Vety energiavarastona aurinkosähkössä ja tuulivoimassa

Abstract

Uusiutuvien energiantuotantotapojen osuus sähköntuotannosta kasvaa jatkuvasti. Aurinkosähköllä ja tuulivoimalla kyetään tuottamaan sähköä päästöttömästi, mutta tuotannon suuruus vaihtelee oleellisesti vuodenajan ja sääolosuhteiden mukaan. Sähköenergiaa tulee kyetä varastoimaan, jotta voidaan taata sähkön riittävyys myös matalan tuotannon aikana sekä pitää sähköverkko stabiilina. Sähköenergian varastoimiseen on kehitetty useita erilaisia teknologioita. Tässä työssä tutkitaan vedyn hyödyntämistä energiavarastona aurinkosähkön ja tuulivoiman yhteydessä. Käsittely rajataan Suomen olosuhteisiin. Työ voidaan jakaa kolmeen osa-alueeseen. Ensimmäisessä osassa käsitellään teoriaa aurinkosähkön ja tuulivoiman taustalla, sekä nostetaan esiin näihin liittyviä haasteita. Toisessa osassa tutustutaan aluksi vetyyn ja sen ominaisuuksiin. Seuraavaksi käsitellään vihreän vedyn tuotantoa elektrolyysillä ja esitellään yleisimpiä elektrolyysimenetelmiä. Vedyn tarkastelu rajataan ainoastaan vihreään vetyyn. Seuraavaksi tutustutaan Power-to-X-konseptiin ja nostetaan esiin Suomessa käynnissä olevia hankkeita. Vedyn varastoinnin yhteydessä keskitytään kolmeen yleisimpään varastointitapaan: paineistettuun kaasuun, nestemäiseen vetyyn ja metallihydrideihin. Varastointitapojen yhteydessä nostetaan esiin kunkin menetelmän vahvuudet ja mahdolliset haasteet. Lopuksi käsitellään vedyn muuntamista takaisin sähköksi polttokennojen avulla ja vertaillaan eri polttokennotyyppejä toisiinsa. Kolmannessa osassa tutkitaan vetyvaraston hyödyntämistä. Ensimmäisenä tehdään vetyteknologioiden taloudellinen tarkastelu, jonka jälkeen verrataan vetyvarastoa muihin energiavarastoihin. Lopuksi käydään vielä läpi vetytalouden nykytilaa ja tulevaisuudennäkymiä. Samalla nostetaan esiin keskeisimmät ongelmat vetytalouden kehityksen taustalla. Tarkasteluissa huomataan vedyllä olevan tulevaisuudessa potentiaalia sähköenergian pitkäaikaisvarastoksi. Tällä hetkellä vetyteknologioiden yleistymistä kuitenkin hidastavat vedyn vähäinen infrastruktuuri sekä vedyn tuotannon ja varastoinnin korkeat kustannukset. Hajautettuun energiantuotantomalliin, aurinkosähkön ja tuulivoiman yhteyteen, vetyvarastot kuitenkin soveltuvat monipuolisten sovelluskohteidensa vuoksi muita sähköenergian pitkäaikaisvarastoja paremmin.