Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

​​​

Joustavan energiatuotannon kärkimaaksi

Antti J. Lagus | 31.12.2014

​Neo-Carbon Energy -tutkimushankkeessa selvitetään, miten uusi energiajärjestelmä toimii.

EU on määritellyt tiukat hiilidioksidin päästötavoitteet. Nämä tavoitteet merkitsevät, että energiajärjestelmän pitää olla käytännössä täysin päästötön vuoteen 2050 mennessä. Jos tuo tavoite halutaan saavuttaa, vuonna 2030 täytyy muutoksen olla jo täydessä käynnissä. Ratkaisuksi on perinteisesti ehdotettu kahta tietä, joista toinen on ydinvoima ja toinen fossiilisten polttoaineiden käytön jatkaminen, jossa on hiilidioksidin talteenotto ja loppusijoitus.

VTT on Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskuksen kanssa aloittanut Tekesin rahoittaman Neo-Carbon Energy -tutkimushankkeen, jossa selvitetään tulevaisuuden energiajärjestelmän toiminnallisia periaatteita. Aurinko- ja tuulienergialla oletetaan olevan iso rooli – jos ei Suomessa, niin ainakin pääosassa muuta maailmaa.

– Aurinkosähkön hinnan laskun ansiosta aurinko­energiaa voidaan käyttää laajassa mitassa mutta vain sopivan energiavarastojärjestelmän kanssa. Aurinkoenergian hinta on puolittunut vuodesta 2008. Nyt laajamittainen tuotanto on lähtenyt liikkeelle myös muissa maissa kuin Saksassa. Esimerkiksi Suomessa aurinkosähkön tuottaminen maksaa nyt 120 euroa megawattitunnilta ja vuonna 2030 arvioiden mukaan puolet siitä, toteaa projektin koordinaattori, johtava tutkija Pasi Vainikka VTT:ltä.

Kun hinta on 60 euroa megawattitunnilta, aurinkoenergia on halvempaa kuin moni nykyinen sähköntuotanto. Suomessa aurinko paistaa täydellä teholla noin 900 tuntia vuodessa. Paremmilla alueilla määrä kaksin- tai lähes kolminkertaistuu. Tämä merkitsee, että Välimeren maissa megawattitunnin hinnaksi tulee vuonna 2030 vain 30 euroa. Vainikan mukaan tällöin aurinkosähkö olisi halvinta olemassa olevaa sähköä.

Vainikka kysyy, pitäisikö trendi ottaa Suomessakin vakavasti ja mitä tulee tapahtumaan, jos näin käy. Tästä Neo-Carbon Energy -hankkeessa on kysymys. Tuotantokapasiteetilla on taipumus siirtyä käyttämään halvinta tapaa, ja tästä voi syntyä itseään kiihdyttävä kierre.


Varastojärjestelmien osaajaksi

Energiaa pitää varastoida laajamittaisesti ja toimittaa myös liikennekäyttöön. Perusteollisuus kuitenkin tarvitsee tasaista energiavirtaa, jollaista tuottavat vanhat energialähteet kivihiili, maakaasu ja ydinvoima. Aurinko- ja tuuli­voimaan liittyvä energian varastointiongelma pitää ratkaista. 

Teknologisesti ottaen projektissa on kyse energiavarastoinfrastruktuurin kehittämisestä. Vainikka muistuttaa, että vaikkei Suomesta koskaan tulisikaan maailman johtavia tuuliturbiinien tai aurinkopaneelien valmistajia, varasto­järjestelmien ja niiden ohjauksen ympärille syntyvästä ekosysteemistä Suomelle riittäisi pienikin osa.

– Energia voidaan varastoida hiilivetyinä, joita syntyy, kun annetaan eri lähteistä tuodun hiilidioksidin ja sähköllä tuotetun vedyn reagoida keskenään. Suomeen on jo rakenteilla nesteytetyn maakaasun säiliöverkosto, ja Manner-Eurooppaan meidät yhdistää maakaasuputki, joten metaanin käyttö on yksi mielenkiintoisimmista vaihtoehdoista, Vainikka sanoo.


