BCDC Advisory Boardiin eli neuvoa-antavaan yritystiimiin kuuluva Fortum Oyj on johtava puhtaan energian yhtiö, joka toimittaa sähköä, lämpöä ja jäähdytystä sekä älykkäitä ratkaisuja resurssitehokkuuden parantamiseen. Fortumin tavoitteena on edistää muutosta kohti puhtaampaa maailmaa yhdessä asiakkaidensa ja yhteiskunnan kanssa. BCDC Energia, Fortum, BCDC Advisory Board

Fortum Oyj jatkaa BCDC:n vierailublogaajana. Fortumin kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä vastaava kehitysjohtaja Tatu Kulla pureutuu sähköjärjestelmän joustavuutta käsittelevän kolmiosaisen postaussarjansa 2. osassa akkujen rooliin säätövoimana.

 

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 2:
Voiko akuilla korvata vesivoimaa säätövoimana?

Alunperin julkaistu 14.2.2018 Fortum ForEnergy blog -blogissa | Kirjoittaja: Tatu Kulla

Kuten edellisessä blogikirjoituksessani totesin, kääntyy keskustelu tuuli- ja aurinkoenergian lisäämisestä usein säätövoiman tarpeeseen. Pohjoismaissa vesivoima on ollut perinteinen säätövoiman lähde, mutta sähkövarastot – etenkin akut – ovat nousseet keskusteluissa vaihtoehtoiseksi säätövoiman lähteeksi. Kerron tässä blogissani kokemuksistamme sähkövarastoista ja kuvaan niiden roolia tulevaisuuden sähköjärjestelmässä. Keskityn tällä kertaa akkuihin ja jätän käsittelemättä esimerkiksi liike-energian varastointiin perustuvat teknologiat, kuten vauhtipyörät.

Litiumioni-akku on nykyisen akkuteknologian aatelia

Tällä hetkellä kaupallisesti mielenkiintoisin akkuteknologia on Litiumioni. Sen etuna on hyvä latausten ja purkausten kesto. Tyypillisesti Litiumioni-akun voi ladata ja purkaa (lataus + purku = sykli) noin 5 000 kertaa. Luku vaihtelee akkukemiasta toiseen. Vertailun vuoksi: perinteinen, esimerkiksi autoista yleisesti löytyvä lyijyakku kestää muutamia satoja lataussyklejä.

Litiumioni-akkujen etuna on myös varsin hyvä hyötysuhde, tyypillisesti noin 90 %. Tämä tarkoittaa sitä, että akustosta ja siihen liitetystä energiasta voidaan palauttaa käyttöön 90 % siihen alun perin varastoidusta energiasta. Litiumioni-akkujen tekninen kehitys ja valmistusmäärien kasvu ovat johtaneet myös samanaikaiseen teknisen suorituskyvyn paranemiseen ja hintojen (€/kWh) laskuun. Hintojen laskun myötä litiumioni-akuille onkin löytynyt laajasti käyttöä niin sähköautojen akkuina, kulutuselektroniikassa kuin sähköjärjestelmän sovelluksissa.

Montako akkua tarvitaan korvaamaan Oulujärven varastokapasiteetti säätövoimana?

Olisiko akuista korvaajaksi esimerkiksi vesivoimalle säätövoiman lähteenä? Vastaus on kyllä ja ei. Tehdään sitä varten pieni ajatusleikki ja tutkitaan esimerkkinä, mitä Oulujärven ja siitä vetensä saavien Oulujoen vesivoimaloiden korvaaminen akuilla käytännössä tarkoittaisi. Teen tässä ajatusleikissä tosielämästä poikkeavan rajauksen ja tarkastelen Oulujärveä suljettuna varastona. Toisin sanoen, sinne ei virtaa yhtään lisää vettä.

Oulujärven varastokapasiteetti lupaehtojen rajoissa on varovaisesti arvioituna noin 300 gigawattituntia (GWh, 1GWh = 1 000 MWh). Oulujoen laitosten säätökyky puolestaan on parhaimmillaan ja optimitilanteessa noin 400 MW (minimituotannosta maksimituotantoon). Tässä vertailussa otan pienen etukenon tulevaisuuden hintatasoon ja oletan, että markkinoilta voisi hankkia asennettuna 1MW/1MWh akuston tarvittavine oheislaitteineen 500 000 eurolla. (1MW/1MWh tarkoittaa, että akkua voidaan ladata ja purkaa 1 MW teholla enintään tunnin ajan).

