Sähkön varastointi paineilman avulla

Translated title of the contribution: Electricity storing with compressed air energy storage

Kari Sipilä, Magnus Wistbacka, Anne Väätäinen

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Esitutkimuksessa tarkastellaan Outokumpu Finnmines Oy:n omistaman Pyhäsalmen sinkkikaivoksen käyttökelpoisuutta CAES laitoksen (Compressed Air Energy Storage) paineilmavarastona. Sinkkikaivos sijaitsee Pyhäsalmen kaupungissa. Kaivos lopettaa toimintansa nykyisten malmivara arvioiden mukaan vuonna 1998. Varsinaisia malmilouhoksia on tällä hetkellä noin miljoona kuutiometriä ja ne ulottuvat yli 800 metrin syvyyteen. CAES laitoksen tuottamaa sähköä käytettäisiin Revon Sähkö Oy:n 20 kunnan yhteisen sähköyhtiön järjestelmässä säätöenergiana vuorokausi viikkojaksolla. Varastoa ladataan kompressorilla, kun sähkön kulutusta on vähän ja sähkön tuotannon rajakustannus on halpaa. Paineilmavarastoa puretaan aina sähkön huippukulutustilanteissa, jolloin sähkön tuotannon rajakustannus on kallis. Tulevaisuudessa sähkökaupan vapautuminen antaa mahdollisuuden sähkön tilapäiskauppaan ns. TPA periaatteella (Third Party Access). Hankkeessa selvitettiin kaivostilan muuttamisen teknillisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia paineilmavarastoksi. Esiselvityksen perusteella Pyhäsalmen kaivostiloissa +600 tason alapuolella on huomattavan tiiviitä ja kestäviä kallioalueita, jotka saattavat soveltua paineilmavaraston rakennuspaikaksi. Toteuttamiskelpoisin, toimintavarmin ja lopullisilta kustannuksiltaan edullisin paineilmavarastovaihtoehto Pyhäsalmen kaivoksessa on uutena louhittu varastotila, joka sijaitsee mahdollisimman syvällä kaivoksen alaosassa, tiiviissä ja lujassa kalliossa mahdollisimman kaukana louhoksista. Vesiverhon rakentaminen on todennäköisesti tarpeen. Varaston hintavaihtelu noin 15 milj. mk:sta 50 milj. mk:aan koon ja varastotyypin mukaan sekä riippuen siitä, onko kyseessä valmiista kaivostilasta (vinotiestä) konvertoitu vai kokonaan uutena louhittu varasto. Kokonaan uuden varastotilan louhiminen osoittautuu useita kymmeniä prosentteja (yli 30 %) edullisemmaksi kuin vinotien erottaminen varastokäyttöön. Konvertointivaihtoehtojen kalleus johtuu tarvittavien betonieristeiden runsaudesta ja korkeista kustannuksista sekä vanhan tilan tiivistyskustannuksista. Vesiverhon aiheuttama kustannus varastorakentamisessa on noin 5 7 milj. mk. Lisäksi vesiverhon vuosittaiset käyttökustannukset ovat vähintäin 300 000 mk:n luokkaa. Vakiotilavuusvarasto maksaa kokoluokassa 30 000 m³ noin 21 milj. mk ja kokoluokassa 100 000 m³ noin 32 milj.mk (vesiverholla varustettuna). Vesikuilun sisältävä vakiopainevarasto Pyhäsalmen tapauksessa on tässä käytettyjen oletusten perusteella noin 5 milj.mk. kalliimpi kuin vastaava kompensoimaton vakiotilavuusvarasto. Esitutkimuksessa todetaan, että CAES laitoksen koon optimointi edellyttää myös aina ostosähkötariffihankinnan ja vesienergian käytön uudelleen optimointia. CAES laitoksen käyttö pienentää vesivaraston käyttöä lyhytaikaissäätöön. Ostosähkön hankinnassa keskienergian osuus pienenee ja huippuenergian osuus kasvaa, kuitenkin oston kokonaismäärä pienenee ja tehohuipun leikkauskyky on n. 75% CAES laitoksen sähkötehosta. CAES peruslaitoskokona käytettiin 210 MWh/ 30 000 m³ paineilmavarastokokoa, 34 MWe:n kaasuturpiinia ja 25 MWe:n kompressoria. Laitoksen polttoaineena oli kevyt polttoöljy. Laitoksen peruskoon valinta osoittautui erittäin onnistuneeksi. Parempi tuotto saatiin 41 MWe:n kaasuturpiinilaitoskoolle 150 MWh/20 000 m³:n paineilmavarastolla, jolloin sähkön huipunleikkauskyky paranee. Laitoksen kielletty käyttöalue alle minimitehon kuitenkin lisääntyy ja käyttötuntimäärä jää ensimmäisinä käyttövuosina vähäiseksi. CAES laitoksen vuosituotto jäi parhaimpinakin vuosina 5,0 - 5,5 milj. mk, mikä ei riitä tuottamaan yli 100 milj. mk:n investointia takaisin 20 vuodessa edes 0 %:n korolla. Herkkyystarkasteluna laskettiin tapaus, jossa Revon Sähkö Oy:n kokoinen laitos hankkii H 85 tariffiostona sähköenergiansa ja laitos rakentaa CAES laitoksen 210 MWh/ 34 MWe. Tässä tapauksessa saadaan investoinnille n. 1 %:n tuotto 20 vuoden jaksolla. Lisäksi tarkasteltiin tapausta, jossa öljyn hinta olisi puolet käytetystä hinnasta. Vuosituotto ylittää investoinnin vuosikustannuksen, muttei anna investoinnille vaadittua 5 %:n tuottoa 20 vuoden jaksolla. CAES laitoksen investointikustannus on Suomen tariffihintarakenteseen liian korkea. Pitäisi pyrkiä yksinkertaisempiin laitosratkaisuihin ja hyödyntää valmistajien valmiita kaasuturpiini ja kompressoriratkaisuja. CAES laitoksen käyttömahdollisuus myös normaalina kaasuturpiinilaitoksena toisi lisäpiirteen laitoksen käyttöön säätövoimana säilyttäen kuitenkin suuren tehohuipun leikkausmahdollisuuden paineilmavaraston avulla. Maakaasun käyttömahdollisuus pienentää polttoainekustannuksia verrattuna polttoöljyyn, jolloin käyttötalous paranee. Jos vesivoiman suhteellinen osuus energian tuotannosta pienenee, CAES laitosratkaisu voisi olla varteen otettava vaihtoehto säätövoiman hankintaan.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages125
ISBN (Print)951-38-4450-1
Publication statusPublished - 1993
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.1516
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Fingerprint

