Sähkökatkojen välttämiseen tarvitaan myös kotitalouksien osallistumista

Yritykset hyödyntävät jo kulutusjoustoa, jonka avulla sähkön käyttöä vähennetään hetkellisesti silloin, kun sähköstä on pulaa ja lisätään, kun tarjontaa on kysyntää enemmän. Sähkökatkojen välttämiseksi samaa menettelyä voitaisiin hyödyntää myös kotitalouksissa. Vie kuitenkin aikaa siirtyä tarvittaviin järjestelmiin, ja asiassa tarvittaisiin pikaisia toimenpiteitä.

Yritykset ovat ryhtyneet kiitettävästi toimiin, jotta talven sähkökatkoilta vältyttäisiin. Energiaviraston selvityksen mukaan jo viidesosalla oli syksyllä laadittuna suunnitelma kulutusjouston lisäämiseksi. Sen avulla sähkön käyttöä vähennetään hetkellisesti silloin, kun sähköstä on pulaa ja lisätään, kun tarjontaa on kysyntää enemmän. Tämä myös ohjaa käyttämään mahdollisimman päästöttömästi tuotettua sähköä.

Kulutusjouston potentiaali voitaisiin hyödyntää myös kotitalouksissa

Ei ole mitään syytä, miksei kulutusjoustoa pystyttäisi hyödyntämään myös kotitalouksissa. Esimerkiksi asuntojen lämmitys voidaan katkaista kahdeksi tai kolmeksi tunniksi ilman, että huonelämpötila juurikaan laskee – tai pidemmäksikin aikaa, jos asunnossa on lattialämmitys. Myös veden lämmitys on mahdollista katkaista useaksi tunniksi.

Näin olisi mahdollista saavuttaa lähes 4 GW:n joustovara (laskettu hyödyntäen Tilastokeskuksen julkaisemaa energiankulutusta), mikä on huomattava määrä verrattuna Suomen 14 GW:n hetkittäiseen maksimikulutukseen. Toteutuskin olisi kohtuullisen helppo monissa kodeissa, joissa lämmitysjärjestelmään kuuluu etäohjaus.

Toinen vielä yksinkertaisempi tapa olisi mahdollistaa nopea reagointi sähköverkon taajuuden vaihteluun. Se onnistuu asentamalla vesivaraajaan muutaman euron arvoinen piiri, joka tarkkailee verkon taajuutta ja lopettaa lämmityksen hetkeksi taajuuden laskiessa.

Toimeen pitäisi tarttua välittömästi

Näiden älykkäiden ratkaisujen avulla välttäisimme sähkökatkot, jotka haittaavat huomattavasti enemmän ja tulevat lyhyelläkin tähtäimellä kalliimmiksi. Jotta saamme ne käyttöön, tarvitsemme järjestelmän, jonka avulla tarvittavista kulutusjoustoista pystytään viestimään. Se voisi toimia säätelyyn tai rahalliseen palkkioon perustuen.

Koska tuulivoiman käyttöä on tarkoitus lisätä ja sähköntuotantoon tarvitaan entistä enemmän joustoa, olisi nyt aika laatia säännöt tuleville lämmitysratkaisuille. Vie aikaa siirtyä järjestelmiin, joilla kotitaloudet saadaan mukaan kulutusjoustoon, ja asiassa pitäisikin päästä eteenpäin heti.

Kuinka varmistamme teollisuuden resilienssin tulevana talvena?

Meneillään oleva energiakriisi on pakottanut meidät miettimään, kuinka turvaamme kriittisen infrastruktuurin ja tuotantotoiminnan. Konkreettisia toimia ovat esimerkiksi varapolttoainejärjestelmien toteuttaminen ja siirtyminen pois maakaasusta tuotantolaitoksissa. Kun aivan akuuteimmasta tilanteesta on selvitty, on oman toiminnan uhkakuvia ja resilienssiä hyvä tarkastella myös kokonaisvaltaisemmin.

Termi resilienssi on noussut mediassa monessa yhteydessä käytetyksi termiksi, ensi COVID-19-pandemian aikana ja erityisesti nyt Venäjän hyökkäyssodan alkamisen jälkeen. Yleisesti resilienssillä tarkoitetaan kriisinkestävyyttä ja palautumiskykyä siitä.

Teollisuuden resilienssi on myös kykyä toimia mahdollisesti pitkittyneen kriisin aikana ja kehittää toimintaa niin, että se on yhä vahvempaa kriisin jälkeen. Mielestäni tämä toiminnan kehittämisnäkökulma on hyvin tärkeä, sillä aina tulee uusia kriisejä ja oppimalla edellisistä kohtaamme seuraavat valmiimpina.

Hyvän rungon resilienssin kokonaisvaltaisempaan tarkasteluun ja erityisesti toimenpiteiden hahmotteluun tarjoaa kyberturvallisuuden edistämisessä käytetty neliportainen malli: Predict (ennakoi), Prevent (estä), Detect (havaitse), Respond (vastaa).

Resilienssi syntyy jo suunnittelupöydällä

Kun ollaan investoimassa uuteen laitokseen tai kehittämässä olemassa olevaa osakokonaisuutta, on tärkeää huomioida resilienssiä parantavat tekijät jo suunnitteluvaiheessa. Luonnollisesti kyberturvallisuus on hyvin tärkeä huomioida jo hyvin varhaisessa vaiheessa, sillä nykyään lähes kaikki tuotannollinen toiminta on enemmän tai vähemmän riippuvaista tietoverkoista.

Myös erilaisten automaatiokomponenttien saatavuus on viime aikoina kasvanut jopa vuosiin. Sen vuoksi uutta investointia mietittäessä voi olla aihetta suunnitella vaihtoehtoisia ratkaisuja, jotta ei oltaisi täysin sidoksissa yksittäisen toimittajan tarjoamaan.

Puskurikapasiteetti lisää toiminnan joustavuutta

Kun tarkastellaan investoinnin ”fyysisen resilienssin” lisäämistä suunnitteluvaiheessa, yksinkertaisimmillaan se tarkoittaa esimerkiksi

• useampaa rinnakkaista energiantuotantotapaa
• riittävän varavoimakapasiteetin varmistamista
• kriittisten järjestelmien kahdentamista sekä
• esimerkiksi rengassyöttömahdollisuuden suunnittelua sähkönjakeluun.

Toiminnan joustavuutta voidaan edistää myös suunnittelemalla prosessiin riittävät puskuri- ja varaajakapasiteetit, joiden avulla prosessin toimintaa pystytään jatkamaan häiriötilanteen alettua. Tämä puskurikapasiteetti voi mahdollistaa korkeiden sähkön tuntihintapiikkien välttämisen, jolloin esimerkiksi meijerin kylmäkoneiden tai kartonkikoneen jauhimien ei tarvitse käydä korkean hinnan tunneilla.

Älykkäällä ohjaamisella halvan energian tunnit saadaan hyödynnettyä

Kun varasto- tai puskurikapasiteettiin lisätään ennakoivaa ja älykästä ohjaamista, on mahdollista hyödyntää näitä häiriötilanteeseen tarvittavia järjestelmiä myös normaalioloissa tehostamaan liiketoimintaa.

Ennakoivalla ohjaamisella paljon energiaa käyttävien prosessien voidaan toimintaa keskittää halvan energian tunneille. Tämä on hyvä esimerkki siitä, miten varautuminen kriiseihin voi tehdä toiminnasta vahvempaa myös kriisin jälkeen.

Kaikkeen ei tietenkään pysty varautumaan ja resilienssin kehittäminen onkin jatkuva prosessi. Keskeistä on muistaa, että suunnitteluvaiheessa aiheutuvat kustannukset suunnitteluun ja teknologiaan ovat merkittävästi matalammat kuin muutosten tekeminen jälkikäteen – tai peräti käynnissä olevan kriisin aikana.

Teollisuuden sähköistyminen on tie hiilineutraaliuteen

Teollisuuden sähköistyminen on tärkeä elementti kasvihuonepäästöjen vähentämisessä, ja lämpöpumppujen rooli on tässä kehityksessä keskeinen. Erityisen tärkeää on tarkastella asioita laajemmasta perspektiivistä ja hyödyntää hukkalämmöt. Parhaassa tapauksessa useampi toimija pääsee hyötymään ratkaisusta. Prosessien monimutkaistuessa on kuitenkin muistettava niiden ohjaamisen merkitys.

Teollisuuden sähkönkulutuksen odotetaan kasvavan merkittävästi. Fingridin ääriskenaariossa se jopa tuplaantuu vuoteen 2030 mennessä. Toki on hahmoteltu maltillisempiakin kehityskulkuja, ja kasvu riippuu myös teollisuudenalasta.

