Biomassan resurssitehokas käyttö voi muuttaa maailmaa

Heli AntilaPosted by: Heli Antila
18.4.2018

Huoli ilmastonmuutoksesta ja resurssien riittävyydestä ovat Fortumin strategiaa ohjaavia megatrendejä. Niiden tuomiin haasteisiin pyrimme vastaamaan myös tutkimus- ja kehitystyöllämme.

Yksi kasvava tutkimus- ja kehitysalue meillä viime vuosina on ollut biomassan nykyistä resurssitehokkaampi käyttö. Ajattelu on verrattavissa kiertotalouteen ja jätteiden hyödyntämiseen. Jätteiden tapaan biomassasta tulisi erotella ja hyödyntää ensin kaikki käyttökelpoiset ainesosat. Vasta sen jälkeen jäljelle jäänyt aines poltettaisiin energiaksi.

Biomassan tehokkaaseen käyttöön keskittyvä tutkimus- ja kehitysohjelmamme on nimeltään Bio2X. Perusajatuksemme on, että biomassasta voidaan tuottaa raaka-aineita, jotka korvaavat fossiilisia tai muutoin vähemmän kestäviä raaka-aineita. Tavoittelemme ratkaisuja, jotka lisäävät merkittävästi biomassan arvoa, vähentävät tuotantoteollisuuden vedenkulutusta ja ympäristövaikutuksia sekä tuovat uusia liiketoimintamahdollisuuksia köyhimpien maiden maanviljelijöille.

Kohti uusia sovellutuksia ja arvoketjuja

Olemme jo usean vuoden ajan tutkineet biomassan jalostamiseen liittyviä teknologioita yhteistyössä muiden toimijoiden kanssa. Sovellusalueet ovat matkan aikana siirtyneet energiasta myös muille teollisuudenaloille – jopa kuluttajatuotteisiin.

Meitä on jo tituleerattu “öljy-yhtiöksi”, sillä ensimmäinen kaupallistettu tuote oli metsätähteestä, hakkeesta tai sahanpurusta pyrolyysiteknologialla valmistettava bioöljy. Raskaan polttoöljyn korvaamiseen soveltuvaa Fortum Otso -bioöljyä tuotetaan Joensuussa ja se vähentää CO2-päästöjä lähes 90 prosentilla fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna. Kehitystyö tällä saralla jatkuu, sillä Fortum ja Valmet ovat kehittämässä teknologiaa, jolla voidaan tuottaa lignoselluloosasta korkean lisäarvon nestemäisiä biopolttoaineita. Yhteistyökumppanina on ruotsalainen öljy-yhtiö Preem.

Biomassan jaottelu avaa uusia mahdollisuuksia

Viime aikoina olemme keskittyneet erityisesti biomassan fraktiointiteknologioihin ja jatkojalostukseen. Fraktioinnissa biomassa jaotellaan sen kolmeen peruskomponenttiin: ligniiniin, selluloosaan ja hemiselluloosaan. Kun jaottelu tehdään heti prosessin alussa, lopputuotteet ovat paljon puhtaampia kuin perinteisissä sellu- ja biopolttoaineprosesseissa. Näitä puhtaampia lopputuotteita voidaan käyttää eri tuotteiden valmistamiseen ja korvaamaan fossiilisia tai muuten kestämättömiä raaka-aineita monella teollisuudenalalla, kuten vaikkapa tekstiili- tai muoviteollisuudessa.

Fraktioinnissa voidaan käyttää monia biomassan lähteitä, kuten esimerkiksi monenlaista puuta, olkea, ruohoa. Raaka-aineiden saatavuus ja uuden teknologian hyödyntäminen puolestaan mahdollistavat aiempaa pienemmät biojalostamot ja hajautetun tuotannon. Valittu raaka-aine, fraktiointiteknologia ja jatkojalostusprosessi vaikuttavat siihen, mikä on järkevin lopputuote.

Seuraako energiewendeä biowende?

Erityisesti kehittyvissä maissa peltobiomassaa kuten olkea poltetaan. Runsas oljen polttaminen pelloilla aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjen lisäksi paikallisia päästöjä. Esimerkiksi Delhissä ulkoilma on pahimmillaan niin saastunutta, että päivä ulkona vastaa 44 tupakan polttamista. Delhin ympäristössä kolmessa osavaltiossa poltetaan vuosittain 50 miljoonaa tonnia peltobiomassaa. Jos se jalostettaisiin edelleen tekstiilikuiduksi, määrä vastaisi yli puolta globaalista puuvillan tuotannosta. Hurjia visioita!

Bio2X-tutkimusalue onkin niin isojen kysymysten äärellä, että olen verrannut sitä esityksissäni energiakäänteeseen eli “energiewendeen”, jossa tuuli- ja aurinkovoima muuttavat koko energiajärjestelmää. Aika näyttää, näemmekö vielä tulevaisuudessa “biokäänteen”, missä resurssitehokas biomassan käyttö korvaa fossiilisiin ja muihin kestämättömiin raaka-aineisiin perustuvaa teollisuutta.

