Pumppuvoimalat ovat jo koeteltu ratkaisu uusiutuvan energian varastointiin – voimaloita nousee etenkin Intiaan ja Kiinaan, ehkä Suomeenkin

Aurinko- ja tuulisähköä varastoidaan maailmalla pumppuvoimaloihin. Suomessa pohditaan, voisiko Pyhäsalmen syvää kaivosta käyttää energian varastona

Senecan pumppuvoimalan varastoallas on vuorella Pennsylvaniassa Yhdysvalloissa Vettä juoksutetaan Alleghenyjokeen, kun sähkön kysyntä kasvaa.

1.9. 2:00 | Päivitetty 1.9. 6:12

Maailmalla puhutaan nyt pumppuvoimaloista, kun tavoite on käyttää nykyistä enemmän uusiutuvaa energiaa. Se pitää varastoida tavalla tai toisella käytettäväksi silloin, kun aurinko ja tuuli eivät tuota sähköä.

Ratkaisu voi olla pumppuvoimala, joka oikeastaan on perinteinen vesivoimala. Sen periaate on yksinkertainen. Ylimääräisellä ja tietyllä hetkellä halvalla sähköllä pumpataan vettä ylös varastoaltaaseen.

Kun sähköllä on enemmän kysyntää, vettä juoksutetaan alas turpiinin läpi ala-altaaseen. Kun aurinko laskee ja tuuli tyyntyy, juoksutettava vesi tuottaa sähköä, kuten vesivoimaloissa yleensäkin.

Oheinen piirros kuvailee, miten pumppuvoimala toimii. Luvut ovat tyypillisiä tai suuntaa antavia. Lähde on eurooppalainen tutkimusjärkestö Eera.

Pumppuvoimaloilla on sähkövarastojen joukossa jo nyt tehtävänsä, vaikka ei varastoitaisi uusiutuvaa energiaa.

Pumppuvoimala tasaa energian tuotannon lyhytaikaisia heilahteluja. Nykyisessä yhteiskunnassa yhä useampi kuluttaja vaatii hullunvarmaa sähköhuoltoa.

Mitä suuremmaksi kasvaa tuotannon vaihtelu, sitä enemmän sähkövarastoja tarvitaan.

”Kiinnostus pumppuvoimaloita kohtaan on nyt selvästi suurempi kuin vaikkapa kymmenen vuotta sitten. Suurin syy on energiamurros. Tuuli- ja aurinkovoimalat, joiden tuotanto vaihtelee sään mukaan, lisääntyvät kiihtyvää tahtia”, sanoo johtaja Simo Väänänen suunnitteluyhtiö Afrysta.

Yhtiö on mukana suunnittelemassa pumppuvoimalaa Suomeen Pyhäsalmen kaivokseen.

”Mistään uudesta teknologiasta tai ajatuksesta ei enää ole kyse.”

Pumppuvoimalat kattavat nykyään yli 90 prosenttia sähkövarastojen tehosta.

Sähkökemiallisten akkujen lisääntyessäkin energiatutkijat ennustavat vesialtaiden pysyvän suurimpina sähkövarastoina lähitulevaisuudessa.

Energiajärjestö IEA:n mukaan maailman sähkövarastojen yhteisteho kasvaa 270 gigawattiin vuoteen 2026 mennessä. Nopeimmin lisääntyvät sähköakut, mutta pumppuvoimalat muodostavat edelleen valtaosan kapasiteetista, noin 200 gigawattia eli 74 prosenttia.

Pumppuvoimalat ovat toimineet monissa maissa kymmeniä vuosia. Tekniikka on parantunut askel askeleelta.

”Mistään uudesta teknologiasta tai ajatuksesta ei enää siis ole kyse”, Väänänen sanoo.

Pumppuvoimala eroaa akuista toiminnaltaan ja käyttöajaltaan.

Sähkökemiallisten akkujen tehot ja energiat ovat pienempiä kuin pumppuvoimaloissa, mutta akkujen reaktioaika on sekunteja tai alle sekunnin. Sähköä saa siis akuista hyvin nopeasti.

Pumppuvoimalan reaktioaika vaihtelee sekunneista minuutteihin. Pumppuvoimaloita kuvailevat esimerkiksi Yhdysvaltain kansainvälisen kehityksen viraston (USAID) raportti sekä eurooppalainen tutkimusjärjestö Eera.