Jos siis haluaisimme korvata Oulujoen yhden tunnin säätökyvyn litiumioni-akuilla, tarvitsisimme niitä 400 kappaletta. Yhden akun maksaessa puoli miljoonaa euroa tarkoittaisi tämä 200 miljoonan euron investointia. Mikäli haluaisimme korvata koko Oulujärven varastokapasiteetin akuilla, niitä tarvittaisiin 300 000 kappaletta. Tämän investoinnin arvo olisikin sitten jo 150 miljardia euroa. Summaa voi verrata vaikkapa Suomen valtion budjettiin, joka kuluvalle vuodelle on 55,7 miljardia euroa. Uskallan siis väittää, että vesivoima on edelleen merkittävästi akkuja kustannustehokkaampi ratkaisu sähkövarastona.

Oulujärven korvaaminen energiavarastona akuilla veisi myös merkittävän määrän aikaa. Bloomberg New Energy Finance on ennustanut, että vuonna 2030 globaalin akkumarkkinan koko olisi 305 GWh. Tämä tarkoittaa sitä, että Oulujärven korvaamiseen tarvittavien akkujen valmistamiseen kuluisi vuoden 2030 vuotuinen globaali akkutuotanto. Toinen huomionarvoinen seikka on se, että tällainen akkujärjestelmä vaatisi melkoisesti tilaa. Jos 1MW/1MWh akkujärjestelmä mahtuu 40-jalkaiseen merikonttiin, varovaisesti arvioiden 300 GWh:n akkujärjestelmä vaatisi tilaa varoalueineen vähintään noin 30 neliökilometriä eli Keravan kokoisen kaupungin pinta-alan verran.

Kannattaako tuulivoimaa varastoida akkuihin nykyteknologialla?

Toinen esimerkki akkujen käytöstä sähkön varastointiin voisi olla tuulivoiman varastointi tuulisilta tunneilta käytettäväksi tunneilla, jolloin ei tuule. Oletetaan edelleen, että 1MW/1MWh akku maksaa puoli miljoonaa euroa asennettuna ja toisaalta oletetaan, että akku kestää 5 000 sykliä. Näillä oletuksilla voidaan helposti laskea, että akun on saatava 500 000 € / 5000 = 100 € tuottoa jokaisesta lataus-purku -syklistä, jotta akku maksaisi itsensä takaisin. Tämä laskelma ei ota huomioon pääomakustannuksia eikä myöskään investoijan tuottovaatimuksia. Tähän tuottotasoon olisi kuitenkin hankala päästä. Esimerkiksi vuoden 2017 aikana oli vain yksi vuorokausi (11.10.2017), jolloin vuorokauden halvimman ja kalleimman sähkön tuntihinnan ero Suomessa ylitti 100 euroa.

Akkujen etuna sähäkkä ja tarkka säädettävyys

Vaikka suurimittainen sähkön varastointi akuilla ei olekaan vielä kannattavaa, on akuilla lukuisia potentiaalisia käyttökohteita sähköjärjestelmässä. Akkujen etuna vaikkapa vesivoimaan verrattuna on erittäin nopea ja tarkka säädettävyys. Esimerkiksi Fortumin akku Järvenpäässä (kuvassa ylhäällä) pystyy vaihtamaan tilansa täydeltä lataukselta täydelle purulle alle sekunnissa. Oulujoella puolestaan pystytään nostamaan tuotanto optimioloissa minimitasolta maksimiin noin viidessä minuutissa.

Kantaverkon taajuuden ylläpitoa varten on olemassa taajuussäätömarkkinat, insinöörikielellä FCR-N ja FCR-D. Siellä markkinatoimijat myyvät kantaverkolle nopeasti verkon taajuuden muutoksiin reagoivaa tuotantokapasiteettia, siis kykyä säätää tuotantoa tai kulutusta muutaman sekunnin kuluessa. Koska näillä markkinoilla maksetaan kyvystä, sopivat akut niiden tarpeisiin erittäin hyvin.

Alkuperäiseen kysymykseen palatakseni: Olisiko akuista siis säätövoiman lähteeksi? Ainakaan nykyteknologian valossa akkuja ei kannata käyttää sähkön varastointiin halvoilta tunneilta kalliille. Sen sijaan niille voi löytyä käyttöä siellä, missä on hyötyä akkujen kyvystä säätää erittäin tarkasti ja nopeasti. Uskonkin, että akut voivat ajan mittaan ottaa paikkansa osana sähköjärjestelmää osallistumalla nopeimpaan säätöön ja vapauttamalla näin muuta säätövoimaa energiaintensiivisempään säätötoimintaan.

 

Kirjoittaja:

Tatu Kulla, Fortum, BCDC Energia, BCDC Advisory Board, säätövoima, kysyntäjousto, vesivoima, akkuTatu Kulla
Kehitysjohtaja
Fortum Oyj
Tatu Kulla vastaa muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä. Aiemmin hän on vastannut Fortumin Suomen ja Ruotsin vesivoimaa (4 650 MW) ohjaavan vesivoimavalvomon toiminnasta.

Lue sarjan ensimmäinen osa:
Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 1: Miksi säätövoimalla on väliä?

 

kysyntajousto

Aiheeseen liittyviä artikkeleita