Kirjoittaja on Fortumin teknologiajohtaja.

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 3: Miten kysyntäjousto toimii säätövoimana?

tatu-kulla-60x60pxPosted by: Tatu Kulla
22.3.2018

Sähköjärjestelmässä tuotanto on perinteisesti seurannut kulutuksen vaihtelua, mikä on sopinut hyvin olemassa olevalle tuotantorakenteelle. Ydinvoima ja sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset ovat yhdessä lauhdelaitosten kanssa vastanneet tasaisesta perusvoiman tuotannosta, kun taas vesivoimalla (ja osittain lauhdetuotannolla) on säädetty tuotanto vastaamaan kulutusta. Tilanne on kuitenkin muuttunut. Tuulivoiman rakentamisen ja samanaikaisen lauhdekapasiteetin sulkemisen seurauksena osa tuotannosta on ennustettavuudeltaan epävarmaa  ja toisaalta osa säätökyvystä on menetetty. Säätövoiman tarve on näin ollen kasvanut.

Vesivoiman rooli säätövoimana korostuu uudessakin tilanteessa. Lisäksi uudet teknologiat, kuten akut ja kysyntäjousto, tuovat sähköjärjestelmään lisää kaivattua säätökykyä. Käsittelin suoraan sähköverkkoihin kytkettyjä akkuja edellisessä blogikirjoituksessani (linkki kirjoituksen alla). Tässä blogissa valotan näkemyksiäni kysyntäjoustosta.

Kysyntäjoustossa sähkön loppukäyttäjä joustaa

Kysyntäjoustolla tarkoitetaan sitä, että sähköjärjestelmässä vähennetään tai lisätään kulutusta – ei tuotantoa – kulutuksen ja tuotannon saattamiseksi  tasapainoon. Todellisessa maailmassa näitä keinoja toki käytetään samanaikaisesti. Kysyntäjoustossa on usein kyse lämmön tai kylmän varastoinnista, jossa energian käyttö ja varastointihetki voidaan erottaa ajassa.

Perinteisintä kysyntäjoustoa Suomessa on ollut suurten teollisten toimijoiden joustavuus  erittäin korkeiden sähkönhintojen aikaan. Jos sähkönhinta on saavuttanut toimijan kannalta liian korkean tason esimerkiksi kahdeksan peräkkäisen tunnin aikana, toimijalle on ollut taloudellisempaa ajaa tuotantoprosessi alas. Korkeiden hintojen aikaan tuotanto olisi ollut tappiollista. Teollisten prosessien ajaminen ylös ja alas  on kuitenkin kallista ja kansantaloudellisesti menetetyllä tuotannollakin on arvonsa.  Sähköjärjestelmän kannalta saadaan huippukulutukset näin vältettyä esimerkiksi erittäin kylmän talvipäivän aikana.

Teollisten prosessien säätö on myös usein hidasta. Sähköjärjestelmässä säätökykyä tarvitaan järjestelmän tasapainottamiseen reaaliaikaisesti. Nykyaikaisten tietoliikenneratkaisujen ja algoritmien avulla voidaan myös sadoista tai tuhansista paljon pienemmistä kulutuskohteista, esimerkiksi lämminvesivaraajista, koota voimalaitoksen kokoluokkaan yltävä virtuaalivoimalaitos, tai oikeammin virtuaalinen akku.

Esineiden internet tekee kysyntäjoustosta mahdollista

Vaikka kysyntäjouston joustavat kohteet ovat olleet olemassa usein vuosikymmeniä, vasta viime aikoina esineiden internetin teknologia on mahdollistanut monen sovelluksen kaupallisen hyödyntämisen. Kysyntäjouston potentiaali säätövoimana on valtava, ja myös yksikkötasolla esimerkiksi yksittäisen kodin mittakaavassa kysyntäjousto on verrattavissa sähkövarastoihin. Akkuihin verrattuna kysyntäjousto on resurssitehokkaampaa ja monissa sovelluksissa halvempaa, koska uusia laitteita tarvitaan vähemmän.

Varsinkin kotitalouksien kysyntäjoustoa valjastettaessa säädettäviä kohteita tarvitaan paljon merkityksellisen säätötehon aikaansaamiseksi. Spring by Fortum tekee kysyntäjoustoa mm. kytkemällä lämminvesivaraajia virtuaaliakuksi. 1 MW säätökyvyn tuottamiseksi tarvitaan 1000 kappaletta tyypillisiä 3 kW:n lämminvesivaraajia. Jos Oulujoen optimitilanteen säätökyky on 400 megawattia, tarvittaisiin esimerkiksi kotitalouksien lämminvesivaraajia virtuaaliakkuun varovaisesti arvioiden 400 000 kappaletta. Tämä tarkoittaisi sitä, että Oulujoen säätökyvyn tuottamiseen tarvittaisiin 80% suomalaisista vesivaraajista. On myös huomattava, että tämä säätökyky olisi käytettävissä vain silloin, kun vesivaraajilla lämmitetään vettä.