Ennusteet eivät tule yllätyksenä, sillä teollisuuden sähköistymisellä on tärkeä rooli kasvihuonepäästöjen vähentämisessä. Toinen sähköistymisen iso ajuri, huoltovarmuus, on noussut Ukrainan sodan syttymisen jälkeen vahvasti esille. Käynnissä on jo mittaviakin hankkeita, kuten SSAB:n HYBRIT-hanke, joka on sähköistymistä mitä suurimmassa määrin.

Yksinkertaisimmillaan vanha ratkaisu korvataan sähköisellä

Sähköistyminen tarkoittaa esimerkiksi sitä, kun fossiilista polttoainetta käyttävä prosessilaite korvataan sähköisellä ratkaisulla: vaihdetaan vaikka kaasutrukki sähkötrukiksi tai polttava kattila sähkökattilaksi. Vaikka tämä saattaa kuulostaa helpolta ratkaisulta, on aina tärkeää ennakoida muutoksen vaikutukset prosessiin. Esimerkiksi leivän valmistus on erilaista sähkö- ja kaasu-uunilla.

Sähköistymistä voidaan toteuttaa myös epäsuorasti. Tällöin sähkön avulla valmistetaan esimerkiksi vetyä tai synteettisiä polttoaineita. Vetytalous onkin tulossa kovaa vauhtia, vaikka todennäköisesti menee ensi vuosikymmenelle ennen kuin sillä on vaikutusta koko energiajärjestelmäämme.

Lämpöpumput ovat avainroolissa teollisuuden sähköistymisessä

Lämpöpumppumaailmassa mukaan tulee energiatehokkuuselementti. Hyöty löytyy usein sitä kautta, että otetaan huomioon yhä laajempia kokonaisuuksia, ja lopulta koko prosessi. Oleellista on, että hukkalämmöt saadaan hyödynnettyä.

Pumppujen mahdollisuuksiin kuuluu myös, että jäähdytystä ja lämmitystä voidaan tehdä samalla järjestelmällä ja hyötyä pystytään jakamaan useammalle taholle. Tällöin mennään kohti sektori-integraatiota, jossa toisessa päässä on vaikka teollisuuden toimija ja toisessa päässä energiayhtiö – ja molemmat hyötyvät.

Prosessien ohjaamisen merkitys kasvaa

Kannattavuus on teollisuudessa tärkeää, ja siksi tarvitaan paljon hankkeita: teoreettisesti toimiva ei ole aina taloudellisesti kannattava. Teknologian kehitys avaa kuitenkin ikkunaa, kun lämpöpumpuilla päästään korkeampiin lämpötiloihin. Jatkossa myös prosessien ohjaamisen rooli korostuu, kun mennään kohti monimutkaisempia järjestelmiä.

Energiasta ei voi kuitenkaan puhua mainitsematta politiikkaa. Tällä hetkellä energian hintaa on vaikea ennakoida, kun sekä tuotanto että markkina ovat heiluvia. Löydyttävissä on kuitenkin hienoja juttuja, kun vain muistaa ison kuvan: aihetta kannattaa aina tarkastella kokonaisuutena.

Katso video Turusen puheesta Teknologiamessuilla – näet myös esimerkin prosessiteollisuuden edistyneestä sähköistymisratkaisusta >>

Vihreä siirtymäloikka

Venäjän aggressiivinen käyttäytyminen Ukrainaa vastaan koettelee rajusti Eurooppaa ja koko maailmaa. Se ajaa Suomenkin irtautumaan nopealla aikataululla fossiilienergian ja muiden luonnonvarojen Venäjä-riippuvuudesta. Kuten puhuttu, tämä on myös mahdollisuus nopeuttaa vihreää siirtymää. Varsinaiset teot ja keinot ovat mielestäni kuitenkin kateissa.

Alla yhdeksänkohtainen toimenpideohjelmani eli lista asioista, jotka pitää tehdä – ja mieluiten heti. Sen, miten toteutuksen tulisi tarkemmin tapahtua, jätän seuraaviin päivityksiin.

A. Energian omavaraisuus ja ylivaraisuus

1. Tuulivoiman esteet pois: Luvitus nopeaksi, nopeat valitusten käsittelyt, valtion merialueille tuulivoimaloiden rakentaminen minimimaksuilla ja luvituksilla
2. Energiavarastot: vesivoimatehon nosto ja käyttö vain joustovoimaksi, vesivoiman viereen pumppuasemat energian varastoksi, lämpövarastot, akkuvarastot
3. Energiajoustot: uusien sähkölämmitteisten kiinteistöjen automatiikka joustavaksi, autojen älykkäät latauspisteet, lisää joustojen hakua teollisuudessa
4. Vanhojen hiili-, turve- ja kaasuvoimien pitäminen säätövoimana, kunnes systeemissä on päästy tasolle, jolla pärjäämme ilman

B. Fossiilisen polttoaineen korvaus

5. Suomi vihreän ammoniakin tuottajaksi Euroopalle (ammoniakki selvästi lähinnä markkinahintaa kaikista synteettisistä polttoaineista) – samalla tulemme omavaraiseksi maatalouden lannoitteissa
6. Teollisuuden maakaasun korvaaminen biokaasulla ja sähkövedyllä, mm. öljynjalostus ja raudan valmistus
7. Biokaasun tuotannon kasvattaminen: kaikki lanta ja muut biopohjaiset jätteet hyödynnettävä biokaasureaktorista, biokaasureaktorin jätös lannoitekäyttöön (parempi lannoite kuin lanta)
8. Polttoaineverojen nosto jos ja kun fossiilisten polttoaineiden maailmanmarkkinahinta laskee
9. Synteettisten polttoaineiden tukeminen polttoaineveroilla
10. Muut helposti korvattavat fossiiliset polttoaineet, kuten öljylämmitys ja maakaasun käyttö lämmityksessä: pitäisi aktiivisesti muuttaa muuhun muotoon, kuten sähköön

Yllä olevia varten ja tulevaisuuden varmistamiseksi pitää tutkimuksessa ja tuotekehityksessä panostaa akkuteknologiaan, vedyn valmistamiseen ja jalostamiseen, tuulivoiman rakentamiseen merelle, vihreillä polttoaineilla kulkeviin laivoihin, työkoneisiin ja modulaarisiin kaukolämpöydinvoimaloihin.

Haluaisitko lisätä listalle vielä jotakin?

Energiavuosi 2021

Vuoden vaihtuessa seuraavaan on aina hyvä palautella mieleen, mitä mennyt vuosi sisälsi ja mitä uutta ja huomionarvoista se toi tullessaan. Energiavuosi 2021 oli varsin vaiherikas ja sisälsi monta aihetta, jotka tulevat värittämään myös alkavaa vuotta 2022. Seuraavassa mielestäni merkittävimpiä nostoja:

Glasgow’n ilmastokokous jätti ristiriitaisen fiiliksen

Viimeisin YK:n ilmastokokous järjestettiin Iso-Britannian Glasgow:ssa loka-marraskuun vaihteessa, ja keskeisenä tavoitteena oli kirittää maita ilmastotoimien kunnianhimossa. Tämän Glasgow:n ilmastokokouksen lopussa julkaistu päätös kehotti maita päivittämään päästövähennystavoitteensa ja pitkän tähtäimen vähähiilisyyssuunnitelmansa alkavan vuoden aikana.

Samassa yhteydessä sovittiin, että etenemistä kohti Pariisin sopimuksen 1,5 asteen tavoitetta tarkastellaan jatkossa vuosittain. Kokouksen tulosten osalta hyväksi asiaksi koettiin osallistujamaiden sitoutuminen yhteiseen 1,5 asteen tavoitteeseen, mutta toisaalta moni taho olisi odottanut konkreettisempia toimia taistelussa ilmastonmuutosta vastaan.

Energian hinta puhutti

Energian hinta nousi ensimmäisen kerran kunnolla pinnalle, kun Helen ilmoitti 30 %:n nostosta kaukolämmön hintaan. Tämä kirvoitti paljon keskustelua niin kuluttajien keskuudessa kuin lehdistössäkin. Yhtiö ilmoitti hinnan noston syyksi ”poikkeuksellisen voimakkaan polttoaineiden, päästöoikeuksien ja sähkön hinnan samanaikaisen nousun”.

Vastaavien haasteiden kanssa paini moni teollisuusyritys, joille loppuvuoden 2021 korkeat sähkön hinnat tulivat yllätyksenä. Korkeiden hintojen taustalla olivat hyvin moninaiset tekijät, kuten teollisuustuotannon palautuminen ensimmäisen koronavuoden jälkeen, lisääntynyt maakaasun käyttö Keski-Euroopassa, uusiutuvan energian osuuden lisääntyminen sähköntuotannossa sekä uusien sähkönsiirtoyhteyksien avautuminen Skandinaviasta Manner-Eurooppaan.