Compressed Air
Electricity
xylometazoline
H 85

Keywords

  • energy storage
  • electric power
  • compressed air
  • storage facilities
  • mines
  • peaking power plants
  • compressed air energy storage equipment
  • compressed air storage power plants

Cite this

Sipilä, K., Wistbacka, M., & Väätäinen, A. (1993). Sähkön varastointi paineilman avulla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1516
Sipilä, Kari ; Wistbacka, Magnus ; Väätäinen, Anne. / Sähkön varastointi paineilman avulla. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 125 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1516).
@book{eb9de1a13c344c6191c267826493a599,
title = "S{\"a}hk{\"o}n varastointi paineilman avulla",
abstract = "Esitutkimuksessa tarkastellaan Outokumpu Finnmines Oy:n omistaman Pyh{\"a}salmen sinkkikaivoksen k{\"a}ytt{\"o}kelpoisuutta CAES laitoksen (Compressed Air Energy Storage) paineilmavarastona. Sinkkikaivos sijaitsee Pyh{\"a}salmen kaupungissa. Kaivos lopettaa toimintansa nykyisten malmivara arvioiden mukaan vuonna 1998. Varsinaisia malmilouhoksia on t{\"a}ll{\"a} hetkell{\"a} noin miljoona kuutiometri{\"a} ja ne ulottuvat yli 800 metrin syvyyteen. CAES laitoksen tuottamaa s{\"a}hk{\"o}{\"a} k{\"a}ytett{\"a}isiin Revon S{\"a}hk{\"o} Oy:n 20 kunnan yhteisen s{\"a}hk{\"o}yhti{\"o}n j{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a} s{\"a}{\"a}t{\"o}energiana vuorokausi viikkojaksolla. Varastoa ladataan kompressorilla, kun s{\"a}hk{\"o}n kulutusta on v{\"a}h{\"a}n ja s{\"a}hk{\"o}n tuotannon rajakustannus on halpaa. Paineilmavarastoa puretaan aina s{\"a}hk{\"o}n huippukulutustilanteissa, jolloin s{\"a}hk{\"o}n tuotannon rajakustannus on kallis. Tulevaisuudessa s{\"a}hk{\"o}kaupan vapautuminen antaa mahdollisuuden s{\"a}hk{\"o}n tilap{\"a}iskauppaan ns. TPA periaatteella (Third Party Access). Hankkeessa selvitettiin kaivostilan muuttamisen teknillisi{\"a} ja taloudellisia mahdollisuuksia paineilmavarastoksi. Esiselvityksen perusteella Pyh{\"a}salmen kaivostiloissa +600 tason alapuolella on huomattavan tiiviit{\"a} ja kest{\"a}vi{\"a} kallioalueita, jotka saattavat soveltua paineilmavaraston rakennuspaikaksi. Toteuttamiskelpoisin, toimintavarmin ja lopullisilta kustannuksiltaan edullisin paineilmavarastovaihtoehto Pyh{\"a}salmen kaivoksessa on uutena louhittu varastotila, joka sijaitsee mahdollisimman syv{\"a}ll{\"a} kaivoksen alaosassa, tiiviiss{\"a} ja lujassa kalliossa mahdollisimman kaukana louhoksista. Vesiverhon rakentaminen on todenn{\"a}k{\"o}isesti tarpeen. Varaston hintavaihtelu noin 15 milj. mk:sta 50 milj. mk:aan koon ja varastotyypin mukaan sek{\"a} riippuen siit{\"a}, onko kyseess{\"a} valmiista kaivostilasta (vinotiest{\"a}) konvertoitu vai kokonaan uutena louhittu varasto. Kokonaan uuden varastotilan louhiminen osoittautuu useita kymmeni{\"a} prosentteja (yli 30 {\%}) edullisemmaksi kuin vinotien erottaminen varastok{\"a}ytt{\"o}{\"o}n. Konvertointivaihtoehtojen kalleus johtuu tarvittavien betonieristeiden runsaudesta ja korkeista kustannuksista sek{\"a} vanhan tilan tiivistyskustannuksista. Vesiverhon aiheuttama kustannus varastorakentamisessa on noin 5 7 milj. mk. Lis{\"a}ksi vesiverhon vuosittaiset k{\"a}ytt{\"o}kustannukset ovat v{\"a}hint{\"a}in 300 000 mk:n luokkaa. Vakiotilavuusvarasto maksaa kokoluokassa 30 000 m³ noin 21 milj. mk ja kokoluokassa 