P2G2P : P2G2P-prosessin teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu Suomen sähkömarkkina-alueella
Könönen, Niilo; Amos, Oskar (2026)
2026
Energiamurroksen kandidaattiohjelma - Bachelor’s Programme in Energy Transition
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
Hyväksymispäivämäärä
2026-05-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202605205955
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202605205955
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan teknistaloudellisesta näkökulmasta sähköenergian varastointia vetyteknologialla (Power-to-Gas-to-Power, P2G2P). Tarkastelu rajataan Suomen sähkömarkkina-alueelle, jossa sähkön hinnan volatiliteetti on voimistunut uusiutuvien tuotantomuotojen yleistyessä. Hinnanvaihtelu on tuonut tarpeen joustaville varastointiratkaisuille. Työn päätavoite on selvittää, onko prosessi, joka tuottaa vetyä, varastoi sen ja purkaa sähkönä takaisin verkkoon, kannattava nykyisillä sähkömarkkinoilla tai tulevaisuuden ennusteiden mukaisilla sähkön hinnoilla.
Työ on toteutettu taulukkolaskentaan perustuvalla teknistaloudellisella analyysillä ja optimoinnilla, jossa hyödynnetään vuoden 2025 ja tulevaisuuden ennusteen mukaisia sähkömarkkinoiden tuntikohtaisia spot-hintoja sekä teknisiä ja taloudellisia parametrejä prosessin laitteistoille. Esitellään myös Python-ohjelmoinnilla toteutettu laajempi skenaariolaskenta. Työn kohteena oleva ketju muodostuu PEM-elektrolyyseristä eli protoninvaihtomembraanielektrolyyseristä (Proton Exchange Membrane, PEM), paineistetusta vetyvarastosta ja PEM-polttokennosta. Laskelmissa huomioidaan investointikustannukset (CAPEX), operatiiviset kustannukset (OPEX) ja järjestelmän komponenttien hyötysuhteet sekä tekniset rajat.
Tuloksista havaitaan, että 2025-skenaarion P2G2P-prosessin kaksi merkittävintä haastetta ovat sen suuret investointikustannukset sekä suhteellisen pieni kokonaishyötysuhde. Järjestelmän tuotot jäävät huomattavasti vajaaksi vaaditusta vuotuisesta tuotosta, jotta investointi olisi taloudellisesti kannattava. 2030-skenaario näyttää suunnanmuutoksen, mutta samat haasteet tekevät siitäkin kannattamattoman. Jotta prosessista saataisiin kannattava, tulisi sähkön hinnanvaihtelun olla nykyistä suurempaa ja alkuinvestointikustannusten matalampia. Kannattavuutta voidaan kasvattaa integroimalla prosessi osaksi laajempaa sektorikytkentää, esimerkiksi hyödyntämällä hukkalämpö kaukolämpöverkostossa tai osallistumalla kantaverkon säätösähkömarkkinoille.
Työ on toteutettu taulukkolaskentaan perustuvalla teknistaloudellisella analyysillä ja optimoinnilla, jossa hyödynnetään vuoden 2025 ja tulevaisuuden ennusteen mukaisia sähkömarkkinoiden tuntikohtaisia spot-hintoja sekä teknisiä ja taloudellisia parametrejä prosessin laitteistoille. Esitellään myös Python-ohjelmoinnilla toteutettu laajempi skenaariolaskenta. Työn kohteena oleva ketju muodostuu PEM-elektrolyyseristä eli protoninvaihtomembraanielektrolyyseristä (Proton Exchange Membrane, PEM), paineistetusta vetyvarastosta ja PEM-polttokennosta. Laskelmissa huomioidaan investointikustannukset (CAPEX), operatiiviset kustannukset (OPEX) ja järjestelmän komponenttien hyötysuhteet sekä tekniset rajat.
Tuloksista havaitaan, että 2025-skenaarion P2G2P-prosessin kaksi merkittävintä haastetta ovat sen suuret investointikustannukset sekä suhteellisen pieni kokonaishyötysuhde. Järjestelmän tuotot jäävät huomattavasti vajaaksi vaaditusta vuotuisesta tuotosta, jotta investointi olisi taloudellisesti kannattava. 2030-skenaario näyttää suunnanmuutoksen, mutta samat haasteet tekevät siitäkin kannattamattoman. Jotta prosessista saataisiin kannattava, tulisi sähkön hinnanvaihtelun olla nykyistä suurempaa ja alkuinvestointikustannusten matalampia. Kannattavuutta voidaan kasvattaa integroimalla prosessi osaksi laajempaa sektorikytkentää, esimerkiksi hyödyntämällä hukkalämpö kaukolämpöverkostossa tai osallistumalla kantaverkon säätösähkömarkkinoille.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [11807]