Projektissa tutkittiin jo olemassa olevien CSP-laitosten toimintaa. Yksi tällainen oli Espanjan Calasparrassa toimiva Puerto Erradon voimalaitos.

Keskittävän aurinkovoimateknologian (CSP — Concentrated solar power) yhdistäminen joustavasti tavanomaiseen voimalaitostekniikkaan vähentää parhaimmillaan laitoksen hiilidioksidipäästöjä ja polttoaineen kulutusta kolmanneksella. VTT: n johtamassa COMBO-CFB-hankkeessa kehitettiin uusi hybridivoimalaitos, josta voi parhaimmillaan syntyä uusi vientituote. Hankkeessa analysoitiin ja vertailtiin erilaisten hybridilaitosten ominaisuuksia.

Aurinkovoiman ja perinteisen tekniikan yhdistävä hybridivoimalaitos tuottaa sähköä joustavasti kysynnän mukaan. Laitoksen yhteyteen ei yleensä rakenneta sähkövarastoja. Tutkimuksen mukaan parhaat tulokset saavutetaan silloin, kun aurinkopaneeleilla tuotettu energia muunnetaan höyryksi, joka syötetään suoraan voimalaitoksen korkeapaineturpiiniin.

Laitoksen oikealla mitoituksella ja prosessin optimoinnilla saavutetaan selviä hyötysuhde-etuja verrattuna hybridilaitoksessa käytettyjen tuotantomuotojen erilliseen käyttöön. Nettohyötysuhde voi parantua jopa 0,8 prosentilla. Hyvä voimalaitoksen suunnittelu tuottaa myös taloudellisia hyötyjä, kun osa investoinnista jaetaan kahden tuotantomuodon kesken.

Suunnittelun merkitys korostuu

Hybridilaitoksessa sään mukaan vaihtelevaa aurinkoenergian tuotantoa tasataan laitoksen höyrykattilan avulla — kun aurinko ei paistaa, tuottaa laitos energiaa toisella tavalla. Laitoksen dynaaminen luonne onkin haaste laitoksen suunnittelulle ja käytölle — erityisesti silloin, kun aurinkoenergian osuus laitoksen tuotannossa on suuri ja jatkuvasti vaihteleva.

Jos hybridilaitoksessa syöttöveden esilämmitys korvataan aurinkohöyryllä, voidaan tekniikkaa soveltaa myös nykyisin käytössä olevissa voimalaitoksissa. Tässä tapauksessa aurinkoenergian hyödyntämisen mahdollisuus jää kuitenkin huomattavasti vähäisemmäksi kuin aurinkohöyryn syöttämisessä korkeapaineturpiinille.

Yleisesti ottaen hybridilaitoksen toimivuutta voidaan parantaa järjestelmään liitettävällä ”ennustavalla säätömenetelmällä” sekä lyhyen aikavälin aurinkosäteilyennusteilla. Hankkeen yhteydessä kehitettiinkin pilvikamera, joka tunnistaa pilvien liikkeet taivaalla ja tarkentaa alueen säteilyennustetta.

Parhaat kohteet Välimeren maissa

Suurin hyöty hybridilaitoksista saadaan sellaisilla alueilla, joissa aurinkoenergiaa on runsaasti saatavilla — esimerkiksi Välimeren maissa. VTT:n arvion mukaan laitokset sopivat myös muualle, jolloin aurinkosähkön tuotantoa tuetaan hybridilaitoksen toisella tuotantomuodolla vähän enemmän. VTT:n mielestä Suomi ei kuitenkaan ole vielä sovelias alue tällaisten laitosten rakentamiselle. Tosin Tanskassa on jo rakennettu kaukolämpöä tuottava aurinkoenergiaa ja biopolttoaineita hyödyntävä hybridilaitos.

Tutkimusraportin mukaan hybridilaitosten tuotteistamisessa ja valmistamisessa Suomella olisi ainutlaatuista osaamista. Projektissa syntynyttä suomalaista verkostoa voitaisiin hyödyntää jo nyt hybridilaitosten kaupallistamisessa. Suomalaista vahvaa osaamista ovat esimerkiksi kattila- ja säätötekniikka, prosessimallinnus sekä säämittaukset ja -ennusteet.

Tutkimushankkeeseen osallistuivat Teknologian tutkimuskeskus VTT, Oulun yliopisto, Amec Foster Wheeler, Vaisala, Telog, Pöyry, Energiateollisuus ry ja Teknologiateollisuus ry. Hankkeen loppuraporttiin voi tutustua täällä.

Mitä on keskittävä aurinkovoimateknologia?

Keskittävä aurinkovoimateknologia — CSP (Concentrated solar power — on uusiutuva energiateknologia, jolla voidaan tuottaa sekä sähköä että lämpöä. Lisäksi sillä voidaan tuottaa puhdasta vettä.

CSP-tekniikassa auringon säteiden sisältämä energia keskitetään peilien avulla ja se muunnetaan lämmöksi. Lämmön eli ”aurinkohöyryn” avulla taas voidaan pyörittää voimalaitoksen turpiinia samalla periaatteella kuin polttovoimalaitoksen tuottama höyry pyörittää perinteisen voimalaitoksen turpiinia. Perinteiseen voimalaitokseen verrattuna aurinkohöyryä käyttävän voimalaitoksen tuotanto vaihtelee käytettävissä olevan aurinkoenergian mukaisesti.

CSP-tekniikalla voidaan jo nyt tuottaa sähköä kulutuksen mukaisesti erottamalla aurinkolämmön keräys ja sähkön tuotanto lämpövarastolla. Varastointiratkaisut ovat kuitenkin edelleen kalliita, ja kaikille CSP-tekniikoille ei vielä ole teknisesti järkevää varastointiratkaisua. Siksi hybridivoimalaitokset ovat tärkeä kehitysaskel kohti joustavasti säätyvää uusiutuvaa energian tuotantoa.