100 000 m³ noin 32 milj.mk (vesiverholla varustettuna). Vesikuilun sis{\"a}lt{\"a}v{\"a} vakiopainevarasto Pyh{\"a}salmen tapauksessa on t{\"a}ss{\"a} k{\"a}ytettyjen oletusten perusteella noin 5 milj.mk. kalliimpi kuin vastaava kompensoimaton vakiotilavuusvarasto. Esitutkimuksessa todetaan, ett{\"a} CAES laitoksen koon optimointi edellytt{\"a}{\"a} my{\"o}s aina ostos{\"a}hk{\"o}tariffihankinnan ja vesienergian k{\"a}yt{\"o}n uudelleen optimointia. CAES laitoksen k{\"a}ytt{\"o} pienent{\"a}{\"a} vesivaraston k{\"a}ytt{\"o}{\"a} lyhytaikaiss{\"a}{\"a}t{\"o}{\"o}n. Ostos{\"a}hk{\"o}n hankinnassa keskienergian osuus pienenee ja huippuenergian osuus kasvaa, kuitenkin oston kokonaism{\"a}{\"a}r{\"a} pienenee ja tehohuipun leikkauskyky on n. 75{\%} CAES laitoksen s{\"a}hk{\"o}tehosta. CAES peruslaitoskokona k{\"a}ytettiin 210 MWh/ 30 000 m³ paineilmavarastokokoa, 34 MWe:n kaasuturpiinia ja 25 MWe:n kompressoria. Laitoksen polttoaineena oli kevyt poltto{\"o}ljy. Laitoksen peruskoon valinta osoittautui eritt{\"a}in onnistuneeksi. Parempi tuotto saatiin 41 MWe:n kaasuturpiinilaitoskoolle 150 MWh/20 000 m³:n paineilmavarastolla, jolloin s{\"a}hk{\"o}n huipunleikkauskyky paranee. Laitoksen kielletty k{\"a}ytt{\"o}alue alle minimitehon kuitenkin lis{\"a}{\"a}ntyy ja k{\"a}ytt{\"o}tuntim{\"a}{\"a}r{\"a} j{\"a}{\"a} ensimm{\"a}isin{\"a} k{\"a}ytt{\"o}vuosina v{\"a}h{\"a}iseksi. CAES laitoksen vuosituotto j{\"a}i parhaimpinakin vuosina 5,0 - 5,5 milj. mk, mik{\"a} ei riit{\"a} tuottamaan yli 100 milj. mk:n investointia takaisin 20 vuodessa edes 0 {\%}:n korolla. Herkkyystarkasteluna laskettiin tapaus, jossa Revon S{\"a}hk{\"o} Oy:n kokoinen laitos hankkii H 85 tariffiostona s{\"a}hk{\"o}energiansa ja laitos rakentaa CAES laitoksen 210 MWh/ 34 MWe. T{\"a}ss{\"a} tapauksessa saadaan investoinnille n. 1 {\%}:n tuotto 20 vuoden jaksolla. Lis{\"a}ksi tarkasteltiin tapausta, jossa {\"o}ljyn hinta olisi puolet k{\"a}ytetyst{\"a} hinnasta. Vuosituotto ylitt{\"a}{\"a} investoinnin vuosikustannuksen, muttei anna investoinnille vaadittua 5 {\%}:n tuottoa 20 vuoden jaksolla. CAES laitoksen investointikustannus on Suomen tariffihintarakenteseen liian korkea. Pit{\"a}isi pyrki{\"a} yksinkertaisempiin laitosratkaisuihin ja hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} valmistajien valmiita kaasuturpiini ja kompressoriratkaisuja. CAES laitoksen k{\"a}ytt{\"o}mahdollisuus my{\"o}s normaalina kaasuturpiinilaitoksena toisi lis{\"a}piirteen laitoksen k{\"a}ytt{\"o}{\"o}n s{\"a}{\"a}t{\"o}voimana s{\"a}ilytt{\"a}en kuitenkin suuren tehohuipun leikkausmahdollisuuden paineilmavaraston avulla. Maakaasun k{\"a}ytt{\"o}mahdollisuus pienent{\"a}{\"a} polttoainekustannuksia verrattuna poltto{\"o}ljyyn, jolloin k{\"a}ytt{\"o}talous paranee. Jos vesivoiman suhteellinen osuus energian tuotannosta pienenee, CAES laitosratkaisu voisi olla varteen otettava vaihtoehto s{\"a}{\"a}t{\"o}voiman hankintaan.",
keywords = "energy storage, electric power, compressed air, storage facilities, mines, peaking power plants, compressed air energy storage equipment, compressed air storage power plants",
author = "Kari Sipil{\"a} and Magnus Wistbacka and Anne V{\"a}{\"a}t{\"a}inen",
year = "1993",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4450-1",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1516",
address = "Finland",

