Lämpövarastojen merkitys energian toimitusvarmuuden kannalta Suomessa muuttuvassa energiakentässä

Abstract

Suomen energiakenttää muovaa halu hiilineutraalisuudesta ja polttoperäisen energiantuotannon lopettamisesta. Tämä taas johtaa energiantuotannon muutokseen ja uusiutuvien energianlähteiden yleistymiseen, joka aiheuttaa tuotannossa vaihtelua. Varsinkin Suomen maantieteellisen sijainnin ja ilmaston takia on tärkeää varmistaa tulevaisuudessa varsinkin lämpöenergian riittävyys kysynnän suuruudesta riippumatta.

Tässä työssä kerrotaan miksi ja miten energian tuotanto on muuttunut ja tulee muuttumaan edelleen tulevaisuudessa. Energiakentän muutoksen seurauksena lämpöenergian toimitusvarmuuden takaaminen on välttämätön asia, mihin lämpövarastoilla voidaan vastata. Kandidaatintyössä perehdytään esimerkein lämpövarastoihin, joita Suomessa voitaisiin hyödyntää. Lämpövarastoja on jo Suomessa tälläkin hetkellä kausiluonteisina lämpövarastoina esimerkiksi Mustikkamaalla Helsingissä luolalämpövarastona. Lämpövarastot kuitenkin kehittyvät koko ajan ja esimerkiksi latentteja ja termokemiallisia lämpövarastoja, joiden kanssa on tällä hetkellä haasteita, voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi yksittäisten rakennusten lämmityksessä.

Varsinkin tulevaisuudessa lämpövarastot tulevat olemaan tärkeässä roolissa. Jos haluttaisiin tuottaa esimerkiksi noin 9 % vuoden kaukolämmön tarpeesta lämpövarastoilla, pitäisi Suomessa olla noin 259 lämpövarastoja, jos yksittäisen varaston kapasiteetti olisi 11,6 GWh. Tämän avulla pystyttäisiin tuottamaan osa talven kaukolämpö tarpeesta lämpövarastoilla ja varmistaa, että kaukolämpöä myös riittää talven kylmimpinä aikoina, kun sen kulutus on huipussaan. Energiantuotannon sähköistyessä ja ajallisesti vaihtelevan uusiutuvan sähköntuotannon lisääntyessä esim. power-to-heat tyyppisten lämpövarastojen avulla voidaan integroida sähkö- ja lämpöverkkoja paremmin yhteen.

The Finnish energy field is shaped by the desire for carbon neutrality and the phasing out of combustion-based energy production. This, in turn, is leading to changes in energy production and is increasing the widespread adoption of renewable energy sources, which will cause fluctuations in production. Due to Finland’s geographical location and climate, it’s important to ensure the sufficiency of thermal energy in the future, regardless of the level of demand.

This thesis explains why and how energy production has changed and will continue to change in the future. As a result of changes in the energy field, it is essential to guarantee the supply reliability of thermal energy, which can be achieved with thermal energy storages. This bachelor’s thesis examines examples of thermal energy storages that could be utilized in Finland. Thermal energy storages already exist in Finland for example in the form of seasonal thermal energy storages. An example of this is the cave thermal energy storage in Mustikkamaa, Helsinki. However, thermal energy storages are constantly evolving, and so latent and thermochemical thermal storages, which currently face challenges, could be used in the future for example to heat individual buildings.

Thermal energy storages will play a crucial role, especially in the future. For example, if we wanted to produce around 9 % of the annual district heating demand with thermal storages, Finland would need around 259 thermal storages, assuming each facility had a capacity of 11,6 GWh. This would make it possible to meet a part of the winter’s district heating demand with thermal storages and ensure that there is enough heat energy even during the coldest parts of the winter, when consumption is at its peak. As energy production becomes more electrified and the share of time varying renewable electricity generation increases, powerto-heat type thermal storages can be used to better integrate electricity and heating networks.