”Energiamurros ei ole vain uusi tapa tuottaa sähköä. Se on uusi tapa rakentaa koko energiajärjestelmä”, toteaa Tampereen ammattikorkeakoulun energia-alan asiantuntija Aki Korpela.
Elinkeinoministeri Sakari Puiston mukaan Euroopan edullisin sähkö antaa Suomelle vahvan valtin, kun uusia, puhtaita energiaratkaisuja kehitetään.
Kuka? Aki Korpela toimii yliopettajana TAMK:n Teollisuusteknologia-osaamisyksikössä. Hänen erikoisalojaan ovat sähkötekniikka, energiamurros ja uusiutuvat energianlähteet.
1/6 Suuri kuva: Kolmen rintaman murros
Lähtökohta: Kolme muutosta kietoutuu yhteen
- Uusiutuvan sähkön tuotanto kasvaa nopeasti.
- Tuuli- ja aurinkosähkön vaihtelevuus lisää sähköjärjestelmän epävakautta.
- Samalla energiavarastot, yhteiskunnan sähköistyminen ja vety tuovat uusia tapoja tasapainottaa tuotantoa ja kulutusta.
Olennainen pointti: Uusi energiajärjestelmä hajauttaa ja hyödyntää joustavasti perinteistä ja uusiutuvaa sähköntuotantoa. Tämä tukee muun muassa huoltovarmuutta.
Perinteinen sähköjärjestelmä rakentuu suurten voimalaitosten varaan. Ydinvoimalat, vesivoimalat ja yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon laitokset tuottavat sähköä tasaisella nopeudella pyörivien tahtigeneraattorien avulla. Näiden generaattorien suuri massa tuottaa sähköjärjestelmään inertiaa.
Inertia eli ”hitaus” tarkoittaa sähköjärjestelmän pyöriviin massoihin varastoituneen liike-energian tuomaa järjestelmän kykyä vastustaa taajuuden muutoksia.
- Taajuus alkaa muuttua, kun tuotanto ja kulutus eivät ole tasapainossa.
- Generaattorien massa hidastaa muutoksia ja antaa sähköjärjestelmälle aikaa reagoida niihin. Uusiutuvan energian lisääntyessä tätä inertiaa on verkossa entistä vähemmän.
Korpela: ”Kun verkossa on paljon suurimassaisia, pyöriviä generaattoreita, niiden inertia auttaa pitämään sähköjärjestelmän vakaana. Energiamurroksen myötä järjestelmä muuttuu häiriöherkemmäksi erityisesti verkon nopeissa muutostilanteissa. Yksi ratkaisu ongelmaan ovat niin sanotut verkkoa luovat suuntaajat.”
- Verkkoa luova suuntaaja ylläpitää sähköverkon jännitettä ja taajuutta elektronisesti, ilman perinteisiä generaattoreita.
Mitä muutos tarkoittaa? Sähköntuotanto hajaantuu, tehoelektroniikka korvaa pyöriviä generaattoreita, ja energiavarastot ja joustava kulutus tasapainottavat järjestelmää.
Korpela: ”On mielenkiintoista nähdä, miten eri tekniset ratkaisut kehittyvät tulevaisuudessa. Saadaanko esimerkiksi akustojen suorituskykyyn ja elinkaareen uusia läpimurtoja?”
2/6 Tuulivoima ja aurinkosähkö muuttavat järjestelmän dynamiikkaa
Muutos: Tuulivoima ja aurinkosähkö toimivat sähköjärjestelmässä eri tavalla kuin perinteiset voimalaitokset.
Korpela: Tuulivoima ja aurinkosähkö kytketään verkkoon niin sanotuilla suuntaajilla. Ne muokkaavat sääriippuvan sähkön verkkokelpoiseksi vaihtosähköksi.
Suuria akustoja on käytetty sähköjärjestelmässä jo pitkään erityisesti taajuusreservien ylläpitämisessä. Energiavarastojen tekniset vaatimukset ovat viime aikoina kuitenkin muuttuneet suurien eli yli 10 megawatin akustojen osalta.
