Jatkona aikaisempaan Tanskan ja Irlannin tuulivoiman tuotantoa vuonna 2010 käsitellesseen blogikirjoitukseen jatkan samalla teemalla, mutta nyt teen ajatuskokeen, jossa koko Tanskan sähköntuotanto tuotetaan tuulivoimalla, joka kytketty riittävään suureen sähkönvarastointi kapasiteettiin sen takaamiseksi, että sähköntuotanto vastaa sen kulutusta.
Kysymyksiä joihin halusin saada selvyyden olivat:

  1. Kuinka paljon tuulivoimakapasiteettia tässä skenaariossa tarvitaan?
  2. Kuinka paljon varastointikapasiteettia vaaditaan?
  3. Kuinka nopeasti energiaa on kyettävä varastoimaan ja purkamaan?

Käytän lähtötietoina tunnin välein päivitettyä Tanskan tuulivoimatuotantoa ja sähkönkulutusta vuonna 2010. Oletan, että 20% tuulisähköstä hukkuu varastoitaessa ja 10% hukkuu purettaessa varastoa takaisin sähköksi. Kun tuuliteho ylittää keskimääräisen kapasiteetin tai kulutuksen, ylimäärä varastoidaan, kun taas muussa tapauksessa varaston sisältämää energiaa puretaan sähköksi kulutuksen kattamiseksi. Vaadin, että vuoden lopussa varastoidun energian määrän on oltava (summittaisesti..tämä on blogi) sama kuin vuoden alussa, jotta järjestelmä toimisi “kestävästi”. Seuraavassa kuvassa näytän skenaarion tuulivoiman tuotannon, Tanskan kulutuksen sekä vaadittavan varastoinnin tarpeen (Negatiiviset arvot tarkoittavat, että energiaa on purettu suhteessa lähtötasoon, joka on valittu nollaksi.)

Käytännössä tämä tarkoittaa, että:

  1. Vaadittava tuulivoimakapasiteetti on noin 2.7 kertaa maksimikulutuksen verran eli noin 17 GW.
  2. Sähköä on kyettävä varastoimaan 3.4 TWh (noin 10% Tanskan vuosikulutuksesta)
  3. Energiaa on kyettävä varastoimaan 10 GW ja purkamaan 6.7 GW:n teholla.

(Tein huvin vuoksi saman harjoituksen kuvitteelliselle Direway:n valtiolle, jossa puolet tuulikapasiteetista seurasi Tanskan tuotantoa, kun taas toinen puoli Irlannin. Kulutus oli molemmissa segmenteissä sama paitsi, että fiktiivisen “Irlannin” kulutus tapahtui tuntia aikaisemmin kuin Tanskan. Tämä skenaario ei poikennut vaatimuksiltaan olennaisesti aikaisemmasta puhtaasti Tanskaa koskevasta leikistä paitsi, että siinä molempien segmenttien väliin tarvittaan suuri sähkönsiirtokapasiteetti.)

Miten realistinen tämä skenaario olisi? Tuulivoimakapasiteetin osalta se tarkottaisi Tanskan nykyisen tuulivoimakapasiteetin kasvattamista noin 5-6 kertaiseksi. Norjan altaisiin voidaan nimellisesti varmasti varastoida vaadittava energiamäärä. Luin jostain, että 85 TWh nimellinen kapasiteetti olisi olemassa. Sen sijaan vaadittavat tehot vaikuttavat muhkeilta. Varastoihin on kyettävä syöttämään energiaa noin 10 GW:n teholla ja purkamaan noin 7 GW:n teholla. Realistisin tuulivoiman varastointi vaihtoehto on varmastikin veden pumppaaminen vesivoimaloiden taakse ja pääosa Länsi-Euroopan vesivoimasta on Norjassa (28GW) ja Ruotsissa (16GW). Tämä tarkoittaa, että yksi pieni Länsi-Euroopan maa tarvitsisi yksin olemassa olevasta kapasiteetista (jolla on muutakin käyttöä) merkittävän osan. Tuuli+vesi ratkaisu ei siis voi skaalautua merkittäväksi osaksi koko EU:n energiataloutta. Lisäksi skenaario vaatisi noin 10 GW sähkönsiirtokapasiteetin pelkästään Tanskan ja Norjan välille. Lukijoiden kotiharjoitukseksi jätän sen arvioimisen kuinka paljon tuo maksaa 🙂

Eli vaikka tällainen ratkaisu olisi teoreettisesti mahdollinen pienelle Länsi-Euroopan maalle, niin kustannukset olisivat valtavia ja sähköntuotantokapasiteetti pitäisi rakentaa massiivisesti
suuremmaksi kuin sähkönkulutus. Ennustan, että sikäli kun tätä tietä tullaan seuraamaan, jäävät varastointiratkaisut kosmeettiseksi viherpesuksi ja pääosa rakennettavasta tuulivoimasta jää nojaamaan kulissien takana tupruttaviin fossiilisia polttoaineita polttaviin voimaloihin.

Peter Lang huomautti muuten Brave new Climate:ssa, että varastoinnissa voi olla enemmän järkeä silloin, kun sitä käytettään kulutushuippujen sähköntuotantoon tilanteessa missä perusvoimaa tuotetaan halvalla ydin- (tai hiili) voimalla. Mikäli esim. ydinvoima kapasiteetti mitoitetaan kattamaan keskimääräinen kulutus ja tuotettu sähkö varastoidaan kulutuksen ollessa tätä alempi, voi energianvarastointi olla halvempi vaihtoehto kuin “ylirakentaa” ydinvoimaloita kattamaan myös kulutushuiput. Tanskan tapauksessa tarvittaisiin siis noin 5GW ydinvoimaa ja 1GW vesivoimaa kulutushuippuja varten. Tällä voi säästää, koska 1GW vesivarastointia voi maksaa vähemmän kuin 1GW ydinvoimaa. Tähän tarvittava sähkönsiirtokapasiteetti Tanskan ja Norjan välillä on jo olemassa.