Pistorasiasta tulevaa sähköä pidetään usein hyvin yksinkertaisena tuotteena. Sähkö kuin sähkö – kyllähän lamput syttyvät. Mutta onko asia oikeasti näin mutkaton?
Ei. Sähkö on monimutkainen fysikaalinen ilmiö, jonka ominaisuuksien tutkimiselle ja ymmärtämiselle voi omistaa kokonaisen eliniän.
Sähkön ominaisuuksiin kuuluu, että sitä häviää matkalla, kun sitä siirretään johtoa pitkin. Tälle ilmiölle on lukuisia eri syitä, ja verkosta on mahdotonta saada
ulos sama määrä sähköä kuin mitä sinne on syötetty.
”Tärkeimpiä tähän vaikuttavia tekijöitä ovat sähköjännite ja etäisyys. Mitä korkeampi jännite, sitä vähemmän siirtohäviöitä. Ja mitä pitempi etäisyys, sitä suuremmat häviöt”, selittää Fingridin markkinakehityspäällikkö Juha Hiekkala.
Myös kuormitus vaikuttaa asiaan, koska siirtojärjestelmän hetkellinen tehohäviö vaihtelee virran neliön mukaan. Selkokielellä sanottuna häviöt ovat suhteellisesti suurempia silloin, kun johto on usean asiakkaan käytössä samanaikaisesti.
Verkkohäviöiden tarkka määrittäminen on hankalaa. Energiateollisuus ry:n mukaan verkkohäviöt olivat vuonna 2014 Suomessa 3,5 %, Ruotsissa ne olivat Svenska Kraftnätetin (Ruotsin kantaverkkoyhtiö) mukaan 8,5 %.
Maiden välinen todellinen ero on varmuudella pienempi. Todennäköisin syy eroon on mittausten ja raportoinnin eri lähtökohdat.
Ruotsissa suuremmat verkkohäviöt
Asiantuntijat ovat silti yhtä mieltä siitä, että Ruotsissa on suuremmat verkkohäviöt. Osittain siksi, että valtaosa sähköstä siirretään siellä pitkien matkojen päähän, mutta myös siksi, että verkon kuormitus on suurempi.
Pääosa Ruotsin energiantuotannosta sijaitsee maan pohjoisosassa, kun taas suurin sähköntarve on etelässä. Tämä epätasapaino korostui entisestään, kun Malmön ulkopuolella sijaitseva Barsebäckin ydinvoimala suljettiin vuosituhannen vaihteessa.
Juha Hiekkala ilmoittaa Suomen kantaverkon häviöiden määräksi 1,6 %, kun taas Ruotsin kantaverkon häviöt ovat Svenska Kraftnätetin mukaan 2,8 %.
Hiekkala kertoo, että häviöt ovat sadalla kilometrillä 400 kilovoltin voimajohdolla 0,6 % ja 110 kilovoltin johdolla 1,7 %.
Jos sähköä siirretään yli tuhannen kilometrin päähän, häviöt kymmenkertaistuvat, siis 6 % 400 kV:n voimajohdossa.
Kun sähköä siirretään Suomen ja Ruotsin kantaverkkojen välillä, tehosta häviää keskimäärin 2 %.
Paikallisverkko vuotaa eniten
Alemmat verkot, jotka on usein ryhmitelty alueverkkoihin ja paikallisverkkoihin, vuotavat yleensä kuitenkin eniten; siis ne verkot, jotka siirtävät sähkön käyttäjille sen viimeisen etapin. Niiden jännite on tavallisesti 20 kV ja 400 V, mikä nopeasti kiihdyttää häviöitä matkan kasvaessa.
Tämän lisäksi tulevat sääilmiöiden aiheuttamat häviöt sekä häviöt, jotka syntyvät muunnettaessa jännitettä suuremmaksi ja pienemmäksi muuntajissa.
Häviöt ovat pienemmän johtovastuksen takia 20 asteen lämmössä 10 % suuremmat kuin viiden asteen pakkasessa. Huurre, nuoskalumi, sumu ja sade puolestaan aiheuttavat nk. koronahäviöitä (ks. vierestä).
Suomen osalta verkkohäviöt vastaavat pienen ydinreaktorin (esim. yhden Loviisan reaktorin) vuosituotantoa ja Ruotsin osalta suuremman (esim. Oskarshamn 3).
Puolittuneet häviöt
Verkkohäviöt olivat Suomessa v. 1970 suhteessa kaksi kertaa nykyisiä suuremmat. Myönteinen kehitys on Hiekkalan mukaan tulos määrätietoisesta työskentelystä siirtotarpeisiin nähden oikeiden jännitetasojen ja johtotyyppien valitsemiseksi.
Hän korostaa, että Pohjoismaiden olosuhteet ovat hyvin erilaiset kuin Manner-Euroopassa. Täällä asutaan harvaan, siellä tiheään. Meillä ilmajohdot ovat yleisiä, siellä taas maakaapelit. Verkkohäviöt kasvavat nopeasti pitkien etäisyyksien ja harvan asutuksen takia.
”Ennakointi on meille tärkeää. Uudet johtohankkeet vaativat mittavaa suunnittelua ja pitkiä lupaprosesseja. Kun sijoittajat aktivoituvat, meidän valmiit esitutkimuksemme ovat kaikkien yhteisen edun mukaisia”, Juha Hiekkala sanoo.
Vielä on selvittämättä, kenen tulisi pitää kirjaa häviöistä ja maksaa hävinneestä sähköstä. Svenska Kraftnätetillä ja Fin-gridillä on käytössään maksu verkoissaan esiintyvien häviöiden kattamiseksi.
”Koska Svenska Kraftnätet ostaa saman verran sähköä kuin mitä kantaverkosta häviää – keskimäärin 1,7 TWh vuodessa – virastomme kuuluu itse asiassa Ruotsin suurimpiin sähköasiakkaisiin”, toteaa Svenska Kraftnätetin pääjohtaja Mikael Odenberg.
Kun voimajohto "sirisee"
Tämä ”koronapurkaukseksi” kutsuttu ilmiö esiintyy sähkökentän voimakkuuden saavuttaessa johtimen pinnalla tietyn rajan. Huonoissa talviolosuhteissa koronahäviöt voivat 400 kilovoltin johdoissa olla jopa 100 kW kilometriä kohti.
Rajaan vaikuttavat jännitetaso ja johtimen pinnalla esiintyvät epätasaisuudet (kuten huurre, kostea lumi tai vesipisarat).
Pimeässä koronapurkaus voi näkyä heikon sinertävänä hehkuna johdon ympärillä.
Purkaus aiheuttaa johdon lähellä myös radiohäiriöitä keski- ja pitkäaaltotaajuuksissa.
