Edellisessä artikkelissa tutkittiin mahdollisuutta rakentaa pumppuvoimala käyttäen Lokkaa ja Porttipahtaa vesialtaina. Lasketaan nyt ihan äärimmäinen esimerkki pumppuvoimalasta, jolla oikeasti olisi suuri merkitys sähkövarastona, mutta jota ei koskaan tulla rakentamaan. Käytetään yläaltaana Päijännettä ja ala-altaana Suomenlahtea.
Päijänteen pinta-ala on 1080 km² ja pinnankorkeus 78 m. Lähtöarvot ovat paljon paremmat kuin Lokka-Porttipahdassa, joiden hyödyllinen korkeusero on vain kahdeksan metriä. Päijänteestä porataan Suomenlahteen tunneli ja sen suulle asennetaan vesiturbiinit ja pumput. Reilu korkeusero muodostaa melkein kahdeksan barin paineen, joten turbiiniksi soveltuu hyvin Francis-turbiini. Samaa turbiinia voidaan käyttää myös pumppuna ja generaattoria moottorina.
Päijänteestähän johtaa jo ennestään tunneli pääkaupunkiseudulle, jonka kautta tuodaan raakavesi pääkaupunkiseudun vesijohtoverkostoon. Päijänne-tunneli on 120 km pitkä, joka tekee siitä maailman toiseksi pisimmän kalliotunnelin. Tunnelissa on myös pieni vesivoimala, mutta tähän suunniteltuun pumppuvoimalaan tarvitaan isompi tunneli. PALJON isompi.
Potentiaalienergia lasketaan kaavasta E = mgh, jossa m on (veden) massa, g on Maan painovoiman kiihtyvyys ja h on korkeusero.
Käytetään hyväksi yhden metrin pinnankorkeuden vaihtelua Päijänteessä. Tämä vastaa yhden kuutiokilometrin vesimäärää. Enemmänkin voisi käyttää, mutta Päijänteen rantojen asukkaat tuskin pitäisivät siitä, että järven pinta heiluu yli metrin. Ei oteta tällä kertaa hyötysuhdetta huomioon, koska sillä ei ole merkitystä lopputuloksen kannalta. Myöskään veden virtaushäviöitä ei oteta huomioon. Lasketaan:
E = 1 080 000 000 t x 9,81 m/s² x 78 m = 16 203 GJ = 827 237 GJ ~ 230 000 MWh
Päijänteen pumppuvoimalaan voitaisiin varastoida 230 000 megawattituntia. Määrä vastaa Olkiluoto 3:n kuuden vuorokauden tuotantoa, tai kaikkien Suomen tuulivoimaloiden kahden ja puolen vuorokauden täyden tehon tuotantoa. 230 000 megawattituntia riittää sähköistämään Suomen kokonaisen vuorokauden ajaksi.
Teoriassa, jos oletetaan:
- Suomen sähkönkulutukseksi 10000 MW
- Rakennetaan 30000 MW tuulivoimaa
- Tuulivoima toimii kapasiteettikertoimella 0,33
- Tehovaihtelu olisi jokseenkin tasaista ja säännöllistä
- Yli vuorokauden mittaisia tuulettomia jaksoja ei esiinny
- Päijänne on täyteen pumpattu aina ennen kuin tuulivoima pysähtyy vuorokaudeksi
Näillä oletuksilla tämä yksi pumppuvoimala yhdessä tuulivoiman kanssa voisi sähköistää koko Suomen. Luonnollisesti, jos hyödynnetään Päijänteen pinnankorkeudesta kaksi metriä, nämä määrätkin kaksinkertaistuvat.
Tuottaakseen 10000 megawatin tehoa, pitää vettä juoksuttaa turbiinien läpi yksi kuutiokilometri vuorokaudessa, 12000 kuutiometriä sekunnissa. Määrä vastaa Rein-joen suurinta virtaamaa. Jos Päijänteestä Suomenlahteen tehdään yksi tunneli, jonka halkaisija on 17 metriä (maailman suurin tunnelipora), veden virtausnopeudeksi tulisi 50 metriä sekunnissa. Realistinen nopeus olisi ehkä viisi metriä sekunnissa, joten tunneleita tarvitaan kymmenen kappaletta.
Järjestelmän varjopuolena on Suomenlahden suolaisuus. Latausvaiheessa Päijänteeseen joudutaan pumppaamaan merivettä, joka aikaa myöten pilaa järven ja tekee myös pääkaupunkiseudun vedenoton Päijänteestä mahdottomaksi.
Vaikka idea on megalomaaninen ja täysin epärealistinen, se on hyvä ajatusleikki ja esimerkki siitä, millaisista mittasuhteista puhutaan, jos kokonaisen maan sähköjärjestelmä halutaan saada toimimaan pelkästään vaihtelevatuottoisen energialähteen turvin ilman kysyntäjoustoa ja siirtoyhteyksiä muihin maihin. Vastaavan kokoinen sähkövarasto voidaan tehdä myös Tesla Model X Long Range -mallin 100 kWh akuista. Niitä tarvitaan 2,3 miljoonaa kappaletta.
Sähköä ei sellaisenaan voi varastoida, mutta sähköllä voidaan tehdä jotain, jolla sitten myöhemmin voidaan tuottaa uutta sähköä. Akussa muutetaan sähkövirran avulla akun sisäistä kemiaa, jolla voidaan sitten tuottaa uutta sähköä saattamalla kemialliset reaktiot toimimaan toiseen suuntaan. Pumppuvoimalassa sähköllä pumpataan vettä alhaalta ylös, jolloin siitä voidaan tuottaa uutta sähköä laskemalla vesi takaisin alas. Sähkövaraston rakentamiseksi tarvitaan joku kemiallinen tai fysikaalinen ilmiö, jota voidaan hyödyntää vastaavalla tavalla. Tällä hetkellä ei tunneta sellaista ilmiötä, josta varmuudella voitaisiin sanoa, että varastoinnin ongelma sähköverkon vaatimassa mittakaavassa on ratkaistavissa tulevaisuudessa. Varsinaista teknistä estettä ei ole vaikka riittävän akkumäärän valmistamiseksi, mutta maailman raaka-aineet eivät siihen riitä, ja järjestelmästä tulisi aivan tähtitieteellisen hintainen.
Pumppuvoimala on kustannustehokkain ja skaalautuvin kaikista käytettävissä olevista sähkön varastointimenetelmistä. Maailman suurin pumppuvoimala on Fengning Pumped Storage Power Station Kiinassa. Sen altaiden korkeusero on 425 metriä, teho 3600 MW ja kapasiteetti 40000 MWh. Päijänteen kapasiteetti olisi melkein kuusi kertaa suurempi.
Mielenkiintoisena yksityiskohtana tätä kirjoittaessani huomasin, että Päijänteen suurin syvyys on 95 metriä, eli 17 metriä merenpinnan alapuolella.
Gaia 