Suomen sähkö-infrastruktuurin systeeminen organisointi

Julkaistu 9.1.2016

Reippaat pakkaset nostivat Suomessa sähkönkulutuksen ennätyslukemiin tammikuun alussa. Huippuhinnat ulkomailta ostettuna tällä viikolla nousivat yli 100 euron megawattitunnilta (TS 9.1.2016 P. Hakanen: ”Sähköpula energiapolitiikan tulos”, ja kolumni ”Pää on syvällä pensaassa”).

Olen ollut sähköalan kanssa tekemisissä lapsuudesta asti, kun isä sähköteknikkona vastasi Pohjanmaan vesivoimalaitosten pyörimisestä päivät ja yöt, useilla voimalaitoksilla kauko-ohjauksen ansiosta huolehtien lumen ja veden satamisesta, jäiden aiheuttamista padoista, tulvista ja sähkökatkoista katkoen linjoille pudonneet oksat. Hän oli tavallaan ”pienoinen Vattenfall” lukuisine tehtävineen, ja minä pääsin auttamaan häntä jo 15 vuotiaana — tosin työnantajansa nimi silloin vielä oli Revon Sähkö.

Sähköenergian monet muodot

Nyt Hakanen kirjoittaa, että päättäjät ovat unohtaneet varautua pitkällä tähtäimellä kulutuksen huippuihin, kuten nämä pakkaset. Olen tehnyt Fortumille (silloinen Enermet) optimointijärjestelmiä nimenomaan huippukulutuksen varalle niin, että sen aihettama pysyvä tariffin nousu ei jäisi korkeaksi, koska sitä nousua rangaistuksena valtio ja sähkölaitokset kärsisivät aina seuraavaan huippuun asti. Näitä toimitettiin Ruotsiin Vattenfallille asti. Tämä huippuihin varautumisen osuus ei siis nykyisin toimi päättäjien tasolla. Ohjelmista se ei ole kiinni.

Tässä järjestelmässäni olennaisena vahvuutena oli aikasarja-analyysi, jolla ennustettiin kulutusta kuukausi-, ja tuntitasolle ja sen mukaan verkkoa ohjattiin kohti vähäisempää kuormitusta tietyn suunnitellun tilaajakohtaisen sopimuskäytännön mukaisesti. Se on ennakointia. En tiedä missä laajuudessa sitä tänään harjoitetaan.

Kyberneettinen malli Suomen energiahuollosta

Luettuani Hakasen kirjoitukset päätin suunnitella ideaalisen sähkötuotantojärjestelmän Suomelle ja julkaista sen seuraavassa kirjassani. Se olisi reipas teko, irtiotto päättäjien maailmasta, missä aina on rajoituksia, jotka estävät hyvän edistymisen.

Energia-menu

Kybernetiikka tarkoittaa kykyjen pohdintaa ja kehittämistä: säätyvyyyden ja oppivuuden teoriaa.

Kuva oikealla on fiktiota, kuvitelma, miten valtiotasolla sähköntuotantoa päästäisiin ohjaamaan. Arkkitehtuurin taustalla on S. Beerin Viable System – periaate. Sen tehtävät on kerrottu kuvissa.

Oletettu järjestelmä keräisi tietoa kentältä ja jakelu tapahtuisi näitten tasojen mukaisesti.

Valtiolla on vastuulla huolehtia kokonais-kuormituksesta koko valtiossa (V1). Seuraavalla tasolla se tehdään mahdollisimman edullisesti (V2). Tällaisia järjestelmiä olen optimoinut muutamalle suurelle puunjalostuskonsernille 90-luvulla.

Keskitaso (3) vastaa ylätason suunnitelmien ja budjetin linjautumisesta käyttötilanteisiin (1) ja (2). Myös näitä alimman tason työkaluja (1) olen ohjelmoinut Enermetin laitteisiin ja testannut niiden toimintaa tasolla (2). Tunnen siis tämän infrastruktuurin kaikki tasot, paitsi sähköpörssien kanssa en ole ollut tekemisissä.

Eri järjestelmien integrointiaste taitaa nykyisin olla hyvä, toisin kuin IT-alalla yleisesti on ja erityisesti sote-alueella on, koska käytetään kaupallisia kaukokäyttöohjelmistoja (SCADA), joilla ei ole monopoliasemaa (kuten TietoEnatorilla on monella alueella).

Se vielä puuttuisikin, että sähkötoimittajat eivät toimittaisi toisilleen ja asiakkaille tietoa, tilauksia ja energiaa — kuten sosiaaliterveyspuolen järjestelmät!

Asia on siis kehittämisen kannalta hyvä. Organisaatiota vaan kaivataan!

