Kun sähkö ei ollutkaan enää itsestäänselvyys – kotitalouden energiakokeilun alku

Syksyllä 2021 sähkö ei ollut enää vain laskurivillä näkyvä kuluerä. Se alkoi muuttua riskiksi. Tässä kirjoituksessa kerron, miten Turun Satavassa alkoi kotitalouden energiakokeilu, joka johti lopulta järjestelmälliseen sähkön optimointiin, Home Assistant -ohjaukseen ja opinnäytetyöhön.

Hetki, jolloin kaikki muuttui

Hintojen nousu ei tullut yhdessä yössä, mutta merkit olivat ilmassa. Pohjoismainen sähkömarkkina reagoi globaaleihin energiamarkkinoihin, kaasun hintaan, siirtoyhteyksiin ja geopoliittiseen epävarmuuteen. Sähkö ei ollut enää tasaisesti 3–5 senttiä kilowattitunnilta – se alkoi elää.

Se oli hetki, jolloin päätin reagoida.

En siksi, että olisin nähnyt tarkasti mitä tulee tapahtumaan, vaan siksi että halusin ostaa aikaa. Otin kiinteähintaisen sähkösopimuksen noin viiden sentin tasolla. Se ei ollut paniikkiratkaisu, vaan strateginen hengähdystauko. Ajattelin: jos tilanne pahenee, minulla on rauha rakentaa ratkaisu.

En silloin vielä täysin ymmärtänyt, että kyse oli myös hallinnan tunteesta.

Talon lähtötilanne – 1952 rintamamiestalo Satavassa

Kokeilun näyttämö oli oma kotini Turun Satavassa. Vuonna 1952 rakennettu puurakenteinen rintamamiestalo, lämmitetty nettoala noin 191 m². Talossa oli tehty merkittävä remontti vuosina 2019–2021:

• Sähkökattila oli korvattu maalämpöpumpulla (Thermia Calibra 12)
• Kahdessa alimmassa kerroksessa vesikiertoinen lattialämmitys
• Yläkerran makuuhuoneissa vesikiertoiset radiaattorit
• Tukilämmityksenä ilmalämpöpumppu
• Ulkovaippaa oli lisäeristetty ja julkisivu uusittu

Energiatodistuksen mukaan rakennuksen energialuokka oli B ja E-luku 90. Taloni ei ollut energiasyöppö. Päinvastoin – se oli varsin kohtuullinen kuluttaja ottaen huomioon iän ja koon.

Vuonna 2020 talouteen oli tullut sähköauto, Nissan Leaf. Se lisäsi sähkönkulutusta, mutta samalla se avasi uuden näkökulman: liikenteen energia oli siirtynyt tankkauspumpulta sähkömittarin taakse.

Vuonna 2021 tein vielä yhden muutoksen: puulämmitteinen sauna vaihtui sähkölämmitteiseksi. Muutos ei ollut pelkästään mukavuusratkaisu. Se oli osa ajattelun muutosta. Jos lämmitysenergia on sähköä, sitä voidaan mitata, ohjata ja optimoida. Puun poltto ei taivu algoritmeihin.

Jälkikäteen ajateltuna tämä oli ensimmäinen askel kohti kokonaisvaltaista energiakontrollia.

Ajatus ei syntynyt 2021

Vaikka kriisi toimi katalyyttina, ajatus kotitalouksien energiankäytön optimoinnista ei ollut uusi.

Olen pohtinut aihetta jo vuodesta 2007. Silloin ajatus oli kunnianhimoinen: kehittää laitteita ja palveluja, joilla kotitaloudet voisivat osallistua kysyntäjoustoon. Sähkön hinta oli kuitenkin tasainen, IoT-laitteita ei ollut saatavilla kuluttajatasolla, rajapintoja ei ollut auki ja oma osaaminen sekä resurssit olivat rajalliset. Työskentelin ulkomailla matkapuhelinverkkojen rakennusprojekteissa. Energia-ajatus jäi hautumaan.

Vuonna 2021 maailma oli toinen.

• Pörssisähkö oli yleistynyt
• IoT-releet maksoivat kymmeniä euroja
• Avoimia rajapintoja oli saatavilla
• Dataa pystyi keräämään ja analysoimaan Pythonilla
• Ja ennen kaikkea: hinnalla oli merkitystä

Teknologia oli vihdoin valmis siihen, mitä olin miettinyt 15 vuotta aiemmin.

Raha vai ymmärrys?

