Tuulienergian varastointimenetelmät ja niiden ominaisuudet

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan energian varastointimenetelmiä tuulienergian varastoimiseksi. Tuulienergiaa tulee varastoida, koska tuulivoiman ongelmana on yleisesti se, että tuulisähköntuotanto on vaihtelevaa tuulisuuden mukaan. Tällöin tuulisina päivinä tuotettu sähköenergia, joka ylittää sähköverkon kysynnän, tulee varastoida jollakin tavalla. Erilaiset varastointimenetelmät voidaan jakaa viiteen pääkategoriaan. Pääkategoriat ovat mekaaninen, kemiallinen, sähkökemiallinen, sähkömagneettinen ja terminen energian varastointi. Aluksi työssä käsitellään tuulivoiman perusteita, jonka jälkeen tarkasteltavana on neljä erilaista tuulienergian varastointimenetelmää.

Tuulienergia on tuulesta saatua energiaa. Tuulessa olevan energian muuntaminen sähköenergiaksi, vaatii tuulivoimalan. Tuulivoimalan lavat on suunniteltu siten, että ne maksimoivat nostovoiman ja minimoivat vastusvoiman. Vastusvoima aiheuttaa rasitusta tuulivoimalan rakenteelle ja nostovoima taas saattaa tuuliturbiinin roottorin pyörivään liikkeeseen. Tämä pyörimisenergia muunnetaan edelleen sähköenergiaksi generaattorin avulla.

Esiteltävistä tuulienergian varastointimenetelmistä pumpatut vesivarastot perustuvat siihen, että ylimääräinen sähköenergia varastoidaan potentiaalienergiaksi pumppaamalla vettä alemmasta tasosta ylempään. Ylimääräistä tuulienergiaa varastoidaan myös lämpöenergiaksi. Työssä esitellään kaksi erilaista menetelmää lämmöksi varastoimiseen. Ensimmäisessä näistä tuulisähkö varastoidaan lämpöakkuun, josta sitä käytetään kaukolämpönä kysynnän mukaan. Toinen lämmön varastointimenetelmä on, että tuuliturbiinissa tuotetaan suoraan höyryä, joka varastoitaisiin höyryakkuun. Työn kolmas energian varastointimenetelmä on polttoaineeksi varastoiminen, jossa ylimääräisellä sähköllä tuotetaan vetyä elektrolyysin avulla. Viimeinen esiteltävä energian varastointimenetelmä työssä on paineilmavarastot. Menetelmässä ylimääräisellä sähköllä paineistetaan ilmaa, joka varastoidaan ja käytetään myöhemmin kaasuturbiinilaitoksessa.

Työssä vertaillaan myös näitä erilaisia energian varastointimenetelmiä. Tietyn varastointimenetelmän paremmuutta ei kuitenkaan pystytä toteamaan, koska tarkasteltavana on ainoastaan neljä energian varastointimenetelmää.