Kysyntäjousto mahdollistaa huomattavan hajautettuja sovelluksia, jotka siten voivat hyödyttää  pienimpiäkin sähkönkuluttajia ja toisaalta vastata myös jakeluverkon paikallisiin joustotarpeisiin. Suomessa tehotariffit sekä myrskyvahinkojen minimointi vievät myös tähän suuntaan. Kysyntäjousto pienillä sähkövarastoilla lisättynä pystyy tulevaisuudessa yksin tasapainottamaan asumissektorin sähkönkäytön maissa, joissa on paljon aurinkovoimaa.  Suomen kaltaiset tuulivoimaa lisäävät maat tulevat aina tarvitsemaan pidemmän aikavälin säätökykyä, mutta meilläkin kysyntäjouston potentiaali on merkittävä.

Viimeiset 12 vuotta, jotka olen toiminut energia-alalla, älyverkot ovat olleet varsinkin alan sisällä olleet jatkuvan kiinnostuksen. Koska kysyntäjoustopalvelut mahdollistavat myös jakeluverkon paikalliset palvelut, saadaan valtaosa älyverkon lupauksista lunastettua kysyntäjoustolla. Tähän ei tarvita keskusjohtoista älyverkkojärjestelmää, vaan älyverkkona toimii internet ja sen päälle rakennetut palvelut.

Kysyntäjoustot ja akut ovat siis teknisesti oivallisia lyhytaikaisia säätövoiman lähteitä. Ne toimivat myös hyvin yhdessä osana suurempaa virtuaalista akkua. Tänä päivänä vesivoimaa käytetään käytännössä säätöön sekuntitasolta aina vuodenaikojen väliseen säätöön. Tulevaisuuden voimajärjestelmässä, jossa  tuotanto on heikommin ohjattavaa kuin ennen, akuilla, kysyntäjoustoilla ja vesivoimalla tulee olemaan oma tärkeä roolinsa. Kysyntäjousto ja akut pitävät huolta lyhytaikaisesta säädöstä (sekuntitasolta tuntien väliseen säätöön) vesivoiman huolehtiessa tätä pidempiaikaisesta säädöstä.

Tatu Kulla

Kirjoittaja toimii Fortumissa kehitysjohtajana vastaten muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä. Aiemmin hän on vastannut vuosia Fortumin Suomen ja Ruotsin vesivoimaa (4 650 MW) ohjaavan vesivoimavalvomon toiminnasta.

Lue lisää:
Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 1: Miksi säätövoimalla on väliä?

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 2: Voiko akuilla korvata vesivoimaa säätövoimana?

kysyntajousto

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 2: Voiko akuilla korvata vesivoimaa säätövoimana?

tatu-kulla-60x60pxPosted by: Tatu Kulla
14.2.2018

Kuten edellisessä blogikirjoituksessani totesin, kääntyy keskustelu tuuli- ja aurinkoenergian lisäämisestä usein säätövoiman tarpeeseen. Pohjoismaissa vesivoima on ollut perinteinen säätövoiman lähde, mutta sähkövarastot – etenkin akut – ovat nousseet keskusteluissa vaihtoehtoiseksi säätövoiman lähteeksi. Kerron tässä blogissani kokemuksistamme sähkövarastoista ja kuvaan niiden roolia tulevaisuuden sähköjärjestelmässä. Keskityn tällä kertaa akkuihin ja jätän käsittelemättä esimerkiksi liike-energian varastointiin perustuvat teknologiat, kuten vauhtipyörät.

Litiumioni-akku on nykyisen akkuteknologian aatelia

Tällä hetkellä kaupallisesti mielenkiintoisin akkuteknologia on Litiumioni. Sen etuna on hyvä latausten ja purkausten kesto. Tyypillisesti Litiumioni-akun voi ladata ja purkaa (lataus + purku = sykli) noin 5 000 kertaa. Luku vaihtelee akkukemiasta toiseen. Vertailun vuoksi: perinteinen, esimerkiksi autoista yleisesti löytyvä lyijyakku kestää muutamia satoja lataussyklejä.

Litiumioni-akkujen etuna on myös varsin hyvä hyötysuhde, tyypillisesti noin 90 %. Tämä tarkoittaa sitä, että akustosta ja siihen liitetystä energiasta voidaan palauttaa käyttöön 90 % siihen alun perin varastoidusta energiasta. Litiumioni-akkujen tekninen kehitys ja valmistusmäärien kasvu ovat johtaneet myös samanaikaiseen teknisen suorituskyvyn paranemiseen ja hintojen (€/kWh) laskuun. Hintojen laskun myötä litiumioni-akuille onkin löytynyt laajasti käyttöä niin sähköautojen akkuina, kulutuselektroniikassa kuin sähköjärjestelmän sovelluksissa.

