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/ReportReport

    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.
    Translated title of the contributionElectricity storing with compressed air energy storage
    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

    SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
    Number1516
    ISSN1235-0605

    Keywords

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

    Fingerprint Dive into the research topics of 'Electricity storing with compressed air energy storage'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this

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