Varastokapasiteettia voidaan mallintaa

Projektissa on panostettu merkittävästi myös energiajärjestelmän dynaamiseen mallinnukseen. Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Christian Breyer mallintaa VTT:n tutkijoiden kanssa tuntitasolla sitä, paljonko eri puolilla maailmaa on aurinko- ja tuulienergian tuotantoa sekä muuta tuotantoa, miten ne voivat tasapainottaa toisiaan ja milloin varastointia ja siirtoa tarvitaan.

Kun malliin tuodaan mukaan liikenteen lisäksi myös teollisuus, syntyy kuva siitä, paljonko erilaisia toimintoja tarvitaan ja miltä uusi energiajärjestelmä näyttää.

Teknologiset komponentit hiilivetyvarastojen toteuttamiseksi ovat jo Vainikan mukaan olemassa. Vuoteen 2020 mennessä odotetaan, että energian varastoinnissa kustannukset puolittuvat. 


Pilotit luovat markkinoita

– Kysymys on loppujen lopuksi varastointitekniikan hinnoittelusta. Investoijan pitää saada pääomakulunsa katetuiksi. Pilotit pitääkin saada käyntiin, jotta tekniikkaa päästään oppimaan ja päästään luomaan markkinoita, Vainikka sanoo.

Vainikka vertaa nykyistä energiavarasto­kehitystä taajuusmuuttajien syntymiseen 1970-luvulla. Ne kehitettiin Helsingin metron käyttöön. Samoin ensimmäinen GSM-verkko lähti liikkeelle vaatimattomasti, kun Nokia toimitti sen Radiolinjalle vuonna 1991. Vainikan mukaan nytkin on tarpeen ottaa käyttöön ensimmäisiä pilottihankkeita, joista energia­varastointi lähtee leviämään.

Hankkeen ohjausryhmässä on mukana viitisentoista Suomen johtavaa alan yritystä. VTT on vetovastuussa 14,2 miljoonan euron kokonais­budjetin projektista. Budjetista noin puolet on VTT:n, noin kuusi miljoonaa euroa Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja miljoonan verran on Turun yliopiston tulevaisuuden tutkimuskeskuksen budjettia. 


Tulevaisuuden voimalaitos hahmottuu

Tulevaisuuden tutkimuksen lisäksi projektin työpaketteja ovat muun muassa energiajärjestelmän rakenteen tutkimus ja mallinnus, liiketoimintaketjut, prosessien tekninen mallinnus ja kokeellinen toiminta, joka näyttää, miltä tulevaisuuden voimalaitos voisi näyttää. 

– Tulevaisuuden voimalaitos ei vain tuota energiaa, vaan voi ottaa sitä myös sähköverkosta ja varastoida sen ja tuoda tarvittaessa sen takaisin. Neo-Carbon Energy -järjestelmässä energian­tuotanto toimii eräänlaisessa suljetussa kierrossa hiilidioksidipäästöjä hyväksi käyttäen, Vainikka visioi. 

Hiilidioksidista voidaan valmistaa myös muuta kuin energiatuotteita, vaikkapa synteettisiä materiaaleja.

Suomen sellutehtaat voisivat tuottaa uusiutuvalla sähköenergialla hiilidioksidipäästöistään hiilivetyjä. Näin saatu polttoaine, esimerkiksi metaani, riittäisi erinomaisesti Suomen koko liikenteen käyttämiseen, joka kuluttaa vuodessa noin 55 terawattituntia. Näin nykyinen ajoneuvo­kanta voitaisiin muuntaa epäsuorasti uusiutuvalle sähkölle, sillä polttomoottori­autot voidaan muuntaa yksinkertaisella lisäsarjalla kaasuautoiksi. Metaania voitaisiin myös viedä Keski-Eurooppaan.

     

Energian varastointimarkkinoilla paljon pelipaikkoja​​

Climate Leadership Councilin toiminnanjohtaja Jouni Keronen toteaa, että sääilmiöitä tasapainottamaan tarvitaan kysynnän joustoa tai energian varastointia. Energiamarkkinoiden pullonkaulaan, energianvarastointiin, kehitetään ratkaisuja Neo-Carbon Energy -hankkeessa. 

