Mahtuvatko malminetsintä ja tuulivoima samoille alueille?
Suomen tuulivoima on keskittynyt Pohjois-Pohjanmaan, Pohjanmaan ja Lapin maakuntiin, mutta investointihalukkuuden ja tuulivoiman tarpeen lisääntyessä yhtiöt tähyävät myös kohti Keski- ja Itä-Suomen alueita. Viime aikoina onkin tullut jo useita tapauksia, joissa malminetsintä- tai kaivosyhtiöt tavoittelevat samoja maa-alueita kuin tuulivoimayhtiöt. Keskustelua ja arvailua on kehkeytynyt puolin ja toisin ja ehkä vähäistä kilpailuakin samoista maa-alueista. Tarvitaanko kilpailua vai voisimmeko yhdessä pohtia kuinka toimiminen samoilla alueilla olisi mahdollista?
Turvallisuus- ja kemikaaliviraston vuoden 2022 tilastokatsauksen mukaan Suomessa malminetsinnästä raportoi 54 eri yhtiötä. Yhtiöt investoivat malminetsintään noin 80,4 miljoonaa euroa. Kiivainta malminetsintä on ollut jo muutaman vuoden ajan Lapissa, jonne keskittyy 80 prosenttia koko Suomen malminetsinnästä.
Kaivoslain mukaisia malminetsintälupia Suomessa on pinta-alaltaan 2500 km2:n verran ja vireillä olevia lupahakemuksia 6500 km2. Kaikista malminetsinnän kustannuksista noin 80 prosentista vastaa 15 eri yhtiötä.
Ilman malminetsintää ei voi syntyä uutta kaivostoimintaa. Ja ilman kaivostoimintaa ei saada yhteiskunnalle välttämättömiä raaka-aineita. Vaikka Suomessa on käynnissä kerralla satoja malminetsinnän hankkeita, vain yksi tuhannesta hankkeesta saattaa johtaa kaivostoimintaan. Kaivostoimintaa edeltää jopa usean vuosikymmenen mittainen malminetsintä, yleensä vähintään 20 vuotta.
Malminetsintä ja sen vaikutukset rinnastetaan hyvin usein kaivostoimintaan. Malminetsinnän menetelmät ovat kuitenkin enimmilläänkin vain vähän ympäristöä kuormittavia. Työ on usein kausi- ja projektiluontoista. Etsintä aloitetaan laajoilta alueilta ja tiedon karttuessa tutkimuksia kohdistetaan aina vain pienemmälle alalle. Valitettavan usein tutkimukset yhdellä projektialueella saattavat päättyä jo muutaman vuoden jälkeen, kun työt eivät ole johtaneet toivottuihin tuloksiin. Vaikka tutkimuksilla löydettäisiin mielenkiintoisia metalleja sisältävää kiveä, sitä ei välttämättä ole taloudellisesti kannattavaa louhia. Raaka-aineiden mielenkiinnon ja tarpeiden vaihdellessa on kuitenkin hyvä muistaa, että nyt kannattamaton esiintymä voi olla hyödynnettävissä tulevaisuudessa.
Tuulivoima & malminetsintä: hankkeilla on paljon yhteistä
Sekä tuulivoima että malminetsintä herättävä paljon kysymyksiä, huolia ja keskustelua alueilla, joilla toimimme. Olemme tekemisissä monien samojen sidosryhmien kanssa: kunnat, maanomistajat, paliskunnat ja niin edelleen. Hankkeiden kirjo on hyvin monenlainen ja hankeajat ovat pitkiä. Yksittäinen maanomistaja saattaa tuntea, ettei hänelle jaeta tarpeeksi tietoa tai ettei hän pysty vaikuttamaan tarpeeksi. Hankkeista voi toisinaan myös levitä paljon väärää tietoa ja siksi viestinnän merkitys korostuu. Malminetsintäyhtiöissä haasteeseen on tartuttu esimerkiksi keskustelutilaisuuksien ja paikallislehdissä tiedottamisen kautta.
Jos kiinteistöön kohdistuu sekä tuulivoima että malminetsinnän hanke samanaikaisesti, olisiko mahdollista järjestää yhteistä viestintää, jotta maankäytön kokonaiskuva ei vääristy ja paisu maanomistajan silmissä? Vaikkei malminetsintä juurikaan muokkaa ympäristöä, mahdollinen kaivostoiminta jättää aina oman jälkensä kuten kaikki muukin ihmisen rakentama ympäristö. Onneksemme malminetsintä ja kaivostoiminta ovat hyvin säänneltyjä kuten tuulivoimarakentaminenkin, ja useita yhtymäkohtia voi löytää muun muassa luonnonsuojelu- ja ympäristölainsäädännöstä.