Pumppuvoimalan vesivarastot ovat tavallisesti liian pieniä energian pitkään kausivarastointiin, kuten kesällä tuotetun energian säilömiseen, Mutta isot järvet ja vesistöjen tulvavesiä varastoivat altaat voivat olla pitkän ajan energiavarastoina, kertoo Väänänen.

Perinteisiä pumppuvoimaloita rakennetaan yhä paljon. Kehitystä vetävät Aasian aurinko- ja tuulivoimamaat. Kiinassa voimaloita on ennestään, ja rakenteilla useita, kuten Wikipedian luettelo voimaloista kertoo.

Tämän vuoden tammikuussa Kiina kytki sähköverkkoon maailman suurimman pumppuvoimalan Hebein maakunnassa. Voimala tasaa Hebein ja Sisä-Mongolian tuuli- ja aurinkopuistojen tuotantovaihteluja.

Kiinalla on nykyään noin 30 gigawattia pumppuvoimalatehoa. Kansallisen energiahallinnon mukaan teho nelinkertaistuu vuoteen 2030 mennessä.

Huhtikuussa käynnistyi Jilin Dunhuan voimala Koillis-Kiinassa. Kesäkuussa käynnistettiin kaksi voimalaa, Anhuassa Hunanin maakunnassa Etelä-Kiinassa, ja Heilongjiangin maakunnassa Pohjois-Kiinassa.

Uutistoimisto Bloombergin välittämän tiedon mukaan vauhti kiihtyy entisestään. Kiinan suurimman patorakentajayrityksen johtaja Ding Yanzhang kertoi, että kahdensadan pumppuvoimalan rakennustyöt käynnistyvät seuraavien kolmen vuoden aikana.

Eniten pumppuvoimalatehoa rakentaa kuitenkin Intia, pääasiassa laajentamalla jo toimivia altaita, energiajärjestö IEA arvioi.

”Hankkeita on vireillä ympäri maailman, Keski-Euroopassakin. Tilaa on edelleen. Usein laajennetaan jo toimivaa pumppuvoimalaa tai hyödynnetään olemassa olevia varastoaltaita”, kertoo Väänänen.

Perinteisten vuoren rinteessä olevien voimaloiden rinnalle etsitään uusia ratkaisuja.

Yhdysvalloissa Argonnen kansallinen laboratorio julkaisi huhtikuussa raportin, jossa tutkijat käyvät läpi joukon viime vuosina esitettyjä ideoita.

Jotkin ovat parannuksia vanhaan tekniikkaan, jotkut taas varsin propellipäisiä, joita voisi kuvailla kehityksen alkuvaiheen ajatuksiksi.

Shell Energy ehdottaa yläaltaaksi terässäiliötä ja ala-altaaksi veden päällä kelluvia, joustavasta muovista tehtyjä säiliöitä. Vesikierto olisi täysin suljettu.

Yhdysvaltalainen Nelson Energy puolestaan tutkii kallioon louhitun pumppuvoimalan mahdollisuuksia.

Ensin louhitaan pystysuora kuilu 700–800 metrin syvyyteen. Kuilun pohjalle rakennetaan spiraalimainen tunneli ala-altaaksi. Louhittu kivi kuljetetaan pinnalle yläaltaan seinien materiaaliksi.

Suljettuja avolouhoksia voidaan hyödyntää voimaloiden altaina. Britannian Dinorwigissa on vuodesta 1984 toiminut pumppuvoimala vanhassa liuskelouhoksessa. Australiassa rakennetaan voimalaa vanhaan Kidstonin kultalouhokseen.

Lue lisää: Ratkeaako ihmiskunnan kohtalo suomalaisilla keksinnöillä? Suomessa kehitetään nyt laitteita, joissa voi olla avain imaston kohtalonkysymykseen.

TUTKIJAT puhuvat myös suljettujen syvien kaivosten käytöstä ja mainitsevat Pyhäsalmen hankkeen.

Pumppuvoimalan rakentamista Pyhäsalmen kaivokseen Pohjanmaalle on pohdittu ja tutkittu moneen kertaan. Tällä hetkellä työtä jatkaa Afry. Uutta hankkeessa on paikka.