Kun hinnat nousivat, motivaatio oli aluksi yksinkertainen: raha.

Mutta pian huomasin, että kyse oli muustakin.

Energiakriisi synnytti epävarmuuden. Sähköpula oli otsikoissa. Siirtoyhteyksiä katkaistiin. Hinta vaihteli tunneittain. Ensimmäistä kertaa tuntui, että kotitalous on osa suurempaa järjestelmää, ei pelkkä passiivinen kuluttaja.

Halusin ymmärtää järjestelmää.

Miten sähkömarkkina toimii?
Miten tuntihinta muodostuu?
Voiko kotitalous oikeasti vaikuttaa kuluihinsa?
Voiko se osallistua kantaverkon tasapainottamiseen?

Tässä vaiheessa alkoi syntyä ajatus: tämä on opinnäytetyön aihe.

29.9.2022 – ensimmäinen askel opinnäytetyöhön

Syyskuun 29. päivänä 2022 lähetin viestin mahdollisuudesta tehdä opinnäytetyö aiheesta:

“Kotitalouksien merkitys kysyntäjouston tuottajina”

Kirjoitin tuolloin, että olin miettinyt aihetta jo 15 vuotta aiemmin. Nyt sähkön hinnan nousu ja mahdollinen sähköpula tekivät siitä ajankohtaisen.

Halusin tutkia:

• Kotitalouksien tarvetta ja potentiaalia kysyntäjoustossa
• Sähköautojen käyttöä energiavarastoina
• Lämmityksen etäsäätöä hinnan, sääennusteen ja rakennuksen ominaisuuksien mukaan
• Taloudellista hyötyä kuluttajalle
• Osallistumista kantaverkon joustomarkkinoille

Suunnittelin valjastavani oman taloni ja autoni testikohteeksi.

Vastaus oli käytännöllinen: liian aikaista. Opinnot eivät olleet riittävän pitkällä.

Mutta päätös oli tehty.

Dataa alettiin kerätä opinnäytetyön mielessä.

Ensimmäinen tekninen kysymys

Ensimmäinen varsinainen tekninen kysymys oli yksinkertainen:

Voiko kotitalous siirtää lämmitystä halvoille tunneille ilman että asumismukavuus kärsii?

Maalämpöpumppu oli luonnollinen kohde.

Thermia Calibra 12:ssa oli EVU-ominaisuus (älykäs sähköverkkotulo), joka mahdollisti kompressorin eston tai boost-tilan ulkoisella ohjauksella. Tämä tarkoitti, että ulkoinen rele pystyi käytännössä ohjaamaan pumpun toimintaa.

Ensimmäinen kokeilu tehtiin hyppylangoilla. Seuraavaksi ohjelmoitavalla kellokytkimellä. Pian tilalle tuli Shelly Pro -rele.

Alkuvaiheessa ohjaus oli manuaalista:

• Katso seuraavan päivän hinnat
• Valitse 4–6 halvinta tuntia
• Ohjelmoi lämmitys niihin

Se oli kömpelöä, mutta opettavaista.

Miksi lattialämmitys oli avain?

Lattialämmityksessä on lämpökapasiteettia. Betonilaatta toimii energiavarastona.

Ajatus oli yksinkertainen:
ladataan lämpöä rakenteisiin silloin kun sähkö on halpaa.

Taloudellinen potentiaali voidaan yksinkertaistaa kaavalla:

Missä:

• S = säästö
• E = siirretty energia (kWh)
• P_kallis = kalliin tunnin hinta
• P_halpa = halvan tunnin hinta

Jos esimerkiksi 30 kWh lämmitysenergiaa siirretään tunnilta, jolla hintaero on 3 snt/kWh, päivittäinen säästö on 0,90 €. Vuositasolla puhutaan jo merkittävämmistä summista – ainakin teoriassa.

Käytännössä mukana on:

• Lämpöpumpun hyötysuhteen vaihtelu
• Ulkolämpötilan vaikutus
• Käyttöveden lämpötilarajat
• Asumismukavuus
• Sulakekoko

Teoria oli yksinkertainen. Toteutus ei.

Sähköauto – tulevaisuuden varasto, mutta ei vielä

Sähköauto toi toisen ulottuvuuden.

Vuonna 2020 talouteen tullut Nissan Leaf kulutti noin 2500–3000 kWh vuodessa. Latauksen siirtäminen yöaikaan oli helppoa. Sähköauto on luonteeltaan joustava kuorma.

Mutta V2X-laitteita ei ollut saatavilla Suomen markkinoilla. Auto ei voinut toimia energiavarastona verkkoon päin.