Montako akkua tarvitaan korvaamaan Oulujärven varastokapasiteetti säätövoimana?

Olisiko akuista korvaajaksi esimerkiksi vesivoimalle säätövoiman lähteenä? Vastaus on kyllä ja ei. Tehdään sitä varten pieni ajatusleikki ja tutkitaan esimerkkinä, mitä Oulujärven ja siitä vetensä saavien Oulujoen vesivoimaloiden korvaaminen akuilla käytännössä tarkoittaisi. Teen tässä ajatusleikissä tosielämästä poikkeavan rajauksen ja tarkastelen Oulujärveä suljettuna varastona. Toisin sanoen, sinne ei virtaa yhtään lisää vettä.

Oulujärven varastokapasiteetti lupaehtojen rajoissa on varovaisesti arvioituna noin 300 gigawattituntia (GWh, 1GWh = 1 000 MWh). Oulujoen laitosten säätökyky puolestaan on parhaimmillaan ja optimitilanteessa noin 400 MW (minimituotannosta maksimituotantoon). Tässä vertailussa otan pienen etukenon tulevaisuuden hintatasoon ja oletan, että markkinoilta voisi hankkia asennettuna 1MW/1MWh akuston tarvittavine oheislaitteineen 500 000 eurolla. (1MW/1MWh tarkoittaa, että akkua voidaan ladata ja purkaa 1 MW teholla enintään tunnin ajan).

Jos siis haluaisimme korvata Oulujoen yhden tunnin säätökyvyn litiumioni-akuilla, tarvitsisimme niitä 400 kappaletta. Yhden akun maksaessa puoli miljoonaa euroa tarkoittaisi tämä 200 miljoonan euron investointia. Mikäli haluaisimme korvata koko Oulujärven varastokapasiteetin akuilla, niitä tarvittaisiin 300 000 kappaletta. Tämän investoinnin arvo olisikin sitten jo 150 miljardia euroa. Summaa voi verrata vaikkapa Suomen valtion budjettiin, joka kuluvalle vuodelle on 55,7 miljardia euroa. Uskallan siis väittää, että vesivoima on edelleen merkittävästi akkuja kustannustehokkaampi ratkaisu sähkövarastona.

Oulujärven korvaaminen energiavarastona akuilla veisi myös merkittävän määrän aikaa. Bloomberg New Energy Finance on ennustanut, että vuonna 2030 globaalin akkumarkkinan koko olisi 305 GWh. Tämä tarkoittaa sitä, että Oulujärven korvaamiseen tarvittavien akkujen valmistamiseen kuluisi vuoden 2030 vuotuinen globaali akkutuotanto. Toinen huomionarvoinen seikka on se, että tällainen akkujärjestelmä vaatisi melkoisesti tilaa. Jos 1MW/1MWh akkujärjestelmä mahtuu 40-jalkaiseen merikonttiin, varovaisesti arvioiden 300 GWh:n akkujärjestelmä vaatisi tilaa varoalueineen vähintään noin 30 neliökilometriä eli Keravan kokoisen kaupungin pinta-alan verran.

Kannattaako tuulivoimaa varastoida akkuihin nykyteknologialla?

Toinen esimerkki akkujen käytöstä sähkön varastointiin voisi olla tuulivoiman varastointi tuulisilta tunneilta käytettäväksi tunneilla, jolloin ei tuule. Oletetaan edelleen, että 1MW/1MWh akku maksaa puoli miljoonaa euroa asennettuna ja toisaalta oletetaan, että akku kestää 5 000 sykliä. Näillä oletuksilla voidaan helposti laskea, että akun on saatava 500 000 € / 5000 = 100 € tuottoa jokaisesta lataus-purku -syklistä, jotta akku maksaisi itsensä takaisin. Tämä laskelma ei ota huomioon pääomakustannuksia eikä myöskään investoijan tuottovaatimuksia. Tähän tuottotasoon olisi kuitenkin hankala päästä. Esimerkiksi vuoden 2017 aikana oli vain yksi vuorokausi (11.10.2017), jolloin vuorokauden halvimman ja kalleimman sähkön tuntihinnan ero Suomessa ylitti 100 euroa.

Akkujen etuna sähäkkä ja tarkka säädettävyys

Vaikka suurimittainen sähkön varastointi akuilla ei olekaan vielä kannattavaa, on akuilla lukuisia potentiaalisia käyttökohteita sähköjärjestelmässä. Akkujen etuna vaikkapa vesivoimaan verrattuna on erittäin nopea ja tarkka säädettävyys. Esimerkiksi Fortumin akku Järvenpäässä (kuvassa ylhäällä) pystyy vaihtamaan tilansa täydeltä lataukselta täydelle purulle alle sekunnissa. Oulujoella puolestaan pystytään nostamaan tuotanto optimioloissa minimitasolta maksimiin noin viidessä minuutissa.