}

Sipilä, K, Wistbacka, M & Väätäinen, A 1993, Sähkön varastointi paineilman avulla. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1516, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Sähkön varastointi paineilman avulla. / Sipilä, Kari; Wistbacka, Magnus; Väätäinen, Anne.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 125 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1516).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Sähkön varastointi paineilman avulla

AU - Sipilä, Kari

AU - Wistbacka, Magnus

AU - Väätäinen, Anne

PY - 1993

Y1 - 1993

N2 - Esitutkimuksessa tarkastellaan Outokumpu Finnmines Oy:n omistaman Pyhäsalmen sinkkikaivoksen käyttökelpoisuutta CAES laitoksen (Compressed Air Energy Storage) paineilmavarastona. Sinkkikaivos sijaitsee Pyhäsalmen kaupungissa. Kaivos lopettaa toimintansa nykyisten malmivara arvioiden mukaan vuonna 1998. Varsinaisia malmilouhoksia on tällä hetkellä noin miljoona kuutiometriä ja ne ulottuvat yli 800 metrin syvyyteen. CAES laitoksen tuottamaa sähköä käytettäisiin Revon Sähkö Oy:n 20 kunnan yhteisen sähköyhtiön järjestelmässä säätöenergiana vuorokausi viikkojaksolla. Varastoa ladataan kompressorilla, kun sähkön kulutusta on vähän ja sähkön tuotannon rajakustannus on halpaa. Paineilmavarastoa puretaan aina sähkön huippukulutustilanteissa, jolloin sähkön tuotannon rajakustannus on kallis. Tulevaisuudessa sähkökaupan vapautuminen antaa mahdollisuuden sähkön tilapäiskauppaan ns. TPA periaatteella (Third Party Access). Hankkeessa selvitettiin kaivostilan muuttamisen teknillisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia paineilmavarastoksi. Esiselvityksen perusteella Pyhäsalmen kaivostiloissa +600 tason alapuolella on huomattavan tiiviitä ja kestäviä kallioalueita, jotka saattavat soveltua paineilmavaraston rakennuspaikaksi. Toteuttamiskelpoisin, toimintavarmin ja lopullisilta kustannuksiltaan edullisin paineilmavarastovaihtoehto Pyhäsalmen kaivoksessa on uutena louhittu varastotila, joka sijaitsee mahdollisimman syvällä kaivoksen alaosassa, tiiviissä ja lujassa kalliossa mahdollisimman kaukana louhoksista. Vesiverhon rakentaminen on todennäköisesti tarpeen. Varaston hintavaihtelu noin 15 milj. mk:sta 50 milj. mk:aan koon ja varastotyypin mukaan sekä riippuen siitä, onko kyseessä valmiista kaivostilasta (vinotiestä) konvertoitu vai kokonaan uutena louhittu varasto. Kokonaan uuden varastotilan louhiminen osoittautuu useita kymmeniä prosentteja (yli 30 %) edullisemmaksi kuin vinotien erottaminen varastokäyttöön. Konvertointivaihtoehtojen kalleus johtuu tarvittavien betonieristeiden runsaudesta ja korkeista kustannuksista sekä vanhan tilan tiivistyskustannuksista. Vesiverhon aiheuttama