Muuttuvien energiainfrastruktuurien turvaaminen on entistä monimutkaisempaa
Energia sekä siihen liittyvä tieto ovat yhä digitaalisempia ja hajautetumpia. Huoltovarmuuskeskuksen energiahuollon varautumisasiantuntija Paavo Tertsunen pohtii, miten rakennetaan energiahuoltovarmuutta uusissa järjestelmissä, joiden perusominaisuuksia ovat monimutkaisuus, epävarmuus ja digitaalisuus. Ratkaisuja etsitään esimerkiksi Huoltovarmuuskeskuksen osarahoittamassa KEMAR-projektissa, jossa mallinnetaan uutta energiajärjestelmää digitaaliseen ja virtuaaliseen muotoon sekä samalla kehitetään sen arvoketjuihin liittyvää kyberharjoitustoimintaa.

Sähköön liittyvillä infrastruktuureilla on vuosi vuodelta suurempi merkitys yhteiskuntamme turvalliselle toiminnalle. Jos sähkön tuotanto tai jakelu häiriintyy laajasti ja pitkäkestoisesti, vaikutukset näkyvät nopeasti halki yhteiskunnan. Jo lyhyet sähkökatkot voivat hankaloittaa ihmisten arkea. Tulevaisuudessa olemme todennäköisesti entistäkin riippuvaisempia häiriöttömästä sähkönjakelusta, sillä esimerkiksi lämmitys, teollisuus ja liikenne näyttävät sähköistyvän.
Samanaikaisesti energiajärjestelmään kohdistuu muitakin merkittäviä muutospaineita. Nämä muutokset ja kehityskulut ovat nopeita ja epälineaarisia. Niitä ei siis voida täysin ennakoida tai hallita. Lopputuloksena energiainfrastruktuureista tulee yhä kompleksisempia kokonaisuuksia.
Miten voimme turvata muuttuvia ja monimutkaistuvia infrastruktuureita? Onko se ylipäätään mahdollista? Lyhyt vastaus on, että se on mahdollista, mutta tuskin helppoa. Tässä artikkelissa valotetaan energiainfrastruktuureja ja niiden turvaamiseen liittyviä näkökohtia etenkin kyberfyysisyyden käsitteen kautta. Yksi esimerkki modernien järjestelmien turvaamisesta on Jyväskylän ammattikorkeakoulun kanssa yhteistyössä toteutettava KEMAR-projekti.
Infrastruktuurit tulevat näkyviksi häiriötilanteessa
Infrastruktuurit voidaan yksinkertaistaen ymmärtää suuriksi sosioteknisiksi perusrakenteiksi, jotka mahdollistavat palveluiden tarjoamisen isolle joukolle ihmisiä. Infrastruktuureita tulisi eri havaintojen mukaan tarkastella sosioteknisestä tulokulmasta, sillä ihmiset vastaavat esimerkiksi energiajärjestelmissä infrastruktuureihin liittyvästä operoinnista ja lopputuotteen (esim. sähkö) käytöstä. Ihmisten mielissä infrastruktuurit kuitenkin yhdistyvät etenkin sähköjohtojen tai tiestön kaltaisiin fyysisiin rakenteisiin. Infrastruktuuri-käsitteen alkuperän on arveltu olevan 1800-luvulla, jolloin ”infrastruktuuri” esiintyi valtiollisten rautatiehankkeiden rahoituksen ja suunnittelun yhteydessä.

Vaikka suurten infrastruktuurien häiriöillä voi olla hyvin vakavia seurauksia, niihin suhtaudutaan yleensä itsestäänselvyyksinä. Tutkimuksissa on havaittu, että vasta infrastruktuurien häiriytyminen tietyllä tavalla paljastaa ne käyttäjilleen. Energiainfrastruktuurit ovat tästä malliesimerkki: olemme yhä riippuvaisempia jatkuvasta ja häiriöttömästä sähkön jakelusta, mutta samalla sitäkin ulkoistetumpia infrastruktuurin järjestelmien ylläpidosta. Esimerkiksi sähkö saatetaan mieltää jopa hyödykkeeksi, jota on aina saatavilla. Syy voi olla se, että näin on pitkään ollutkin.
Energiainfrastruktuurit ovat toisaalta hankalasti käsitettäviä kokonaisuuksia. Esimerkiksi sähköä on tuotettava verkkoon joka hetki tismalleen yhtä paljon, kuin sitä kulutetaan – tästä huolehditaan monimutkaisin sähkömarkkinamekanismein. Sähkön varastoiminen yksilö- tai yhteisötasolla on vaikeaa. Muita perustarpeita – kuten vaikkapa vettä ja ruokaa – voi sen sijaan kuka tahansa yksinkertaisesti ja edullisesti varastoida kotiinsa.
Epävarmuus on uusien energiajärjestelmien ominaisuus
Sähköinfrastruktuuriin voi ajatella kuuluvan paitsi fyysiset rakenteet, kuten tuotantolaitokset ja sähkö- sekä viestiliikenneverkot, myös yhtiöt ja niiden käytänteet. Monet näistä ns. peruselementeistä ovat nyt keskellä merkittävää muutosta. On toisaalta huomioitava, että energiainfrastruktuurit ovat muuttuneet paljon myös aiemmin. Esimerkiksi sähköjärjestelmissä on tapahtunut liberalisoitumista ja hajautumista kuluneina vuosikymmeninä. Kilpailulle avautuminen, hajautettuun tuotantoon siirtyminen ja alueiden välisten liitäntöjen lisääntyminen ovat lisänneet kompleksisuutta. Samalla ne ovat tavallaan vähentäneet mahdollisuuksia ennakoida tulevia kehityskulkuja.
Vielä hetki sitten energiahuoltovarmuuden voitiin sanoa perustuvan yksinomaan helposti varastoitaviin fossiilisiin polttoaineisiin, kuten kivihiileen ja öljyyn. Niiden kuljetus, varastointi ja käyttö on jokseenkin suoraviivaista, ja ennen kaikkea ennustettavaa. Nykyisessä järjestelmässä epävarmuus puolestaan tulee annettuna ominaisuutena. Muuttuvassa sähköjärjestelmässä se liittyy etenkin sääriippuvaiseen tuotantoon, kuten tuulivoimaan. Ympäristöllisten olosuhteiden ennakointi onkin aina epävarmaa. Mitä kauemmas tulevaisuuteen ennusteita luodaan, sitä suurempia epävarmuuksia niihin liittyy. Samalla infrastruktuureihin kytkeytyy uudenlaisia tietokerroksia. Aiemmin mainittu tuulivoima edellyttää esimerkiksi tuulennopeuden mittaamista ja luotettavia tuuliennusteita.

