahoittajien kilpailuttamilla konsulteilla. Näin ei optimoida kokonaisuutta.

Etiopian tilanne ei ole edes kaikkein pahin. Monessa kehittyvässä maassa usein jopa yli puolet tuotetusta sähköstä jää laskuttamatta. Syitä on monenlaisia: teknisiä häviöitä johtuen suunnitteluvirheistä ja verkon huonosta operoinnista, suoranaista sähkön varastamista tai poliittisia päätöksiä olla laskuttamatta joitain kuluttajia. Ja tämän päälle tulevat vielä sähkön laadusta johtuvat ongelmat, kuten matalasta verkkojännitteestä johtuvat mittausvirheet, joiden vuoksi sähköä jää laskuttamatta.

Älykkäillä mittaus- ja ohjausjärjestelmillä sähkön varastamiseen ja laskutukseen liittyvä hävikki saadaan lähes kokonaan pois, ja erilaisiin teknisiin häviöihin liittyvä hävikki merkittävästi pienemmäksi.

Kehitysmaille on tyypillistä sähkön tuotannon ja kulutuksen välinen epätasapaino: kulutus on kasvanut nopeammin kuin tuotantoa ja jakeluverkkoa on pystytty rakentamaan. Esimerkiksi Etiopiassa muutama vuosi sitten osa tehtaista sai käyttää koneitaan vain öiseen aikaan. Epätasapainoa voisi hallita priorisoimalla kuluttajat ja kuluttajien kuormat. Älykkäät järjestelmät voivat ohjata kuluttajakohtaisesti esimerkiksi lämmittimet pois hetkeksi ja jättää valaistuksen päälle, tai häiriön ollessa laaja, jättää sairaalan sähköt päälle ja kytkeä muut kuormat pois.

Tarkempaa tietoa politiikan perusteeksi

Viime aikoina hintojen lasku niin älykkään elektroniikan, sensorien, tietoliikenteen kuin tietojenkäsittelyn ja algoritmien osalta on periaatteessa mahdollistanut hyvin kehittyneiden työkalujen käyttämisen myös kehittyvien maiden jakeluverkkojen optimoinnissa.

Toistaiseksi tosin ulkopuoliset rahoittajat ovat tarjouskilpailuissaan halunneet mennä siitä, mistä aita on matalin – eli pyytäneet perinteisiä ratkaisuja juuri kyseessä olevaan hankkeeseen. Nyt Maailmanpankin rahoitusinstrumenttien muuttuminen tulospohjaisiksi saattaa avata tien älykkäille ratkaisuille myös kehitysmaihin.

Joissain tilanteissa investoinnit älykkääseen verkkoon maksaisivat itsensä takaisin hyvinkin nopeasti, koska silloin nykyistä suuremmasta osasta tuotettua sähköä voidaan laskuttaa. Älykkyyden lisäämisellä voidaan välttää tai siirtää osaa voimalaitos- ja siirtolinjainvestoinneista optimaalisempiin ajankohtiin. Luotettavuuden kasvaessa esimerkiksi investoinnit varavoimaan vähenevät radikaalisti. Tällä on merkittäviä ympäristövaikutuksia, sillä varavoima tehdään tyypillisesti dieselistä tai raskaasta polttoöljystä.

Kehitysmaissa investoinnit sähköverkon älykkyyteen toisivat lisäksi valtavasti myönteisiä oheisvaikutuksia: ne mahdollistaisivat tietopohjaisen yhteiskunnallisen päätöksenteon. Älykkäät mittarijärjestelmät tuottavat nimittäin tänä päivänä niin tarkkaa tietoa, että niistä voi analysoida kotitalouksien ostovoimaa, muutoksia työ- ja perhetilanteissa, muuttoliikettä ja monia muita sosio-ekonomisia parametrejä. Ne siis kertovat esimerkiksi, milloin perheeseen on syntynyt lapsi ja milloin on saatu uusi työpaikka.

Nämä tiedot, yhdistettyinä muista lähteistä kerättyihin tietoihin, kuten matkapuhelimien käyttöprofiileihin, mobiilipankkien tapahtumiin ja vaikkapa kuluttajahintojen muutoksiin, tuottavat työkaluja yhteiskunnan eri toimintojen päätöksentekoon.

Esimerkiksi Etiopiassa väestö kasvaa yhden Oulun verran eli noin 200 000:lla henkilöllä kuukaudessa, ja muuttoliike kaupunkeihin on vielä tuotakin nopeampaa. Näin nopeita yhteiskunnallisia muutoksia ei voi seurata saati analysoida ilman sähköverkkojen älykkäiden mittarien tuottamaa reaaliaikaista raakadataa.

Käänteistä innovointia

Älyratkaisut kuulostavat kalliilta ja monimutkaisilta, mutta esimerkiksi etiopialainen dVentus Technologies Etiopiassa on integroinut näitä optimointitoimintoja suunnittelemiinsa ja valmistamiinsa älykkäisiin sähkö- ja vesimittareihin sekä näiden ohjaus- ja analytiikkaohjelmistoihin. Yhtiöltä kuitenkin puuttuu rahoitus laajamittaiseen tuotekehitykseen.

Yhteistyö tämänkaltaisten paikallisten, hyvin innovatiivisten yritysten kanssa avaa helposti suomalaisillekin toimijoille pääsyn kehittyville kasvumarkkinoille. Varsinainen kohde voi hyvin olla Suomessa ja muissa kehittyneissä maissa: jos teknologia saadaan toimimaan Etiopian kaltaisessa vaikeassa ympäristössä, se toimii varmasti myös Espoossa.

Suomessakin on käynnistynyt esimerkiksi keskustelu kapasiteettimarkkinoiden luomisesta eli siitä, että sähköyhtiöille maksettaisiin verorahoista, että ne pitäisivät reservissä esimerkiksi hiilivoimaloita, joita ei normaalioloissa tarvita. Reserviä tarvitaan sitä enemmän, mitä enemmän sähköä tuotetaan säiden mukaan vaihtuvista uusiutuvista energialähteistä. Älykkyyden lisäämisellä kehitysmaa-olosuhteissa toimiviksi hiotuilla ratkaisuilla voitaisiin sekä säästää veronmaksajien rahoja että vähentää ilmastokuormitusta.

Mistä on kyse?