Power-to-X opportunities with wind power in Finland : cases Mikonkeidas & Korvenneva
Sinisaari, Heikki (2022)
Katso/ Avaa
Sisältö avataan julkiseksi: 07.12.2024
Diplomityö
Sinisaari, Heikki
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112466768
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112466768
Tiivistelmä
The main objective of this thesis is to study the feasibility of an integrated Power-to-X (P2X) energy storage system. The literature study includes the wind power pathway in the P2X supply chain. The empirical research focuses on Mikonkeidas and Korvenneva wind farm projects, developed by Energiequelle Oy. Based on the literature study and the location analyses, the techno-economic model is created for both cases. Four hydrogen demand scenarios are created that are applied to the model. In conclusion, neither case is feasible with realistic scenarios; however, some scenarios give promising results for further model development.
Finland is set to be carbon neutral by 2035, increasing the share of renewable energy in different sectors. Also, the wind power capacity will grow significantly due to Finland’s great wind power potential. The wind has intermittent nature, meaning wind power production does not always meet the demand creating a growing need for electricity storage. P2X technologies are one of the most promising pathways for solving this. In P2X, electricity is converted into other forms of energy, like hydrogen (H2), also allowing the decarbonization of various industry sectors and hard-to-electrify transport applications.
Two key processes of sustainable P2X are green hydrogen and e-fuel production. Green hydrogen is produced with a water electrolysis process which splits water into hydrogen and oxygen. Currently, the three most relevant water electrolysis technologies are alkaline (AEL), proton exchange membrane (PEM), and solid oxide (SOE). E-fuels are produced by combining hydrogen with carbon dioxide (CO2) or nitrogen (N2). Finland has good e-fuel production and export opportunities, but these are not currently cost-efficient compared to fossil alternatives. The legislation significantly affects whether the hydrogen economy reaches its full potential in Finland. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia Power-to-X (P2X) energiavarastoinnin soveltuvuutta tuulipuistojen yhteydessä. Kirjallisuustutkimus sisältää tuulivoiman polun P2X:n arvoketjussa. Työn empiirinen tutkimus kohdistuu Mikonkeitaan ja Korvennevan tuulipuistohankkeisiin, joiden kehittäjä on Energiequelle Oy. Molemmille tuulipuistoille luodaan teknistaloudellinen malli kirjallisuustutkimuksen ja alueanalyysien pohjalta. Vedyn kysynnälle luodaan neljä skenaariota, joita käytetään luodussa mallissa. Mallin perusteella kumpikaan case ei osoittautunut taloudellisesti kannattavaksi realistisilla skenaarioilla, mutta osa skenaarioista antaa potentiaalisia tuloksia mallin jatkokehitystä varten.
Suomi on asettanut tavoitteeksi olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä, lisäten uusiutuvan energian osuutta eri sektoreilla. Suomen tuulivoimakapasiteetti on kasvanut ja tulee kasvamaan merkittävästi jatkossakin. Tuulen vaihtelevaisuudesta aiheutuen, sähkön tuotanto ei aina vastaa kysyntää. Tämä on lisännyt tarvetta sähkön varastoinnille, johon P2X teknologiat ovat yksi potentiaalisimmista ratkaisuista. P2X:n perusidea on muuntaa sähkö muiksi energianmuodoiksi, kuten vedyksi (H2), mikä mahdollistaa myös päästövähennyksiä eri teollisuuden ja vaikeasti sähköistettävän liikenteen aloilla.
Kestävän P2X-tuotannon kaksi tärkeintä prosessia ovat vihreän vedyn- ja e-polttoaineiden tuotanto. Vihreää vetyä tuotetaan veden elektrolyysillä, jossa sähköä käytetään halkaisemaan vesimolekyylejä tuottaen vetyä ja happea. Tällä hetkellä kolme tärkeintä elektrolyysi teknologiaa ovat alkali (AEL), PEM, ja SOE. E-polttoaineita valmistetaan yhdistämällä vety hiilidioksidin (CO2) tai typen (N2) kanssa. Suomella on hyvät mahdollisuudet e-polttoaineiden tuotantoon ja vientiin, mutta ne eivät ole vielä kustannustehokkaita verrattuna fossiilisiin vaihtoehtoihin. Lainsäädännöllä on merkittävä rooli siinä, tuleeko vetytalous saavuttamaan suurta potentiaaliaan Suomessa.
Finland is set to be carbon neutral by 2035, increasing the share of renewable energy in different sectors. Also, the wind power capacity will grow significantly due to Finland’s great wind power potential. The wind has intermittent nature, meaning wind power production does not always meet the demand creating a growing need for electricity storage. P2X technologies are one of the most promising pathways for solving this. In P2X, electricity is converted into other forms of energy, like hydrogen (H2), also allowing the decarbonization of various industry sectors and hard-to-electrify transport applications.
Two key processes of sustainable P2X are green hydrogen and e-fuel production. Green hydrogen is produced with a water electrolysis process which splits water into hydrogen and oxygen. Currently, the three most relevant water electrolysis technologies are alkaline (AEL), proton exchange membrane (PEM), and solid oxide (SOE). E-fuels are produced by combining hydrogen with carbon dioxide (CO2) or nitrogen (N2). Finland has good e-fuel production and export opportunities, but these are not currently cost-efficient compared to fossil alternatives. The legislation significantly affects whether the hydrogen economy reaches its full potential in Finland.
Suomi on asettanut tavoitteeksi olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä, lisäten uusiutuvan energian osuutta eri sektoreilla. Suomen tuulivoimakapasiteetti on kasvanut ja tulee kasvamaan merkittävästi jatkossakin. Tuulen vaihtelevaisuudesta aiheutuen, sähkön tuotanto ei aina vastaa kysyntää. Tämä on lisännyt tarvetta sähkön varastoinnille, johon P2X teknologiat ovat yksi potentiaalisimmista ratkaisuista. P2X:n perusidea on muuntaa sähkö muiksi energianmuodoiksi, kuten vedyksi (H2), mikä mahdollistaa myös päästövähennyksiä eri teollisuuden ja vaikeasti sähköistettävän liikenteen aloilla.
Kestävän P2X-tuotannon kaksi tärkeintä prosessia ovat vihreän vedyn- ja e-polttoaineiden tuotanto. Vihreää vetyä tuotetaan veden elektrolyysillä, jossa sähköä käytetään halkaisemaan vesimolekyylejä tuottaen vetyä ja happea. Tällä hetkellä kolme tärkeintä elektrolyysi teknologiaa ovat alkali (AEL), PEM, ja SOE. E-polttoaineita valmistetaan yhdistämällä vety hiilidioksidin (CO2) tai typen (N2) kanssa. Suomella on hyvät mahdollisuudet e-polttoaineiden tuotantoon ja vientiin, mutta ne eivät ole vielä kustannustehokkaita verrattuna fossiilisiin vaihtoehtoihin. Lainsäädännöllä on merkittävä rooli siinä, tuleeko vetytalous saavuttamaan suurta potentiaaliaan Suomessa.