Sekä malminetsintä, kaivostoiminta että tuulivoima voisivat hyötyä toistensa ympäristöistä – varsinkin, jos hankkeiden välillä käydään puntarointia kunnissa. Malminetsinnällisesti voisi olla kiinnostavaa päästä tarkastelemaan tuulivoimaloiden rakennusvaiheessa mahdollisesti pintaan nousevia uusia lohkareita ja maapeitteiden alta esiin tulevia uusia kalliopaljastumia.
Olisiko tuulivoiman mahdollista hyödyntää aukeita kaivosympäristöjä uusia tuulivoimaloita suunniteltaessa?
Alkuvaiheen malminetsintää on mahdollista ajoittaa ja sijoittaa suunnitelluille tuulivoima-alueille, kunhan yritykset ovat valmiita ennakkoluulottomaan ja aktiiviseen vuoropuheluun. Varhaisella viestinnällä puolin ja toisin voidaan välttää turhat yhteentörmäykset. Mahdollisuuksia yhteistyöhön on, kun niitä vain halutaan pohtia. Yhteistyöllä voidaan myös vaikuttaa toimialojen sosiaalisen toimilupaan eli siihen, miten eri hankkeet hyväksytään ympäröivässä yhteiskunnassa.
Molemmilla toimialoilla on tärkeä rooli vihreän siirtymän mahdollistamisessa; ilman kaivoksista saatavia raaka-aineita ei ole tuulivoimaa. Ilman kaivoksia ei myöskään turvata raaka-aineita esimerkiksi liikenteen sähköistymiseen. Sähköistyminen taas vaatii riittävästi puhtaan energian lähteitä. On sekä tuulivoimayhtiöiden että kaivosalan yritysten etu, että molemmat alat menestyvät.
Kaivosteollisuus ry:n Malminetsintäopas
kaivosteollisuus.fi/fi/kaivosala-suomessa/malminetsinta
Tukesin karttapalvelu
gtkdata.gtk.fi/Kaivosrekisteri
VTT kehittää sähkövarastoa uusiutuvista materiaaleista
Teknologian tutkimuskeskus VTT kehittää sähkövarastoa, joka perustuu uusiutuviin raaka-aineisiin. Pyrkimyksenä on kehittää energiamäärältään noin 50-100 kWh superkondensaattoriratkaisu, joka voidaan valmistaa pelkästään uusiutuvista materiaaleista, kuten selluloosasta ja biohiilestä. Tavoitteena on luoda ratkaisulle kaupallisesti kannattava liiketoimintamalli.
VTT:n kaupallistamispolut
VTT:llä on tyypillisesti kolme eri tapaa kaupallistaa kehitettyjä teknologioita. Yleisin on suora tilaustutkimus teknologiaa tarvitsevan yrityksen kanssa. Tällaisessa projektissa yritys tilaa VTT:ltä tutkimus- ja kehitystyötä ja omistaa projektin tulokset ja voi kaupallistaa ne haluamallaan tavalla. Toinen tapa on kehittää aineetonta omaisuutta (IPR, Intellectual Property Rights), kuten patentteja ja lisensoida se yrityksille. Kolmas tapa on perustaa kehitetyn IPR:n varaan spin off -yritys. Uudentyyppistä superkondensaattoria on kehitetty Business Finlandin ”Research to Business” -rahoituksella ja tähtäimessä on spin off -yrityksen perustaminen. Projekti on mukana VTT Launchpad –ohjelmassa, joka on VTT:n yrityshautomo.
Ratkaisun tulee olla teknisesti toimiva ja kaupallisesti kannattava, jotta se voidaan tuotteistaa. Tällä hetkellä VTT keskittyy kehitetyn teknologian toiminnallisuuden varmistamiseen ja liiketoimintamallin vahvistamiseen. Keskustelut mahdollisten sijoittajien, partnereiden ja pilottiasiakkaiden kanssa ovat käynnissä.