Järjestelmien monimutkaistumisesta huolimatta muutoksiin liittyy myös myönteisiä piirteitä. Tuulivoima on esimerkiksi hajautettua tuotantoa, ja hajauttaminen merkitsee usein myös teknisen häiriönsietoisuuden paranemista. Mitä hajautetummin Suomeen rakennetaan tuulivoimaa, sitä vähemmän sähköjärjestelmän tekninen häiriönsietoisuus riippuu yksittäisistä alueista, niiden tuulisuudesta tai infrastruktuureista.
Hajautettu tuotanto johtaa toisaalta myös siihen, että energia on yhä digitaalisempaa. Perinteisessä mallissa sähköä tuotettiin lämpövoimalaitoksissa saman aidan sisäpuolella olevissa käyttökeskuksissa, ja polttoainevarasto oli voimalaitoksen pihalla esimerkiksi kasana kivihiiltä. Modernissa sähköjärjestelmässä käyttökeskuksen kuvaruudulla näkyy kulloinkin käytössä olevat tuotantoyksiköt halki suomen, ja niitä ohjataan etänä kehittyneen tieto- ja viestintäteknologian mahdollistamana. Kun perinteisessä lämpövoimalaitoksessa operaattori kykeni minuutin kävelyn jälkeen tarkastamaan, vieläkö kattilassa räiskyy liekki, ei nykyaikaisen verkkovalvomon operaattori voi kuin luottaa monitorin tietoon siitä, että tuuliturbiini pyörii ja toimii odotetulla tavalla.
KEMAR-projekti mallintaa uusia energiainfrastruktuureja
Miten siis huolehditaan kuvatun kaltaisten energiainfrastruktuurien häiriönsietoisuudesta? Yksi ratkaisu on mallintaa energiainfrastruktuureja ja niihin liittyviä arvoketjuja sekä altistaa uusia toimijoita häiriötilanteille simuloitujen harjoitusten muodossa.
Jokseenkin tällainen tahtotila on Jyväskylän ammattikorkeakoulun Jamkin vetämässä KEMAR-projektissa (Kestävän energiajärjestelmän modernien arvoketjujen resilienssi). Projektissa sekä mallinnetaan uutta energiajärjestelmää digitaaliseen ja virtuaaliseen muotoon että kehitetään energiajärjestelmän arvoketjuihin liittyvää kyberharjoitustoimintaa. Uuden energiajärjestelmän mallintaminen KEMARissa perustuu Jamkin RGCE-ympäristöön, joka on kuin yhteiskunta pienoiskoossa. Nyt tätä ympäristöä laajennetaan koskemaan muuttuvia ja muuttuneita energiainfrastruktuureja.
KEMARissa on lisäksi tavoitteena kehittää energiajärjestelmän arvoketjulle ominaisia kyberturvallisuusharjoituskonsepteja. Näiden avulla voidaan toivon mukaan parantaa sekä infrastruktuurien häiriönsietoisuutta että järjestelmän ylläpitäjien ymmärrystä sen toiminnoista erilaisissa tilanteissa. Epävarmuuksia täynnä olevassa maailmassa ei aina tiedetä, mitä tuleman pitää. Siksi onkin nähdäkseni tärkeää nojata huoltovarmuustyössä ennakkoluulottomaan harjoitteluun, ja toisaalta suhtautua parantuneeseen ymmärrykseen eräänlaisena tietopääoman varmuusvarastona.
KEMAR-hanke on Euroopan unionin osarahoittama. Hanketta rahoittavat myös hankkeen yhteistyökumppanit sekä Jyväskylän ammattikorkeakoulu. Huoltovarmuuskeskus on yksi KEMARin yhteistyökumppaneista, ja HVK:n osalta projektia on rahoitettu Energia 2030 -ohjelmasta.
Artikkelissa hyödynnetyt lähteet:
Edwards, P. N. (2019). Infrastructuration: On habits, norms and routines as elements of infrastructure. In M. Kornberger, G. C. Bowker, J. Elyachar, A. Mennicken, P. Miller, J. R. Nucho, & N. Pollock (Eds.), Thinking infrastructures (pp. 355-366). Emerald Publishing Limited.
Edwards, P., N., Beaulieu, A., Borgman, C., L., Carse, A., Jackson, S., J., Williams, R., Silvast, A. (2024). 34: Infrastructures. Elgar Encyclopedia of Science and Technology Studies. Pages 328-339. https://doi.org/10.4337/9781800377998.ch34
Graham, S. (2010). Disrupted Cities: When Infrastructure Fails. Routledge: New York. E-book ISBN: 9780203894484
Silvast, A. (2017). Making Electricity Resilient. Risk and Security in a Liberalized Infrastructure. Routledge: New York. ISBN: 978-1-138-23484-0
Paavon kuva: Juha Nenonen / muut kuvat: Colourbox