Climate Leadership Council on tänä vuonna Sitran ja useiden suomalaisyritysten perustama yhdistys, joka haastaa Suomea nopeampiin toimiin ilmastonmuutoksen torjunnassa.

– Jouston toteuttamiseksi tarvitaan älykkäitä sähkö­verkkoja. Myös energian varastoinnin ja varastojen purun pitää tapahtua nopeasti, ja tähänkin tarvitaan älykkäitä sähköverkkoja, Keronen sanoo.

Neo-Carbon Energy -hanke avaa suomalaisille yrityksille mahdollisuuksia pienistä palveluyrityksistä suuriin energia-alan toimijoihin. Keronen uskoo, että tulevien ratkaisujen tarve on iso ja että osallistuvien yritysten määrä lisääntyy matkan varrella.

– Energian varastointimarkkinat ovat kehittymättömät ja pelipaikkoja siellä on vaikka kuinka paljon, Keronen sanoo.

Läheistä yliopistoyhteistyötä

Lappeenrannan teknillisen yliopiston professori Christian Breyer sanoo, että Neo-Carbon Energy -hanke kattaa koko arvoketjun. Siinä selvitetään paitsi tulevaisuuden energiajärjestelmiä ja energian tuotantoa myös loppukuluttajien näkemyksiä. Selvitettävä aikajänne ulottuu vuosisadan puoliväliin asti, sillä energiajärjestelmät ovat käytössä monia vuosikymmeniä.

– Projektin työpaketeissa yliopisto tekee läheistä
yhteistyötä VTT:n kanssa. Haemme kestävän kehityksen mukaista energiaratkaisua, jossa otetaan huomioon niin kustannustehokkuus kuin eri energiamuodot ja energiaturvallisuuden lisääminen. Hanke on tärkeä Suomelle, etenkin jos suomalaiset yritykset kykenevät kaupallistamaan siinä tutkittavaa teknologiaa, Breyer arvioi.

Projektissa tutkitaan sähkön varastointia metaanina. Breyerin mukaan metaani tarjoaa mielenkiintoisen mahdollisuuden myös liikenteen polttoaineeksi. Uudistuvana polttoaineena se on kestävämpi vaihtoehto kuin fossiilinen bensiini, eikä kehittyvästä akkuteknologiasta huolimatta akkuja voida ottaa käyttöön esimerkiksi meriliikenteessä tai pitkän matkan kuljetuksissa.


 

 

