Potentiaalienergiaa hyödyntävien energiavarastojen mahdollisuudet Suomessa

Abstract

Hiilineutraalimpaan energiantuotantoon siirryttäessä tuuli- ja aurinkovoiman sähköntuotannon osuus Suomen energiantuotannosta tulee kasvamaan. Koska tuuli- ja aurinkovoiman sähköntuotanto vaihtelee säätilojen ja vuodenaikojen mukaan, tarvitaan sähköenergiavarastoja tasapainottamaan sähköntuotanto ja -kulutus sähköverkossa. Yksi sähköenergiavarastojen muoto ovat potentiaalienergiaa hyödyntävät energiavarastot, joiden mahdollisuuksia Suomessa tutkitaan tässä työssä. Työn tavoitteena on tutkia uusiutuvan sähköenergian varastoimista potentiaalienergiaan ja perehtyä erilaisiin potentiaalienergiaa hyödyntäviin energian varastointitekniikoihin. Lisäksi työssä tutkitaan potentiaalienergiaa hyödyntävien energiavarastojen toteutettavuutta Suomessa energiavarastojen rajoitteiden ja Suomen olosuhteiden kautta.

Työssä käydään ensin läpi tuuli- ja aurinkovoimaa sekä niiden sähköntuotantoa Suomessa. Havaittiin, että tuuli- ja aurinkovoiman sähköntuotannon osuus Suomen sähköntuotannosta kirjoittamishetkellä on noin 10 %. Mutta koska kyseinen osuus on vielä suhteellisen pieni ja Suomen sähköverkko on hyvin kytkeytynyt laajempiin valtioiden välisiin sähköjärjestelmiin, ei Suomessa ole vielä kirjoitushetkellä kriittistä tarvetta sähköenergian varastoinnille. Lähitulevaisuudessa tarve energiavarastoille tulee kuitenkin kasvamaan muun muassa tuulivoiman kapasiteetin nopean kasvun takia.

Sähköenergiaa varastoidaan varastosysteemin potentiaalienergiaan nostamalla ja laskemalla vettä tai kiinteää massaa kahden eri korkeudella olevan tason välillä. Potentiaalienergiaa hyödyntävät energiavarastot ovat suuren luokan varastoja, jotka pystyvät yleensä varastoimaan energiaa minuuteista tunteihin. Erilaiset potentiaalienergiaa hyödyntävät energiavarastot jaetaan työssä karkeasti kolmeen kategoriaan niiden veden tarpeen mukaan. Veden käyttöä vaativat energiavarastot eli pumppuvoimalaitokset ovat yleisimpiä ja teknologialtaan edistyneimpiä potentiaalienergiaa hyödyntäviä energiavarastoja. Männälliset veden käyttöä vaativat energiavarastot sekä energiavarastot ilman veden käyttöä ovat vielä varhaisemmassa teknologian kehitysvaiheessa.

Työssä on otettu huomioon merkittävimmät potentiaalienergiaa hyödyntävien energiavarastojen rajoitteet, jotka ovat sijaintiin liittyvät sekä teknologiset, taloudelliset ja ympäristölliset tekijät. Todettiin, että useat varastointimenetelmät ovat vielä kalliita suhteessa niistä saatavaan hyötyyn. Ympäristöhaasteet taas riippuvat energiavaraston tarkemmasta sijainnista. Sijaintiin liittyvistä rajoitteista haastavin Suomen olosuhteissa on tarvittavan korkeuseron löytäminen. Tämän vuoksi Suomeen sopivimmat potentiaalienergiaa hyödyntävät energiavarastot ovat sellaiset, jotka voidaan sijoittaa vanhoihin kaivoksiin.