Huipussaan Suomen SPOT -hinnat kävivät 7.12.2021, jolloin yksittäisen tunnin maksimihinta oli 1000,07 €/MWh, päivän keskihinnan ollessa 469,03 €/MWh. Jos hinnan vaikutusta haluaa konkretisoida, tarkoittaa se sitä, että keskikokoisen kartonkikoneen sähkölasku tältä yksittäiseltä tunnilta oli noin puolet sen tunnin aikana tuottaman tuotannon arvosta.

Sana taksonomia tuli tutuksi suurelle yleisölle

Sana taksonomia tuli monelle vastaan ensi kerran, kun EU julkaisi keväällä 2021 ehdotuksensa kyseisestä luokittelujärjestelmästä. Pähkinänkuoressa EU-taksonomia on työkalu, jonka on tarkoituksena auttaa sijoittajia, yrityksiä ja liike-elämän toimijoita sekä EU:n jäsenvaltioita suuntaamaan rahaa toimenpiteisiin, jotka edistävät siirtymää vähähiiliseen, kestävästi toimivaan ja resurssitehokkaaseen yhteiskuntaan.

Eniten Suomessa keskustelua herätti taksonomian ulottuminen metsätalouteen. Suomi otti EU:n esitykseen kantaa, että sääntely menee metsäasioissa liian pitkälle. Suomi ja Ruotsi yhteistyössä vastustivat metsänhoidon kriteereitä, kun taas muissa jäsenmaissa kritiikki suuntautui esimerkiksi maakaasun ja ydinvoiman rooliin taksonomiassa (myös Suomi oli mukana lobbaamassa ydinvoiman puolesta). Osa maista ei myöskään pitänyt asetusta tarpeeksi kunnianhimoisena.

Kaiken kaikkiaan taksonomia tulee jatkossa ulottamaan ilmastotyön hankkeiden rahoitukseen. Rahoituksesta tuleekin välittäjävoima vauhdittamaan vihreää siirtymää, kun tulevaisuuden ilmastoriskit saadaan liitettyä rahoituksen hintaan.

Ilmastotuet liikkeelle ja uusia rahoitusmahdollisuuksia 

Vuoden aikana keskusteluun nousi termi vihreä siirtymä, jolla tarkoitetaan siirtymää pois fossiilisten energialähteiden luomasta kasvusta kohti vihreisiin ratkaisuihin nojaavaa kasvua. EU:n tasolla tämä siirtymä on tarkoitus rahoittaa monivuotisesta rahoituskehyksestä ja elpymisvälineestä. Rahoitettavista hankkeista 37 % on tuettava ilmastotavoitteita.

Käytännössä eri rahoituskanavia alkoi avautumaan vuoden aikana ja julkisuuteen tuli useita hankkeita, jotka tätä rahoitusta olivat saaneet. Huomionarvoista näissä rahoitettavissa hankkeissa on, että erityisesti on tuettu hankkeita, jotka suuntaavat vahvasti tulevaisuuteen ja hankkeisiin, joilla on vaikuttavuutta Suomen mittakaavassa.

Myös monen yrityksen kannalta tärkeä vaihe, eli uuden teknologian kaupallistaminen ja teknologian skaalaaminen, on huomioitu rahoituksessa. Hakuja avataan kovaa vauhtia myös alkavana vuonna ja lisää rahoitusta saaneita hankkeita julkaistaan varmasti, mikä tulee vauhdittamaan vihreää siirtymää käytännössä.

Yritykset liikkeelle ilmastotalkoisiin

Vuoden aikana julkaistiin hengästyttävä määrä erilaisia selvityksiä ja raportteja. Loppuvuonna omalta kohdaltani mielenkiintoisimmat selvitykset olivat Huoltovarmuuskeskuksen teettämä selvitys ”Öljyn ja kaasun merkitys varapolttoaineena” ja Gasgridin tuottama julkaisu ”Suomen vetytalouden mahdollisuudet”.

Vuoden 2020 puolella julkaistiin eri teollisuuden alojen vähähiilisyystiekartat, joista julkaistiin TEM:n toimesta keväällä yhteenveto. Moni teollisuuden ala onkin jo lähtenyt vahvasti edistämään toimialansa tiekartan toimia muodostamalla omia konkreettisempia tiekarttoja ja investointiohjelmia.

Ilahduttavaa on myös huomata, että yhä useampi yritys on sitonut omat ilmastotavoitteensa Science Based Targets -tavoitteisiin. Yleisesti yritykset ovat sitoneet tavoitteensa scope 1 & 2 osalta (kattaen suorat ja energiantuotannosta aiheutuvat ilmastopäästöt). Huomionarvoista on lisäksi, että muutamat edelläkävijäyritykset ovat ottaneet tavoitteisiinsa myös scope 3:n, jolloin tarkastellaan koko arvoketjua. Uskon, että yhä useampi yritys laajentaa tavoitteensa kattamaan myös arvoketjunäkökulmaa.

Hiilijalanjäljestä kohti hiilikädenjälkeä

Yksi isompaan tietoisuuteen noussut termi oli hiilikädenjälki. Kyseiselle termille ei ole olemassa yksiselitteistä määritelmää, mutta hiilikädenjälkivaikutuksia on mahdollista tuottaa esimerkiksi seuraavilla tavoilla: Vältetään olemassa oleva jalanjälki paremmalla ratkaisulla samaan asiaan tai luodaan kokonaan uusi tapa tuottaa myönteinen vaikutus (jota ei muuten tapahtuisi).

Tehtyjen selvitysten perusteella panostaminen hiilikädenjälkeen mahdollistaa Suomen teollisuudelle moninkertaisen vaikutuksen verrattuna siihen, että keskityttäisiin vain vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä Suomessa. Toisaalta tätä kautta on mahdollista avata uutta liiketoimintapotentiaalia ja vallata markkina-asemaa puhtaan teknologian alalta. Myös suunnittelu- ja konsulttialalle hiilikädenjälki luo uusia mahdollisuuksia, sillä harvalla alalla yksittäinen asiantuntija pystyy tekemään omalla työllään vastaavan suuruisia positiivisia vaikutuksia.

Teknologiapuolella pinnalla olivat erityisesti lämpöpumput eri sovelluskohteisiin ja erilaiset lämmön varastointiratkaisut. Lämpöpumppuhankkeita lähti toteutukseen paljon sekä teollisuuteen että energiayhtiöille. Samaan aikaan erilaiset varastointiratkaisut tulevat yhä tärkeämpään rooliin, ja tallaisista hankkeista saimme lukea eri puolilta Suomea. Eniten pinnalla oli Vantaan energian paineellinen kalliovarasto, mutta vastaavan tyyppisiä hankkeita selvitettiin myös muualla päin maata.

Tuulivoiman osuus energiantuotannosta kasvoi uudelle tasolle vuonna 2021, ja lisää hankkeita julkaistiin pitkin vuotta. Suurin hanke julkaistiin Lestijärvelle, jonka vuosittaisen energiantuotannon on arvioitu olevan yli 1,3 terawattituntia, mikä vasta n. 2 % Suomen viime vuoden sähkön kulutuksesta. Mielenkiintoinen hanke on myös menossa Pirkanmaalla, jossa usean energiayhtiön yhteenliittymä pilotoi geotermisen lämmön mahdollisuuksia ja kannattavuutta. Loppuvuonna energiateollisuus julkaisi uuden suosituksen, jossa kaukolämmön (ensiöpuolen) menolämpötila pudotetaan 90 asteeseen. Tämä suunta tulee avaamaan mahdollisuuksia hyödyntää kiinteistöjen ja teollisuuden hukkalämpöjä yhä tehokkaammin.

Ydinvoima liikkumassa kahteen suuntaan

Kauan odotettu ”napin painallus” tapahtui Suomessa 21.12.2021 aamuyöllä, kun Olkiluoto 3:n reaktori käynnistettiin. Varsinaisen sähkön tuotannon on tarkoitus alkaa tammikuussa 2022 ja toimiessaan täydellä teholla se tulisi tuottamaan n. 15 % Suomen sähkön kulutuksesta. Samoihin aikoihin Energiateollisuus ry:n teettämän kyselyn mukaan ydinvoima on suositumpaa Suomessa kuin koskaan. Ydinvoiman käytön lisäämistä kannatti 50 prosenttia vastaajista, kun vuosi sitten osuus oli 42 prosenttia. Ydinvoiman mahdollisuuksia tarkastellaan myös osana lämmöntuotantoa. Eniten on ollut pinnalla Helen, joka tarkastelee SMR-teknologian hyödyntämismahdollisuuksia kaukolämmön tuotannossa.

Samaan aikaan Euroopassa mm. Saksa ja Belgia ovat luopumassa ydinvoimasta, kun taas Ruotsi tarkastelee tällä hetkellä kriittisesti nopeutettua ydinvoiman alasajoa. Mielenkiintoista nähdä, millainen rooli ydinvoimalle jatkossa energiajärjestelmään muodostuu.

