Savonia-artikkeli Pro: Lämpöenergian varastointimenetelmät helpottavat energiamurroksessa
Savonia-artikkeli Pro on kokoelma monialaisen Savonian asiantuntemusta eri aiheista.
This work is licensed under CC BY-SA 4.0
Energia-ala tukee Suomen hallituksen tavoitetta saavuttaa Euroopan Unionin asettamat ilmastotavoitteet. Kansallisessa ilmasto- ja energiastrategiassa ”hiilineutraali Suomi 2035” maalämpö nähdään yhtenä täydentävänä teknologiana vihreässä siirtymässä. Myös hukkalämpöjen hyödyntäminen lämmityssektorilla tunnistetaan hyväksi vaihtoehdoksi. Energian varastoinnilla voidaan tasapainottaa energiaverkkoja ja vähentää energiantuotannon tarvetta kulutushuippuja tasaamalla.
Lämpöenergian varastointi tarjoaa kustannustehokkaita etuja eri kaupallisille aloille ja varastointimenetelmät ovat tärkeitä energianmurroksessa. Tulevaisuudessa tarvitaan kuitenkin lisää tutkimusta, jotta koko lämmönvarastoinnin potentiaali pystytään hyödyntämään. Lämpöenergian varastointimenetelmien avulla uusiutuvien energianlähteiden käyttö lisääntyy ja hiilidioksidipäästöt vähenevät teollisuudessa ja energia- sekä rakennusaloilla.
Kohti kestävämpää energiantuotantoa ja -kulutusta
Energiatekniikan LENVA-hankkeessa, Lämpöenergia varastoon, tutkitaan ja pilotoidaan eri tapoja varastoida energiaa silloin kun siitä on ylituotantoa sekä tapoja ottaa sitä käyttöön, kun lämmöntarve lisääntyy. Tutkittavina varastointimuotoina hankkeessa ovat maaperään varastointi, massaan varastointi ja termokemiallinen varastointi. Hankkeessa tuotetaan tutkittua tietoa kolmesta edellä mainitusta energian varastointimuodosta, joita jalkautetaan yritysten käyttöön tutkimus- ja kehittämistoimissa sekä niihin liittyvissä investointi suunnitelmissa. LENVA-hanke tukee vahvasti energiatutkimuskeskuksen toimintaa laajentaen pilot-kokoluokan testiympäristöä Varkauden kampuksella hankkeessa toteutettavien investointien myötä.
Pilotointikokeet energiatutkimuskeskuksella
Hiilineutraali energiantuotanto ohjaa eittämättä uusiutuvien energiamuotojen, kuten tuuli- ja aurinkoenergian käyttöön. Haasteeksi tulee kuitenkin uusiutuvien energialähteiden kohdalla niiden tuotannon vaihtelevuus eri vuodenaikojen ja lyhimmillään jopa vuorokausien mukaan. Energian tuotannon on vastattava kulutukseen, jonka myötä energian varastoinnin tarve lisääntyy käytettäessä uusiutuvia energialähteitä yhä enemmän. Energian osa-aikaisella varastoinnilla ja purkamisella voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä niin keskitetyssä tuotannossa kuin myös yksityistalouksissa.
Energian maaperävarastointi
Energian maaperävarastointia tutkitaan energiatutkimuskeskuksen kaksisuuntaisella lämpökaivolla. Maalämpökaivot ovat 125 m syviä ja lämpökaivoon voidaan viedä ja sieltä voidaan tuoda lämpöenergiaa. Vaihtoehtoisesti lämpökaivoon voidaan syöttää tutkimushallin muusta toiminnasta syntyvää lämpöenergiaa ja vastaavasti syksyllä lämmityskauden alkaessa lämpökaivosta voidaan ottaa lämpöenergiaa. Hankkeessa näin kerätyn datan avulla saadaan tietoa, miten hyvin lämpöenergia maaperässä varastoituu ja millä hyötysuhteella varastointi toimii.
Energian termokemiallinen varastointi
Termokemiallisen energian varastoinnin tutkimusta todennetaan kaksi kerroksisella kiinteä-kaasufaasireaktorilla, jolla voidaan testata kemiallisella reaktiolla tuotetun lämmön varastointia. Reaktori on valmistettu hapon kestävästä teräksestä ja se koostuu kahdesta lieriön muotoisesta vaipasta ja niihin liittyvistä linjastoista sekä mittausyhteistä. Termokemiallisen energian varastoinnin tutkimuksissa kartoitetaan ensin laboratoriossa optimaaliset olosuhteet, joista jatketaan kohti pilot-mittakaavaa reaktorille tehtäviä kokeita. Reaktorilla tehtävissä kokeissa tutkitaan valittujen aineiden eksotermisia reaktioita, selvitetään aineiden käyttökelpoisuutta ja määritetään hyötysuhdetta sekä energian häviömekanismeja.
Perinteiseen järkevään ja latenttiin energian varastointiin verrattuna termokemiallinen energian varastointi (TCES, Thermochemical Energy Storage) tarjoaa paremmat mahdollisuudet vakaaseen ja tehokkaaseen energian tuotantoon ilman lämpöhäviöitä. Korkean lämpötilan TCES järjestelmillä tarkoitetaan järjestelmiä, joita käytetään lämpötiloissa 300–1 000 °C.
Energian massaan varastointi
Lämpöenergian massavarastoinnilla voidaan osittain korvata fossiilisten polttoaineiden käyttöä sekä hyödyntää hukkalämpöä lämpöenergian varastoinnissa. Monet teollisuuden prosessit tuottavat paljon lämpöenergiaa lämmityskauden ulkopuolella, jolloin prosessissa tuotettu lämpöenergia voidaan varastoida energiana massavarastoon. Parhaimmillaan parannetaan teollisuuden energiatehokkuutta, mahdollistetaan lämpöenergian siirtäminen ajallisesti ja paikallisesti sekä hyödynnetään halpaa sähköenergiaa lämpöenergianvarastoinnissa, silloin kun sähköä tuotetaan enemmän kuin kulutetaan. Lämpöenergian massavarastoinnin todentamiseksi hankitaan investointihankkeella modulaarinen koeyksikkö. Tutkimuksien kautta selviää, onko lämpöenergian massavarastoinnissa uusien tuotteiden liiketoimintapotentiaalia ja saadaanko varastoinnista kannattavaa.
LENVA-hanke on EU:n osarahoittama hanke, jota on rahoitettu Oikeudenmukaisen siirtymän rahastosta (JTF) ja rahoittavana viranomaisena toimii Pohjois-Savon liitto. Hankkeen toteutusaika on 1.3.2025-28.2.2027 ja se on saanut 80 % tukea Pohjois-Savon liitolta, yritys- ja kuntarahaa 6,5 % ja loppuosa 13,5 % on Savonian omarahoitusta. Kehittämishankkeen budjetti on 287 k € ja tämän rinnalla on lisäksi 102 k € investointihanke tarvittavien testilaitteiden investoimiseksi.
Kirjoittajat:
TKI-asiantuntija / projektipäällikkö Maarit Janhunen & tutkimusinsinööri Tuomas Siikanen
