Pyörivä tahko on hyvä esimerkki pyörimisenergiasta, rotaatioenergiasta.
Gun-Marie Wiis

Sähkön laatu vaatii pyörimisenergiaa

Sähkön ajatellaan usein olevan yksinkertainen tuote, aina samanlainen. Asia on aivan päinvastainen, ja siksi sähköjärjestelmä ei toimi esimerkiksi vain tuulivoimalla.

Tasaisen, korkealaatuisen sähkön tuotannolle on ratkaisevaa, miten vakaa, stabiili, koko kyseessä oleva sähköjärjestelmä on. Tähän vakauteen puolestaan vaikuttavat jännitestabiilius, taajuusstabiilius ja ns. roottorin kulmastabiilius. Pyörimisenergia määrittää järjestelmän inertian ja näin ollen, miten nopeasti taajuusvaihteluja syntyy.

Pyörimisenergia (rotaatioenergia) on sähköjärjestelmän pyöriviin koneisiin, lähinnä voimaloiden generaattoreihin ja niihin liittyviin turbiineihin varastoitunutta liike-energiaa. Tätä pyörimisliike-energiaa mitataan MWs:ina (megawattisekunteina), ja se on siis ratkaisevan tärkeä vakauttamismekanismi sen luonnonlain kautta, jonka mukaan liikkeessä oleva kappale vastustaa liikkeen muutoksia niin nopeuden kuin suunnankin suhteen.

Tuuli- ja aurinkovoiman ongelmana on, etteivät ne tuota yhtään pyörimisenergiaa, koska laitoksia ei ole kytketty synkroniin sähköverkon kanssa. Meneillään on kokeiluja, joilla pyritään ”synteettisesti” muokkaamaan tuulivoiman pyörimisenergiaa ikään kuin se olisi kytketty synkronisesti. Vielä on kuitenkin epäselvää, mihin kokeilut johtavat.

Pohjoismainen synkronisoitu sähköverkko vaatii yhteensä noin 100 000 MWs:a rotaatioenergiaa, jotta voidaan välttää yhtä hertsiä suuremmat taajuusvaihtelut. Tällaiset taajuusvaihtelut voivat aiheuttaa laajoja sähkökatkoja, jos verkosta putoava sähkö on 1 400 MW:n suuruusluokkaa, kuten sivun 46 esimerkissä.

Koska suuri osa Pohjolaa kuuluu samaan synkronoituun sähköjärjestelmään, Suomi saa apua Ruotsin rotaatioenergiasta ja Ruotsi Suomen. Samalla on eduksi, jos rotaatioenergiaa on maantieteellisesti eri alueilla ja käytettävissä suurten mahdollisten virhelähteiden läheisyydessä.

Keskimääräinen inertiavakio (laskettu Ruotsin mukaan) on ydinvoimalle noin 6,4 s, vesivoimalle 3,4 s ja lämpövoimalle 2,8 s. Jotta Ruotsin voimalat pystyvät vastaamaan omasta osastaan rotaatioenergiaa pohjoismaisessa järjestelmässä (35–40 %), se edellyttää, että käytössä on vähintään 5 000 MW ydinvoimaa (5 suurehkoa reaktoria) tai 11 000 MW vesivoimaa (tai erilaisia ydinvoiman, vesivoiman ja lämpövoiman yhdistelmiä).

Koska Suomessa on suhteellisen vähän vesivoimaa ja lämpövoimaloita ajetaan yhä enemmän alas, ydinvoiman rooli rotaatioenergian ylläpitämisessä on meillä erityisen tärkeä.