Vähäpäästöinen luotettava ja kustannustehokas sähköjärjestelmä? Prof. Jarmo Partanen

Transkriptio

1

2 Vähäpäästöinen luotettava ja kustannustehokas sähköjärjestelmä? Prof. Jarmo Partanen

3 Energiamarkkinoiden kehitystrendejä Viisi suurta toisiinsa vaikuttavaa globaalia kehitysajuria samanaikaisesti. Yksikin näistä muuttaa sähkömarkkinaa merkittävästi. Uusiutuva energia; aurinkovoima ja tuulivoima ovat jo tällä hetkellä edullisin tapa rakentaa uutta sähköntuotantokapasiteettia massatuotannon vaikutukset jylläävät nyt myös energia-alalla. Tehotasapainon hallinta haasteena. Liikenne sähköistyy nopeasti. Puhdas, ylivertainen energiatehokkuus ja kustannustehokkuus. Lisää sähkön tarvetta ja akut toimivat sähkövarastona Sähkön varastointi akkuihin on/tulee taloudellisesti kannattavaksi IoE; taistelu olohuoneista, autoista ja työpaikoista. IoT tuo hajautetut resurssit (kuormat, varastot, mikrotuotanto) reaaliaikaisen ohjauksen piiriin COP21 (Pariisin sopimus), Euroopan kasvihuonepäästöt nollatasolle 2050-luvulla. Ylivoimainen tavoite mutta vahva ohjuri. Energiasektori helppo, samoin liikenne (sähkö, synteettiset polttoaineet). Teollisuus (terästeollisuus, sementin valmistus) vaikeampi. Maatalous vielä vaikeampi. Johtaa sähkön roolin kasvuun. Power to X ratkaisuja. Maailma sähköistyy. Jarmo Partanen

4 Näkökohtia, uhkia ja mahdollisuuksia Teknologinen kehitys on muuttunut eksponentiaaliseksi myös energia-alalla Robotit valmistavat voimalaitoksia ja energiavarastoja hiekasta Tutkijatkin ovat selvästi aliarvioineet kustannuskehityksen

5 Natural gas Coal Oil LNG Wind Power Li-ion battery Power-to-gas Solar PV /MWh 2017, /MWh PV Wind Coal Li-On 50 Jarmo Partanen

6 800 MW Wind Solar Wind Solar /MWh 36 /MWh 92 /MWh 52 /MWh /MWh 45 /MWh 51 /MWh 30 /MWh 29,99 $/MWh!!!!

7 Electricity Market Driving Forces Mass production based technology Weather dependent electricity production Low operation costs Climate change, quality of air Unlimited sustainable, cost efficient energy source But how to keep lights on? Energy storages Storage is a new component in electricity power system. Main goal is to reduce the total costs of system, to reduce the total capacity (investments) of energy system (resource efficiency)) Jarmo Partanen

8 Varastointi energiajärjestelmässä Sähkö Lämpö Kuormitukset (ennakoiva lämmitys ymv.) Polttoaineet Energiakapasiteetti Tehokapasiteetti Lyhytaikainen (sekunneista tunteihin) Pitkäaikainen (päivistä vuodenaikoihin)

9 Energy storages, liiketoimintaa? Huippukapasiteetin leikkaus µgrids Varavoimalaitos Kulutuksen ohjaus edullisimmille tunneille, energia/teho Tuotannon ulosmyynnin ohjaaminen kalliimmille tunneille Taajuuden ylläpito Sähkötaseen hallinta Säätösähkö Jännitteen laadun ylläpito Uusiutuvan energian kilpailukyvyn lisääminen, etenkin hajautetun tuotannon, COP21 Omavaraisuuden ylläpito hitaat joustot (seasonal storages) Erilaisia yhdistelmiä edellä mainituista Jarmo Partanen