Miten ne ovat muuttuneet?
- Alle 10 MW energiavarastot toimivat passiivisena virtalähteenä: ne eivät kykene korjaamaan verkon virheitä, kuten jännitteen heilahteluja.
- Sen sijaan yli 10 MW varastoilta edellytetään ”verkkoa luovia ominaisuuksia”: jos jännite heilahtelee, ne pystyvät tasaamaan sitä.
3/6 Vetytalous etsii vielä paikkaansa
Lähtökohta: Vety on joustava ja monipuolinen raaka-aihe, joka mahdollistaa ympäristöystävällisiä energiaratkaisuja. Vedystä voi esimerkiksi valmistaa polttoaineita. ”Vihreän vedyn” tuotanto vaatii uusiutuvaa sähköä.
Haaste: Maailmalla on käynnissä runsaasti vetyhankkeita, mutta monet niistä etenevät hitaasti. Keskeinen syy on taloudellinen epävarmuus.
Euroopassa on tehty lopulliset investointipäätökset viidestä vähintään 100 MW:n vedyntuotantolaitoksesta. Näistä kaksi sijaitsee Saksassa, yksi Itävallassa, yksi Hollannissa ja yksi Espanjassa.
Korpela: ”Tilanne on samankaltainen kuin tuulivoimaliiketoiminnan käynnistyessä Suomessa syöttötariffin avulla reilut 15 vuotta sitten. On selvää, että poliittinen ohjaus on välttämätöntä vetytalouden käynnistymiselle. EU:n sääntely ohjaa jo vedyn käyttöä esimerkiksi lentopolttoaineiden tuotannossa.”
Vihreä vety tuotetaan elektrolyysillä, jossa uusiutuva sähkö hajottaa veden vedyksi ja hapeksi. Elektrolyyserien lämpötilan hallintaa sekä elektrodien ja kalvomateriaalien kestävyyttä pitää vielä kehittää.
Elektrolyysilaitokset voivat olla erittäin suuria sähkönkuluttajia. Esimerkiksi 500 MW:n vetylaitos voisi kuluttaa sähköä vuodessa noin 25 GWh, jonka tuottamiseen tarvitaan likimain 1 000 MW tuulivoimaa. Laitosten kannattavuus edellyttää kohtuuhintaista uusiutuvaa sähköä.
4/6 Sähköllä vetyä, vedystä sähköä
Käyttökohteet: Vetyä voidaan hyödyntää raskaan teollisuuden päästöjen vähentämiseen tai sähköpolttoaineiden tuottamiseen. Lisäksi yksi vaihtoehto on käyttö polttokennoissa.
- Polttokenno muuntaa vedyn kemiallisen energian takaisin sähköksi. Samalla syntyy lämpöä, joka voidaan hyödyntää esimerkiksi kaukolämmössä.
- Vetyä ei ole järkevää käyttää auton moottorissa bensiinin tapaan, koska säiliö vaatii erittäin korkean paineen tai nestemäisessä muodossa –253 °C lämpötilan.
- Esimerkki: Suomessa teknologiaa testataan Lempäälän Marjamäessä toimivassa LEMENE-energiayhteisössä. Siellä korkean lämpötilan polttokennot tuottavat sekä sähköä että lämpöä paikalliseen käyttöön.
Korpela: ”Nähdäkseni vetytalouden suurimmat mahdollisuudet ovat raskaan teollisuuden päästöjen vähentämisessä, mutta hyvin mielenkiintoisia ovat myös niin sanotut sähköpolttoaineet. Näille vedyn avulla ilmastokestävästi tehdyille jatkojalosteille löytyy laajasti käyttöä, kunhan kustannuksiin liittyvä haaste saadaan ratkaistua.”
5/6 Nämä kolme asiaa on saatava kuntoon uudessa sähköjärjestelmässä
1️⃣ Sähköverkon uusi dynamiikka. Kun inertia vähenee, verkon vakautta täytyy ylläpitää uusilla teknologioilla.