Organisaatiot esiin

Tässä fiktiivinen organisaatiokaavio, millä pyritään ideaaliseen säätäjän malliin, minkä ei sellaisenaan tarvitse olla toteutettavissa sellaisenaan. Idealistisia malleja tarvitaan aina kun on pahoja ongelmia, eikä nykyrakenteella päästä eteenpäin. Systeemiajattelun keinoin on hyvä lähteä liikkeelle puhtaalta pöydältä, jos on tietyt perus-skeemat selvillä — from scratch.

Sähkötuotannon organisaatioSuunnittelin tämän kaavion tarkoituksella niin, että se olisi symmetrinen. Vasen puoli huolehtii nykytilanteesta ja oikea huolehtii tulevaisuudesta, mikä oli toimittaja Pekka Hakalalla huolena. Pitkän tähtäimen trendi ohjaa valtiota oikeaan suuntaan ja tietyt energiamuodot ovat paletissa valittavissa kuten järjestelmässäni M Realille aikanaan.

Tässä mallissa on pohjalla vasemmalla puolella PID-säätäjän teoria. Säätöä sähköverkossa tapahtuu lukuisilla päällekkäisillä tasoilla digitaalisesti, ei enää PID-tekniikalla, mutta sen rakenne antaa hyvää pohjaa miten kyberneettinen organisaatio sen tekisi.

Jakamalla tehtävät aikajänteiden mukaan, saadaan säätö tehty normaalitilanteissa. Optimointi tarkoittaa sitä, että myyntipuolella myydään mahdollisimman paljon ja optimoidaan kustannukset ja ostopuolella ostetaan mahdollisimman vähen ja maksimoidaan siitä hyötyä. Kaikkia näitä muotoja olen ollut koodailemassa 90-luvulla.

Derivointi on nopeisiin muutoksiin varautumista ja integointi mukautuu kuukausi- ja vuositasolle. Ennustamista varten tarvitaan aikasarja-analyysiä, ja tavoitefunktio g(t), jota voidaan lähestyä, mutta huipusta kannattaa pysyä kaukana. Aikasarjaohjelma piirtää kuvan käyrästä tuntitasolle asti, ja sen mukaisesti sähkö voi ostaa pörssistä tilanteen vaihtuessa päivän sisälläkin.

Muutoinkin tulevaisuutta ja ennakointia varten tarvitaan muutosjohtaja ja tuotekehitys-osasto, joka kehittää ja mallintaa energiamuotoja etukäteen. Esimerkiksi maalämpö sopii loistavasti Suomeen, paitsi, että pakkaspäivinä se nostaa kulutuksen huippuunsa, mikä tulee sitä kautta Suomelle kalliiksi.

Kaikki tuotanto menee tässä mallissa Inputin ja Outputin kautta mei-suureena: materiaali/energia/informaatio ja siihen voi liittyä myös rahaa, palveluita ja ihmisiä. Siinä välissä tapahtuu transformaatio (tuotanto), joka on mei:n muutos.

Mielestäni ei olisi mitään estettä toteuttaa tämäntapaista organisaatiota Suomen valtion johdosta alkaen, mutta muutosten teossa on aina kitkaa, enkä sitä edes suosittele. Ehkä muutamia hyviä ideoita tästä mallista saa heille vaikka heti. Organisaatio on funktionaalinen, mutta on muutettavissa kehittyneempään matriisimuotoon normaalein keinoin.

Miksi tällaisia systeemeitä kannattaa miettiä?

Joku voisi ajatella, että tällainen suunnittelu on turhaa. Laadin tämän mallin uutta kirjaani varten ja lähetän se toimittajalle selkeyttämään kenties hänen käsityksiään. Tämä ajattelu vie kohti digitalisaatiota.

Jokainen pallukka tuossa kaaviossa on matemaattisesti määriteltävissä ja ohjelmoitavissa. Siksi vanhan PID-säätäjän mukaanotto on tässä hyvä idea.

Organisaation osia voi toteuttaa tietokoneella, tai voidaan räätälöidä sellaisia toimenkuvia, jotka istuvat mainiosti säätöteoriaan. Silloin saadaan säästettyä ja kohotettua tuottavuutta.

Kaikki nämä vaiheet aikanaan ohjelmoineena mielestäni tämä kokoonpano on paitsi toimiva myös modulaarinen, koska siinä ei ole mukana byrokratiaa, mikä monesti halvaannuttaa tuottavuuden ja ennenkaikkea muutoskyvyn, mikä on oikea puoli tästä kaaviosta.

Kyberneettinen malli Suomen energian tuotannosta, olkaa hyvät!