10 Sähkövarastojen ominaisuuksia Lähde; Advancing technology for America s transportation future 2013, 14

11 Energiasisältöjä ja muita teknisiä tietoja Tekniikka kwh/l (kg) Hyötysuhde % Kalenteeriikä, a Tekninen ikä, sykliä Ekvivalentti energia vs. bensiini 1 L Lyijyakku 0, < kg Li-ion akku 0,1-0, > kg Vesi 100 C 0,116 >95 30 > L Vesi, 10 m korkeudella Paineilma, 100 bar Superkondensaattori Vauhtipyörä, 1 m säde, 50 rpm/s 0, L 0, > L 0,01 30 > kg 0, > kg Kuiva puu Muutama vuosi Bensiini Muutama kuukausi 1 2,5 kg 1 1 L

12 Akkujen hintakehitysarvio, oppimiskäyrä; -20 % per kapasiteetin tuplaus MWh on 500 milj. 20 kwh akkua a 4000

13 Akkujen hintakilpailukyky Tesla Powerwall/Powerpack (hinnoissa epävarmuuksia!!) Powerwall; 14 kwh/7kw sis. alv 24 % ilman asennusta * 500 /kwh Powerpack; 2*210 kwh, 100 kw alv 0 % sis. asennuksen?? * 310 /kwh (30 % inv. avustus -> 220 /kwh)

14 Akkujen hintakilpailukyky 30,0 25,0 20,0 15,0 Akun latauksen/purkamisen hinta snt/kwh lataussyklien ja akun hinnan funktiona 10,0 5,0 0,0 10,0 5,0 3,3 2,5 2, /kwh 200 /kwh

15 Electricity Market Driving Forces Mass production based technology Weather dependent electricity production Low operation costs Climate change, quality of air Unlimited sustainable, cost efficient energy source But how to keep lights on? Energy storages Storage is a new component in electricity power system. Main goal is to reduce the total costs of system, to reduce the total capacity (investments) of energy system (resource efficiency)) Digitalization Unlimited, low cost potential to control demand (power) on line Efficient use of capacity of energy system Power balance management Improvement of cyber security together with local production and storages Jarmo Partanen

16 IoT; Services to customers and µgrids Kaikki keskeinen energian tuotanto ja käyttö ja niiden ohjaus on liitettävissä edullisesti esineiden internettiin. Pilvipalvelujen laskentamoottorit hoitavat rutiinit, kaupankäynnin ja selvitystyöt. smart house µgrid National grid company, FG µgrid Local distribution companies, SSS,.. Energy suppliers, Fortum, Helen,.. Business model? Codes of procedures? Aggregators, service Aggregators, providers A Energy communities

17 Electricity Market Driving Forces Mass production based technology Weather dependent electricity production Low operation costs Climate change, quality of air Unlimited sustainable, cost efficient energy source But how to keep lights on? storages, demand response, flexible generation, market models Energy storages Storage is a new component in electricity power system. Main goal is to reduce the total costs of system, to reduce the total capacity (investments) of energy system (resource efficiency)) Digitalization Unlimited, low cost potential to control demand (power) on line Efficient use of capacity of energy system Power balance management Improvement oif cyber security together with local production and storages Jarmo Partanen

18 LVDC Distribution System Field Test Site days in real life, LUT & Järvi-Suomen Energia (DSO) Control of power taken/supplied from/to mvnetwork, µgrid operation Jarmo Partanen

19 What did we agree in Paris 2015? Liikenne 13,5 % Sähkö ja lämpö 24,6 % Muu poltto 9,0 % Teollisuus 10,4 % Maankäyttömuutokset 18,2 % Maanviljely 13,5 %

20 / THE OPTIONS FOR ENERGY SOURCES

21 CCS NUCLEAR RENEWABLES

22 Current energy business SOLAR, WIND, BIO, NUCLEAR How to change emissions to useful raw material?? NEOCARBONISATION BRIDGING New business opportunities STORAGE

23 Power to X NEO-CARBON Source: Gasum

24 Power-to-x RWGS FT SYNTHESIS REFINING Drop-in CO 2 + H 2 METHANATION Methane METHANOL CONVERTER BLENDING Direct fuel use MTBE CONVERSION Fuel additives METHANOL TO GASOLINE Gasoline METHANOL TO OLEFINS Plastics How to achieve industrial competitiveness? Mass production based technology + regulation

25 Opening

26 Electricity has an enormous history but the future is unbelievable Cost efficient, clean and unlimited energy source Heat, cooling, working power Electricity based fuels, food Jarmo Partanen