Hajautettu sähköntuotanto mikroverkkoympäristössä

Abstract

Tämä työ tehtiin Lempäälän Lämpö Oy:lle, joka on sataprosenttisesti Lempäälän kunnan omistama yhtiö. Opinnäytetyö on osa Energiaomavarainen Lempäälä -hanketta, jonka tarkoituksena on edistää kestävää kehitystä ja luoda uusia tapoja uusiutuvien energiamuotojen hyödyntämiseen. Rakenteilla oleva Marjamäen yritysalue tulee olemaan pilotti uudesta toimintamallista. Alueelle suunnitellaan uudenlaista energiayhteisöä, jossa huoltovarmuus on taattu.

Marjamäen yritysalue on kokonaisalaltaan noin 300 hehtaaria, ja se sijaitsee Tampere-Helsinki-moottoritien varressa. Alueelle on suunniteltu uudenlainen sähköntuotantojärjestelmä, jossa tullaan hyödyntämään hajautettua sähköntuotantoa erilaisista energianlähteistä. Pääasialliset energianlähteet tulevat olemaan aurinko sekä maa- ja biokaasu sekä käytettäviä teknologioita ovat aurinkopaneelit, polttokennot, akustot ja kaasumoottorit. Kokonaisuus muodostaa älykkään mikroverkon, joka voi toimia itsenäisesti saarekkeena tai osana valtakunnallista sähkönjakeluverkkoa.

Järjestelmän teknologioiden mitoittamista varten tehtiin laskentamalli ja esimerkkikohteena laskennassa käytettiin Lempäälän jäähallia. Aurinkopaneelien huipunkäyttöaikana käytettiin 808 tuntia, mutta huomattiin myös, ettei huipunkäyttöajan muuttumisella 100 tunnilla suuntaan tai toiseen ollut juurikaan merkitystä kokonaisuuden kannalta. Oleellista mitoittamisessa oli, että ylituotanto pysyy pienenä. Tällä hetkellä ylituotannon seurauksena syntyneen sähkön myyminen ei ole kannattavaa. Mitoittaminen oli helpointa tehdä sellaiseen kohteeseen, jonka sähkönkulutus pysyy melko vakiona ajankohdasta riippumatta.

Mikroverkot tulevat yleistymään, ja ne tuovat mukanaan haasteita, koska niitä koskevaa ohjeistusta ja sääntelyä ei vielä ole. Tällaisesta energiayhteisöstä tulee luoda selkeä kokonaiskonsepti, jotta toiminta on mahdollisimman yksinkertaista kaikille osapuolille. Tuotanto tuodaan lähelle asiakasta, ja tuotantoyksiköt ovat pieniä. Mikroverkossa asiakkaan on mahdollista itse olla aktiivinen ja osallistua kysynnänjoustoon tai energian tuotantoon esimerkiksi omilla aurinkopaneeleilla. Osa teknologiasta on vielä hyvin kallista, ja verkon käyttäytyminen on erilaista kuin perinteisen sähköverkon. Jakeluverkkoyhtiöiden ja mikroverkkojen haltijoiden tulee tehdä yhteistyötä sopivien toimintamallien ja vastuunjaon löytämiseksi. Parhaimmillaan järjestelmällä pystytään takaamaan sähkön saatavuus joka tilanteessa ympäristöystävällisesti ja energiatehokkaasti.

Distributed energy production of renewable energy sources is becoming common. A new kind of energy production that creates microgrid areas, which is energy self-sufficient is needed. The current Electricity Act, however, does not allow such microgrid.

The purpose of this thesis was to study microgrids and to calculate energy production to size energy production units for this kind of system. The system consists of a solar photovoltaic system, gas motors, fuel cells and battery. The main energy sources will be the sun, biogas and natural gas. The theoretical section explores these different technologies. All the technologies need to be cost-effectively sized and for that calculations were needed.

The research suggests that some of the technology are still very expensive. The current regulations do not permit the development of microgrid because of insufficient instructions. There is a need to create pellucid concept of this kind of energy community. That way operation will be as simple as possible for everyone. Energy production is brought close to the customer and production units are small. Micro grid enables the customer to be active and participate demand response business or production of energy for example with own solar panels. The bearers of distribution network and micro grid should cooperate to find proper operations models and sharing of responsibilities. The findings indicate that in the best-case scenario the system can provide environment friendly and energy efficient electricity for the customers in all circumstances.