Kantaverkon taajuuden ylläpitoa varten on olemassa taajuussäätömarkkinat, insinöörikielellä FCR-N ja FCR-D. Siellä markkinatoimijat myyvät kantaverkolle nopeasti verkon taajuuden muutoksiin reagoivaa tuotantokapasiteettia, siis kykyä säätää tuotantoa tai kulutusta muutaman sekunnin kuluessa. Koska näillä markkinoilla maksetaan kyvystä, sopivat akut niiden tarpeisiin erittäin hyvin.

Alkuperäiseen kysymykseen palatakseni: Olisiko akuista siis säätövoiman lähteeksi? Ainakaan nykyteknologian valossa akkuja ei kannata käyttää sähkön varastointiin halvoilta tunneilta kalliille. Sen sijaan niille voi löytyä käyttöä siellä, missä on hyötyä akkujen kyvystä säätää erittäin tarkasti ja nopeasti. Uskonkin, että akut voivat ajan mittaan ottaa paikkansa osana sähköjärjestelmää osallistumalla nopeimpaan säätöön ja vapauttamalla näin muuta säätövoimaa energiaintensiivisempään säätötoimintaan.

Tatu Kulla

Kirjoittaja toimii Fortumissa kehitysjohtajana vastaten muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä. Aiemmin hän on vastannut vuosia Fortumin Suomen ja Ruotsin vesivoimaa (4 650 MW) ohjaavan vesivoimavalvomon toiminnasta.

Lue lisää:
Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 1: Miksi säätövoimalla on väliä?

kysyntajousto

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 1: Miksi säätövoimalla on väliä?

tatu-kulla-60x60pxPosted by: Tatu Kulla
6.2.2018

 

Kysyntäjoustosta, akuista ja esimerkiksi sähköautoista sähkövarastoina on tullut energiakeskustelun arkea. Samalla, kun käsitteet ovat arkipäiväistyneet, on niiden takana olevien ratkaisujen nykypotentiaali ja tulevaisuus ajoittain sotkeutuneet toisiinsa. Välillä kuulee heittoja, että jokin sähkön tuotantomuoto olisi kohta korvattavissa kotitalouksien kysyntäjoustolla. Esimerkiksi vesivoimaa on tällä perusteella vähätelty. Sähköntuotantoyhtiöt taas ovat korostaneet samaan aikaan vesivoiman tärkeyttä sähköjärjestelmämme säätövoimana.

Mitä säätövoima on ja mikä sen tehtävä on sähköjärjestelmässä? Entä mikä rooli on kysyntäjoustolla ja akuilla nyt ja lähitulevaisuudessa? Paljonko akuilla tai kysyntäjoustolla voidaan korvata sähköntuotantoa nykyisin? Ja mikä on kustannus?

Olen työssäni Fortumissa perehtynyt vuosia vesivoimaan ja sen säätömahdollisuuksiin. Viimeiset pari vuotta olen ollut rakentamassa muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoimintaamme. Kuvaan tällä taustalla omia näkemyksiäni sähköjärjestelmän joustavuudesta blogi-kirjoitusten sarjalla. Tässä ensimmäisessä osassa pureudun säätövoimaan. Tulevat osat käsittelevät akkujen ja kysyntäjoustojen roolia osana tulevaisuuden energiajärjestelmää.

Tuotannon on vastattava aina kulutusta

Jotta energia-alan aiheista voi faktapohjaisesti keskustella, on hyvä ymmärtää peruskäsitteet.

Lähdenkin liikkeelle sähköjärjestelmästä. Sillä tarkoitetaan sähköverkoilla yhteen kytkettyjen kulutusten ja sähköä tuottavien voimalaitosten kokonaisuutta. Sähköjärjestelmässä on jokaisena hetkenä oltava yhtä paljon kulutusta ja tuotantoa. Hetkellisen kulutuksen ja tuotannon suure on teho ja mittayksikkönä käytetään tyypillisesti megawattia (MW).

Mikäli tasapaino järkkyy ja tuotantoa on liikaa suhteessa kulutukseen, sähköverkon jännite ja taajuus nousevat yli hyväksyttyjen rajojen. Tällöin sähköverkon, voimalaitosten ja kulutuspisteiden suojaukset kytkevät irti verkossa olevat laitokset, jotta vältettäisiin laitteistojen hajoaminen. Suojausten aktivoitumiseen päädytään myös silloin, kun kulutusta on enemmän kuin tuotantoa. Tällöin jännite ja sähköverkon taajuus laskevat alle sovittujen rajojen.

Säätövoima pitää sähköjärjestelmän tasapainossa

Jotta kulutus ja tuotanto saadaan pidettyä tasapainossa, tarvitaan säätövoimaa. Se on sähköntuotantoa, jota voidaan säätää kulutuksen mukaan. Eri tuotantomuodoilla on erilaiset säätöominaisuudet. Suomessa ydinvoimalat eivät käytännössä säädä tuotantoaan lainkaan ja ovat siksi tasaisesti tuottavaa perusvoimaa. Sähköä tuottavat lauhdelaitokset sekä sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset pystyvät säätämään tuotantoaan tuntien ja vuorokauden sisällä riippuen laitoksen ominaisuuksista.

