Pumppuvoimalan kannattavuus Suomessa verrattuna paineilmavarastoon

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoitus on vertailla pumppuvoimalaitosta ja paineilmavarastoa keskenään. Vertailukohtina käytetään näiden soveltuvuutta Suomeen, sekä taloudellista kannattavuutta Suomessa. Vertailu tehdään vuoden 2021 ja 2023 pörssisähkön keskihinnoilla. Jokainen laitos toteuttaa tutkimuksessa latauksen kerran vuorokaudessa yöaikaan ja purun päivällä. Tutkimuksessa osoitetaan myös, kuinka vuoden 2021 ja 2023 pörssisähkön hinta on muuttunut ja kuinka tämä muutos näkyy energiavarastojen potentiaalisissa tuotoissa.

Tutkimusaineisto on haettu vapaassa käytössä olevilta nettisivuilta ja opinnäytetöistä, joten tulokset ovat suuntaa antavia. Tutkimuksessa esitellään energiavarastojen kysynnän nousulle uusiutuvan energian lisääntymine. Vaihtelevan energiantuotannon takia Suomen energiaverkko tarvitsee taajuuden palautus reserviä, joka takaa sähkön tuotannon vakauden, sekä auttaa sähkön hinnan ennustettavuudessa. Työssä esitellään esimerkkeinä Pyhäsalmen ja Vaarunvuoren suunniteltuja pumppuvoimalahankkeita, Huntorfin paineilmavarasto, sekä modulaariset AirBattery ja Ocean Battery. AirBattery tukeutuu Isotermiseen prosessiin. Ocean Battery käyttää apunaan meren massan luomaa painetta. Molemmissa käytetään apuna veden kineettistä energiaa sähkön tuottajana.

Molemmat pumppu-, sekä paineilmavarastot kilpailevat samoista rakennusalueista Suomessa. Perinteisen diapaattisen paineilmavaraston rakentamiskustannukset ovat halvemmat kuin pumppuvoimalaitoksen, mutta sen kehnon hyötysuhteen takia se ei pysty haastamaan pumppuvoimalaa energiavarastona. Kuitenkin modulaarisella isotermisellä paineilmavarastolla AirBatterylla hyötysuhde vastaa pumppuvoimalan hyötysuhdetta. Tällä ratkaisulla on hyötynään myös rakennuskustannuksien optimointi ja rakennusalueen joustavuus sen modulaarisen käyttötavan ansiosta. Opinnäytetyössä tehdyssä vertailussa taloudellinen hyöty olisi tällä korkeampi kuin suunnitteilla olevalla Pyhäsalmen pumppuvoimalalla.

The purpose of this thesis is to compare a pumped hydro powerplant and a compressed air energy storage system. The comparison focuses on suitability and economic viability in Finland. The comparison is made using the average electricity prices from 2021 and 2023. Each facility discharges their capacity once a day in daytime and charges their capacity on nights. This thesis also demonstrates the change in electricity prices between 2021 and 2023 and how this change affects the potential revenues of energy storage systems.

The research data has been collected from freely available websites and theses. Results are indicative. The research presents the increasing need for energy storages due the growing share of renewable energy. Due the variable energy production, the Finnish electricity grid requires frequency restoration reserves, which ensure the stability of electricity production and help in predicting electricity prices. The thesis presents examples of planned pump hydro projects in Pyhäsalmi and Vaarunvuori, the Huntorf compressed air storage, as well as modular AirBattery and Ocean Battery. AirBattery relies on isothermal process, while Ocean Battery utilizes the pressure created by the mass of the sea. Both systems use the kinetic energy of water as an electricity generator.

Both pump and compressed air storage systems compete for the same construction sites in Finland. The construction costs of a traditional diabatic compressed air storage are lower than those of a pump hydro power plant, but due its poor efficiency, it cannot challenge the pump hydro as an energy storage. However isothermal compressed air storages match the efficiency of a hydro power plant. The solution also benefits from optimizing construction costs and the flexibility of the construction site due its modular usage. In comparison made in the thesis, the economic benefit would be higher with the AirBattery than with the planned pump hydro plant in Pyhäsalmi.