Norjalaiset insinöörit uskovat, että rakentamatta yhtään uutta vesivoimalaitosta maan tiheän voimalaverkon avulla voidaan syöttää nopeasti sähköä Euroopan markkinoille niin, ettei kaasu- ja hiilivoimalaitoksia tarvitse käynnistää vajeen paikkaamiseksi.

Norja on maailman kuudenneksi suurin vesivoiman tuottaja, vaikka asukkaita maassa on vain viisi miljoonaa. Norjassa on 937 vesivoimalaitosta, jotka tuottavat 96 prosenttia maan tarvitsemasta sähköstä.

Tarjontaa ja kysyntää pitää tasapainottaa

Euroopassa on 24 maata kytkettyinä toisiinsa sähkön kantaverkoilla. Yli 400 miljoonaa ihmistä pääsee näin hyötymään siitä, että sähköylijäämät liikkuvat valtioiden välillä kansallisten tarpeiden mukaan.

Kun lisää uusiutuvaa energiaa rakennetaan Eurooppaan, sähkön tarjonnan ja kysynnän tasapainottaminen käy entistä vaikeammaksi.

Tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto heittelehtii, minkä vuoksi tarvitaan varavoimaa, jotta sähkönsyöttö verkkoon pysyisi tasaisena. Nykyisellään se tarkoittaa, että monissa maissa kaasu- ja hiilivoimaloita pidetään valmiustilassa vajeiden paikkaamiseksi.

Tärkeää on hallita veden virtausta

Kun aurinko- tuulisähköstä on ylitarjontaa Euroopassa, sitä voidaan tuoda Norjaan ja pumpata sillä vettä vuoristojen altaisiin. Näin tavallaan “varastoidaan veteen sähköä”, joka tarvittaessa tuotetaan uudelleen käynnistämällä vesivoimaloita.

Ongelmana on kuitenkin se, että vesivoimakaan ei ole kytkettävissä välittömästi päälle. Tämä johtuu siitä, että veden juoksutus laajan tunneliverkoston ja turpiinien läpi ottaa oman aikansa oikean vauhdin saavuttamiseksi. Tätä tarvitaan, jotta vaihtuvassa virrassa voidaan oikealla taajuudella syöttää tasaista sähköä verkkoon.

Norjan vesivoimalaitoksille vettä johtavien tunnelien yhteenlaskettu pituus on enemmän kuin on maassa teitä. Niinpä veden virtauksen hallinta on avainasemassa.

Norjan tieteen ja teknologian yliopistossa (NTNU) toimiva hydraulinen laboratorio uskoo maan vesivoimalaitoksia voitavan ohjata niin, että ne itsessään toimivat jättimäisenä vara-akkuna, joka voidaan käynnistää ja sulkea kädenkäänteessä.

Hydrauliikan ja ympäristöinsinööritieteiden tohtorikoulutettava Kaspar Vereide NTNU:sta on kehittänyt mallinnuksen veden juoksutukseen.

Louhimalla kallioon lähelle turpiineja tiiviin syöksykammion sähköä voidaan syöttää oikealla taajuudella verkkoon välittömästi. Tyhjässä kammiossa on paineistettua ilmaa, kun se täytetään vedellä. Kun venttiilit avataan, vesi syöksyy turpiineihin ja pyörittää niitä heti oikealla vauhdilla.

– Norjan vuoristot ovat täynnä vesitunneleita. Ne ovat kuin muurahaiskekoja, Vereide sanoo ja jatkaa, että vesitiet voivat olla monia kilometrejä pitkiä, joten veden virtausta joudutaan kiihdyttämään, jotta vesi pääsee ajoissa turpiineihin.

Sähkövirran taajuuden heilahtelut huolenaiheena

Vereide myöntää, että hänen mallinnuksensa on vasta alkutekijöissään. Syöksykammiot on suunniteltava niin, että vältetään suuret sähkövirran taajuuden heilahtelut, joita voi aiheutua esimerkiksi kontrolloimattomista voimakkaista ilmavirtauksista kohti voimalaitoksia.

– Sähkövirran taajuuden heilahteluja on pystyttävä hallitsemaan. On tärkeää määritellä, kuinka suuria syöksykammioiden on oltava, jotta ne toimivat optimaalisimmin.

– Voimalaitokset ovat perinteisesti pyörineet pehmeästi ja hiljaisesti, kun on ollut vain muutamia stoppeja ja startteja, jotka ovat aiheuttaneet sähkövirran heilahteluja. Mutta tullakseen Euroopan viherakuksi Norjan on pysäytettävä ja käynnistettävä voimalaitoksiaan huomattavasti nykyistä useammin – ja sähkövirran taajuuden heilahteluongelmat lisääntyvät merkittävästi.

Vereide uskoo kuitenkin, että norjalaiset hyötyvät paljon kehittäessään teknologioita, joilla pidetään sähkövirran taajuus vakaana ja ajetaan voimalaitoksia aiempaa aggressiivisemmin. Sillä kun voidaan palvella entistä laajempia markkinoita.

Kuva: Rjukan