Uudet avaukset vuonna 2021

Vuoden aikana tuli monia mielenkiintoisia avauksia, jotka suuntaavat pidemmälle tulevaisuuteen. Eniten pinnalla oli vetytalous, josta näkyvimpiä merkkejä olivat Vetyklusterin toiminnan lähteminen liikkeelle, julkaistut vetyhankkeet (esim. Harjavalta ja Naantali), SSAB:n Hybrit-hanke sekä keskustelu valtion roolista vetytalouden edistäjänä.

Tällä hetkellä näyttää siltä, että suuruus on valttia vetytalouden hankkeissa ja tämän takia on tärkeää kehittää ennakkoluulottomasti yhteistyötä eri tason toimijoiden kanssa. Keskustelussa on myös noussut vahvasti tahtotila, että Suomen täytyy heti alusta lähtien tähdätä vedyn jalostamiseen ja korkeamman lisäarvon tuotteisiin, eikä päätyä vedyn bulkkituottajaksi Keski-Euroopalle.

Myös kiertotalousrintamalla tapahtui vuoden aikana paljon. Eniten olivat pinnalla kuidun jalostamiseen liittyvien start-up toimijoiden hankkeiden edistyminen kohti tuotantomittakaavaa. Lisäksi mielenkiintoisia avauksia olivat esimerkiksi Betolarin pörssilistautuminen ja muiden teollisuuden sivutuotteita hyödyntävien start-up toimijoiden ulostulot.

Mitä vuosi 2022 tuo tullessaan?

Kuten edeltä nähtiin vuonna 2021 tapahtui paljon energiasektorilla ja uskon vahvasti, että vuonna 2022 tulee tapahtumia ainakin yhtä vinhaan tahtiin. Jo nyt näemme, että vihreään siirtymään liittyviä investointihankkeita on todella paljon liikkeellä tai lähdössä liikkeelle. Tätä tulee edistämään myös erilaisten tukimuotojen jatkuminen.

Myös vetyyn liittyvä keskustelu tulee keräämään lisää kierroksia alkavana vuonna. Toisaalta uskon, että tietynlainen sumuisuus ja varianssi tulee jäämään osaksi energiasektoria ja markkinaa lähitulevaisuuteen. Tästä ehkä selkein esimerkki tulee olemaan sähkön hinnan suuret vaihtelut, vaikkakin perushintataso tullee laskemaan loppuvuoden 2021 hinnoista. Tähän meidän täytyy sopeutua ja toisaalta se tarjoaa myös paljon uusia mahdollisuuksia rohkealle.

Hyvää Energiavuotta 2022!

Voit myös katsoa 1 jakson tallenteen täältä

Energiaa ei muisteta arvostaa tarpeeksi – energiamurroksen keskellä

Energiaa ei muisteta arvostaa tarpeeksi – energiamurroksen keskellä

Viime aikoina julkisuudessa on ollut paljon keskustelua energian hinnan kehityksestä sekä polttoaineiden, kaukolämmön, että sähkön osalta. Samaan aikaan myös hinnan ennustettavuus on muodostunut yhä haastavammaksi. Syitä kehitykseen ovat esimerkiksi päästöoikeuksien hinnan kehitys, energiantuotannon investoinnit kohti hiilineutraaleita ratkaisuja sekä teollisuuden elpyminen koronan vaikutuksista. Jatkossa kun uusiutuvan energian osuus energiajärjestelmässämme kasvaa, saamme tottua erityisesti sähkön hinnan voimakkaisiinkin heilahteluihin ja jopa negatiivisiin hintoihin.

”Yksikään toimija ei voi ajatella enää, että sähköä tulee töpselistä ja polttoainetta pumpusta”

Kun edellä esitettyä kehitystä tarkastellaan yksittäisen energiankäyttäjän kannalta, voi se ymmärrettävästi hämmentää. Toisaalta on kuitenkin hyvä palauttaa mieleen, mitä me tällä arvokkaalla hyödykkeellä oikein saamme. Mielestäni energian ja toimivan energiajärjestelmän arvostus on vielä tänäänkin liian pientä ja jatkossa siitä on pakko tulla merkittävä lisäarvohyödyke. Yksikään toimija ei voi ajatella enää, että sähköä tulee töpselistä ja polttoainetta pumpusta. Yhä useamman toimijan on mietittävä, miten käytetty energia on tuotettu, kuinka tehokkaasti sitä käytetään ja kuinka sen kautta on mahdollista saada muita hyötyjä.

Ensinnäkin toiminnan ajallisten vaihteluiden hallinta ja energian hinnan ennakointi tulee olemaan yksi uusi kilpailutekijä yrityksille. Tuotantoa voidaan pyrkiä esimerkiksi ohjaamaan halvemman energian tunneille (ja tulevaisuudessa varttitunneille) tai tuotannossa voidaan hyödyntää energiavarastoja ja älykästä ohjaamista osana tehokasta tuotantotoimintaa. Sähkönkäytön osalta Spot- ja reservimarkkinoilta voi löytyä uusia mahdollisuuksia tehdä liiketoimintaa, jos esimerkiksi nykyisen lämmöntuotantotavan vaihtoehtona/rinnalla voidaan hyödyntää esimerkiksi sähkökattilaa, jolla lämpö tuotetaan halvan sähkön aikoina. Tämä vaatii monelta yritykseltä ajattelutavan muutosta ja toisaalta on tärkeää, ettei näissä ratkaisuissa sorruta osa-optimointiin. Olennaista tässä energiamurroksessa onkin hahmottaa, että energian voi valjastaa pakollisesta kulusta liiketoimintaelementiksi.

”Olennaista tässä energiamurroksessa onkin hahmottaa, että energian voi valjastaa pakollisesta kulusta liiketoimintaelementiksi.”

Energiajärjestelmämme stabiilisuus ja korkea toimitusvarmuus

Yksi unohdettu asia energiajärjestelmän arvostuksessa, varsinkin meillä Suomessa, on meidän energiajärjestelmämme stabiilisuus ja korkea toimitusvarmuus. Esimerkiksi kaukolämpöasiakkaan lämmöntoimitus on Energiateollisuus ry:n keräämien keskeytystietojen mukaan keskeytyneenä keskimäärin alle 2 tuntia vuodessa. Pelkästään kaukolämpöjärjestelmän häiriötilanteista, kuten jakeluverkon vaurioista ja tuotantokatkoksista, johtuvien keskeytysten aiheuttama keskimääräinen keskeytysaika on noin puolet eli alle tunnin vuodessa [1]. Vastaavasti sähkön osalla energialla painotettu keskeytysaika asiakkaalla vuodessa 1,22 h/a ja keskeytysten määrän kannalta tarkasteltuna 1.98 kpl/a [2]. Tämä ei kuitenkaan tule ilmaiseksi ja tämä vaatii nyt ja jatkossa energiayhtiöiltä jatkuvia ylläpito ja kehitysinvestointeja. Vastapainona esimerkiksi Suomen teollisuus saa energian toimituksen kannalta hyvin stabiilin toimintaympäristön, joka toivottavasti pitää osaltaan teollista toimintaa Suomessa. Vaikka energiantuotanto tulee jatkossa hajaantumaan nykyisestä hyvin keskitetystä toimintamallista, ei tässä kehityksessä saa unohtaa tämän keskitetyn infrastruktuurin hyviä ominaisuuksia.

Varaudu seuraaviin aiheisiin

Kuten tiedetään energian kautta monen yrityksen on helpointa vaikuttaa ilmastoriskiin ja tätä kautta turvata tulevaisuuden liiketoiminnan edellytyksiä. Elinkeinoelämän Keskusliitolle tehdyn selvityksen [3] mukaan yritysten tulee varautua ainakin seuraaviin aiheisiin:

• Toimitusketjut muuttuvat ilmaston muutoksen edetessä
• Kiertotalous etenee ja raaka-aineiden hinnat nousevat
• Raha karttaa ilmastoriskejä ja vähähiiliset ratkaisut ovat voittajia
• Osaaminen vaatii kehittämistä ja tarvitaan jatkuvaa panostusta tuotekehitykseen

Kun tarkastellaan asiaa energian tuotannon ja käytön kautta, on selvää, että varautuminen edellisiin tekijöihin parantaa yrityksen mahdollisuuksia mukautua liiketoimintaympäristön muutoksiin. Tämä tarkoittaa myös sitä, että yritysten on myös uskallettava panostaa kehitykseen. Ne jotka ymmärtävät energian arvon ja ovat valmiita panostamaan sen mahdollisuuksiin, ovat huomisen voittajia!

Lue lisää energiatulevaisuuden johtamisesta!

