Moottorivoimalat tulevat sähköntuotantoon

Biometaani virtaa kaasuturbiinimoottoriin Vieremällä. Vierellä kunnan tekninen johtaja Mikko Kajanus. Kuva: Reijo Holopainen.

Energian säätövoiman vajeeseen tarvitaan toimivia ratkaisuja, kuten erilaiset tehokkaat mutta kohtuuhintaiset pumppu- ja moottorivoimalat.

Näin sanoo energiatekniikan professori Esa Vakkilainen Lappeenrannan–Lahden teknillisestä LUT-yliopistosta ja näyttää siltä, että Vakkilainen tietää, mistä puhuu. Varsinkin biometaanilla pyörivät moottorivoimalat ovat osoittaneet tehokkuutensa. Niitä löytyy muutama, mutta lisää käynnistyy vielä tämän vuoden aikana.

Sen sijaan Vakkilaisen julkisuudessa ehdottamat pumppuvoimalat kangertelevat eri syistä, muun muassa liittyen tekniikan tarvitseman ylävesisäiliön ympäristöluvituksiin. Tätä nykyä ylävesialtaiden haittaa luontoarvolle tutkitaan.

– Muuten pumppuvoimala on hyötysuhteeltaan erittäin tehokas tapa tuottaa sähköä suhdanteisesti ja niitä toimii Euroopassa runsaasti, Vakkilainen sanoo.

Moottorivoimalat maksavat itsensä nopeasti takaisin

Rakenteeltaan sinänsä varsin yksinkertaisesta, sähkögeneraattoria pyörittävästä kaasumoottorista koostuvista moottorivoimaloista saadaan irti melkoinen energiahyöty.

Kuopion energia oy avasi 10 vuotta sitten Pitkälahteen sähköä ja lämpöä tuottavan moottorivoimalaitoksen, joka kuoletti investoinnin vain kolmessa vuodessa.

Pitkälahden CHP-moottorivoimalaitos tuottaa jätteistä ja lietteistä saatavasta biokaasusta sähköenergiaa noin 7 – 8 gigawattituntia vuodessa.

– Alkuperäinen tavoite oli 10 – 12 gigawattituntia, yhtiön käyttöpäällikkö Ari Ikonen kertoo.

Yhtenä moottorivoimalatuotannon kannattavuustekijänä Ikonen mainitsee valtiovallan syöttötariffituen, jota nyt maksetaan keskihinnalla 2,49 euroa/MWh voimalaitoskohtaisesti.

Kuopion Heinilammin jätekeskuksen alueen biokaasukeräimistä kaasu kulkee putkea pitkin Gasum oy:n puhdistamoon Pieneen Neulamäkeen ja siitä edelleen läheiseen Pitkälahden moottorivoimalaan. Rikkipitoinen ja piiyhdisteitä sisältävä kaatopaikkakaasu puhdistetaan aktiivihiilisuodatuksella polttoainetasoiseksi ennen turbiiniin ohjausta.

Moottorivoimalaitoksen Kuopion energialle toimitti Sarlin oy ab tehdasvalmiina pakettina.

Anturoinnin ja digitaalitekniikan ansiosta laitosta voidaan ohjata myös etänä.

Karjanlannasta kaasua moottoriin

Kaatopaikkakaasumallin heikkous piilee siinä, että metaanikaasua ei riitä loputtomasti kaatopaikan uumenissa.

– Jo nyt näemme kaasun tuotannossa hiipumista, Ikonen sanoo.

Biokaasulaitosverkostot rakentanut Gasum on Suomen suurin biohajoavien jakeiden käsittelijä. Kuopion biokaasutehtaan vuotuinen käsittelykapasiteetti on 60 000 tonnia biohajoavaa jätemateriaalia.

Jos siirtoputkea kaasulle ei löydy, Gasum toimittaa sen nestemäiseksi jäädytettynä prosessoitavaksi. Nesteen purku ja kaasun paineistus on teknisesti kohtalaisen raskas prosessi.

Vieremän kunta on rakentanut biokaasulla toimivan voimalan, johon kesän tullen kaasu haetaan lähes 15 kilometrin pituuteen yltävällä putkella seudun karjatiloilta. Esisopimuksia on jo 12. Projektin valmistumiseen asti kaasu ostetaan Gasumilta.

– Sen jälkeen me olemme itse tuottaja, joka myös myy kaasua ulos, Vieremän tekninen johtaja Mikko Kajanus kertoo.

Tässä mallissa biokaasu ei lopu samalla tavalla kuin kaatopaikoilta tuotettaessa.

Lyövätkö jättiakut leiville?

Pumppuvoimalan hyötysuhteen idea on vielä kaasumoottorivoimalaa yksinkertaisempi. Malli perustuu siihen, että sähköenergiaa voidaan varastoida vesialtaaseen. Vettä pumpataan ylös, kun sähkö on halpaa. Kun sähkö taas on kallista, moottoriturbiiniin lasketaan keinoaltaan vesimassoja.

Suomessa muutama sata megawattia tarjottavaa kapasiteettia tasaisi kummasti sähkön hintaa.

– Jo yhdellä pumppuvoimalalla olisi suuri vaikutus sähkön hintoihin piikkipäivinä, Esa Vakkilainen pohtii.

Muina vaihtoehtoina Vakkilaisen mukaan voisivat toimia myös suuret akkuvarastot, joista sähkö puretaan päivän parin syklillä. Tämä tekniikka verrattuna moottori- ja pumppuvoimaloihin maksaa kuitenkin vielä kaksinkertaisesti.

Säätövoimalle on valtaisa tarve

Suomessa tarvitaan entistä enemmän säätövoimaa massiivisesta tuuli- ja aurinkovoiman rakentamisesta johtuen.

– Tätä valtiovalta ei ole linjannut, mutta meillä LUTin tieteellisessä arviossa tarve voi olla 8 000 – 10 000 megawattia, noin 8 000 gigawattituntia vuodessa, professori Esa Vakkilainen korostaa.

”Säätövoiman tarve voi olla 8 000 -10 000 MW, noin 8 000 GWh vuodessa.

Pumppuvoimalan malli – yleinen keskisessä Euroopassa

  1. Veden varastona toimii järvi.
  2. Pumppaamon kautta vesi pumpataan edullisen sähkön aikana ylös keinoaltaaseen.
  3. Vettä varastoidaan keinoaltaaseen.
  4. Säätövoiman tarpeen mukaan vesimassoja lasketaan altaasta alas moottoriturbiiniin.
  5. Moottoriturbiiniin yhdistetty generaattori tuottaa sähköä tuotantojärjestelmään.
Pumppuvoimalat tuottavat säätövoimaa veden avulla.

Moottorivoimaloissa biokaasu kerätään putkea pitkin maatiloilta

  1. Biokaasua imetään vanhalta kaatopaikalta tai lietesaostamosta.
  2. Kuivalantabiokaasua kerätään karjatiloilta.
  3. Kaasu kuljetetaan eteenpäin putkistossa pumppaamon kautta.
  4. Puhdistamossa kaasu puhdistetaan moottorigeneraattoria varten.
  5. Kaasumoottorigeneraattori muuntaa kaasun sähköksi.
Moottorivoimaloissa biokaasua kerätään kaatopaikalta ja karjatiloilta.

Reijo Holopainen, teksti

Verkkokursseja voi suorittaa koska tahansa!