Nykyisin käytössämme olevista tuotantomuodoista säätöominaisuuksiltaan ehdottomasti paras on vesivoima. Sen säätökyky ulottuu sekuntitasolta jopa vuodenaikojen väliseen säätöön. Säätövoimaa saadaan Suomeen myös naapurimaiden sähköverkkoihin kytkettyjen siirtojohtojen avulla. Näiden kautta Ruotsista ja Norjasta saatava säätövoima tuotetaan pääasiassa vesivoimalla.

Mitä enemmän sähköjärjestelmään lisätään sään mukaan hyvin vaihtelevasti tuottavaa uusiutuvaa energiaa kuten tuuli- ja aurinkovoimaa, sitä enemmän järjestelmän pitäminen tasapainossa vaatii joustoa. Vesivoima onkin ketteränä säätövoimana avainroolissa, mutta kysyntäjousto ja akut ovat tulossa pienin askelein avuksi. Niiden osalta on kuitenkin huomattava, että vain vesivoima tuottaa energiaa, kysyntäjousto ja akut siirtävät kulutusta hetkestä toiseen.

Teho ja energia iloisesti sekaisin?

Sähköjärjestelmästä keskusteltaessa on hyvä muistaa, että teho ja energia ovat kaksi eri asiaa. Mikäli tarkastellaan pelkkää asennettua tehoa ja sotketaan se vuotuisen energiatuotannon kanssa, päädytään virheellisiin johtopäätöksiin. Tätä voisi verrata siihen että vuokraisin auton matkaa Espoosta Tampereelle varten vain sillä perusteella, että autolla pääsee 200 km/h, enkä tarkistaisi lainkaan, onko tankissa polttoainetta.

Energiamaailman esimerkiksi voi ottaa vaikkapa tuulivoiman ennätyksellisen tuotannon Suomessa vuonna 2017. Viime vuonna Suomessa kulutettiin sähköä 85,5 terawattituntia (siis 85,5 miljoonaa megawattituntia) ja vuoden suurin hetkellinen sähkönkulutuksen tuntikeskiarvo oli 14 374 MW. Asennettua tuulivoimakapasiteettia meillä oli noin 2 000 MW ja energiaa tuulivoimalla tuotettiin noin 4,8 terawattituntia. Tuulivoiman osuus Suomen energiankulutuksesta oli noin 5,6 % ja asennetun tuulivoimakapasiteetin osuus suhteessa Suomen huipputehoon oli noin 14 %. Luvut kertovat, että tuulivoima ei ole ollut käytössä vuoden jokaisena tuntina täysimääräisesti.

Esimerkkini yllä ei millään muotoa ole sääriippuvaista uusiutuvaa energiaa vastaan, vaan se vain kertoo tehotasapainon ylläpidon haasteista jo nyt. Tulevina vuosina nämä haasteet saavat lisäkertoimia sääriippuvaisen tuotannon määrän kasvaessa. Jouston ja näppärästi säädettävän tuotannon ratkaisuille onkin kysyntää ja niiden kehittämiseksi teemme myös Fortumissa töitä.

Niin pitkään kun uusilla ratkaisuilla ei voi tuottaa kaikkea tarvittavaa säätövoimaa taloudellisesti kannattavasti, on tärkeää huolehtia, että tuttujen ja erinomaisesti toimivien säätövoimaratkaisujen – kuten vesivoiman – toimintaedellytykset on turvattu. Silloin voimme parhaiten luoda edellytykset siirtymiselle kohti päästötöntä energiajärjestelmää ja hillitä ilmastonmuutosta.

Tatu Kulla

Kirjoittaja toimii Fortumissa kehitysjohtajana vastaten muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä. Aiemmin hän on vastannut vuosia Fortumin Suomen ja Ruotsin vesivoimaa (4 650 MW) ohjaavan vesivoimavalvomon toiminnasta.

Vuoden 2017 energiatilastot: Energiateollisuus ry

 

kysyntajousto

Aurinkoenergiaan liittyvillä innovaatioilla helpotusta sähköpulaan

catarina_naucler-60x60Posted by: Catarina Naucler
30.3.2017

Maa vastaanottaa kahdessa tunnissa yhtä paljon energiaa kuin maapallolla käytetään yhden vuoden aikana. Samaan aikaan 1,3 miljardilla ihmisellä ei ole käytössään luotettavaa sähkön lähdettä. Tähän asti ei ole ollut hyviä ja riittävän edullisia ratkaisuja ilman sähköä eläville ihmisille. He ovatkin usein  joutuneet käyttämään esimerkiksi terveys- ja ympäristöhaittoja aiheuttavia öljylamppuja.