Sähköverkon uudet vaatimukset
Voimakkaasti lisääntyvä uusiutuvan sähkön hajautettu tuotanto asettaa sähköverkolle uudenlaisia vaatimuksia. Näihin lukeutuvat tuotetun energiamäärän vaihtelu ja tuotetun sähkön jännitteen ja tehon vaihtelu pienessä mittakaavassa. Kertautuessaan tämä vaihtelu aiheuttaa ongelmia sähköverkon tasapainolle. VTT:n kehittämä teknologia pyrkii ratkaisemaan nämä ongelmat tarjoamalla verkkoon tasapainottavan elementin sähkövaraston muodossa. Kehitteillä olevat sähkövarastot ovat 50-100 kWh:n kokoisina suhteellisen pienikokoisia, mutta niitä voidaan käyttää osaltaan myös sähkön reservivarastona muodostamalla kokonaisratkaisuita yhdessä esimerkiksi pienien vesivoimaloiden tai suurten akkuvarastojen kanssa. Tuulivoimaloiden yhteydessä käyttökohde on ensisijaisesti lyhytaikaisiin häiriötilanteisiin varautuminen. Reservimarkkinalle osallistuminen pelkän superkondensaattorin varassa vaatii useiden yksikköjen rakentamisen ja käyttämisen yhdessä.
Superkondensaattori sähkövarastona
Superkondensaattori on vanha ja kaupallisesti sekä teknologisesti koeteltu sähkövarastoteknologia. Akkuihin verrattuna sen vahvuuksiin kuuluvat hyvä syklikestävyys ja suuri tehonantokyky. Akkujen vahvuus taas on suuri energiatiheys. Näiden tekijöiden vuoksi superkondensaattorit ovat yleistymässä käyttökohteissa, joissa tarvitaan lyhyen ajan suurta huipputehoa, kuten vesivoimaloiden ja teollisuuden prosessien käynnistystukena. Akut puolestaan yleistyvät taas sovelluksissa, joissa tarvitaan suuria energiamääriä pitkän ajan kuluessa.
Kehitteillä olevan biomateriaalipohjaisen superkondensaattorin vahvuuksia ovat uudenlainen ympäristöystävällinen raaka-ainekoostumus, turvallisuus käytössä sekä yksinkertainen ja kustannustehokas valmistusprosessi. Uusiutuvien raaka-aineiden käyttö mahdollistaa ratkaisun skaalaamisen erittäin suuriin tuotantomääriin ilman, että ympäristöhaitat kasvavat kohtuuttomiksi. Tämä on etu varsinkin verrattuna akkuratkaisuihin, joiden valmistaminen vaatii materiaalien tuottamista kaivostoiminnalla. Rakenteeltaan kehitteillä oleva superkondensaattori vastaa pitkälti nykyään käytössä olevia akkuratkaisuja. Sähkövarastoina toimivat kennot voidaan rakentaa muodoltaan samanlaisiksi kuin akkukennot. Toisaalta ratkaisun runkona eli elektrodien sideaineena toimiva nanoselluloosa mahdollistaa myös täysin uudenlaisten, esimerkiksi hyvin suurikokoisten, kennojen valmistamisen ja siten aivan uuden muotoisten sähkövarastojen rakentamisen.
Otto-VIlle Kaukoniemi on erikoistutkija ja projektipäällikkö Teknologian Tutkimuskeskus VTT:ssa. Hän kehittää uusia käyttötapoja ja sovelluksia uusiutuville raaka-aineille kuten selluloosalle. Paula Viinamäki toimii hankkeen kaupallistajana, minkä lisäksi hänellä on yrittäjänä rooleja mm. ulkoisena kehitysjohtajana ja neuvonantajana. Kaikkia hänen hankkeitaan yhdistää kestävät ja ympäristöystävälliset ratkaisut ja parempi työn tuottavuus.
Tuulivoimaloiden tarkastukset uudella tasolla
Dronet tehostavat turvallisuutta ja tehokkuutta, sisällä ja ulkona
Tuulivoimateollisuudessa tapahtuu jatkuvaa kehitystä, ja uudet teknologiat muuttavat tarkastus- ja huoltomenetelmiä. Yksi merkittävä edistysaskel on dronejen käyttö, mikä parantaa merkittävästi turvallisuutta ja tehokkuutta.
Turvallisuuden parantaminen
Turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää kaikilla aloilla eikä tuulivoimalateollisuus ole poikkeus asiaan. Perinteiset tarkastusmenetelmät saattavat altistaa työntekijät korkealla työskentelyn riskeille. Dronet tarjoavatkin turvallisemman vaihtoehdon, sillä niiden korkearesoluutioiset kamerat ja anturit tavoittavat vaikeapääsyisiä ja vaarallisia paikkoja.