kustannus varastorakentamisessa on noin 5 7 milj. mk. Lisäksi vesiverhon vuosittaiset käyttökustannukset ovat vähintäin 300 000 mk:n luokkaa. Vakiotilavuusvarasto maksaa kokoluokassa 30 000 m³ noin 21 milj. mk ja kokoluokassa 100 000 m³ noin 32 milj.mk (vesiverholla varustettuna). Vesikuilun sisältävä vakiopainevarasto Pyhäsalmen tapauksessa on tässä käytettyjen oletusten perusteella noin 5 milj.mk. kalliimpi kuin vastaava kompensoimaton vakiotilavuusvarasto. Esitutkimuksessa todetaan, että CAES laitoksen koon optimointi edellyttää myös aina ostosähkötariffihankinnan ja vesienergian käytön uudelleen optimointia. CAES laitoksen käyttö pienentää vesivaraston käyttöä lyhytaikaissäätöön. Ostosähkön hankinnassa keskienergian osuus pienenee ja huippuenergian osuus kasvaa, kuitenkin oston kokonaismäärä pienenee ja tehohuipun leikkauskyky on n. 75% CAES laitoksen sähkötehosta. CAES peruslaitoskokona käytettiin 210 MWh/ 30 000 m³ paineilmavarastokokoa, 34 MWe:n kaasuturpiinia ja 25 MWe:n kompressoria. Laitoksen polttoaineena oli kevyt polttoöljy. Laitoksen peruskoon valinta osoittautui erittäin onnistuneeksi. Parempi tuotto saatiin 41 MWe:n kaasuturpiinilaitoskoolle 150 MWh/20 000 m³:n paineilmavarastolla, jolloin sähkön huipunleikkauskyky paranee. Laitoksen kielletty käyttöalue alle minimitehon kuitenkin lisääntyy ja käyttötuntimäärä jää ensimmäisinä käyttövuosina vähäiseksi. CAES laitoksen vuosituotto jäi parhaimpinakin vuosina 5,0 - 5,5 milj. mk, mikä ei riitä tuottamaan yli 100 milj. mk:n investointia takaisin 20 vuodessa edes 0 %:n korolla. Herkkyystarkasteluna laskettiin tapaus, jossa Revon Sähkö Oy:n kokoinen laitos hankkii H 85 tariffiostona sähköenergiansa ja laitos rakentaa CAES laitoksen 210 MWh/ 34 MWe. Tässä tapauksessa saadaan investoinnille n. 1 %:n tuotto 20 vuoden jaksolla. Lisäksi tarkasteltiin tapausta, jossa öljyn hinta olisi puolet käytetystä hinnasta. Vuosituotto ylittää investoinnin vuosikustannuksen, muttei anna investoinnille vaadittua 5 %:n tuottoa 20 vuoden jaksolla. CAES laitoksen investointikustannus on Suomen tariffihintarakenteseen liian korkea. Pitäisi pyrkiä yksinkertaisempiin laitosratkaisuihin ja hyödyntää valmistajien valmiita kaasuturpiini ja kompressoriratkaisuja. CAES laitoksen käyttömahdollisuus myös normaalina kaasuturpiinilaitoksena toisi lisäpiirteen laitoksen käyttöön säätövoimana säilyttäen kuitenkin suuren tehohuipun leikkausmahdollisuuden paineilmavaraston avulla. Maakaasun käyttömahdollisuus pienentää polttoainekustannuksia verrattuna polttoöljyyn, jolloin käyttötalous paranee. Jos vesivoiman suhteellinen osuus energian tuotannosta pienenee, CAES laitosratkaisu voisi olla varteen otettava vaihtoehto säätövoiman hankintaan.