”Tyypillisesti ajatellaan, että pumppuvoimala kannattaa, kun kahden ison altaan välillä on noin sadan metrin korkeusero”, kertoo energiatekniikan professori Esa Vakkilainen Lappeenrannan-Lahden LUT-yliopistosta.

Kaivoskuilu tarjoaa litteässä Suomessa poikkeuksellisen suuren putouskorkeuden, yli 1 400 metriä. Jos laitos valmistuu, se voisi maailmassa ensimmäinen pumppuvoimala, joka käyttää vanhaa kaivosta.

”Pyhäsalmessa vettä pumpataan ylös ja juoksutetaan alas keskimäärin useita kertoja viikossa. Energiavaraston yhtenäiset tuotantojaksot ovat siis useita tunteja, mutta ei vuorokausia”, Väänänen kuvailee.

”Tällä hetkellä se kannattaisi erittäin hyvin. Öiseen aikaan pumpattaisiin vettä ylöspäin halvalla sähköllä. Päivällä vettä juoksutettaisiin alaspäin turpiinin läpi ja tuotettaisiin sähköä hyvällä katteella”, Vakkilainen pohtii.

”Kaivoskuilujen pohjalla on tilaa. Suomessakin kiveä on louhittu suuria määriä. Tilavuudet ovat suuria.”

Virolaiset suunnittelevat jo pumppuvoimalaa entiseen öljyliuskekaivokseen Koillis-Viron Itä-Virumaassa. He siis ehtinevät ennen suomalaisia.

Suunnitelman mukaan Itä-Virumaan pumppuvoimala valmistuisi vuosina 2025–2026 ja kytkeytyisi samalla Euroopan sähköverkkoon. Yhtiö kertoo sivullaan, että teknologiaa voitaisiin sitten viedä maihin, joissa on suljettuja tai suljettavia kaivoksia.

Yhdysvalloissa tutkijat arvioivat olevan muutaman tusinan verran paikkoja, jossa vanhaan kaivokseen sijoitettu pumppuvoimala voisi kannattaa.

Ruotsalainen kasvuyritys Mine Storage AB erikoistuu vanhojen kaivosten hyödyntämiseen. Yhtiö muistuttaa, että maailmassa on puoli miljoonaa hylättyä kaivosta.

Kaupallistamisen kynnys on kuitenkin korkea, vaikka tekniikka olisi kuinka hyvää.

Käytön edullisuudesta huolimatta pumppuvoimalan rakentaminen on kaikkea muuta kuin yksinkertainen päätös. Vesistöihin altaita ei välttämättä haluta. Ainakaan rantojen asukkaat eivät halua, että vedenpinnan korkeus muuttuu.

Kaivospumppuvoimaloissa ala-allas sentään on syvällä kalliossa ja poissa näkyvistä.

”Kaivoskuilujen pohjalla on tilaa. Suomessakin kiveä on louhittu suuria määriä. Tilavuudet ovat suuria”, Vakkilainen sanoo.

Suurimmat esteet ovat lopulta taloudellisia. Pumppuvoimala voi olla halpa käyttää, mutta kallis rakentaa.

”Yritykset vierastavat riskejä. Ei oikein uskalleta investoida. On myös ajateltu, että iso sähköverkko toimii varastona. Sähköä saa tarvittaessa naapurilta. Nyt ei välttämättä aina saa. Ja jos saa, niin Saksan hinnoilla”, Vakkilainen sanoo.

Nykyisessä energiakriisissä sähkövarastojen etuja ja kustannuksia katsotaan kuitenkin uusin silmin. Vanhat kaivokset tarjoavat valmista tilaa, mikä alentaa pumppuvoimalan rakennuskustannuksia.

Espanjalaisen Oviedon yliopiston energiatutkija Héctor Álvarez työtovereineen on selvittänyt, miten tuulivoimaloihin yhdistetty voimala vanhassa hiilikaivoksessa toimisi. Tutkimus osoitti, että sähkön varastointi tällä tavalla olisi kannattavaa.

Tuuli- ja pumppuvoimalan yhdistelmän on kehittänyt jo saksalainen tuulienergiayritys Max Bögl Wind AG.

Mäen päälle rakennetaan tuulimylly ja tornin juurelle pumppuvoimalan yläallas. Mäen alle rakennetaan ala-altaita. Vesikierto on suljettu. Yhtiö on rakentanut Gaildorfiin Baden-Württembergiin pilottilaitosta.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat