Sähköä ja lämpöä pahan päivän varalle

Energian varastointi ratkaisee?

22.08.2023, kello 15:36

Teksti Petri Sallinen | Kuva Scanstockphoto

Energiavarasto on keino paikkailla sähköntuotannon reikiä. Paikkailun tarve kasvaa, kun tuuli- ja aurinkovoiman kaltaiset tuotantomuodot yleistyvät. Kaukolämpöverkoissa lämpöakkuja on käytetty jo pitkään. Samalla sähkön varastoimiseen soveltuvien akkujen kilpailukyky on vahvistunut nopeasti.

Kulutusjousto, energian varastointi, omatuotanto ja energiayhteisöt — muutoksen tuomia ilmiöitä, joista ei takavuosina paljon piitattu. Nyt ilmiöistä on tulossa uuden ajan energiajärjestelmän tärkeitä rakennuspalikoita.

Kulutusjoustojen, energiavarastojen ja muiden energiankäyttöä ohjaavien menetelmien avulla voidaan paikkailla — eli säätää — arvaamattomasti käyttäytyvien tuotantotapojen jättämiä reikiä. Ennen tuulivoiman ja aurinkovoiman kaltaisten tuotantomuotojen reikiä paikkailtiin nopeasti mukautuvien vesivoimalaitosten avulla. Vesivoiman määrä ei kuitenkaan kasva nykyisestä — ja jos vanhojen laitosten tehonkorotukset tarjoilevat jonkin verran tehoja lisää, ei tämä riitä kattamaan kasvavan tuulivoiman ja aurinkovoiman tarpeita.

”Otetaan ensin käyttöön helpoimmat ja halvimmat ratkaisut” on periaate, jota myös vaihtelevan tuotannon paikkailussa noudatetaan. Uudessa ajassa aikaisemmin hyvin kalliiden energian varastointimenetelmien kilpailukyky on kuitenkin parantunut. Energian varastoinnista keskusteltiin WEC Finland ry:n webinaarissa.

Onko sähköautojen akuista varastoiksi?

Sähköisen liikenteen kasvu voi tuottaa energiajärjestelmän käyttöön suuren määrän sähkövarastoja — jos sähköautojen akut saadaan aktiiviseen käyttöön. Tampereen yliopiston professori Pertti Järventausta kuitenkin muistuttaa, että kansakunnat panostavat sähköisen liikenteen kehittämiseen muista syistä.

— Ilmanlaatua halutaan parantaa ja melua vähentää etenkin suurissa kaupungeissa. Öljyriippuvuuden vähentäminen on taustalla vaikuttava suurin poliittinen tekijä. Samalla autoteollisuuden kilpailuasetelma muuttuu pysyvästi, kun keskenään kilpailevat valmistajat siirtyvät tuottamaan sähköautoja poliittisen ohjauksen vaikutuksesta.

Järventausta huomauttaa, että kaikissa maissa taustalla ei edes vaikuta halu vähentää liikenteen hiilidioksidipäästöjä. Jos sähköautojen käyttämä sähkö tuotetaan kivihiilellä, tuottaa sähköinen liikenne samat hiilidioksidipäästöt kuin fossiilisia polttoaineita käyttävä liikenne.

— Sähköinen liikenne ratkaisee kuitenkin monta katutason ongelmaa.

Jokainen ladattava sähköauto on sähköverkon kannalta uusi kuorma. Siksi latauksen ohjattavuus on aivan oleellinen asia, kun järjestelmää kehitetään. Vuodeksi 2030 asetettu tavoite 250 000 sähköautosta ei vielä aiheuta ongelmia suomalaisille sähköverkoille. Sähköverkojen tehonsiirtokapasiteetti riittää myös 750 000 sähköauton lataukseen. Näin suuri sähköautojen määrä tuo uusia haasteita.

— Uhkana on sähkönlaadun heikentyminen, eli jännitteen säröytyminen, Järventausta huomauttaa.

Järventaustan mielestä sähkönlaatuun liittyvät kysymykset on otettava tarkasti huomioon, kun järjestelmiä ja standardeja suunnitellaan.

Tehomaksuista kannuste?

Energiajärjestelmä on laaja kokonaisuus, jossa käyttäjien tekemisiä ohjaavat teknisten ratkaisuiden lisäksi kaupalliset vaikuttimet. Esimerkiksi energiakriisin aikana hinta vaikutti voimakkaasti siihen, miten kansalaiset sähköä käyttivät. Järventaustan mielestä sähkönkäytön ohjaus pelkän hinnan avulla aiheuttaa kuitenkin kulutuspiikkejä, jotka kuormittavat sähköverkkoja.

— Tehojenhallinta on sähkönkäytön suuri haaste. Tehomaksu antaisi kotitalouksille kannusteen hallita sähkötehon käyttöään. Älykäs ohjaus yhdessä tehoperusteisen maksun kanssa tuottaa tutkitusti merkittäviä säästöjä.

Tehoperusteisia verkkopalvelumaksuja on kokeiltu Suomessa ja niitä on käytössä jonkin verran. Niiden käyttö on painottunut suuria tehoja tarvitsevaan teollisuuteen. Kotitalousasiakkaiden osalta niiden tariffikäytännöt ovat kirjavia.

Järventausta arvioi tehoperusteisten maksujen yleistyvän myös kotitalousasiakkaiden keskuudessa. Odotettavissa on ainakin työ- ja elinkeinoministeriön esitys, joka harmonisoisi tehoperusteiset verkkopalvelumaksut Suomessa.

Kulutusjoustoissa vielä tehtävää

Kulutusjoustojen tulemista kotitalouksien sähkönkäyttöä ohjaamaan on odotettu jo kymmenen vuotta. Paljon on puhuttu, mutta vähän on saatu aikaiseksi. Järventaustan mielestä tekemistä on vielä paljon ennen kuin kulutusjoustoista on todellista apua tehojen hallintaan.

— Kotitalouksilla on jo nyt paljon kuormituksia, joita voitaisiin ohjata ilman, että niiden ohjaaminen vaikuttaisi asumismukavuuteen. Monissa uusissa kotitalouslaitteissa on verkkoyhteydet ja älykkäitä ominaisuuksia. Laitteet eivät kuitenkaan kommunikoi keskenään, koska niiden kesken ei ole yhtenäistä ohjaussignaalia eikä ohjausta tehon näkökulmasta.

Jos kotitalouksien omistamien sähköautojen akut valjastettaisiin sähköverkkojen tarpeita varten akkuvarastoiksi, niin kuka käyttäisi akkuja? Jos sähköautolla ajetaan päivittäin keskimäärin 50 kilometriä, niin käyttökapasiteettia varastoakkuina olisi ainakin tarjolla.

Entä mikä on etäluettavien sähkömittareiden rooli tulevaisuudessa? Jokaisella sähkönkäyttäjällä on verkkoyhtiön asentama ja omistama mittari, joka mahdollistaa kulutusjoustojen todentamisen. Verkkoyhtiöt eivät kuitenkaan ole aktiivisia osapuolia markkinaperusteisten kysyntäjoustojen hyödyntämisessä.

Järventausta huomauttaa, että kaikkia sähköjärjestelmän muutoksia ei ole vielä koettu. Toteutuuko esimerkiksi paljon visioitu vetytalous? Jos se toteutuu, niin markkinoille työntyy valtava määrä uutta tuulisähköä, joka syrjäyttää muita tuotantomuotoja markkinoilta.

— Tarvitaanko sähköautojen akkukapasiteettia enää tämän jälkeen tasaamaan tuotantoaukkoja sähköverkoissa tai jääkö vielä suunnittelupöydillä lepääville pienydinvoimalaitoksille tilaa markkinoilla?

Alueelliset erot jakeluverkkotoiminnassa kasvavat. Tämä heijastuu myös tarpeisiin ohjata jakeluverkkotoimintaa. Syntyykö esimerkiksi jakeluverkkotasoisia reservimarkkinoita?

— Jakeluverkkoyhtiöiden toimintaa ohjaavaan valvontamalliin on kaavailtu joustokannustimia. Tämä tarkoittaisi sitä, että alueellinen jakeluverkkoyhtiö voisi ostaa asiakkailtaan joustavaa kapasiteettia. Jakeluverkkotoiminnan kannalta tämä olisi vaihtoehto uusille verkkoinvestoinneille, Järventausta pohtii.

Järventausta korostaa kokonaisuuksien hallintaa. Kiinteistön koko sähkönkäyttö ja sen ohjaus pitäisi nähdä kokonaisuutena — samoin koko sähköjärjestelmä, jonka toimintaan vaikuttavat tariffit, markkinasäännöt, verkkoyhtiöiden säätely ja viranomaistoiminta.

Akkuvarastoinnin hinta laskee

Sähkön varastointiin käytettävien akkujen hinta on laskenut tasaisesti jo vuosia. Kun akkuun varastoitavan kilowattitunnin investointikustannus oli lähes 400 dollaria vuonna 2015, oli se viime vuonna enää 130 dollaria.

Samalla akkuvarastojen kapasiteetin odotetaan kasvavan hurjaa vauhtia. Jos arviot toteutuvat, voidaan eri puolille maailmaa rakennettuihin akkuihin varastoida yhteensä 4500 gigawattituntia sähköä — tällä hetkellä sähköverkoja palvelevien akkujen kapasiteetti on vain muutama gigawattitunti.

— Energiakriisi ja Venäjän hyökkäys Ukrainaan nostivat akkuvarastojen hintaa hetkellisesti. Hinnat kuitenkin laskevat jatkuvasti. Hintojen laskua voi vauhdittaa liikenteestä poistuvien sähköautojen akkujen ilmaantuminen varastoakkumarkkinoille, toteaa AFRYn Nikita Semkin.