Tehokas tiedonkeruu ja analysointi, suoraan omistajille
Tehokas tiedonkeruu ja kerätyn datan analysointi ovat avainasemassa kilpailtaessa tuulivoimamarkkinoilla. Perinteiset tarkastusmenetelmät voivat olla kalliita ja vaativat paljon resursseja. Dronet puolestaan tehostavat tarkastusprosessia keräämällä ja analysoimalla tietoa nopeasti ja tarkasti. Tietoa voidaan kerätä tarkoilla kuvilla, lämpökuvilla tai LPS (Lightning Protection System) -mittauksilla.
Lähes reaaliaikainen tiedonsiirto yhdistettynä tekoälyyn mahdollistaa kerätyn datan nopean analysoinnin ja mahdollisten ongelmien välittömän tunnistamisen, mikä vähentää seisokkeja ja optimoi tuuliturbiinien suorituskykyä. Lisäksi data saadaan siirrettyä sujuvasti valmistajien ja omistajien omiin järjestelmiin.
Säädösten noudattaminen
Dronejen lentäminen on tarkasti säädeltyä ja vaatii yllättävän paljon drone-operaattoreilta. Vielä ei esimerkiksi ole yleistä tietoa, että jokaisesta lennosta tulee säilyttää loki kahden vuoden ajan, mikä korostaa dronejen käytön vastuullisuutta. Tämä sääntely auttaa varmistamaan turvallisuuden ja ympäristöstandardien noudattamisen, mikä luo positiivista mainetta yrityksille ja lisää sidosryhmien luottamusta dronejen käyttöön.
Katse tulevaisuuteen, dronet ovat tulleet jäädäkseen
Starsview Oy panostaa energiasektoriin. Yritys tarjoaa kattavia ratkaisuja tarkastuksiin voimaloiden ulkopuolella sekä lapojen sisällä ja tornissa. GWO (Global Wind Organisation) -koulutuksen lisäksi henkilökunta on koulutettu operoimaan voimaloita täysin itsenäisesti, mikä mahdollistaa tarkastusten tehokkaan ja luotettavan suorittamisen aikaa ja rahaa säästäen.
Dronet tehostavat turvallisuutta ja tehokkuutta, sisällä ja ulkona
Dronejen käyttö tuulivoimaloiden tarkastuksissa on ollut iso loikka tehokkuuden suuntaan jo nykyisellään. Drone-teknologia kuitenkin kehittyy nopeasti ja dronet pystyvätkin jatkossa yhä monimutkaisempiin tehtäviin. ”Esimerkiksi lapojen visuaalinen tarkastus ilman voimalan pysäyttämistä voi kuulostaa utopistiselta ajatukselta, mutta todellisuudessa tätäkin menetelmää ollaan jo testaamassa”, kertoo Starsview Oy:n toimitusjohtaja Toni Hannuksela.
”Itse näen, että muutaman vuoden kuluessa meillä on tuulipuistoissa vakituisesti sijoitettuja droneja, jotka tekevät automaattisia lentoja ja tarkistuksia useamman kerran päivässä. Dronet ovat tulleet jäädäkseen -meidän avuksemme”, Hannuksela toteaa.
Tunnetko vastuusi?
Kyberturvallisuuden velvoittava lainsäädäntö tulee
Ennen ajateltiin, että kaikkien toimijoiden on syytä käsitellä henkilötietoja varoen ja huolellisesti, meidän kaikkien yhteisen hyvän vuoksi. Homma ei kuitenkaan toiminut parhaalla tavalla siihen luottaen, että kaikki toimivat fiksusti, ja tietosuojan osalta luotiinkin velvoittavaa lainsäädäntöä sanktioineen. Tunnemme sen koodinimellä GDPR. Vasta velvoittavan lainsäädännön myötä organisaatiot alkoivat ryhdistäytyä henkilötietojen käsittelyn osalta. Nyt vastaava muutos on tapahtumassa kyberturvallisuuden osalta: velvoittava lainsäädäntö on tulossa voimaan, sanktiot ovat kovat ja riskilähtöistä varautumista vaaditaan. Tässä tapauksessa koodinimi on NIS2. Muutos tehdään, koska tarve on ilmeinen: kyberturvallisuuspoikkeamien määrä on kasvussa ja läpikotaisin digitalisoituneessa maailmassamme uhat ovat aiempaa suurempia. Myös tuulivoimatoimijoiden osalta on jo käynyt niin, että kyberturvallisuuden riskienhallinta ”jos jotakin tapahtuu” muuttui muotoon, ”kun tapahtui” – ja suunta on, että tapahtuu yhä enemmän ja kohdennetummin kokonaisuudessaan energiatoimialalla. Siksi kriittisen infrastruktuurin toimijoina meitä koskevat erityisen tiukat vaatimukset. Joten: NIS2 tulee, oletko sinä valmis?
”Vielä viisi vuotta sitten kyberturvallisuuden osalta sai tehdä valistustyötä, jossa maalattiin uhkakuvaa siitä, mitä tapahtuu, jos yritystä kohtaa kiristyshaittaohjelma tai kohdennettu edistynyt kyberhyökkäys. Valitettavasti nyt joutuu puhumaan, että ”kun joudutte kohdennetun kyberhyökkäyksen kohteeksi ja kuinka hallitsette kyberturvallisuuspoikkeamia osana normaalia toimintaa”. Tässä maailmassa kyse ei ole enää huonosta tuurista, vaan suuresta todennäköisyydestä, jos ja kun kyberuhka realisoituu omalla kohdalla. Silti on vielä paljon organisaatioita, jotka ovat melko suojattomia kyberuhkien osalta ja valitettavasti myös välinpitämättömiä – kunnes osuu tarpeeksi vakavasti tuulettimeen. Siksi on hyvä, että asiaan luodaan velvoittavaa lainsäädäntöä. Tiedosta ja tietoverkoista on tullut erittäin arvokasta pääomaa myös verkkorikollisille. Maailmassa tapahtunut kehitys ei olisi ollut mahdollista ilman digitaalisuutta, mutta samalla on rakennettu järjestelmä, joka on äärettömän haavoittuva. Toiminnan jatkuvuuden turvaaminen ja säännöllisesti testattu kyvykkyys palautua ovat erittäin keskeistä”.
Näin realiteetteja listaa kyberturvallisuuspalveluista vastaava johtaja Ismo Karttunen, Rejlersiin nykyään kuuluvasta Three Kingsistä. NIS2 (Network and information Security Directive) direktiivin säännöksiin perustuva kansallinen lainsäädäntö astuu voimaan 17.10.2024. Hallitus on laatinut esityksen eduskunnalle kyberturvallisuusdirektiivin, eli NIS2-direktiivin, täytäntöönpanemiseksi. Hallituksen esityksessä ehdotetaan säädettäväksi laki kyberturvallisuuden riskienhallinnasta. Suomessa se on vain osa laajempaa kokonaisuutta, mutta ensimmäinen palanen, josta tehdään keskeisiä ja tärkeitä toimijoita velvoittavaa lainsäädäntöä. ”Lisää on tulossa. Kuitenkin esimerkiksi automaatiojärjestelmien kyberturvallisuusstandardi IEC62443 on vielä vapaaehtoinen, vaikka myös se on erittäin hyvä teollisuuden kyberturvallisuutta täydentävä standardi, joka parhaimmillaan auttaa rakentamaan kestävän ja määrämuotoisen pohjan tuulivoimapuistojen verkkoturvallisuudelle. Näen, että sen noudattaminen antaa alan toimijoille merkittävää kilpailuetua, vaikka velvoittavuus sen osalta vielä jääkin puuttumaan”, Karttunen sanoo.
Ylin johto vastuuseen
NIS2-direktiivin ja sen implementoinnin myötä yrityksen johto on yksiselitteisesti vastuussa kyberturvallisuudesta. Jokaisen yrityksen johdon vastuulla on varmistaa, että henkilöstöllä on riittävä osaaminen ja ymmärrys kyberturvallisuudesta sekä järjestää riittävä koulutus ja varmistaa kokonaisturvallisuuden toteutuminen.
”Johtoportaan on luonnollisesti kouluttauduttava myös itse, jotta on edellytyksiä ymmärtää toimintaan liittyvät riskit. Osaamisen kehittämisen on oltava jatkuvaa, sillä myös kyberturvallisuusuhat muuttuvat alati. NIS2:n taustalla oleva ajattelu on hyvin riskilähtöistä. On oltava kyky ajatella, mitkä riskit uhkaavat toimintaa ja miten ne realisoituvat”, Karttunen kuvaa tulevaa sääntelyä.