Lähteet:

[1] https://energia.fi/energiasta/energiaverkot/kaukolammon_keskeytykset

[2] https://energia.fi/files/4972/Sahkon_keskeytystilasto_2019.pdf

[3]https://www2.deloitte.com/fi/fi/pages/risk/articles/ilmastonmuutos-vaikuttaa-yritysten-toimintaan.html

Skenaarioita digitaalisen kaksosen tulevaisuudesta 2026

Skenaariotyöskentelyssä arvioidaan tietyn asian kehitykseen vaikuttavien tekijöiden vaikutusta ja todennäköisyyttä, joiden perusteella muodostetaan vaihtoehtoisia tulevaisuuskuvauksia. Hyvin todennäköisesti tapahtuvat asiat voidaan sisällyttää jokaiseen skenaarioon. Skenaariot eroavat toisistaan merkittävien ja epävarmojen tekijöiden kehityksen suhteen, koska ne vaikuttavat eniten millainen tulevaisuuden tilanne on.

Alla esitetyssä taulukossa olevat tekijät ovat kaikki merkittäviä siinä, kuinka digitaalinen kaksonen kehittyy seuraavan viiden vuoden aikana. Kehityksen voidaan olettaa olevan vakaata laskentatehon, verkkoteknologian, simulaation ja esineiden internetin osalta (Borrelli & Wellmann, 2019; Clark, 2015; Costello & Omale, 2019; Javed & Siddiqui, 2017; Levin, 2018; Lundstrom, 2003; Mussomeli et al., 2020; Zaidi et al., 2018). Nämä todennäköiset tekijät voidaan skenaariotyöskentelyssä huomioida toteutuvan jokaisessa skenaariossa. Digitaaliseen kaksoseen liittyen epävarmoja tekijöitä ovat koneoppiminen ja tekoäly, kustannukset asiakkaalle, vakiintuneet käsitteet ja yhteensopivuus sekä asiakasarvon kommunikointi (Ailisto, 2018; IEEE, 2020; Rogers, 1971; Uhlemann et al., 2017). Tekoälyn lisäksi vaikeasti ennakoitavat tekijät liittyvät pääosin asiakkaan kokemaan arvoon ja arvon kommunikoimiseen asiakkaalle.

Taulukko 1. Digitaalisen kaksosen tulevaisuuteen vaikuttavat tekijät

Epävarmat tekijät liittyvät kaikki joko teknologiseen kehitykseen tai asiakkaiden hyväksyntään tai suoraan tai välillisesti molempiin. Teknologinen kehitys ja asiakkaiden hyväksyntä ovat siis kaksi merkittävästi digitaalisen kaksosen kehittymiseen vaikuttavaa tekijää. Uuden teknologian kehittämistä kuvataan usein joko markkina- tai teknologialähtöisenä. Skenaarionelikentän akseleina teknologisen kehityksen ja asiakkaiden hyväksynnän nopeudet kuvaavat tavallaan näitä lähestymiskulmia. Kuvassa 1 esitetyssä Skenaarionelikentässä on teknologisen kehityksen nopeuden ja asiakkaiden hyväksynnän nopeuden suhteen esitetty neljä vaihtoehtoista skenaariota siitä, mitä digitaalinen kaksonen voi olla vuonna 2026.

Skenaarionelikentän skenaarioista digitaalisen kaksosen kannalta positiivisin skenaario on nelikentän oikeassa yläkulmassa. Vasemman alakulman skenaario 3 on digitaalisen kaksosen kannalta negatiivisin.

Skenaario 1: Teknologinen kehitys on nopeaa, mutta asiakkaiden hyväksyntä hidasta ja marginaalisena ratkaisuna digitaalinen kaksonen jää vain tiettyjen asiakkaiden käyttöön tietyissä tapauksissa.

Skenaario 2: Sekä digitaalisen kaksosen teknologinen kehitys että nopea asiakkaiden hyväksyntä vaikuttavat siihen, että digitaalisesta kaksosesta tulee vallitseva toimintatapa. Vallitsevana toimintatapana digitaalinen kaksonen on suunnittelupalvelutoiminnan ytimessä ja se jopa syrjäyttää aikaisempia suunnittelukäytäntöjä. Skenaariossa digitaalinen kaksonen disruptoi suunnittelutoiminnan ja sitä käytetään useisiin eri tarkoituksiin ja sille on suurta kysyntää asiakkaiden puolelta.

Skenaario 3: Digitaalinen kaksonen ei ole saavuttanut teknisestä näkökulmastaan huipputasoaan tai kehittynyt merkittävästi omaksi teknologiakseen verraten sen hyödyntämiin teknologioihin. Digitaalinen kaksonen on myös jäänyt asiakkaiden keskuudessa vailla suurta kysyntää.

Skenaario 4: Digitaaliseen kaksoseen vain pieniä teknologisia kehitysaskeleita, mutta suurta asiakaskysyntää. Inkrementaalinen kehitys voi tarkoittaa käytännössä esimerkiksi sitä, että digitaalinen malli on vastaava mitä voidaan jo simuloida tai datan liikkuminen fyysisen ja digitaalisen osan välillä tapahtuu vain harvoin, eikä digitaalisesta osasta saatua dataa voida hyödyntää reaaliajassa.

Skenaarioiden todennäköisyyden tarkastelussa hyödynnettiin neljän ulkopuolisen tahon arviota digitaalisen kaksosen kehittymisestä vuonna 2026. Wadhwani & Kasnale (2019) mukaan kasvun ajureita ovat tekoälyn ja muiden teknologioiden kehittyminen. Erityisesti esineiden internetin, mutta myös muun edistyneen teknologian hyödyntäminen yrityksissä vauhdittaa myös digitaalisen kaksosen omaksumista. Tämän arvio muistuttaa skenaarioista eniten skenaariota 1.

Costello & Omalen (2019) mukaan digitaalinen kaksonen on hiljalleen saavuttamassa enemmistön. Tämä tarkoittaisi siis, että asiakkaat hyväksyvät digitaalisen kaksosen laajasti. Erityisesti esineiden internetiä jo hyödyntävistä yrityksistä hyvin suuri osa suunnittelee ottavansa digitaalisen kaksosen käyttöön seuraavina vuosina. Heidän mukaansa asiakkaiden hyväksynnän taustalla on runsas markkinointi, digitaalisten kaksosten tarjoama arvo ja digitaaliset kaksoset osana yritysten strategioita. Tämän ennakointi on lähinnä skenaariota 4: Inkrementaalinen kehitys, mutta laajasti hyväksytty digitaalinen kaksonen.

Allied Market Research (2021) arvioi digitaalisen kaksosen olevan yksi vuosisadan voitollisimmista markkinoista. Arvion mukaan digitaalisten kaksosten kysyntä kasvaa merkittävästi globaalisti seuraavien 4-5 vuoden aikana. Kasvun ajureina nähdään erityisesti teknologinen kehitys ja T&K-investointien nähdään avaavan uusia markkinamahdollisuuksia. Allied Market Researchin (2021) mukaan teknologinen kehittyminen on merkittävää, minkä lisäksi kysynnän odotetaan kasvavan merkittävästi. Tämä arvio on siis lähinnä skenaariota 2, vaikka aivan vallitsevaksi toimintatavaksi digitaalinen kaksonen ei ehdi kehittyä viidessä vuodessa.

Mussomeli et al. (2020) nostivat erityisesti esineiden internetin yleistymisen ja simulaation kehittymisen merkittävinä tekijöinä digitaalisen kaksosen kehittymiselle. Markkinan odotetaan moninkertaistuvan ja digitaalisia kaksosia käytettävän laajasti eri aloilla ja tarkoituksissa. Mussomeli et al. (2020) ennakoivat, että erityisesti teollisten palveluiden tarjoajilla on kysyntää digitaalisille kaksosille. Tämän ennakoinnin mukaan siis sekä teknologia keittyy, mutta myös asiakkaat eri aloilta ja tarkoituksissa käyttävät digitaalista kaksosta. Tämä on lähinnä skenaariota 2.

Taulukko 2. Skenaarioiden arviointi

Taulukon perusteella skenaario 2 eli vallitseva toimintatapa on yleisin. Tämän mukaan skenaario 3 eli digitaalinen kaksonen floppaa on kaikista epätodennäköisin skenaario. Myös skenaariot 1 ja 4 ovat saaneet tukea ennakoinneista, eli odotetaan joko teknologisen kehityksen tai asiakkaiden hyväksynnän kasvavan, mutta ei molempien. Skenaariotyöskentelyn sekä skenaarioiden arvioinnin perusteella voidaan ennakoida, että sekä teknologinen kehitys että asiakkaiden hyväksyntä ovat suhteellisen nopeaa. Kuitenkaan tukea sille, että digitaalisesta kaksosesta tulisi viidessä vuodessa vallitseva toimintatapa ei ole. Vuonna 2026 digitaalinen kaksonen on siis matkalla kohti skenaariota 2, mutta sitä ei olla vielä saavutettu.

