Tuuli- ja aurinkovoima tulevaisuuden energiatarpeen ratkaisuna

Tuuli- ja aurinkovoima tulevaisuuden energiatarpeen ratkaisuna

Antti Lehtniemi, 30.4.2016, Lohja

Tuuli- ja aurinkovoimaa on markkinoitu ’ilmaisena’ ja ’saasteettomana’ tulevaisuuden ’loppumattomana’ energialähteenä. Miksi tämä kuitenkin kokee yhä suurempia vastuksia niissä maissa, jotka ovat olleet meitä edistyksellisempiä tehtyään mittavia panostuksia?

Tarkastelu vaatii perustietoa sähköverkon kantokyvystä, hetkellisestä tehosta ja jatkuvasta tehosta. Koska käyttäjien tarvitsema teho vaihtelee ( työvuorot, loma-ajat, vuodenajat, yö- ja päivärytmi jne), verkossa tulee olla reserviä niin, että maksimitarvetta ei koskaan ylitetä edes hetkellisesti. Hyvä perussääntö on, että joka hetki käytettävissä oleva teho on enintään 80%-85% verkon maksimituotannosta, jotta verkon tuotanto ei kaadu. Tämän vuoksi kaikissa maissa on oltava ylimääräistä nopeasti käynnistyvää varakapasiteettia, jolla korvataan vaihtelua ja myös huollossa olevien yksiköiden aiheuttamaa vajausta.

Alla olevasta linkistä näkyy huhtikuun tuulivoiman tuotanto Suomessa. Maksimi on ollut 800 MWh/h ja minimi 30 MWh/h. Edellä mainitun prosenttisäännön mukaan luotettavaa sähköä olisi siten saatu vain 25 MWh/h eli noin 3 (kolme!) prosenttia kuukauden maksimista. Mikä tehdas tällä pyörisi?

http://www.fingrid.fi/fi/sahkomarkkinat/kulutus-ja-tuotanto/Sivut/Tuulivoima2.aspx?beginDate=20160401&endDate=20160430&showChart=1&showTable=0

tilasto

Vastaavasti aurinkovoiman tehokuvaajassa on 12 tunnin nollajakso (yöt) ja kellomainen piikikäs päiväkäyrä valoisana aikana, keskimäärin klo 0630-1730, mutta vaihdellen leveyspiirin ja vuodenajan mukaan. Piikikkyys johtuu pilvistä: kun aurinkopaneelin eteen menee pilviä, teho putoaa. Pilvet liikkuvat tuulen mukana, joten vaihtelua tulee aina. Pilvettömissä aavikko-olosuhteissa taas ongelmaksi muodostuu pitkä sähkönsiirto käyttöpaikalle. Kellomainen käyrä on matalampi ja lyhytkestoisempi talvella ja korkeampi ja pitkäkestoisempi kesällä. Täyttä teoreettista hyötyä haluttaessa jokaisessa paneelissa tulisi olla automaattinen suuntaus- ja kallistussäätö: paneelin keskinormaali tulee suunnata kohti aurinkoa kellonajan ja vuodenajan mukaan. Valitettavasti tällainen jokaisen paneelin mekanismi moninkertaistaa hinnan ja kuluttaa liian suuren osan tuotetusta sähköstä. Samoin mekanismin huolto ei ole halpaa. Siispä on tyydyttävä kiinteään asennukseen ja alempaan tuottoon. Toisin kuin tuulivoimalla jota saadaan yöaikanakin, aurinkovoima tarvitsee aina yöajaksi korvaavan sähköntuotannon tuen. Rinnakkain käytöllä tätä eroa saadaan pienennettyä, mutta on muistettava edellä mainittu tuulivoiman epätasaisuus.

Teollisuuden prosessit ovat täysin riippuvaisia tasaisesta ja varmasta sähköstä. Ajatellaan vaikkapa terässulattoa tai paperitehdasta tuulivoimakäyrän tuotannon armoilla. Akkuvarastointi ei missään oloissa tyydytä tehontarvetta ja maksaisi sitä paitsi erittäin paljon.

Jos aurinko- ja tuulivoimaa rakennetaan edullisimmille alueille ja sähköllä hajotetaan merivettä vedyksi, ongelmaksi muodostuu vedyn varastointi. Paineastiasta kevein alkuaine vety karkaa ja nesteytys taas vaatii -180C lämpötilan. Putkistoa kummallekaan ei voida rakentaa, joten kuljetus olisi tankkilaivojen varassa. Vetyyn liittyy myös tulenarkuus ja räjähdysherkkyys vielä suuremmassa määrin kuin maakaasuun.  Kokonaiskustannuksissa tulee aina laskea koko energiatuotantoketjun kulut alkaen perusmateriaalin kaivamisesta, muokkaamisesta romutukseen ja kierrätykseen saakka. Tämä on tuuli- ja aurinkovoiman osalta osin tutkimaton, osin (tietoisesti) vaiettu asia.

Sinänsä tuuli- ja aurinkovoima olisivat suureksi avuksi esimerkiksi haja-asutusalueilla, saaristossa ja erämaissa. Rajaseudun asuntoon voisi (pysty)tuuliturbiinin ja aurinkopaneelin avulla tuottaa akkusähköä valaistukseen. Ylimäärä sähköstä voitaisiin varastoida lämpönä: vesikiertoinen lattialämmitys varaajineen toimisi tässä halpana akkuna. Samoin invertterillä voidaan sähkökatkojen aikana tuottaa akuista kiertovesipumpulle tarvittava teho ja saada kännykän akku ladattua. Sähkökatkokset sattuvat usein myrskyjen aikana, jolloin nimenomaan pystytuuliturbiini myrskyt kestävänä tuottaa sähköä parhaiten. Tässä ’pieni on kaunista’- systeemissä toteutuvat niin ekologiset kuin varmuusajatukset.