”Minusta oikeastaan parasta NIS2:ssa on se, että kyberturvallisuus on jatkossa nimenomaan ylimmän johdon vastuulla. Epämiellyttäviä uhkia ja riskejä ei voi enää sälyttää organisaatiossa muille, jotka niitä sitten parhaansa mukaan yrittävät nostaa esiin johdon tärkeiden asioiden agendalla.
Moni yritys onkin nyt heräämässä uuteen ajattelutapaan, ja briiffaan yrityksiä viikoittain tästä aiheesta”, Karttunen sanoo. Energiatoimijat luetaan kriittisen tärkeiksi NIS2 jakaa toimijat kahteen ryhmään: kriittisiin eli keskeisiin toimijoihin ja tärkeisiin toimijoihin. Ensimmäiseen keskeisten toimijoiden joukkoon kuuluvat muun muassa energia-, vesi- ja terveydenhuolto, liikenne-, pankki- ja finanssimarkkinan toimijat. Tärkeiden toimijoiden ryhmään kuuluvat muun muassa kemikaalialan toimijat, digitaalisten palveluiden tuottajat ja elintarvikealan toimijoita. NIS2:N velvoittavuus tarkoittaa, että tietoturvahallinnan perusperiaatteet pitää olla toteutettuina. Varmistettavien asioiden lista on pitkä: suunnitelmat tietoturvan ylläpitämiseksi ja turvaamiseksi tulee olla luotuina, käytänteet tietoturvapoikkeaminen havaitsemiseksi ja hallinnoimiseksi tulee olla selkeinä, pitää varmistaa kyvykkyys reagoida ja raportoida tietoturvapoikkeamien kohdatessa yritystä. Eikä siinä vielä kaikki: haavoittuvat laitteet tulee hallita ja turvata, pitää luoda suunnitelmat toiminnan jatkuvuuden varmistamiksi tietoturvapoikkeaman jälkeen, fyysinen toimintaympäristö on turvattava mielekkäällä tavalla ja tietoturvapoikkeamista on ilmoitusvelvollisuus viranomaisille.
Erityisen haastavaksi vaatimuslistan tekee se, että edellä listatut asiat on hallittava paitsi oman organisaation, myös toimitusketjun alihankkijoiden ja toimittajien osalta. Yrityksen on jollakin tavalla kartoitettava myös toimittajan toimintaympäristöä uhkaavat tietoturvariskit ja varmistuttava, että varautuminen on tehty NIS2:n edellyttämällä tavalla. Tämäkin kirjaus tulee lainsäädäntöön syystä: on lukuisia esimerkkejä siitä, että yritykseen on murtauduttu luotetun kumppanin tietojärjestelmien kautta. ”Tämä kohta vaatii paljon sopimustekniikalta, kykyä tarkistaa ja valvoa yrityksen toimintakenttää omaa konttoria laajemmin”, Karttunen sanoo.
Yhtenä erityispiirteenä uudesta sääntelystä Karttunen nostaa esiin ilmoitusvelvollisuuden viranomaisille. Asian tärkeyttä ja johdon merkittävää vastuuta alleviivataan sanktioilla, jotka ovat merkittävät: keskeisillä toimijoilla 10 miljoonaa euroa tai 2 prosenttia koko yrityksen liikevaihdosta ja tärkeäksi luokitelluilla toimijoilla 7 miljoonaa euroa tai 1,4 prosenttia yrityksen edellisen tilikauden kokonaisliikevaihdosta. ”Tämä on raju mutta tarpeellinen muutos”, Karttunen summaa.
Hiekka-akuistako ratkaisu sähköjärjestelmän joustotarpeisiin?
Kuva: Polar Night Energyn Project Manager Liisa Naskali ja CTO Markku Ylönen sekä Ilmattaren Project Developer Samuel Heino ja New Business Development Manager Katja Koponen IImattaren Humppila-Urjala -tuulipuistossa
Hiekka-akku on korkean lämpötilan lämpöenergiavarasto, jossa käytetään hiekkaa tai hiekan kaltaisia materiaaleja lämmön varastointiaineena. Polar Night Energy ja Ilmatar ovat kehittämässä teknologiaa, jossa hiekka-akkujen avulla on mahdollista optimoida tuulivoiman tuotantoa varastoimalla tuotettua sähköä lämpönä siten, että lämpö voidaan muuttaa uudelleen sähköksi.