Skenaariotyöskentelyn perusteella sekä digitaalisen kaksosen teknologinen kehitys että asiakkaiden hyväksynnän kehitys ovat nopeita, minkä takia yrityksen kannattaa ehdottomasti olla mukana digitaalisen kaksosen markkinoilla. Kehityksen ollessa nopeaa ja markkinan muuttuessa jatkuvasti on tärkeää myös tehdä valintoja mitä organisaatio haluaa tehdä itse ja missä asioissa hyödyntää kumppaneita.

• Ailisto, H. (2018). Viisi asiaa tekoälystä, jotka sinun pitäisi tietää. VTT. https://www.vttresearch.com/fi/uutiset-ja-tarinat/viisi-asiaa-tekoalysta-jotka-sinun-pitaisi-tietaa
• Allied Market Research. (2021). Digital Twin Technology Market Size, Share and Industry Forecast | 2026. https://www.alliedmarketresearch.com/digital-twin-technology-market
• Borrelli, A., & Wellmann, J. (2019). Computer Simulations Then and Now: an Introduction and Historical Reassessment. NTM International Journal of History and Ethics of Natural Sciences, Technology and Medicine, 27(4), 407–417.
• Clark, D. (2015). Moore’s Law Is Showing Its Age. The Wall Street Journal. https://www.wsj.com/articles/moores-law-is-showing-its-age-1437076232?mod=article_inline
• Costello, K., & Omale, G. (2019). Gartner Survey Reveals Digital Twins Are Entering Mainstream Use. https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2019-02-20-gartner-survey-reveals-digital-twins-are-entering-mai
• IEEE. (2020). Why the Development of Wireless Networks Is Important for Global IoT Growth. IEEE Transmitter. https://transmitter.ieee.org/why-the-development-of-wireless-networks-is-important-for-global-iot-growth/
• Javed, M., & Siddiqui, A. T. (2017). Transformation of Mobile Communication Network from 1G to 4G and 5G. International Journal of Advanced Research in Computer Science, 8(3), 193–197.
• Levin, M. S. (2018). On Combinatorial Models of Generations of Wireless Communication Systems. Journal of Communications Technology and Electronics, 63(6), 667–679.
• Lundstrom, M. (2003). Moore’s law forever? (Applied Physics). Science, 299(5604), 210–212.
• Mussomeli, A., Parrott, A., Umbenhauer, B., & Warshaw, L. (2020). Digital twins: Bridging the physical and digital. Deloitte Insights. https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/tech-trends/2020/digital-twin-applications-bridging-the-physical-and-digital.html
• Rogers, E. M. (1971). Diffusion of Innovations (3rd ed.). The Free Press.
• Uhlemann, T. H. J., Lehmann, C., & Steinhilper, R. (2017). The Digital Twin: Realizing the Cyber-Physical Production System for Industry 4.0. Procedia CIRP, 61, 335–340.
• Wadhwani, P., & Kasnale, S. (2019). Digital Twin Market Statistics | Global Size Forecasts 2026. https://www.gminsights.com/industry-analysis/digital-twin-market
• Zaidi, A., Hussain, Y., Hogan, M., & Kuhlins, C. (2018). Cellular IoT Evolution & digitization|Whitepaper – Ericsson. https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers/cellular-iot-evolution-for-industry-digitalization

Digitaalisen kaksosen hyödyt ja käyttökohteet

Digitaalinen kaksonen on houkutteleva investointi, koska sen avulla yritys voi saavuttaa sekä kustannussäästöjä että tuoda asiakkaalle lisäarvoa. Digitaalisesta kaksosesta saatavat ja tavoiteltavat hyödyt riippuvat digitaalisen kaksosen käyttökohteesta, eli siitä, mitä digitaalinen osa mallintaa. Lisäksi hyötyihin vaikuttaa suuresti digitaalisen kaksosen taso, jotka on esitelty tämän blogisarjan edellisessä blogissa. Tässä blogissa esitellään missä valmistavan teollisuuden yritys voi saada hyötyä digitaalisen kaksosen hyödyntämisestä.

Liu et al. (2020) tutkivat satoja digitaalisesta kaksosesta tehtyjä tutkimuksia, ja jakoivat digitaalisen kaksosen käyttökohteet neljään ryhmään. Heidän mukaansa digitaalista kaksosta voidaan valmistavassa teollisuudessa käyttää elinkaaren mukaisista vaiheista suunnittelussa, valmistamisessa, palveluissa ja tuotteen elinkaaren loppupuolella. Elinkaaren loppuvaihetta ei nostettu tässä esiin, koska siihen liittyviä hyötyjä tulee (Liu et al., 2021) mukaan tutkia vielä lisää. Kuvassa 1 on esitetty digitaalisen kaksosen hyödyt käyttökohteittain.

Tuotekehityksessä digitaalisesta kaksosesta saatavat hyödyt liittyvät nopeampaan ja kustannustehokkaampaan suunnitteluvaiheeseen. Lisäksi digitaalisen kaksosen avulla data on yhdessä paikassa ja saatavilla, mikä mahdollistaa informaation pohjalta parempien päätösten tekemisen. Testauksessa ja validoinnissa digitaalinen kaksonen mahdollistaa laajemman testaamisen.

• Iteratiivinen optimointi
  • Iteratiivisen optimoinnin avulla tuotetta voidaan kehittää paremmaksi vähän kerrallaan. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan ennakoida kehityssuuntia ja jäljittää aikaisempia kehityksiä. Tämä lyhentää suunnittelusykliä ja vähentää uudelleen tehtävän työn kustannuksia.
• Datan eheys
  • Datan eheys tarkoittaa sitä, että jos laitteen valmistamiseen liittyy useita sidosryhmiä, digitaalinen kaksonen sisältää kaiken oleellisen tiedon laitteesta eikä data ole pirstaloitunut. Tämä mahdollistaa paremman jäljitettävyyden ja laadukkaamman informaation pohjalta tehtävät päätökset.
• Testaus & Validointi
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan eliminoida myös ei-toivottuja ei-ennakoituja tapauksia. Voidaan käyttää myös virtuaalisena prototyyppinä useiden versioiden ja applikaatioiden skenaarioiden testaamiseen. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan myös testata laitteen ja sen toimintaympäristön välistä mallia.

Valmistuksessa valmistusprosessin tai osaprosessin mallintaminen digitaalisella kaksosella mahdollistaa valmistusprosessin visualisoinnin sekä prosessin tilan ja suunnitelmien vertaamisen. Valmistuksessa suurin hyöty saadaan historiadatan, reaaliaikaisen datan ja simuloinnin tuottaman datan yhdistämisestä. Tämän informaation avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä.

• Reaaliaikainen seuranta
  • Digitaalinen kaksonen mahdollistaa reaaliaikaisen seurannan visuaalisena, integroituna 3D-malliin. Reaaliaikaisessa seurannassa ei ole kyse pelkästä datan esittämisestä, vaan digitaalisen kaksosen avulla saadaan kokonaisvaltainen tilannekuva ja ymmärrys päätösten tueksi.
• Tuotannon ohjaaminen
  • Tuotannon ohjaamisessa on tärkeää reagoida poikkeamiin. Digitaalisen kaksosen kokonaisvaltaisen tarkan mallin avulla voidaan vastata nykyisiin monimutkaisiin haasteisiin oikein ajoitettujen toimenpiteiden avulla.
• Suorituskyvyn ennustaminen
  • Suorituskyvyn ennustamiseen vaikuttaa tuotantoprosessin toiminnan lisäksi myös variaatiot raaka-aineissa. Digitaalisen kaksosen jatkuvasti kehittämien mallien avulla voidaan arvioida suorituskykyä ottaen huomioon useat muuttujat ja saavuttaa tarkempia arvioita.
• Ihmisen ja robotin yhteistyö
  • Perinteisesti ihmisen ja robotin välisessä yhteistyössä sekä ihmisen että robotin on tarvinnut muuttaa liikeratojansa yhteensopiviksi. Digitaalisen kaksosen avulla robotin liikerataa ja toimintoja voidaan säätää reaaliajassa sopimaan saumattomasti ihmisen toimintoihin.
• Prosessin optimointi
  • Valmistusprosessien monimutkaisuuden kasvaessa perinteisestä prosessisuunnittelusta tulee yhä vaikeampaa. Prosessin suunnittelussa on vaikea ottaa huomioon oikeat olosuhteet. Prosessin lopputuotokseen vaikuttavat tekijöitä voidaan mitata ja niistä voidaan laatia digitaalisen kaksosen avulla mallinnuksia , jotka toimivat päätösten tukena.
• Resurssienhallinta
  • Läpinäkyvyydellä ja jäljitettävyydellä on kriittinen rooli tuotannon kehittämisessä ja tämän informaation perusteella voidaan paremmin valvoa, suunnitella ja aikatauluttaa toimintoja. Digitaalinen kaksonen tukee resursseihin liittyvää päätöksentekoa dynaamisella ja realistisella digitaalisella mallilla reaalimaailman tuotannosta.
• Tuotannonsuunnittelu
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan optimoida tuotantoa globaalisti ja vastata muutoksiin välittömästi. Digitaalinen kaksonen ilmoittaa välittömästi muutoksista, ja niihin voidaan reagoida tuotannonsuunnittelussa heti.