AB - Esitutkimuksessa tarkastellaan Outokumpu Finnmines Oy:n omistaman Pyhäsalmen sinkkikaivoksen käyttökelpoisuutta CAES laitoksen (Compressed Air Energy Storage) paineilmavarastona. Sinkkikaivos sijaitsee Pyhäsalmen kaupungissa. Kaivos lopettaa toimintansa nykyisten malmivara arvioiden mukaan vuonna 1998. Varsinaisia malmilouhoksia on tällä hetkellä noin miljoona kuutiometriä ja ne ulottuvat yli 800 metrin syvyyteen. CAES laitoksen tuottamaa sähköä käytettäisiin Revon Sähkö Oy:n 20 kunnan yhteisen sähköyhtiön järjestelmässä säätöenergiana vuorokausi viikkojaksolla. Varastoa ladataan kompressorilla, kun sähkön kulutusta on vähän ja sähkön tuotannon rajakustannus on halpaa. Paineilmavarastoa puretaan aina sähkön huippukulutustilanteissa, jolloin sähkön tuotannon rajakustannus on kallis. Tulevaisuudessa sähkökaupan vapautuminen antaa mahdollisuuden sähkön tilapäiskauppaan ns. TPA periaatteella (Third Party Access). Hankkeessa selvitettiin kaivostilan muuttamisen teknillisiä ja taloudellisia mahdollisuuksia paineilmavarastoksi. Esiselvityksen perusteella Pyhäsalmen kaivostiloissa +600 tason alapuolella on huomattavan tiiviitä ja kestäviä kallioalueita, jotka saattavat soveltua paineilmavaraston rakennuspaikaksi. Toteuttamiskelpoisin, toimintavarmin ja lopullisilta kustannuksiltaan edullisin paineilmavarastovaihtoehto Pyhäsalmen kaivoksessa on uutena louhittu varastotila, joka sijaitsee mahdollisimman syvällä kaivoksen alaosassa, tiiviissä ja lujassa kalliossa mahdollisimman kaukana louhoksista. Vesiverhon rakentaminen on todennäköisesti tarpeen. Varaston hintavaihtelu noin 15 milj. mk:sta 50 milj. mk:aan koon ja varastotyypin mukaan sekä riippuen siitä, onko kyseessä valmiista kaivostilasta (vinotiestä) konvertoitu vai kokonaan uutena louhittu varasto. Kokonaan uuden varastotilan louhiminen osoittautuu useita kymmeniä prosentteja (yli 30 %) edullisemmaksi kuin vinotien erottaminen varastokäyttöön. Konvertointivaihtoehtojen kalleus johtuu tarvittavien betonieristeiden runsaudesta ja korkeista kustannuksista sekä vanhan tilan tiivistyskustannuksista. Vesiverhon aiheuttama kustannus varastorakentamisessa on noin 5 7 milj. mk. Lisäksi vesiverhon vuosittaiset käyttökustannukset ovat vähintäin 300 000 mk:n luokkaa. Vakiotilavuusvarasto maksaa kokoluokassa 30 000 m³ noin 21 milj. mk ja kokoluokassa 100 000 m³ noin 32 milj.mk (vesiverholla varustettuna). Vesikuilun sisältävä vakiopainevarasto Pyhäsalmen tapauksessa on tässä käytettyjen oletusten perusteella noin 5 milj.mk. kalliimpi kuin vastaava kompensoimaton vakiotilavuusvarasto. Esitutkimuksessa todetaan, että CAES laitoksen koon optimointi edellyttää myös aina ostosähkötariffihankinnan ja vesienergian