Siitä huolimatta latauksen ohjaus oli tärkeä osa kokonaisuutta. Se osoitti, että kotitaloudessa on useita joustoresursseja:

• Lämmitys
• Lämmin käyttövesi
• Sähköauto
• Sauna
• Myöhemmin aurinkosähkö

Kysymys ei ollut enää yksittäisestä laitteesta, vaan energiajärjestelmästä.

Ensimmäiset ongelmat

Kun lämmitys ja sähköauton lataus alkoivat ajoittua samoille tunneille, pääsulakkeet alkoivat palaa.

Talo oli 3×25 A liittymällä. Kun sauna, sähköauto ja maalämpö kävivät yhtä aikaa, yksittäinen vaihe saattoi ylittyä.

Tämä oli ensimmäinen konkreettinen oppi:

Optimointi ei ole pelkkää hinnan seuraamista.
Se on kokonaistehon hallintaa.

Myöhemmin tämä johti sulakevahdin rakentamiseen Home Assistantiin: jos minkä tahansa vaiheen virta ylittää 25 A, auton lataus katkaistaan.

Yksinkertainen logiikka, suuri vaikutus.

Asumismukavuus – raja jonka yli ei mennä

Kokeilujen aikana sisälämpötilan vaihtelu kasvoi.

Vuorokauden sisäinen lämpötilan ero kasvoi 0,2–0,7 °C verrattuna referenssijaksoon. Makuuhuoneissa ero saattoi kasvaa jopa yli kahteen asteeseen.

Yhdessä tilanteessa lämmitys ajoittui niin, että talo oli lähes kaksi vuorokautta ilman aktiivista lämmitystä. Käyttöveden lämpötila laski alle 40 °C.

Tämä oli tärkeä käännekohta.

Halvin tunti ei ole aina paras tunti.

Tässä vaiheessa optimointi siirtyi mekaanisesta ajastuksesta kohti järjestelmätason ajattelua.

Home Assistant – oma ohjausjärjestelmä

Seuraava askel oli siirtyminen täysin omaan ohjauslogiikkaan.

Raspberry Pi:lle asennettu Home Assistant mahdollisti:

• Automaattisen hinnan haun
• Lämmitysjaksojen määrän säätämisen ulkolämpötilan mukaan
• Sulakevahdin
• Sähköauton latauksen integroinnin
• Myöhemmin aurinkotuotannon huomioinnin

Lämmitykselle luotiin 1–4 käyttöjaksoa vuorokaudessa riippuen ulkolämpötilasta. Tämä tasoitti lämpötilavaihtelua ja esti käyttöveden alilämpenemisen.

Optimointi ei ollut enää pelkkä “halvimmat tunnit” -logiikka. Se alkoi muistuttaa säätöjärjestelmää.

Taloudellinen tulos

Mittausjakson perusteella maalämpöpumpun ajastuksesta saatu rahallinen hyöty oli noin 100–135 € vuodessa. Prosentuaalisesti noin 28–30 % verrattuna tilanteeseen, jossa pumppu olisi käynyt tasaisesti ilman hintaohjausta.

Summa ei ollut mullistava.

Mutta kyse ei ollut enää vain rahasta.

Hallinnan tunne

Jälkikäteen ajateltuna energiamurros ei ollut vain tekninen tai taloudellinen kysymys. Se oli psykologinen.

Kun markkina muuttui arvaamattomaksi, halusin ymmärtää ja hallita omaa osaani siitä.

Optimointi toi:

• Läpinäkyvyyttä kulutukseen
• Ymmärrystä järjestelmästä
• Kyvyn reagoida
• Teknistä oppimista
• Ja lopulta opinnäytetyön aiheen

Syksyllä 2025 opinnäytetyö alkoi virallisesti. Mutta todellisuudessa se oli alkanut kolme vuotta aiemmin.

Tämä ei ole vielä valmis järjestelmä

Tämä blogisarja ei kerro valmiista ratkaisusta.

Se kertoo kehityksestä:

• Kellokytkimestä omaan säätölogiikkaan
• Manuaalisesta ohjauksesta automaatioon
• Halvimman tunnin metsästyksestä kokonaistehon hallintaan
• Yksittäisestä talosta osaksi sähköjärjestelmää

Seuraavassa osassa syvennyn tarkemmin ensimmäisiin kokeiluihin: EVU-logiikkaan, Shelly-releisiin ja siihen, mitä data todella näytti.