Palvelupuolella digitaalista kaksosesta voidaan saada hyötyä erityisesti toimintavarmuuden parantamisessa. Liu et al. (2020) nostivat palveluista esiin huoltotarpeen ennakoinnin, viantunnistuksen ja diagnosoinnin, suorituskyvyn ennustamisen, laitteen tilan seurannan ja virtuaalisen testauksen. Näiden palveluiden rahalliset hyödyt on osoitettavissa asiakkaalle helposti laskemalla kuinka paljon seisonta-aikaa voidaan vähentää digitaalisen kaksosen avulla. Suurin digitaalisen kaksosen hyöty teollisissa palveluissa tulee siitä, että digitaalisessa mallissa otetaan huomioon juuri tietyn laitteen ominaisuudet ja käyttö aina suunnittelusta ja valmistuksesta käyttöön asti. Digitaalista mallia myös päivitetään jatkuvasti uudella datalla ja siksi malli osaa ennakoida juuri tietyn laitteen käyttäytymistä.

• Huoltotarpeen ennakointi
  • Huoltotarpeen ennakointi voidaan digitaalisen kaksosen avulla tarjota vastaamaan juuri kyseisen laitteen huoltotarvetta. Tämä poistaa tarpeen varmuuden vuoksi tehtävillä määräaikaishuolloille, parantaa toimintavalmiutta ja tuo kustannussäästöjä
• Viantunnistus & Diagnosointi
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan yhdistää fyysisestä osasta saatava data digitaalisen mallin tuottamaan informaatioon. Nämä yhdistämällä voidaan tunnistaa aikaisempaa luotettavammin missä vika on.
• Suorituskyvyn ennustaminen
  • Laitteen suorituskykyyn vaikuttavat useat tekijät, joista voidaan saada tarkempaa tietoa laitteen käytön ja siitä kerätyn datan avulla.
• Laitteen tilan seuranta
  • Laitteen tilan seurannassa voidaan yhdistää fyysisestä osasta kerättävä data virtuaalisen mallin datan kanssa. Laitteen tilan seuranta päivittyy ja tarjoaa tietoa laitteen tilasta reaaliajassa myös etäyhteyden välityksellä.
• Virtuaalinen testaus
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan testata mahdollisia suuria tappioita aiheuttavia toimintoja etukäteen. Simulaatioon verrattuna digitaalinen kaksonen antaa realistisemman ja tarkemman lopputuloksen.

Digitaalisen kaksosen hyödyt riippuvat käyttökohteen lisäksi digitaalisen kaksosen tasosta. Korkeamman tason digitaalinen kaksonen mahdollistaa autonomisen operoinnin, kun digitaalisen kaksosen esiastetta voidaan käyttää esimerkiksi markkinoinnissa ja koulutuksessa. Digitaalisen kaksosen avulla yhtä mallia voidaan hyödyntää myös useammassa käyttötarkoituksessa ja sitä voidaan muokata vastaamaan päivitettyä fyysistä mallia.

Alkuperäisen digitaalisen kaksosen idean kehitti Grieves (2014) vastaamaan tarpeeseen entistä paremmasta tuotetiedonhallinnasta. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan kuitenkin saavuttaa hyötyjä myös monessa muussa asiassa. Parhaimmillaan digitaalisen kaksosen avulla voidaan saavuttaa samanaikaisesti sekä kustannussäästöjä että tarjota lisäarvoa asiakkaalle!

• Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. In A Whitepaper by Dr. Michael Grieves.
• Liu, M., Fang, S., Dong, H., & Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 346–361.

Kunnat ja kaupungit ratkaisemassa ilmastokriisiä

Työkaluja kunnille ja kaupungeille ilmastokriisissä

Kuluneena kesänä ilmastonmuutoksen erinäiset vaikutukset tulivat lähemmäksi myös meidän arkeamme kun samaan aikaan Suomessa koettiin poikkeuksellisen pitkä hellejakso ja samaan aikaan luimme lehdistä, kuinka Keski-Euroopassa kärsittiin jättitulvista, menettäen jopa ihmishenkiä. Kaupungit olivat tässä tilanteessa pahimmassa tilanteessa ja luultavasti jatkossa yhä enemmän joudutaan sopeutumaan poikkeuksellisiin sääoloihin. Luonnollisesti yhdyskuntasuunnittelulla voidaan ratkaisevasti vaikuttaa kaupungin sopeutumiskykyyn. Ilmastonmuutoksen vuoksi yhdyskuntasuunnittelussa tulee yhä enemmän varautua tulviin, tuulisuuden, rankkasateiden ja myrskyjen lisääntymiseen, sadannan kasvuun. Myös maan kosteuden ja pohjavesiolosuhteiden muutoksia luultavasti on odotettavissa, mikä puolestaan voi johtaa eroosion ja sortumariskin lisääntymiseen sekä jäätymisolosuhteiden muutoksiin.

Sopeutumisen lisäksi on tärkeää, että ilmastovaikutuksia pyritään myös ehkäisemään mahdollisimman tehokkaasti. Käytännössä tämä tarkoittaa päästöjen määrätietoista pienennystä, sillä globaalissa mittakaavassa kaupunkialueet kuluttavat 2/3 koko maailman energiasta ja tuottaen yli 70 % CO₂ päästöistä (vaikka ne kattavat vain alle 2 % globaalista maa-alasta). Suomessa kuntien ilmastopäästöt vastaavat reilusti yli puolta Suomen kokonaispäästöistä (kuntien päästöiksi lasketaan sellaiset liikenteen, energiantuotannon, kotitalouksien ja yritysten päästöt, jotka syntyvät kuntarajojen sisäpuolella).

Monet kunnat ovatkin jo lähteneet työhön ja asettaneet päästöjen vähennystavoitteita. Sitran toteuttaman selvityksen mukaan Suomen kunnat voivat puolittaa päästönsä (kuva 1)

Merkittävä osa kuntien ilmastovaikutuksista tulee lämmityksestä ja liikenteestä. Käytännössä kunnilla on useita mahdollisuuksia vaikuttaa ilmastopäästöihin, joista merkityksellisiä ovat esimerkiksi seuraavat:

• Parantamalla energiatehokkuutta
• Huomioimalla ilmastovaikutukset kaavoituksessa ja maankäytössä
• Siirtymällä pois fossiilisista energiajakeista
• Energiayhtiöihin vaikuttaminen omistajaohjauksen kautta
• Edistämällä kiertotaloutta eri toimijoiden kanssa
• Toteuttamalla kestäviä hankintoja
• Edistämällä kevyttä liikennettä ja joukkoliikennettä
• Edistämällä sähköautojen latauspisteitä ja biokaasun tankkausasemia
• Luomalla mahdollisuuksia sektori-integraatiolle

Kunnat ja kaupungit voivat muodostua tärkeiksi integraattoreiksi, jotka mahdollistavat toiminnallaan kestäviä ratkaisuja, edistävät kiertotalousratkaisuja sekä luovat edellytyksiä puhtaalle liiketoiminnalle.

Yksi  konkreettinen työkalu ilmastotyössä on Uusiutuvan energian kuntakatselmus. Tällä Motivan kehittämällä mallilla selvitetään kunnan mahdollisuudet siirtymässä kohti hiilineutraalisuutta. Kyseisiä selvityksiä toteutettiin paljon vuosina 2013-2015, jonka jälkeen suosio on hiipunut (kuva 2). Tilanne monessa kunnassa on kehittynyt paljon tämän jälkeen, minkä vuoksi katselmuksen päivitys voi olla ajankohtaista. Tähän voi ajaa esimerkiksi paikallisen energiayhtiön omat hiilineutraalisuustavoitteet, jossa kunnan ratkaisuilla on keskeinen rooli.

Uusiutuvan energian kuntakatselmusmalli

Uusiutuvan energian kuntakatselmusmallissa on myös mahdollista tarkastella kunnan tilannetta ja mahdollisuuksia myös laajemmin, huomioiden esimerkiksi sektori-integraatiomahdollisuuksia, sähköistymistä ja hajautettuja energiaratkaisuja. Tärkeää on myös ulottaa näkökulmaa myös pidemmälle tulevaisuuteen, jossa uudet energiaratkaisut näyttelevät yhä suurempaa roolia. Työssä olennaista on tuottaa konkreettisia askeleita ja toimenpiteitä, joilla kunnan asettamat tavoitteet konkretisoituvat tekemiseksi. Toisaalta kuntalaisten lisääntynyt ilmastotietoisuus vaatii kunnalta yhä kattavampaa viestintää, johon katselmus tuottaa hyödynnyttävissä olevaa aineistoa.