Sähköjärjestelmässä suurikokoisille akuille on monta käyttökohdetta. Niiden avulla voidaan hoitaa esimerkiksi reservimarkkinoiden tai pörssisähkömarkkinoiden tarpeita. Akkuvarasto auttaa myös paikallisesti tasaamaan huippukuormitustilanteita tai alueelliset jakeluverkkoyhtiöt voivat korvata akkuvarastolla osan sähköverkkoinvestoinneista.

Semkin arvioi, että akkuvarastointiin perustuva liiketoiminta keskittyy Suomessa tyydyttämään reservimarkkinoiden tarpeita. Reservimarkkinoilla akkujen sisältämällä sähköllä ylläpidetään valtakunnallisen sähköverkon tehotasapainoa ja varmistetaan sähköverkon taajuuden säilyminen 50 hertsissä.

— Akkuvarasto kykenee reagoimaan sekunneissa, jos voimalaitos syystä tai toisesta tipahtaa verkosta. Akkuvaraston vahvuus on nopeus, Semkin toteaa.

Pienet markkinat — nopea kyllästyminen

Sähköjärjestelmään liittyvien reservien ylläpitäminen on kantaverkkoyhtiöiden tehtävä. Yleensä kantaverkkoyhtiöt kilpailuttavat reservitarpeensa — eivät ylläpidä niitä itse. Kilpailutuksissa akkuvarastojen omistajat osallistuisivat reservikapasiteetin kilpailutukseen.

Semkin ei kuitenkaan usko, että pelkät reservimarkkinat tuottavat riittävästi pohjaa akkuvarastoihin investoineiden yritysten liiketoiminnalle.

— Reservimarkkinat ovat pienet ja ne kyllästyvät nopeasti etenkin Suomessa. Siksi akkuvarastoihin liiketoimintansa perustavien yhtiöiden on osallistuttava myös muille markkinoille — tarjottava palveluitaan esimerkiksi pohjoismaisille spot-markkinoille.

Akkuvarastojen rakentaminen on suhteellisen nopeaa. Niiden rakentaminen ei edellytä esimerkiksi ympäristölupaa.

Akkuvarastojen kovimmat kilpailijat saattavat ilmaantua vetytalouden piiristä, koska vety on oivallinen tapa varastoida energiaa.

— Akkuvarasto ei sovi joka paikkaan, koska yleensä akkuvarasto voidaan purkaa ja ladata vain kerran vuorokauden aikana, Semkin huomauttaa.

Akkuvaraston omistaja hyötyy sähkön hintavaihteluista. Akkuja ladataan, kun sähkö on halpaa ja puretaan, kun se kallista. Hankaluutena on kuitenkin hintavaihteluiden ennustaminen.

— Investoijan kannalta akkuvarasto on aivan erilainen kohde kuin voimalaitos, Semkin huomauttaa.

Litium jyrää — muuta ei tiedossa

Litiumiin perustuva akkuteknologia on ylivoimaisin. Asetelma ei muutu lähitulevaisuudessa, vaikka muitakin teknologioita on kehitteillä. Näin toteaa Hitachi Energyn tuotekehitysjohtaja Björn Nyberg.

— Litiumakkuvaraston lataaminen kestää noin tunnin. Akkuja ei saa ladata aivan piripintaan, koska se lyhentää niiden elinikää. Yleensä akkuvarastosta ladataan 80–90 prosenttia. Kun näin toimitaan, on varaston elinikä 15–20 vuotta.

Nybergin mukaan akkuvarastojen kilpailukyky on riippuvainen siitä, millaiseksi energiajärjestelmä kehittyy. Parhaimmillaan akkuteknologia on silloin, kun energiajärjestelmä on hajautettu. Sääriippuvaisen sähköntuotannon kasvu parantaa akkuvarastojen kilpailukykyä etenkin säätösähkön ja reservisähkön tuotannossa.

— Sähköjärjestelmän säätämisessä tarvittava sähkö tuotetaan yhä useammin markkinaehtoisesti. Verkkoyhtiöt eivät haluaa omistaa itse reservituotantoa, vaan ostavat säätöä ja reservituotantoa muilta osapuolilta. Samalla myös akkuvarastojen omistajat joutuvat kilpailemaan muiden samankaltaista palvelua tuottavien yritysten kanssa.

Nybergin mielestä akkuvarastot ovat vahvoilla silloin, kun varastoja käytetään usein. Pitkäaikaiseen sähkön varastointiin akkuvarasto ei ole hyvä ratkaisu.

Akkuvarasto saattaa sopia myös tuulipuiston tai aurinkovoimalaitoksen yhteyteen. Akkuihin varastoidulla sähköllä voidaan kompensoida tuotantoennusteissa tapahtuneita virheitä.

— Färsaarten sähköntuotanto perustuu puhtaasti tuulivoimaan. Tuulivoimalaitosten rinnalla on akkuvarasto sellaisia päiviä varten, jolloin ei tuule, Nyberg kertoo.

 

#energiamarkkinat #sähköverkot