Kestävän energiajärjestelmän suunnittelu : vetytalouden ja uusiutuvan sähköntuotannon integrointi

Abstract

Ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi yhä suurempi osa tuotetusta energiasta on peräisin uusiutuvista energianlähteistä. Uusiutuvasta energiantuotannosta tuuli- ja aurinkovoima ovat vahvasti sidoksissa vallitseviin olosuhteisiin aiheuttaen yhä suurempia hetkittäisiä eroja sähkön kysynnän ja tarjonnan välillä. Tämä luo tarvetta energian varastoinnille. Yhtenä ratkaisuna tähän ongelmaan voisi olla vety ja vetytalous.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, miten vetyjärjestelmä voi toimia osana sähköjärjestelmää ja millaisia mahdollisia haasteita ja ratkaisuja tästä seuraisi. Samalla tuli selvittää miten vihreää vetyä pystytään valmistamaan elektrolyysin avulla, miten vetyä voidaan varastoida ja miten vetyjärjestelmä voi osaltaan tukea sähkön kysyntäjoustoa.

Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa teoriapohja muodostettiin tutustumalla vetyyn, vedyn valmistukseen ja sen varastointiin. Tämän jälkeen muodostettiin kokonaisuus, josta pystyttiin havainnollistamaan vedyn mahdollinen rooli nykyisessä sähköjärjestelmässä ja millaisia mahdollisuuksia ja haasteita vety osana sähköjärjestelmää voisi tarjota.

Valmistamalla uusiutuvien energianlähteiden avulla vetyä, voisi vety toimia tällöin energian varastoijana. Kannattavinta tämä olisi hetkinä, joina sähkön tuotanto ylittää kulutuksen. Varastoitua vetyä voitaisiin myöhemmin jatkojalostaa polttoaineiksi tai muuntaa polttokennojen avulla takaisin sähköksi hetkinä joina kulutus ylittää tuotannon. Tämän avulla tasattaisiin kysynnän ja tuotannon hetkellistä eroa ja tuettaisiin kysyntäjoustoa sekä nykyistä sähköverkkoa. Vedyn suurimpia haasteita ovat sen huono edestakainen hyötysuhde ja vaadittavat suuret investoinnit elektrolyysilaitteistoihin, polttokennoihin sekä vedyn varastointiin ja siirtoon. Vastauksena näihin ongelmiin on vetyyn liittyvän teknologian kehitys tehokkaammaksi ja halvemmaksi tulevaisuudessa. Tämä mahdollistaisi vihreän vedyn kilpailukykyisen hinnan ja kustannustehokkuuden energiankantajana.