Tuulivoiman vaihtelevuus aiheuttaa ajoittain haasteita sähköverkolle. Joustavan energiajärjestelmän kehittäminen onkin kaikkien alalla toimivien etu ja se tuo varmuutta myös vakaata sähköntuotantoa tarvitseville investointipäätöksille. Hiekka-akkujen teknologian ja kokoluokan kehitys voivat olla yksi ratkaisu, joka varmistaa, että puhtaan energian alijäämätuotannosta on mahdollisuus saada hyötyä monestakin näkökulmasta.
Hiekka-akuista syötetään sähkö markkinoille hetkinä, jolloin tuotantoa ei ole tai tuotantoteho on alhainen. Sähköä taas varastoidaan niinä hetkinä, kun tuotanto on huipussaan. Näin siirtoverkko ei ylikuormitu piikkituotantohetkinä ja uusiutuvan sähkön saatavuus erilaisissa sääolosuhteissa tasaantuu.
”Viikosta kymmeneen päivään kestävä varasto olisi tähtäimessä, jotta voimme optimoida ulospäin menevää tuulivoiman sähköntuotantoa. Se olisi kustannustehokas tapa. Tuulivoiman kannalta mahdollisuus energian varastointiin pitkällä aikavälillä sähköstä lämmöksi ja takaisin sähköksi on tässä se kehitettävä teknologia,” Polar Night Energyn teknologiajohtaja Markku Ylönen sanoo.
Lämpö voidaan muuntaa takaisin sähköksi esimerkiksi höyryturbiinilla. Ilmatar osallistuu uuden järjestelmän kehitykseen ja tarjoaa Polar Night Energylle pilotointikohteita tuotantopuistoissaan siinä vaiheessa, kun teknologia on saatu koeponnistusvaiheeseen.
”Uusiutuvan energian tuotanto on saavuttamassa Suomessa pisteen, jossa tuotannon voimakkaan ja nopean kasvun myötä on alettava aktiivisesti löytämään skaalautuvia ratkaisuja tuotetun energian kustannustehokkaaseen varastointiin. On sekä energiatuottajien että -kuluttajien etu, että voimakkaasti vaihteleva sähkön hinta saadaan tasaantumaan. Näin luodaan ennakoitavuutta sekä uusiutuvan energian toimialalle että sähkön kuluttajille”, Ilmattaren liiketoimintojen kehitysjohtaja Katja Koponen sanoo.
Teknologiakehitysprojektin aikana tehdään myös markkinatutkimusta ja selvitetään millainen suorituskyky energiavarastolla tulee olla, jotta se soveltuu ihanteellisesti tuulivoiman tarpeisiin.
”Tällä hetkellä teemme rekrytointeja ja kun hanke lähtee liikkeelle, tutkimme millä tavalla muokkaamme olemassa olevaa perusteknologiaa. Teemme muutoksia, jotta voisimme tuottaa paineistettua höyryä turbiinille, jolla puolestaan saadaan lämpö takaisin sähköksi mahdollisimman taloudellisesti”, Ylönen kertoo.
Hiekka-akku ladataan sähköverkosta saatavalla sähköllä tai paikallisella tuotannolla, kuten tuulivoimalla. Akusto ladataan silloin, kun sähköä on runsaasti saatavilla. Sähköenergia siirretään lämpövarastoon suljetun ilmaputki-ilmakierron avulla. Ilma lämmitetään sähkövastuksilla ja kierrätetään lämmönsiirtoputkistossa.
Fyysisesti varasto on teräskotelosta valmistettu ja eristetty siilo, joka on täytetty hiekalla ja lämmönsiirtoputkilla. Lisäksi teknologiaan tarvitaan automaatiokomponentteja, venttiileitä, puhallin ja lämmönvaihdin tai höyrygeneraattori.
Polar Night Energyn nykyisillä energiavarastoilla päästään noin 550 lämpöasteeseen, jota voidaan hyödyntää kaukolämpöverkossa tai teollisuuden tarpeissa. Sähköntuotannossa pyritään 800-900 asteeseen. Polar Night Energyn ensimmäinen kaupalliseen tuotantoon tehty hiekka-akku sijaitsee Kankaanpäässä ja se on liitetty Vatajankosken kaukolämpöverkkoon. Käytännössä hiekkapohjaisen lämpövaraston maksimilämpötilaa eivät rajoita varastoinnissa käytettävän väliaineen ominaisuudet, vaan varaston rakentamisessa ja ohjauksessa käytettyjen materiaalien lämmönkestävyys.