Impulssihttp://www.vtt.fi/ImpulssiImpulssi
Impulssi 2/2017http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Ledikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ledikalvot-taipuvat-kansanlampusta-lentokoneisiin.aspxLedikalvot taipuvat kansanlampusta lentokoneisiin
Intohimo siivittää tutkimustahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/intohimo-siivittaa-tutkimusta.aspxIntohimo siivittää tutkimusta
Automaatio antaa paketille siivethttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatio-antaa-paketille-siivet.aspxAutomaatio antaa paketille siivet
Tulevaisuuden sensorihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-sensori.aspxTulevaisuuden sensori
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Painettu teknologia kutsuu muotoilijoitahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Painettu-teknologia-kutsuu-muotoilijoita.aspxPainettu teknologia kutsuu muotoilijoita
Uusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyynhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusia-ratkaisuja-kaupunkitulvien-ehkaisyyn.aspxUusia ratkaisuja kaupunkitulvien ehkäisyyn
VTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/VTTn_spinno_GrainSense_tuo_laboratorion-maanviljelijan-kouraan.aspxVTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraan
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Voiko ympäristöväittämiin luottaa?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-ymparistovaittamiin-luottaa.aspxVoiko ympäristöväittämiin luottaa?
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Ketterä ja nopea Ponssehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kettera-ja-nopea-Ponsse.aspxKetterä ja nopea Ponsse
Wärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisellahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Wärtsilän-Jaakko-Eskolaä-Menestymme-vain-innovoinnilla-ja-uusiutumisella.aspxWärtsilän Jaakko Eskola: Menestymme vain innovoinnilla ja uusiutumisella
Laivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimustahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laivateollisuuden-digitalisoituminen-edellyttää-huippututkimusta.aspxLaivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimusta
Elinkeinoministeri Olli Rehn: uudistumisen kautta nousuunhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elinkeinoministeri-Olli-Rehn-uudistumisen-kautta-nousuun.aspxElinkeinoministeri Olli Rehn: uudistumisen kautta nousuun
Puhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puhtaampaa-kaupunkiliikennetta-puupohjaisella-dieselilla.aspxPuhtaampaa kaupunkiliikennettä puupohjaisella dieselillä
Suomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalaispyörät-pyörivät-myös-tulevaisuudessa.aspxSuomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessa
Joustavan energiatuotannon kärkimaaksihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Joustavan-energian-karkimaaksi.aspxJoustavan energiatuotannon kärkimaaksi
Kovaakin kovempi vientituotehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kovaakin-kovempi-vientituote.aspxKovaakin kovempi vientituote
VTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Fabry-Perot-interferometriteknologia.aspxVTT hyödyntää Fabry-Perot interferometriteknologiaa
Vanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteillahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/FiR-1-tutkimusreaktori-poistetaan-kaytosta.aspxVanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteilla
Tuottoa sijoituksillehttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
Matti Apunen: Meillä ei ole varaa olla ilman robottejahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Meilla-ei-ole-varaa-olla-ilman-robotteja.aspxMatti Apunen: Meillä ei ole varaa olla ilman robotteja
Onko tulevaisuudessa jätevettä?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
Puun voimalla biotalouteenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puun-voimalla-biotalouteen.aspxPuun voimalla biotalouteen
Tulevaisuuden arkkitehdit asiallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-arkkitehdit-asialla.aspxTulevaisuuden arkkitehdit asialla
Digikärjellä kaivokseenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digikärjella-kaivokseen.aspxDigikärjellä kaivokseen
Suomi on pidettävä houkuttelevanahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-on-pidettava-houkuttelevana.aspxSuomi on pidettävä houkuttelevana
Suomi on hyvä investointihttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomi-on-hyva-investointi.aspxSuomi on hyvä investointi
Tuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöönhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuotteita-jätteestä.aspxTuotteita jätteestä – muovipitoinen orgaaninen jäte otetaan käyttöön
Asuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asuinmukavuus-ja-energiatehokkuus-mahtuvat-samaan-kotiin.aspxAsuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiin
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Turbiinisiivillä miljoonien säästöihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Turbiinisiivet-saastavat-miljoonia.aspxTurbiinisiivillä miljoonien säästöihin
Mitä kuuluu Australiaan?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-kuuluu-Australiaan.aspxMitä kuuluu Australiaan?
Selluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloonhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Selluloosakuitu-herattaa-kaytetyn-puuvillatekstiilin-uuteen-eloon.aspxSelluloosakuitu herättää vanhan puuvillatekstiilin uuteen eloon
Tulevaisuuden 5G-verkko etenee koekäyttöön Oulussahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-5G-verkko-etenee-koekayttoon-oulussa.aspxTulevaisuuden 5G-verkko etenee koekäyttöön Oulussa
Puukuitu haastaa muovin kauppakasseissahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puukuitu-haastaa-muovin-kauppakasseissa.aspxPuukuitu haastaa muovin kauppakasseissa
Idean jyvistä isoihin innovaatioihinhttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Idean-jyvista-isoihin-innovaatioihin.aspxIdean jyvistä isoihin innovaatioihin
Optinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteestahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Optinen-isotooppispektroskopia-kehittynyt-merkittavasti.aspxOptinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteesta
Sopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sopiiko-elinkaariarviointi-poliittisen-päätöksenteon-tueksi.aspxSopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?
Yrittäjien velvollisuus on etsiä kasvuahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yrittajien-velvollisuus-on-etsia-kasvua.aspxYrittäjien velvollisuus on etsiä kasvua
Pilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pilottitehtaat-jauhavat-ideoista-liiketoimintaa.aspxPilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaa
Hienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaattejahttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Hienokemia-tarvitsee-biopohjaisia-aromaatteja.aspxHienokemia tarvitsee biopohjaisia aromaatteja
Uusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöähttp://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusi-agenda-tehostaa-tutkimusinfran-käyttöä.aspxUusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöä
Impulssi 1/2014http://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2014.aspxImpulssi 1/2014