käytön uudelleen optimointia. CAES laitoksen käyttö pienentää vesivaraston käyttöä lyhytaikaissäätöön. Ostosähkön hankinnassa keskienergian osuus pienenee ja huippuenergian osuus kasvaa, kuitenkin oston kokonaismäärä pienenee ja tehohuipun leikkauskyky on n. 75% CAES laitoksen sähkötehosta. CAES peruslaitoskokona käytettiin 210 MWh/ 30 000 m³ paineilmavarastokokoa, 34 MWe:n kaasuturpiinia ja 25 MWe:n kompressoria. Laitoksen polttoaineena oli kevyt polttoöljy. Laitoksen peruskoon valinta osoittautui erittäin onnistuneeksi. Parempi tuotto saatiin 41 MWe:n kaasuturpiinilaitoskoolle 150 MWh/20 000 m³:n paineilmavarastolla, jolloin sähkön huipunleikkauskyky paranee. Laitoksen kielletty käyttöalue alle minimitehon kuitenkin lisääntyy ja käyttötuntimäärä jää ensimmäisinä käyttövuosina vähäiseksi. CAES laitoksen vuosituotto jäi parhaimpinakin vuosina 5,0 - 5,5 milj. mk, mikä ei riitä tuottamaan yli 100 milj. mk:n investointia takaisin 20 vuodessa edes 0 %:n korolla. Herkkyystarkasteluna laskettiin tapaus, jossa Revon Sähkö Oy:n kokoinen laitos hankkii H 85 tariffiostona sähköenergiansa ja laitos rakentaa CAES laitoksen 210 MWh/ 34 MWe. Tässä tapauksessa saadaan investoinnille n. 1 %:n tuotto 20 vuoden jaksolla. Lisäksi tarkasteltiin tapausta, jossa öljyn hinta olisi puolet käytetystä hinnasta. Vuosituotto ylittää investoinnin vuosikustannuksen, muttei anna investoinnille vaadittua 5 %:n tuottoa 20 vuoden jaksolla. CAES laitoksen investointikustannus on Suomen tariffihintarakenteseen liian korkea. Pitäisi pyrkiä yksinkertaisempiin laitosratkaisuihin ja hyödyntää valmistajien valmiita kaasuturpiini ja kompressoriratkaisuja. CAES laitoksen käyttömahdollisuus myös normaalina kaasuturpiinilaitoksena toisi lisäpiirteen laitoksen käyttöön säätövoimana säilyttäen kuitenkin suuren tehohuipun leikkausmahdollisuuden paineilmavaraston avulla. Maakaasun käyttömahdollisuus pienentää polttoainekustannuksia verrattuna polttoöljyyn, jolloin käyttötalous paranee. Jos vesivoiman suhteellinen osuus energian tuotannosta pienenee, CAES laitosratkaisu voisi olla varteen otettava vaihtoehto säätövoiman hankintaan.

KW - energy storage

KW - electric power

KW - compressed air

KW - storage facilities

KW - mines

KW - peaking power plants

KW - compressed air energy storage equipment

KW - compressed air storage power plants

M3 - Report

SN - 951-38-4450-1

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Sähkön varastointi paineilman avulla

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Sipilä K, Wistbacka M, Väätäinen A. Sähkön varastointi paineilman avulla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 125 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1516).