Fusion Grid yhdistää telen ja sähkön

Fusion Grid tarjoaa samassa paketissa sähköverkon ja 4G LTE -mobiiliverkon kehittyvien maiden asukkaille. Ratkaisu voi mullistaa tulevaisuudessa miljardien ihmisten elämän.

Tätä järjestelmää kehitetään LUT-yliopiston, Aalto-yliopiston, Nokian, GreenEnergy Finlandin (GEF) ja Suomen Yliopistokiinteistöjen (SYK) yhteisessä, Business Finlandin BEAM-ohjelman rahoittamassa Fusion Grid -hankkeessa.

LUT tiedotti hankkeesta

"Mikroverkkoja on tehty ennenkin, mutta nyt luomme sähköverkon ja mobiiliverkon tyhjästä paikkoihin, joissa ei ole kantaverkkoa", tutkijatohtori Antti Pinomaa LUT-yliopistosta sanoo tiedotteessa.

Järjestelmä voi mullistaa tulevaisuudessa miljardien ihmisten elämän. Sähkön avulla saadaan toteutettua ruokahuoltoon liittyviä perustarpeita. Pääsy internetiin mahdollistaa esimerkiksi käsityöverkkokaupan ylläpitämisen ja kouluille digitaaliset oppimisympäristöt.

Asiakkaan versio valmistui LUTilla

Järjestelmän pilottiversio pystytettiin ja testaus aloitettiin Lappeenrannassa kesällä 2018. LUT-yliopiston Green Campuksella olevia aurinkopaneeleita käytettiin järjestelmän paneeleina, GEF toimitti akut ja Nokia 4G LTE Kuha -tukiaseman.

"Kesän aikana tehtiin myös asiakaspään energiaratkaisu opiskelijaprojektina. Ratkaisu koostuu kahdesta aurinkopaneelista ja kahdesta akusta. Asiakkaan järjestelmään kytkettiin jääkaappi, tuuletin, 4G LTE päätelaite, Raspberry Pi (yhden piirilevyn tietokone) ja näyttö", Pinomaa kertoo.

Järjestelmään toteutettiin automaattinen energianhallinta, joka mittaa aurinkopaneelien tuotantoa ja akkujen varaustasoa. Järjestelmä säätää asiakkaan sähköntarvekuormat siten, että jääkaappi ja yhteys tukiasemaan pysyvät päällä, muut kuormat kytketään tarvittaessa pois.

"Mitoitimme järjestelmään liitettävät paneelit ja akuston asiakkaiden arvioidun tehotarpeen mukaan. Otimme mitoituksessa huomioon energiajärjestelmän reservikapasiteetin; että aurinko ei paista kahteen päivään. Toisaalta esimerkiksi Namibiassa olosuhteet ovat täysin erilaiset ja aurinkoenergiantuotannon kannalta paremmat kuin Suomessa, sillä siellä aurinkoisia päiviä on käytännössä ainakin 300 vuodessa".

Mitoitusperiaate on sama tukiaseman energiajärjestelmälle.

Seuraavaksi jatketaan järjestelmän kehittämistä lähemmäksi kuluttajatuotetta. Järjestelmän on tarkoitus toimia itsenäisenä yksikkönä, mutta myös yhteen liitettynä muiden yksiköiden kanssa. Silloin yksiköt, tukiaseman sekä asiakaspään energiajärjestelmät, muodostavat yhdessä kantaverkosta erillään olevan, oman hajautetun energian off-grid-mikroverkon.

"Tavoite on, että asiakkailla olisi omat kiinteistöaurinkopaneelijärjestelmät, jotka kytketään esimerkiksi kylän tukiaseman energia-asemaan. Laajemmasta, älykkäästä off-grid-mikroverkosta jaettaisiin sähköä pienen yhteisön tarpeisiin", Pinomaa tarkentaa.

Namibiassa viimeistely

Konseptia aiotaan kehittää Namibian teknillisellä yliopistolla (Namibia University of Science and Technology, NUST) yhteistyössä paikallisten tutkijoiden ja opiskelijoiden kanssa. Tavoite on rakentaa tukiaseman energia-asemasta proof-of-concept-pilotti NUST:n kampukselle sekä kartoittaa mahdollisuuksia pilotoinnille Namibiassa, esimerkiksi sopivalle alueelle Windhoekiin Namibian pääkaupunkiin keväällä 2019.

Pilotoinnin mahdollisuuksia Gambiassa kartoitetaan Suomen Yliopistokiinteistöjen kontaktoinnin kautta yhdessä Visio247 Oy:n kanssa. Mukana olisivat myös Ministry of Higher Education, Research, Science and Technology (MOHERST) sekä University of The Gambia (UTG).

Projektin iso tavoite on pilotoida Fusion Grid -konseptia haja-asutusalueella oikeassa käyttökohteessa Namibiassa, Gambiassa tai molemmissa vuoden 2019 aikana.

"Namibiassa paikalliset toimijat sekä energia-, tieto- ja viestintäministeriöt ovat ottaneet idean vastaan myönteisesti. Fusion Grid nähdään mielenkiintoisena konseptina ja hankkeena", Pinomaa sanoo.

Kentältä saatujen kokemusten ja kehitystyön jälkeen paneelit auringon alla ja mobiiliverkon kantama saattavat olla perusasioita koko Saharan eteläpuoleisessa Afrikassa.

Fusion Grid

• Hankkeen 1,5 miljoonan euron rahoitus Business Finlandilta ja Ulkoministeriöltä.
• Hankeaika 1.1.2018–30.6.2020.
• Omavarainen off-grid-mikroverkko perustuu uusiutuvaan energiaan, energiavarastoihin ja hajautettuun tuotantoon. Voi olla perinteinen vaihtovirtaverkko tai tasavirtaverkko.
• Tietoliikenneverkon peruselementtinä 4G LTE -tukiasema, jonka energia tuotetaan aurinkovoimalla ja siitä varastoidulla sähköllä yöaikaan, jolloin operointi saadaan taattua 24/7.
• Yhden yksikön järjestelmä toimii pienoisjännitteen alueella – 24 VDC – 48 VDC.
• Jos sähköä jaellaan energia-asemalta asiakkaille, etäisyyksien takia on käytettävä pienjännitteitä 230/400 VAC tai 350 VDC. Modulaarinen, skaalautuva versio voi vastata suuremman yhteisön sähkötarpeita. Harvaan asutuilla alueilla haasteina ovat kustannukset ja sähkönjakelun kantama kylän perimmäiselle asiakkaalle.