Fortum etsii parhaillaan innovatiivisia energiaratkaisuja, joissa voimme hyödyntää aurinkoenergiaosaamistamme ja joiden avulla voimme vaikuttaa ihmisten elämään aivan uudella tavalla. Tästä hyvänä esimerkkinä on Futuricen kanssa tekemämme yhteistyö, jossa pyritään kehittämään sekä uutta tekniikkaa että uusia liiketoimintamalleja jatkuvasti muuttuvalle alalle.

Fortum on asiantuntija energiajärjestelmissä ja teollisen mittakaavan aurinkoenergian tuottamisessa Intiassa. Pohjoismaissa tarjoamme  aurinkoenergiaratkaisuja yksityis- ja yritysasiakkaille.  Futurice puolestaan on digitaalisten palvelujen, sovellusten ja sovellusarkkitehtuurien kehittämisen asiantuntija. Yhdessä kehitämme nyt ratkaisua, jolla kehittyvien maiden asukkaat saavat sähköä helposti käyttöönsä. Meille tämä on aivan uusi tapa tehdä innovaatioita. Jo nyt on nähtävissä, että työ etenee hyvin, kun meillä on yhteinen tavoite, jonka saavuttamiseksi yhdistämme molempien  osaamisen.

Ajatuksena on kehittää alusta, joka auttaa paikallisia aurinkoenergian toimittajia tarjoamaan asiakkailleen nykyistä parempia aurinkoenergiaratkaisuja. Software as a Service -konseptin avulla nämä yritykset voivat tarjota ratkaisuja, jotka turvaavat maksujen saamisen loppuasiakkailta ja takaavat paremman asiakastuen sekä samalla entistä luotettavamman järjestelmän. Maksuratkaisuna on pay as you go -malli, jolla aurinkosähköä voidaan toimittaa myös niille, joilla ei ole varaa investoida omiin aurinkopaneeleihin.

Sähkön saatavuuden merkitystä ihmisen arjessa ei voi kyllin korostaa. Se vaikuttaa ratkaisevasti moneen elämänalueeseen kuten vaikkapa opiskelumahdollisuuksiin, terveyteen ja talouteen. Meillä on siksi erittäin monta syytä toivoa menestystä hankkeellemme.

Mary-House

Maailman vanhin ja uusin energiavarasto rinnakkain: akut ja vesivoima

roosa_nieminen_60x60Posted by: Roosa Nieminen
15.02.2017

Akut paistattelevat tällä hetkellä median valokeilassa ja ovat tämän hetken suurimpia ”hypejä” energiamarkkinalla kysyntäjouston ja sähköautojen rinnalla. Myös Fortum on lähtenyt akkuleikkiin mukaan: Pohjoismaiden suurin litium-ioni-akku Batcave otetaan käyttöön tämän viikon keskiviikkona 1.3. Fortumin Järvenpään voimalaitoksella.

Mutta mistä tässä akkumaniassa on oikein kyse: tarvitsemmeko Suomessa merikontillisen verran kännykän akkuja kytkettäväksi sähköverkkoon? Ja mitä niillä oikein on tarkoitus tehdä?

Akkuhype pähkinänkuoressa

Energiamarkkinoilla on vallinnut jo pitkään ”akkuhype” eli suuri kiinnostus energiavarastoja kohtaan. Ja tälle hypelle on erittäin hyvä syy: aurinkopaneelien lisääntyessä katukuvassa ja tuulimyllyjen pyöriessä tuulisella säällä, halutaan uusiutuvaa energiaa pystyä varastoimaan myös pimeille ja tuulettomille tunneille.

Koska haluamme lisätä aurinko- ja tuulienergian käyttöä, tulee meidän pystyä siirtämään energiaa useita tunteja eteenpäin: aurinkoiselta keskipäivältä illan parhaaseen television katseluaikaan.

Näiden useita tunteja siirtävien energiavarastojen lisäksi tarvitaan myös nopeasti sekunti- ja minuuttitasolla reagoivia energiavarastoja. Sähköverkossa tapahtuu päivittäin äkillisiä ennustamattomia sähkönkulutus- ja tuotantopiikkejä, jotka pahimmillaan voivat aiheuttaa sähköverkkoon katkoksia ja häiriöitä. Tulevaisuus saattaa tuoda tullessaan lisää mahdollisia sähköpiikkejä ja siten jopa lisätarvetta nopeasti reagoiville energiavarastoille. Äkillinen auringon pilkahdus pilvien lomasta nostaa aurinkopaneelien tuotannon nollasta sataan prosenttiin ja satojen sähköautojen kytkeytyessä latauspisteisiin samaan aikaan saattaa sähköverkon tuotannon ja sähkönkulutuksen tasapaino heilahtaa rajusti.

Tarvitsemmeko siis tähän akkuja? Kyllä ja ei.

Meillä on asiat täällä Suomessa jo suhteellisen hyvin energiavarastojen suhteen. Meillä on nimittäin paljon vesivoimaa.

