Energiatekniikan automaatio TKK 2007 Energialiiketoiminnasta, voimalaitostekniikasta ja voimalaitosprosessien ohjauksesta Martti Välisuo Yrjö Majanne TTY 10.9.2003 Sisältö 1. luentokerta (Välisuo) Energiantuotannon yleiskuva Energialiiketoiminnan yleiskuva 2. luentokerta (Majanne) Termodynamiikka Voimalaitostekniikka 3. luentokerta (Majanne) Voimalaitosautomaation yleiskuva Voimalaitosprosessien ohjaus / Martti Välisuo 10.9.2003
Energiantuotannon ja käytön yleiskuva Energiatekniikan automaatio TKK Martti Välisuo 9.9.2007 1 Energiatuotteet ja asiakkaat Tuote Tukkuasiakas Erityisvaatimus Sähkövoima Sähköpörssi Sopimusasiakkaat Säädettävyys Prosessihöyry Kaukolämpö Paikallinen teollisuuslaitos Kaupunki Käytettävyys Joustavuus 9.9.2007 2
Energiajärjestelmät Voimalaitos Kantaverkko Jakeluverkot Voimalaitos Asiakas Prosessihöyrylinja Lämpölaitos Asiakkaat Asiakkaat 9.9.2007 3 Sähkökauppa Tuottaja Teollisuuslaitos Jakeluyhtiö Kaukolämpöverkko Sähköpörssi Sopimusasiakkaat Kuluttaja 9.9.2007 4
Sähkön kulutus Suomessa 100,0 95,0 90,0 85,0 TWh 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 9.9.2007 5 Total electricity consumption 1996-2006, TWh (preliminary values) Denmark Finland Iceland Norway Sweden 1996 34,8 70,0 5,1 113,9 142,1 1997 34,5 73,6 5,6 116,0 142,2 1998 34,7 76,6 6,3 120,6 143,5 1999 34,8 77,8 7,2 121,0 142,9 2000 34,9 79,2 7,7 123,8 146,6 2001 35,4 81,2 8,0 125,5 150,5 2002 35,2 83,5 8,4 120,9 148,7 2003 35,2 85,2 8,5 115,0 145,5 2004 35,5 87,0 8,6 122,0 146,4 2005 35,7 84,5 8,7 125,9 147,3 2006 36,4 90,1 9,9 122,6 146,4 www.nordel.org 9.9.2007 6
www.fingrid.fi 9.9.2007 7 Voimalaitostyypit Vesivoimalaitokset Lämpövoimalaitokset Konventionaaliset lämpövoimalaitokset Höyryvoimalaitokset Kaasuturbiinilaitokset Kombivoimalaitokset (kaasuturbiini + lämmöntalteeottokattila + höyryturbiini) Moottorivoimalaitokset Ydinvoimalaitokset 9.9.2007 8
Höyryvoimalaitosten tyypit Lauhdutusvoimalaitos tuottaa vain sähköä Yhteistuotantolaitos tuottaa sähkövoimaa ja lämpöä. Lämpö on prosessihöyryä tai kaukolämpöä. Kaupungin voimalaitoksessa tärkein tuote on tavallisesti sähkö Teollisuusvoimalaitoksessa tärkein tuote on tavallisesti prosessihöyry 9.9.2007 9 Voimalaitoksen polttoaineet Fossiiliset kivihiili öljy maakaasu ruskohiili turve Biopolttoaineet yhdyskuntajäte puunjalostusteollisuuden jätteet (kuori, hake, puru) mustalipeä soodakattiloissa 9.9.2007 10
Tyypillisiä sähköhyötysuhteita ja häviöitä Laitostyyppi Sähkö Savukaasuhäviö Lämpö + lauhdustushäviö Höyryvoimalaitos 40% 7% 53% Kaasuturbiini 35% 65% Kombilaitos 35%+20% 7% 38% 9.9.2007 11
Energialiiketoiminta Esimerkkitapaus Fortum www.fortum.com Energiatekniikan automaatio TKK Martti Välisuo 9.9.2007 1 Pohjoismaiden johtavia energiayhtiöitä Painopiste Pohjoismaissa, Baltian maissa, Puolassa ja Venäjällä Fortum toimii 12 maassa Konsernissa noin 8 200 työntekijää 1,3 milj. sähköasiakasta 1,6 milj. sähkönjakeluasiakasta Toimittaa kaukolämpöä 7 maassa 80 kaupunkiin Toiseksi suurin sähköntuottaja Pohjoismaissa 9.9.2007 2
Fortum lyhyesti Fortum on Pohjoismaiden ja Itämeren alueen johtavia energiayhtiöitä. Yhtiön toimintaan kuuluu sähkön ja lämmön tuotanto, myynti ja jakelu, voimalaitosten käyttö- ja kunnossapitopalvelut sekä energiaan liittyvät muut palvelut. Yhtiön päätuotteita ovat sähkö sekä lämpö ja höyry. Fortumin kilpailukyky sähkö- ja lämpöliiketoiminnassa perustuu yhteispohjoismaiseen toimintamalliin, jolle on ominaista tehokas toiminta ja laaja asiakaskunta. 9.9.2007 3 Historia Neste IVO Länsivoima Öljyliiketoiminnot eriytettiin osakeosinkona ja osakemyynnin kautta E.ON Finland 1997 1999 2001 2003 2005 2006 1996 1998 2000 2002 2004 Skandinaviska Elverk Gullspång Birka Energi 50% Stockholm Energi Stora Kraft Birka Energi 50% Osuus Hafslundista Osuus Lenenergosta Østfold Osuuksia Kolenergosta ja Lenenergosta. TGC-1 perustettiin Kaukolämpöä Puolasta 9.9.2007 4
