Ydinvoiman säädettävyys laajamittaisesti sähköä varastoivassa energiajärjestelmässä
Suntio, Ilkka (2015)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505198518
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201505198518
Tiivistelmä
Tulevaisuudessa tuuli- ja aurinkovoiman osuus sähköntuotannosta tulee kasvamaan. Näiden uusiutuvien energiamuotojen tuotanto kuitenkin vaihtelee sääolosuhteiden mukaan. Tästä johtuen tarvitaan lisää säätövoimaa, jotta voidaan vastata sähkönkulutukseen tuuli- ja aurinkosähkön tuotannon laskiessa.
Tässä työssä tarkastellaan mahdollisuutta toteuttaa sähkönkulutuksen ja tuotannon tasapainottaminen Suomessa sähkön varastoinnin avulla sekä ydinvoiman soveltuvuutta säätövoimaksi ja ydinsähkön varastoinnin kannattavuutta. Työssä vertaillaan mahdollisuuksia sähkön varastointiteknologioiksi, joista valitaan potentiaalisimmat vaihtoehdot kustannus- ja soveltuvuustarkasteluun. Varastointikapasiteetin tarvetta tarkastellaan Suomen nykyisen sähkönkulutuksen ja -tuotannon mukaan sekä tilanteessa, jossa tuuli- ja aurinkovoiman osuus on molemmilla 15 % kokonaistuotantokapasiteetista. Vanhempien sekä nykyaikaisten ydinvoimaloiden soveltuvuutta säätövoimaksi tarkastellaan laitosten säädettävyyden perusteella. Ydinvoimalaa on kuitenkin kannattavinta käyttää mahdollisimman suurella käyttökertoimella, joten tarkastelussa on myös mahdollisuus varastoida sähköä tilanteissa, joissa tuotantoa jouduttaisiin rajoittamaan.
Varastointiteknologioiden ja eri skenaarioissa vaadittujen varastointikapasiteettien perusteella voidaan todeta, ettei sähkönkulutuksen ja -tuotannon tasapainottaminen sähkön varastoinnilla ole kannattavaa nykyisillä varastointikustannuksilla ja sähkön hinnoilla. Ydinvoiman voidaan todeta soveltuvan hyvin säätövoimaksi ominaisuuksien puolesta, mutta taloudellisesti se ei ole paras vaihtoehto. Ydinvoimalla tuotetun sähkön varastointi ei ole tällä hetkellä Suomessa kannattavaa matalien sähkön hintojen ja korkeiden varastointikustannusten vuoksi. Sähkön varastoinnista on mahdollista tulla kannattavaa 2020-luvulla. Tämä edellyttää Yhdysvaltojen energiaministeriön asettaman strategian toteutumista, jonka tavoitteena on varastoimalla tuotetun sähkön kustannusten saaminen alle 75 €/MWh. Share of wind and solar power in electricity production will get bigger in the future. Electrictricity production of these technologies is highly dependent of weather conditions. When production of wind and solar power decreases, more load following is needed to respond the electricity demand.
In this Master's thesis possibility of balancing electricity demand and production with electricity storing in Finland is studied. Also is studied nuclear power suitability to load following and viability of storing nuclear electricity. Different storage technologies are compared and most potential technologies are chosen to cost and suitability inspection. Size of electricity storage is based on Finlands current electricity demand and production. In another scenario both wind and solar power cover 15 % of overall production capacity. Load following characteristics of older and modern nuclerar power plants are studied. Because using nuclear power plant as high capacity factor as possible is most profitable, possibility of storing electricity when electricity demand is low is studied as well.
Based on storaging technologies and size of storage in different scenarios it can be said that balancing electricity production and demand with electricity storaging is not profitable at the moment. Nuclear power suits well for load following because its good manoeuvrability features but it's not best option in point of economics. Storing electricity produced with nuclear power is not profitable in Finland because of low electricity prices and high storaging costs. Electricity storaging can became profitable in 2020s. Prerequisite is that strategy for energy storage made by U.S. Department of Energy will succeed. In the strategy goal for costs of electricity made by storing is 75 €/MWh.
Tässä työssä tarkastellaan mahdollisuutta toteuttaa sähkönkulutuksen ja tuotannon tasapainottaminen Suomessa sähkön varastoinnin avulla sekä ydinvoiman soveltuvuutta säätövoimaksi ja ydinsähkön varastoinnin kannattavuutta. Työssä vertaillaan mahdollisuuksia sähkön varastointiteknologioiksi, joista valitaan potentiaalisimmat vaihtoehdot kustannus- ja soveltuvuustarkasteluun. Varastointikapasiteetin tarvetta tarkastellaan Suomen nykyisen sähkönkulutuksen ja -tuotannon mukaan sekä tilanteessa, jossa tuuli- ja aurinkovoiman osuus on molemmilla 15 % kokonaistuotantokapasiteetista. Vanhempien sekä nykyaikaisten ydinvoimaloiden soveltuvuutta säätövoimaksi tarkastellaan laitosten säädettävyyden perusteella. Ydinvoimalaa on kuitenkin kannattavinta käyttää mahdollisimman suurella käyttökertoimella, joten tarkastelussa on myös mahdollisuus varastoida sähköä tilanteissa, joissa tuotantoa jouduttaisiin rajoittamaan.
Varastointiteknologioiden ja eri skenaarioissa vaadittujen varastointikapasiteettien perusteella voidaan todeta, ettei sähkönkulutuksen ja -tuotannon tasapainottaminen sähkön varastoinnilla ole kannattavaa nykyisillä varastointikustannuksilla ja sähkön hinnoilla. Ydinvoiman voidaan todeta soveltuvan hyvin säätövoimaksi ominaisuuksien puolesta, mutta taloudellisesti se ei ole paras vaihtoehto. Ydinvoimalla tuotetun sähkön varastointi ei ole tällä hetkellä Suomessa kannattavaa matalien sähkön hintojen ja korkeiden varastointikustannusten vuoksi. Sähkön varastoinnista on mahdollista tulla kannattavaa 2020-luvulla. Tämä edellyttää Yhdysvaltojen energiaministeriön asettaman strategian toteutumista, jonka tavoitteena on varastoimalla tuotetun sähkön kustannusten saaminen alle 75 €/MWh.
In this Master's thesis possibility of balancing electricity demand and production with electricity storing in Finland is studied. Also is studied nuclear power suitability to load following and viability of storing nuclear electricity. Different storage technologies are compared and most potential technologies are chosen to cost and suitability inspection. Size of electricity storage is based on Finlands current electricity demand and production. In another scenario both wind and solar power cover 15 % of overall production capacity. Load following characteristics of older and modern nuclerar power plants are studied. Because using nuclear power plant as high capacity factor as possible is most profitable, possibility of storing electricity when electricity demand is low is studied as well.
Based on storaging technologies and size of storage in different scenarios it can be said that balancing electricity production and demand with electricity storaging is not profitable at the moment. Nuclear power suits well for load following because its good manoeuvrability features but it's not best option in point of economics. Storing electricity produced with nuclear power is not profitable in Finland because of low electricity prices and high storaging costs. Electricity storaging can became profitable in 2020s. Prerequisite is that strategy for energy storage made by U.S. Department of Energy will succeed. In the strategy goal for costs of electricity made by storing is 75 €/MWh.