2️⃣ Sähkö-, kaukolämpö- ja kaasuverkon yhdistävän sektori-integraation eteneminen. Kaukolämpöä tuottavat sähkökattilat ovat erinomainen esimerkki joustavista GW-teholuokan kuluttajista, jotka pystyvät joustamaan verkon tarpeiden mukaisesti.
Muita sektorikytkentää toteuttavia ratkaisuja ovat sähkölämmitteiset suuret lämpövarastot (vesi ja esimerkiksi hiekka), vedyntuotanto ja datakeskukset.
3️⃣ Vedyn todelliset käyttökohteet. Vety näyttää todennäköisimmin vakiintuvan aloille, joissa suoraa sähköistämistä on vaikea toteuttaa, kuten terästeollisuuteen, kemianteollisuuteen ja lentoliikenteen polttoaineisiin.
6/6 Ministeri: Suomi on erinomainen toimintaympäristö puhtaille energiaratkaisuille
Kysymys: Millaisin poliittisin päätöksin kotimaiset vihreän energian ratkaisut lähtisivät yleistymään globaalisti?
Sakari Puisto, elinkeinoministeri (ps.): Suomi on tärkeä kehitysalusta uusille energiateknologiaratkaisuille. Suomen sähkön tuotannosta 95 prosenttia on jo puhdasta. Tämä on erinomainen toimintaympäristö, jossa voidaan kehittää uusia ja vielä parempia puhtaita energiaratkaisuja.
Moni energiaratkaisu vaatii usein luvitusta ja etenkin ympäristöluvan. Luvitusta tulisi kehittää niin, että se huomioi jatkossa hankkeiden hyödyt Suomelle, esimerkiksi työpaikkojen luomisessa ja taloudellisen kasvun aikaansaamisessa.
Jos uutta teknologiaa sisältäviä puhtaita energiaratkaisuja saadaan nopeammin kotimaan markkinoille, nämä ratkaisut jalostuvat myös nopeammin kansainvälisille markkinoille vietäviksi.
Toinen haaste, joka ei koske vain puhtaita energiaratkaisuja, on kaupallistamiseen ja kansainvälistymiseen tarvittavan rahoituksen rajallisuus. Hallitus on tiedostanut haasteen ja etsii siihen ratkaisuja myös kevään kehysriihessä.
Tuki suurille demonstraatiohankkeille on myös tärkeä politiikkatyökalu uusien puhtaiden energiaratkaisujen skaalaamiselle ja vientikuntoon saamiselle.
Kysymys: Miten vetyinvestointeja voidaan ja aiotaan houkutella Suomeen?
Puisto: Suomessa on Euroopan edullisinta sähköä. Edullinen ja puhdas sähkö on lähtökohta lähes kaikille vetyhankkeille.
Vetyhankkeet ovat usein erittäin merkittäviä investointeja, joissa edullisen sähkön rooli takaisinmaksuajassa on keskeinen. Hankkeita haittaa myös lopputuotteiden epävarma menekki. Epävarmuutta luo usein menekin perustuminen esimerkiksi EU-sääntelyyn.
Hankkeiden toteutumisessa tärkeää on näkyvyys siihen, että sähkön hinta pysyy matalana pitkällä aikavälillä. Suomeen on lähivuosina tulossa erittäin paljon suuria määriä sähköä käyttäviä investointeja, etenkin datakeskuksia, mutta myös sähkökattiloita ja muuta sähköä käyttävää teollisuutta.
Olisikin tärkeää, että uutta sähköntuotantoa syntyisi suhteellisen samaan tahtiin kasvavan kysynnän kanssa. Muuten on todennäköistä, että sähkön hinta lähtee nousuun, mikä taas heikentää vetyhankkeiden edellytyksiä ja hidastaa investointihalukkuutta niihin.
Tämän sisällön mahdollistaa Tampereen AMK.
Journalistinen päätösvalta on MustReadin toimituksella.
Tämä artikkeli on julkaistu Creative Commons CC BY-ND 4.0 -lisenssillä.
Keskustelu
Tätä juttua ei ole vielä kommentoitu.