Kilpailtu pohjoismainen sähkömarkkina - satoja toimijoita Sähköntuotanto 395 TWh >350 yhtiötä Sähkönsiirto 14 miljoonaa asiakasta ~500 yhtiötä Sähkönmyynti 14 miljoonaa asiakasta >450 yhtiötä Fortum Fortum Fortum Muut Muut Vattenfall Dong Energy Vattenfall E.ON Vattenfall E.ON Dong Energy Hafslund Dong Energy E.ON Statkraft Hafslund Muut Lähde: Fortum, yritystiedot 2005; suurimpien toimijoiden osuudet; Tanskan ja Suomen rakenteellisten muutosten vaikutus otettu huomioon. 9.9.2007 5 Fortumin sähkön ja lämmön tuotanto Pohjoismaissa Sähkön tuotanto Lämmön tuotanto Vesivoima 37 % Biopolttoaineet 25 % Hiili 20 % Muut 2 % Turve 2 % Biopolttoaineet 3 % Hiili 10 % Ydinvoima 46 % Muut 12 % Jäte 6 % Öljy 8 % Maakaasu 7 % Turve 7 % Lämpöpumput, sähkö 15 % 53,2 TWh vuonna 2006 Sähkön tuotantokapasiteetti 10 768 MW 21,3 TWh vuonna 2006 Lämmön tuotantokapasiteetti 9 239 MW 9.9.2007 6
Fortumin hiilidioksidipäästöt Euroopan alhaisimpia kg CO 2 /MWh 1,200 1,000 800 600 400 200 0 DEI Drax RWE Energi E2 EDP UnionFenosa CEZ Edison Endesa Scottish&Southern Essent ENEL E.ON Elsam Vattenfall Electrabel Helsinki PVO Iberdrola Verbund Fortum BritishEnergy EDF Statkraft Lähde: PricewaterhouseCoopers ja Enerpresse, Changement climatique et électricité, Facteur carbone européen, 2005, sekäfortum Fortumin Nuclear vuoden Services 2005 vuosikertomus 9.9.2007 7 Fortum Generation in Sweden and Finland Muhos Sveg Arbrå Borlänge Stockholm Karlstad Örebro Haapavesi Meri-Pori Imatra Loviisa Espoo Inkoo 9.9.2007 8
Energialiiketoiminta Esimerkkitapaus Teollisuuden voima www.tvo.fi Energiatekniikan automaatio TKK Martti Välisuo 9.9.2007 1 Yhtiö Teollisuuden Voima Oy on yksityinen, suomalaisten teollisuus- ja voimayhtiöiden omistama sähköntuotantoyhtiö, joka toimittaa osakkailleen sähköä omakustannushintaan. Yhtiö omistaa ja käyttää kahta ydinvoimalaitosyksikköä Olkiluodossa, Eurajoen kunnassa. Olkiluodon ydinvoimalan lisäksi TVO on osakkaana Meri-Porin hiilivoimalaitoksessa. 9.9.2007 2
Henkilöstö TVO:n palveluksessa vakinaisessa työsuhteessa oli vuoden 2006 lopussa 662 henkilöä. Voimalaitoksen vuosihuolto ja muut alihankintatyöt työllistävät TVO:laisten lisäksi vuosittain lähes tuhat henkilöä. Lisäksi TVO:lla on erilaisissa työharjoitteluissa ja kesätöissä vuosittain yhteensä yli 200 henkilöä. OL3-yksikön rakentaminen kasvattaa huomattavasti alihankintatöiden määrää. Projektin työllistävän vaikutuksen on arvioitu olevan suoraan ja välillisesti noin 30 000 henkilötyövuotta. Kolmas laitosyksikkö tarjoaa pysyviä uusia työpaikkoja TVO:lla 150-200 henkilölle. Vuosihuoltojen aikana OL3 tulee työllistämään yli 1000 TVO:n ulkopuolista henkilöä. 9.9.2007 3 Energiantuotanto Teollisuuden Voima Oy:n omistamilla ja osuusvoimalaitoksillamme tuotettiin sähköä vuonna 2006 yhteensä 15 776,5 GWh. Osakkaille luovuttamamme sähkön tuottamiseen käytettiin: - 90,4 % ydinvoimaa, - 9,5 % fossiilisia energialähteitä (kivihiili) - tuulivoimaa 1743 MWh. 9.9.2007 4
Suomen sähkönhankinta 9.9.2007 5
Energialiiketoiminta Sähköpörssi Nordpool www.nordpool.com Energiatekniikan automaatio TKK Martti Välisuo 9.9.2007 1 Sähköpörssiyhtiö Nordpool Nord Pool ASA - The Nordic Power Exchange - is the world's only multinational exchange for trading electric power. Nord Pool was established in 1993, and is owned by the two national grid companies, Statnett SF in Norway (50%) and Affärsverket Svenska Kraftnät in Sweden (50%). 9.9.2007 2
Sähkön hinnan vaihtelu Nordpool-järjestelmässä Elspot system price for Electrical Exchange Area Last 8 days (Prices in /MWh) //www.nordpool.com 9.9.2007 3 Suomen sähköntuotanto erään syyskuisen viikon aikana Last 8 days (Volume in MWh/h) 9.9.2007 4
Sähkönsiirto Nordpoolin alueella 9.9.2007 5 Suomen vesistöjen energiasisältö Numbers in % of reservoir capacity 9.9.2007 6