Ota yhteyttä ja kerromme lisää!

Digitaalinen kaksonen – digital twin

Digitaalisen kaksosen (Digital twin) konseptin esitti ensimmäisenä tohtori Michael Grieves vuonna 2003 tuotetiedonhallinnan luennollaan Michiganin yliopistossa (Grieves, 2014). Digitaalisen kaksosen konsepti on yksinkertaisuudessaan fyysisestä tuotteesta tehty digitaalinen kuvaus, joka keräsi dataa fyysisestä osasta, ja jonka avulla voitiin siirtää informaatiota takaisin fyysiseen osaan (Grieves, 2014). Alla kuvassa on esitetty digitaalisen kaksosen perusperiaate.

Digitaalisen kaksosen konsepti on pysynyt yli viidentoista vuoden ajan pääpiirteiltään samana. Grieves (2014) ja Liu et al. (2020) kuitenkin toteavat, että digitaalisen kaksosen määritelmä on monipuolistunut ja tarkentunut teknologisen kehityksen myötä. Uudemmat määritelmät ovat alkuperäistä määritelmää kattavampia ja niissä on korostettu lisäksi esimerkiksi reaaliaikaisuutta (Batty, 2018) tai digitaalisen kaksosen käyttökohteita (Madni et al., 2019).

Madni et al. (2019) toteavat, että teknologian kehittyessä on tärkeää määritellä, mitä voidaan nimittää digitaaliseksi kaksoseksi ja miten digitaalinen kaksonen kehittyy. Mallissa on määritelty neljä eri kypsyystasoa; digitaalisen kaksosen esiaste, digitaalinen kaksonen, soveltava digitaalinen kaksonen ja älykäs digitaalinen kaksonen. Viitekehyksessä kukin taso on askel yksinkertaisimmasta mahdollisesta digitaalisesta mallista kohti määritelmien monimutkaisimpia ja kehittyneimpiä kuvauksia. Digitaalisten kaksosten, eli mallissa tasojen 2-4 mukaisten mallinnuksien keskinäinen ero on mallin monimutkaisuudessa, datan määrässä, siirtonopeudessa ja ajankohtaisuudessa, teknologian autonomisuudessa sekä mallin tarjoaman hyödynnettävän informaation määrässä. Mallin tasot kriteereineen on esitetty kuvassa 2. Madni et al. (2019)

Tason 1 esi-digitaalinen kaksonen on tyypillinen digitaalinen malli, joka on tyypillisesti ennen fyysisen laitteen valmistusta rakennettava virtuaalinen prototyyppi. Tason 1 virtuaalista prototyyppiä voidaan hyödyntää tiettyjen valintojen tekemisessä ja riskien minimoimisessa suunnittelun aikaisessa vaiheessa. Tason 1 mallilla voidaan simuloida mekaanisia ja tietoteknisiä toimintoja, mutta mallilla ei ole fyysistä kaksosta, johon se olisi yhteydessä. (Madni et al., 2019)

Tason 2 digitaalisella kaksosella on fyysinen osa, jolta virtuaalinen osa saa dataa paketeissa, jonka mukaan digitaalinen malli päivittää tietojaan. Tason 2 digitaalista kaksosta käytetään fyysisen osan skenaarioanalyysien tekemiseen, joista saatua tietoa voidaan käyttää ennakoimiseen ja fyysisen osan muokkaamiseen skenaarioista saadun informaation perusteella. (Madni et al., 2019)

Tason 3 soveltavassa digitaalisessa kaksosessa on sovellettava käyttöliittymä sekä fyysiselle että virtuaaliselle osalle. Käyttöliittymä osaa ottaa huomioon käyttäjän preferenssejä ja valintoja suhteessa monenlaisiin tilanteisiin, mikä perustuu valvottuun koneoppimis-algoritmiin. Soveltavan digitaalisen kaksosen virtuaaliseen malliin saadaan dataa jatkuvasti ja ajantasaisesti fyysisestä osasta, minkä lisäksi dataa voidaan tuoda paketeissa käytön jälkeen. Tämän tason digitaalista kaksosta voidaan hyödyntää oikea-aikaisessa suunnittelussa ja päätöksenteossa. (Madni et al., 2019)

Tason 4 älykäs digitaalinen kaksonen sisältää kaikki tason 3 ominaisuudet, minkä lisäksi siinä käytetään edistyksellisempää koneoppimista. Älykkäällä digitaalisella kaksosessa on alempaan tasoon verrattuna korkeampi itsenäisyys, ja se käyttää koneoppimista uusien asioiden ja kuvioiden havaitsemiseen. Älykäs digitaalinen kaksonen voi analysoida tarkemmin fyysisestä osasta saatavaa dataa. (Madni et al., 2019)

Merkittävimmät erot eri tasojen digitaalisten kaksosten välillä riippuvat siis siitä, onko fyysinen osa olemassa, miten sen ja virtuaalisen osan yhteys toimii ja kuinka autonominen ja itseoppiva järjestelmä on kyseessä. Mitä tehokkaammin ja oikea-aikaisemmin data ja informaatio siirtyvät fyysisen ja virtuaalisen osan välillä, sitä enemmän järjestelmän on mahdollista olla autonominen. Suurimmat hyödyt digitaalisesta kaksosesta saadaan, kun se toteutetaan korkeimmilla tasoilla.

Digitaalista kaksosta kehitetään 2020-luvulla monella eri alalla, kuten rakennusalalla (Khajavi et al., 2019), toimitusketjujenhallinnassa (Tao et al., 2019) ja vaateteollisuudessa (Riedelsheimer et al., 2020). Eniten digitaalisia kaksosia on kuitenkin tutkittu ja kehitetty valmistavassa teollisuudessa (Jones et al., 2020). Madni et al. (2019) mukaan digitaalinen kaksonen voi kuvata systeemiä, prosessia tai tuotetta. Qi et al. (2019) puolestaan määrittelivät digitaalisen kaksosen mallinnuksen kohteiksi palvelun, prosessin tai tuotteen. Teollisuuteen liittyvässä tutkimuksessa on myös todettu, että digitaalisen kaksosen voi tehdä laitteen osasta, laitteesta, tuotannon osasta tai koko tuotannosta.

Digitaalinen kaksonen on monipuolinen työkalu, joka viitoittaa tietä kyber-fyysiselle interaktiolle (Qinglin & Tao, 2018). Teknologian kehittyessä digitaalisen kaksosen perusperiaate on säilynyt samana, mutta digitaalista kaksosta voidaan hyödyntää aikaisempaa monipuolisemmin ja laajemmin. Digitaalisen kaksosen tarjoamat hyödyt riippuvat käyttökohteesta sekä digitaalisen kaksosen tasosta. Digitaalisen kaksosen hyötyjä sekä tulevaisuusskenaarioita esitellään tämän blogisarjan seuraavissa osissa.

• Batty, M. (2018). Digital twins. Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science, 45(5), 817–820.
• Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. In A Whitepaper by Dr. Michael Grieves.
• Jones, D., Snider, C., Nassehi, A., Yon, J., & Hicks, B. (2020). Characterising the Digital Twin: A systematic literature review. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 29(3), 36–52.
• Khajavi, S. H., Motlagh, N. H., Jaribion, A., Werner, L. C., & Holmstrom, J. (2019). Digital Twin: Vision, benefits, boundaries, and creation for buildings. IEEE Access, 7(1), 147406–147419.
• Liu, M., Fang, S., Dong, H., & Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 346–361.
• Madni, A., Madni, C., & Lucero, S. (2019). Leveraging Digital Twin Technology in Model-Based Systems Engineering. Systems, 7(1), 7.
• Qi, Q., Tao, F., Hu, T., Anwer, N., Liu, A., Wei, Y., Wang, L., & Nee, A. Y. C. (2019). Enabling technologies and tools for digital twin. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 3–21.
• Qinglin, Q., & Tao, F. (2018). Digital Twin and Big Data Towards Smart Manufacturing and Industry 4.0: 360 Degree Comparison. IEEE Access, 6(1), 3585–3593.
• Riedelsheimer, T., Dorfhuber, L., & Stark, R. (2020). User centered development of a digital twin concept with focus on sustainability in the clothing industry. Procedia CIRP, 90, 660–665.
• Tao, F., Zhang, H., Liu, A., & Nee, A. Y. C. (2019). Digital Twin in Industry: State-of-the-Art. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15(4), 2405–2415.