Energiavaihtoehtoja hybridivoimalaan alustavaa tarkastelua Prof. Olli Pyrhönen LUT School of Energy Systems 25.10.2016 Huom! Laskentaesimerkit ovat suuntaa-antavia ja tarkoitettu vain keskustelun herättämiseen. Laskelmien taustatiedot sisältävät oletuksia, joita ei kaikilta osin ole tarkastettu. Siksi niiden tarkkuus ei riitä investointien kannattavuuden arviointiin, Eivätkä ne ole viittauskelpoisia kuten tarkastetut tieteelliset artikkelit.
PV järjestelmän komponenttihintoja
1. Monikidepiipaneeleiden hinta Monikidepiipaneelit yleisin markkinoilla käytetty tyyppi Esimerkki: Heckert SolarModule NeMo 60P 255 Nimellisteho 255 W Hinta verkkokaupassa 144,44 /kpl (19.10.2016) (alv 0%) Wattihinta 0,57 /W Takuu 10 v / 90% nimellistehosta Takuu 25 v / 80% nimellistehosta Hinnat edelleen laskevia! http://pvshop.eu/heckert
2. Solarinvertterin hinta - Kiinteistökohtaisessa järjestelmässä perusteltua käyttää 3-vaiheisia miniinvertterejä (< 50 kw) - Rinnakkaislaitteilla korkeampi luotettavuus - Paneeleiden ryhmittely helpompaa - Esim. ABB Trio 20-TL-OUTD, hinta 2977 (19.10.2016) (alv 0%) - Wattihinta 0,15 /W - Takuu 5 vuotta - Hinnat edelleen laskevia, kiinalaisvalmistajilla selvästi alle 0,1 /W! http://pvshop.eu/inverters
3. Asennustarvikkeet Kattoasennustarvikkeet - Liittimet sarjakytkentään kuuluu paneeleihin - Solarkaapeli 4 mm 2 hinta 0.86 /m - Kiinniketarvikkeet n. 20 /paneeli (viistokatto) - Maadoituskaapeli 6 mm 2 1 /m Keskusasennustarvikkeet - 3-vaiheinen johdonsuoja vikavirtasuojalla 40 A, 50 - PV-voimalan päävirtakytkin 3x40 A 17-3-vaihekaapelia
Aurinkosähköjärjestelmän kustannuksia
Esimerkkilaskelma Tavoitteena rakentaa 100 kwp aurinkovoimala, hinnat syksy 2016 Paneelit: Heckert Nemo 255W 392 kpl 144,44 /kpl Invertterit: ABB Trio 20-TL-OUTD 5 kpl 2977 /kpl Solarkaapelia 500 m 0.86 /m Maadoituskaapelia 200 m 1 /m Kiinnitystarvikkeita 392 paneelille 20 /paneeli Keskustarvikkeita 5 invertterille 200 /inu yhteensä 80975 Suunnittelu ja asennus, rahti arviolta 10000 Koko projekti 90975 (alv 0%)
Sähköenergian hinta Oletukset: Investointikustannus 90975 kapasiteettikerroin 9% Vuosittainen tehon alenema 1% Vuosittainen huoltokustannus 1500 * Pitoaika 25 vuotta Jäännösarvo 0 Korkotaso 3% Nykyarvoon diskontattu huoltokustannus 26903 Nykyarvoon diskontattu energiantuotanto 1410 MWh Sähköenergian hinta seuraavat 25 vuotta 9,2 snt/kwh Jos investointikustannus 60% oletetusta 6,4 snt/kwh AO vuosittainen huoltokustannus DR korkotaso RV- jäännösarvo = 0 SDR Vuosittainen tehon alenema Initial kwh Vuosituotto alussa N Pitoaika *) Huoltokustannus sisältää invertterin vaihdon
Lämpöä aurinkosähköstä
Lämmön tuotanto Oletukset: Käytetään koko PV-voimalan tuotanto lämmön tuotantoon Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta 60000 /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4466 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) 600000 Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 16,6 snt/kwh *) Green Line HT+C lämpökertoimia
Lämpöä markkinasähköstä
Lämmön tuotanto markkinasähköstä Markkinasähkön hinta tällä hetkellä edullinen Oletettavaa on, että hintavaihtelut voimistuvat uusiutuvan lisääntyessä Kuorman ohjaaminen edullisille tunneille mahdollistaa alhaisen hinnan Esim. tammi-helmikuu 2016 halpoina tunteina hinta alle 20 /MWh Oletetaan, että aktiivisella tasesähkömarkkinaan osallistumisella päästään 20 /MWh keskihintaan Sähkön hinta 01-02/2016 250 200 150 100 50 0 1 46 91 136 181 226 271 316 361 406 451 496 541 586 631 676 721 766 811 856 901 946 991 1036 1081 1126 1171 1216 1261 1306 1351 1396