Myös teollisuuden jäteainekset hyötykäyttöön
Oleellista on, että energiavarastot sijaitsisivat tuulipuiston alueella, jolloin ne ovat myös ympäristön ja yhteiskunnan kannalta kestäviä sekä taloudellisesti kannattavia. Hiekan kaltaiset aineet ovat materiaalina myös taloudellisia. Niitä voidaan lämmittää huomattavasti veden kiehumispistettä korkeampiin lämpötiloihin. Hiekkapohjaisiin lämpövarastoihin voidaan sijoittaa moninkertainen määrä energiaa verrattuna samankokoiseen vesisäiliöön, mikä johtuu hiekan sallimasta suuresta lämpötila-alueesta.
”Tarkoituksena on, ettei lämmön varastointiainesta tarvitsisi kuljetella pitkiä matkoja vaan sitä saataisiin läheltä, suoraan paikalliselta alueelta. Hyödynnämme pelkän hiekan lisäksi materiaaleja,
jotka eivät sovellu muuhun käyttöön, kuten esimerkiksi kaivosteollisuuden sivuvirrat. Hiekka-akun sisältö voi siis olla muutakin kuin hienoa hiekkaa”, Polar Night Energyn Data Scientist Terhi Moisala sanoo.
”Energian varastointi on tuottajille kannattavaa. Tuulivoiman tuottajathan joutuvat etukäteen määräämään taseensa ja jos ennuste onkin väärä, siitä syntyy kuluja”, Moisala jatkaa.
Kehittämistarvetta riittää, mutta myös uskoa ja tahtoa
Projektin edessä olevia tutkimuksellisia haasteita on saada selville parhaat hyötysuhteet, kuten kiven lämpötekniset ominaisuudet, varaston lämmönkestokyky ja miten näitä saadaan nostettua esimerkiksi rakennusteknisesti.
Normaalikäytössä lämpövaraston hyötysuhde on noin 85 prosenttia eli vain noin 15 prosenttia varastoidusta lämmöstä karkaa lämpöhukkana. Hukat ovat matalat, koska hiekka johtaa huonosti lämpöä ja korkeimmat lämpötilat löytyvät hiekka-akun keskiosista.
Nyt Ilmattaren kanssa yhteistyössä kehitettävän sähköntuotantoratkaisun hyötysuhde tulee olemaan 30 prosentin luokkaa; lopullinen vastaus saadaan tutkimusprojektin tuloksena. Mikäli turbiinilta tuleva kuuma ilma voidaan ottaa hyötykäyttöön esimerkiksi kaukolämpönä, kokonaishyötysuhdetta voidaan kasvattaa merkittävästi.
”Kyllä tässä kehittämistarvetta on, mutta energian välivarastointia todella tarvitaan ja myös halutaan tehdä. Metallien valmistusprosessit ja niistä syntyvien kuona-aineiden hyödyntäminen varastointimateriaalina voisi olla kiinnostava tutkimuskohde. Ylipäätään tiheitä aineksia, joilla on sopiva raekokojakauma, on tutkittava lisää. Hiekalle on varmasti olemassa myös monia uusia vaihtoehtoja”, Markku Ylönen toteaa.
”Pieni apu varastointiin on jo nyt markkinoilla olevat litiumakut, mutta ne ovat kalliita ratkaisuja ja niiden kapasiteetti on auttamatta pieni verrattuna tuulivoimalan huipputehoon. Pumppuvoimalat ovat tällä hetkellä ainoa relevantti vaihtoehto, mutta niitä ei voi tehdä joka paikkaan”.
Kristallipallosta katsottavaksi ja alalla pohdittavaksi vielä jää, olisiko hiekka-akuista apua laajemminkin sähköverkon välivarastoina, jolloin siirtoverkko ei ylikuormittuisi. Millä tavoin valtio voisi toimillaan vauhdittaa energiavarastojen kehitystä? Ainakin tuulivoiman hyväksyttävyyteen sillä voisi olla vaikutusta.
Mikä hiekka-akku?
HIEKKA-AKKU on korkean lämpötilan lämpöenergiavarasto, jossa käytetään hiekkaa tai hiekan kaltaisia materiaaleja varastointivälineenä. Hiekka-akku varastoi energian hiekkaan lämpönä uudelleen käyttöä varten. Sen päätarkoitus on toimia suuritehoisena varastona ylimääräiselle
energiantuotannolle, kuten tuuli- ja aurinkoenergialle.