Vety energiavarastona aurinkosähkössä ja tuulivoimassa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan uusiutuvien energialähteiden, erityisesti aurinko- ja tuulivoiman kasvavaa roolia Suomen sähköntuotannossa, sekä niiden aiheuttamia haasteita. Keskiössä on vedyn mahdollisuuksien arviointi energian varastointiratkaisuna, mikä voisi edesauttaa uusiutuvan energian tehokasta hyödyntämistä ja hiilineutraalin energiajärjestelmän saavuttamista.

Aluksi esitellään Suomen uusiutuvan energian tilanne, jossa vesivoima, aurinkosähkö ja tuulivoima muodostavat keskeiset tuotantomuodot. Vaikka vesivoima on perinteisesti ollut merkittävässä roolissa, on aurinko- ja tuulivoiman osuus kasvanut voimakkaasti. Aurinkosähkön kohdalla käydään läpi relevanttien paneeliteknologioiden, eli yksikiteisen-, monikiteisen- ja ohutkalvopaneelien perusidea, sekä niiden vahvuudet että heikkoudet. Tuulivoimassa analysoidaan sekä maatuulivoimaa että merituulivoimaa. Kappaleessa pohditaan niiden suunnittelun, rakentamisen ja logistiikan erityispiirteitä, kuten voimaloiden koon kasvua, komponenttien kuljetuksia ja ympäristövaikutuksia.

Työn seuraavissa osioissa perehdytään veden elektrolyysiin sekä vihreään vetyyn. Vihreä vety valmistetaan uusiutuvalla sähköllä vedestä elektrolyysin avulla. Se nousee esiin potentiaalisena ratkaisuna, koska se mahdollistaa ylijäämäsähkön pitkäaikaisen ja ympäristöystävällisen varastoinnin. Lisäksi käydään läpi kolme merkittävää elektrolyyseriteknologiaa (alkali-, PEM- ja kiinteäoksidielektrolyysi), sekä niiden toimintaperiaatteita, tehokkuutta ja teknologisia haasteita.

Energiavarastoinnin osiossa tarkastellaan useita varastointiteknologioita, kuten akkuja, vauhtipyöriä, paineilmajärjestelmiä sekä lämpövarastoja. Eri varastojen kohdalla analysoidaan niiden soveltuvuutta esimerkiksi lyhytaikaiseen tai kausittaiseen varastointiin. Vedyn fyysinen varastointi korkeapaineisena kaasuna tai nesteytettynä sekä kemialliset varastointimenetelmät, kuten metallihydridivarastot, nostetaan esiin vaihtoehtoina perinteisille energian varastointiratkaisuille. Näiden avulla verrataan vetyä muihin energian varastointimuotoihin.

Kokonaisuudessaan työ esittää, että vedyllä on merkittävä potentiaali täydentää aurinko- ja tuulivoiman tuotannon aiheuttamaa vaihtelua tarjoamalla joustavan ja pitkäaikaisen energian varastointiratkaisun. Haasteina kuitenkin nousevat korkeat tuotanto- ja varastointikustannukset, teknologian kehittymiseen liittyvät riskit, sekä tarvittavan jakelu- ja infrastruktuuriverkoston puute. Näiden ongelmien ratkaiseminen edellyttää merkittäviä investointeja, teknologista kehitystä ja laaja-alaista yhteistyötä eri toimijoiden välillä.

Työn tavoitteena on tarjota helposti sisäistettävä ja kattava kuva uusiutuvan energian nykytilanteesta ja tuotannon toimintaperiaatteista. Lisäksi työ analysoi, missä vaiheessa Suomi on vetytalouden kehityksessä ja millaisia suunnitelmia sen edistämiseksi on asetettu hiilineutraaliuden saavuttamiseksi.