Lämmön tuotanto markkinasähköstä Oletukset Sähkön hinta 20 /MWh Sähkön siirto 40 /MWh Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta 60000 /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4949 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) 600000 Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 14,4 snt/kwh Jos lämpöpumpun investointi 50% oletetusta (0,85 snt/w), lämmön hinta 8,3 snt/kwh
Lämmön tuotanto tuulisähköstä Oletukset Kunnilla tuuliosuuskunta, josta sähkö ilman siirtomaksua Sähkön omakustannushinta 36 /MWh (Fortumin ennuste 2030) Lämpöpumpun lämpökerroin 3.5 (0 C 30 C: 4.53, 0 C 50 C: 3.18)* Maalämpöpumpun hinta 60000 /35 kw = 1,714 /W heat = 6 /W el Huoltokustannukset 1500 /a Lämmön tuotanto diskontattuna nykyarvoon 4949 MWh Investointikustannus (100 kw sähköteho, 350 kw lämpöteho) 600000 Lämpöenergian hinta 25 vuoden aikana 13,6 snt/kwh Jos lämpöpumpun investointi puolet oletusta, lämmön hinta 7,6 snt/kwh
Lämpöpumpun hinta-arvioita Lämpöpumpun laitteistohintoja Lämpökaivojen rakentamiskustannus merkittävä tekijä Onko mahdollista päästä kokonaiskustannuksissa alle 1 /W Suomessa? Oma investointi 2013: Fujitsu 4.8 kw ilmalämpöpumppu: 1500 asennettuna Ominaishinta 0.3 /W
Omakotiaurinkovoimala 28x235 W monikidepii paneelit P=6.1 kwp 255 N 165 S 16
Invertteri ja kytkennät PV plant main switch - Fuses 3x10 A - fault current protection 30 ma DC disconnector DC Input AC output 4 x 4 mm 2 5 x 2,5 S Internetkaapeli 17
Aurinkosähkön vuosijakauma Kesä-heinä-elo: 51% tuotannosta
Hybridivoimala?? CHP CHP Tuulivoima Aurinkolämpö + varasto PV-aurinkovoima Lämmön ja sähkön tuotanto ja varastointi PV-voimala Sähkövarasto Lämpöpumppu
Hybridivoiman haasteita Mahdollisuuksia Bioenergiaa saatavilla Suomessa metsähake, turve Aurinko- ja tuulisähkön hinta alenee merkittävästi 2020 luvulla Sähkömarkkinoilla hintaheilahtelu kasvaa, halpoja tunteja käytettävissä Uusiutuvan energian ajoitusongelma Suurin energian tarve talvella Aurinkoenergian tuotanto parasta keväällä ja kesällä Maalis-huhti-touko: 33%, Kesä-heinä-elo, 51%: syys-loka-marras 14%, joulu-tammi-helmi 2% Aurinkoenergian hyödyntäminen talvikuukausina edellyttää kemiallista varastoa Mahdolliset konversiot H 2 tai CH 4 Tuulisähkön tuotanto parhaimmillaan talvella
Ratkaisuvaihtoehtoja? Mahdollisia ratkaisuja saatavissa olevalla tekniikalla 1. Biolämpö + aurinkosähkö + lämpöpumput + lämpövarasto 2. Biolämpö + tuulisähkö + lämpöpumput +lämpövarasto 3. Biolämpö + markkinasähkö + lämpöpumput + sähkövarasto 4. BioCHP + aurinkosähkö/tuulisähkö + lämpöpumput + lämpövarasto 5. BioCHP + aurinko/sähkö + lämpöpumput + sähkövarasto 6. Kaukolämpö + lämmön priimaus lämpöpumpuilla + uusiutuva sähkö Tulevaisuuden skenaarioita 1. Uusiutuva sähkö H 2 CH 4 Kaasuvarasto Sähkö/Lämpö/Liikenne TEKESillä on tutkimushaku aiheeseen "integroidut ratkaisut uusiutuvan energian käytön lisäämiseksi", hakuaika päättyy tammikuussa 2017. KESKUSTELUA
Taustamateriaalia 6/2012
Lämpöpumppu+verkkosähkö Lämmön tarve ja aurinkosähkön tuotanto eivät kohtaa ajallisesti Kesällä osa sähköstä kannattaa myydä markkinoilla alentuneen lämmön kysynnän vuoksi lämpöpumppujärjestelmän elinkaari pitenee /huollon tarve vähenee Kannattavuus heikkenee, koska sähkön myyntikorvaus on alhainen Talvella aurinkosähkö ei riitä lämpöpumppukäyttöön Sähköä ostetaan markkinoilta, nykyhinnalla kannattavampaa kuin omatuotanto, lisäkustannuksena siirtomaksu Käytetään omaa tuuliturbiinia, ei siirtomaksua ennuste tuulisähkölle 2030: 36 /MWh* Lisälämpöä hakekattilalla, hinta kokeahko 90 /MWh Varastoimalla lämpöä maaperään kesällä voi lämpöpumppujärjestelmän tehokerrointa nostaa merkittävästi Hyödyntämällä akkuvarastoa voidaan päiväsaikaan tuotettu sähkö hyödyntää illalla PV-teknologian ja tuulivoiman hinnan laskevat edelleen *) Fortumin ennuste
Tuuli- ja aurinkoenergian hinta 2030