Vesivoima, tuo uusiutuvien mediabileiden seinäruusu

Vesivoima unohtuu usein uusiutuvien energiamuotojen hypetyksestä, ehkä sen pitkän historian takia: vesivoima on yksi vanhimpia energian tuotantomuotoja ja ehkä sen takia hieman tylsä lisäys mediaseksikkäiden aurinko- ja tuulivoiman rinnalle.

Vesivoima sattuu myös olemaan paras energiavarastomme. Vesivoima pystyy ratkaisemaan kummankin energiavarasto-ongelman: vettä pystytään varastoimaan järvissä useita tunteja ja toisaalta vesivoimaloilla pysytään lisäämään tai vähentämään tuotantoa nopeasti alle minuutissa. Vesivoima vanhasta iästään huolimatta pystyy rauhalliseen varastointiin ja samalla reagoimaan ketterästi tarvittaviin muutoksiin.

Mutta mihin sitten akkuja tarvitaan?

Vesivoima on ketterää, mutta ketteryydellä on oma hintansa. Nopeat muutokset vesivoimalaitoksilla kuluttavat niiden mekaanisten koneistojen osia lyhentäen niiden käyttöikää. Vesivoimalaitoksilla on jouduttu tekemään isoja huoltoprojekteja monia vuosia oletettua aikaisemmin muun muassa Kaplan-turbiinien turbiinisiipien laakeroinnin ja tiivisteiden kulumisen takia.

Litium-ioni-akut astuvat tässä vaiheessa kuvaan.

Akkuteknologioista litium-ioni-akut ovat kehityksensä kannalta valmiit kaupalliseen käyttöön: litium-ioni-akkujen hinnat ovat tippuneet huimaa vauhtia viime vuosina, ja hinnan uskotaan jatkavan laskuaan lisääntyvän kysynnän vuoksi. Litium-ioni-akut pystyvät reagoimaan sekunneissa, ja siksi ne soveltuvat loistavasti nopeiksi energiavarastoiksi tukemaan aurinko- ja tuulienergian kasvua energiantuotannossa.

Litium-ioni-akut voivat tarjota Pohjoismaissa vesivoimalle ”breikin”. Kun akut tekevät nopean säädön vesivoiman sijasta, vältytään vesivoimalaitosten koneistojen liian nopealta kulumiselta ja vesivoiman joustavuus saadaan käyttöön pidempiaikaiseen energiavarastointiin.

Akut ja vesivoima eivät suinkaan riitele keskenään. Parhaiten ne toimivat yhteistuumin ja toisiaan tukien.

Batcave-akku ja tulevaisuuden näkymät

Pohjoismaiden suurin akkuvarasto Batcave otetaan käyttöön tämän viikon keskiviikkona 1.3.2017 Fortumin Järvenpään voimalaitoksella. Nopeasti reagoiva 2MW/1MWh litium-ioni-akku tulee tarjoamaan sekunti- ja minuuttitasoista nopeaa joustoa sähköverkolle taajuussäädössä. Batcave-projekti käynnistyi tarjouskilpailun jälkeen huhtikuussa 2016 ja oli käyttövalmis helmikuussa 2017.

batcave-in-jarvenpaa-350px
Batcave-akku Järvenpään voimalaitoksella

 

Batcave-akkua tullaan käyttämään vesivoiman rinnalla. Akku ottaa ensisijaisesti roolin nopean säädön toteuttajana, ja sen rajojen tullessa vastaan vesivoima hyppää kehiin auttamaan. Paras lopputulos saadaan optimoimalla akun ja vesivoiman käyttö yhdessä.

Fortum ajattelee myös Järvenpään Batcave-akkua pidemmälle. Aurinko- ja tuulienergian käytön kasvu ei energiamarkkinoilla rajoitu vain Suomen rajojen sisäpuolelle: akkuja tarvitaan myös muualla maailmassa, etenkin paikoissa, joissa vesivoimaa ei ole saatavilla.

Voisiko siis suomalaista akkujen optimaalisen käytön osaamista viedä myös muualle maailmaan? Hyvä tapa aloittaa maailmanvalloitus on aloittaa oppiminen. Batcave-akku on ennen kaikkea oppimisprojekti kohti tulevaisuuden energiamarkkinaa ja uusia mahdollisuuksia.

batcave-illustration-500px

Havainnekuva Batcave-akusta pdf-muodossa

 

Roosa Nieminen, Project Manager, Batcave

Kasvuyritykset luovat uutta työtä ja vientiä

Heli AntilaPosted by: Heli Antila
12.11.2014


Voiko iso yritys oppia toimimaan kasvuyritysten lailla?

Uskon, että voi. Meillä Fortumissa tämä on nimenomaan yksi tapa rakentaa perustaa tulevaisuuden kasvulle. Edistämme uudenlaista kasvua ja opettelemme uusia taitoja yhtiössämme sekä sisäisillä että kumppaneidemme kanssa tehdyillä yhteisillä ohjelmilla. Olemmekin saaneet mainioita kokemuksia yhteistyöstä start up -yritysten kanssa. Continue reading Kasvuyritykset luovat uutta työtä ja vientiä