Biomassakäyttöisten CHP-laitosten mahdollisuudet tarjota joustoa Suomen energiajärjestelmään

Abstract

Suomen energiajärjestelmässä on tapahtumassa suuria muutoksia lähivuosina, jotta asetettuihin hiilineutraalisuustavoitteisiin päästään. Tuulivoiman ja aurinkosähkön tuotantokapasiteetit tulevat kasvamaan entisestään, mikä aiheuttaa uudenlaisia haasteita energiajärjestelmässä. Molemmat tuotantomuodot ovat hyvin sääriippuvaisia, jonka takia uusiutuvilla sähkön tuotantomenetelmillä tuotettu sähkö ei aina riitä vastaamaan sen hetkistä kulutusta ja ajoittain sähköä on saatavilla yli sen tarpeen. Sähköntuotannon tulisi kuitenkin jatkuvasti vastata senhetkistä kysyntää, jonka takia energiajärjestelmä tarvitsee uusia keinoja tuotannon ja kulutuksen tasapainottamiseksi. Joustoa energiajärjestelmään voidaan lisätä erilaisilla tuotannon, kulutuksen ja varastoinnin ratkaisuilla. Tässä kandidaatintyössä etsittiin teknisiä ratkaisuja, joiden avulla biomassakäyttöiset yhteistuotantolaitokset (engl. Combined Heat and Power, CHP) voivat tarjota joustoa Suomen energiajärjestelmään. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena. Suomessa sähköjärjestelmän jouston tarve on pääasiassa täytetty helposti säädettävällä vesivoimalla, lauhdevoimalla sekä sähkön nettotuonnilla. Sääriippuvaisten sähkön tuotantomuotojen yleistyessä ja fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien vähentyessä säätöön kykenevää tuotantoa tarvitaan kuitenkin yhä enemmän. Yhteistuotantolaitoksilla tuotetaan sähkön lisäksi prosessihöyryä tai kaukolämpöä korkealla hyötysuhteella ja niillä on merkittävä rooli Suomen energiajärjestelmässä. CHP-laitoksien tuotanto on riippuvaista senhetkisestä lämmön tarpeesta, mutta sähkön ja lämmön kysyntä eivät aina vaihtele samassa suhteessa. Tämän takia CHP-laitoksien toiminnassa olisi tarve ratkaisuille, jotka mahdollistaisivat sähkön ja lämmön eriaikaisen tuotannon. Tällaisia ratkaisuja ovat erilaiset lauhdeturbiinit, reduktioventtiilit, kaukolämpöveden apujäähdyttimet sekä lämpövarastot. Näistä kaukolämpövarasto mahdollistaisi parhaiten CHP-laitoksille sähkön maksimaalisen tuotannon riippumatta sen hetkisestä lämmön tarpeesta. Jos sähkön tarve on suuri, mutta lämmön tarve pieni, voidaan laitosta ajaa maksimaalisella teholla tuottamalla mahdollisimman paljon sähköä ja syöttämällä ylimääräinen lämpö kaukolämpövarastoon myöhempää käyttöä varten. Tällä hetkellä Suomen kaukolämpövarastojen yhteenlaskettu kapasiteetti on noin 41 GWh, ja käynnissä olevien hankkeiden valmistuttua kapasiteetti lähes nelinkertaistuu. Näiden ratkaisujen lisäksi laitokset pystyvät tarjoamaan kysyntäjoustoa, mikä tarkoittaa laitoksen sähkönkulutuksen ajoittamista niille ajanhetkille, jolloin sähköä on paljon saatavilla. Monet kaukolämpöyritykset ovat viimevuosina investoineet myös sähkökattiloihin ja teollisen mittakaavan lämpöpumppuihin, joilla tuotetaan lämpöä sähkön markkinahinnan ollessa alhainen. Työssä tutkittujen lähteiden perusteella biomassakäyttöisillä CHP-laitoksilla on myös tulevaisuudessa paikka Suomen energiajärjestelmässä ja niiden yhteydessä toimivien lämpövarastojen kapasiteetti tulee kasvamaan. Viimevuosina Suomessa on tehty paljon investointeja lämmön kausivarastoihin, joilla tulee olemaan suuri merkitys talvien kulutushuippujen tasaamisessa.