Uusiutuvaan energiaan perustuvan sähkön- ja lämmöntuotannon kapasiteetti voi vaihdella paljonkin sääolosuhteiden mukaan. Energiaa olisi kuitenkin saatava käyttöön jatkuvasti. Kun fossiilisten polttoaineiden osuutta tuotannossa vähennetään, tarvitaan entistä parempia ja tehokkaampia vaihtoehtoja energian varastointiin. Innovatiivisia uusia hankkeita on vireillä Suomessakin.
AKKUJA ON käytetty maailmalla pitkään energian varastoinnin
erilaisissa sovelluksissa.
Määritelmällisesti akku on laite, johon energiaa voidaan
varata ja josta sitä voidaan tarvittaessa purkaa. Ensimmäiset
lyijyakut kehitettiin 1850-luvulla, minkä jälkeen niiden eri versioilla
on ollut paljon käyttöä muun muassa ajoneuvojen sähköjärjestelmissä.
Arkeologit ovat löytäneet Irakista ja Egyptistä
huomattavasti vanhempiakin akkujen ja paristojen esiasteita,
joita on mahdollisesti käytetty elektrolyyttiseen pinnoitukseen.
Uudemmissa käyttötilanteissa akkuja on sovellettu energiavarastoina
esimerkiksi keskeytymättömän sähkönsyötön UPSlaitteissa.
Niillä voidaan turvata vaikkapa tärkeiden viestintäja
tietojärjestelmien sekä lääkintälaitteiden toimintaa sähkökatkojen
sattuessa.
Toisaalta sähköautojen yleistyminen on tuonut ajoneuvoihin
uudenlaista akkutekniikkaa, jonka kysyntä ja valmistus
lisääntyvät koko ajan.
Uusia akkuja ja akkumateriaaleja
Vielä joitakin vuosia sitten nikkeli-kadmium-akut (NiCad) olivat
yleisiä voimanlähteitä vaikkapa kannettavissa radiopuhelimissa
ja muissa ladattavissa sähkölaitteissa.
Nykypäivän tietokoneet ja GSM-puhelimet varustetaan
kuitenkin yleensä litium-ioni-akuilla, jotka varaavat energiaa
paremmin. Ne antavat siis laitteille enemmän käyttöaikaa.
Niinpä ne ovat sopiva vaihtoehto myös täyssähköautoihin,
joissa tarvitaan pitkää toimintasädettä yhdellä latauksella.
Eurooppaan on tätä nykyä suunnitteilla noin 1 200 gigawattitunnin
verran akkukennotuotantoa vuoteen 2030 mennessä,
joten EU-maissa tarvitaan paljon akkumateriaalien tuotantoa.
Tämä on Suomessa huomattu esimerkiksi Vaasassa,
missä viime vuosina on kehitelty monenlaisia akkuteollisuussuunnitelmia.
Alkuvuodesta 2021 Johnson Matthey -yhtiö ilmoitti perustavansa
Vaasaan kestävän kehityksen mukaisen akkumateriaalitehtaan.
Sittemmin yhtiö kuitenkin myi akkuliiketoimintansa,
joten tämä hanke ei edennyt.
Vuoden 2022 lopulla Epsilon Advanced Materials ja Suomen
Malmijalostus Oy sen sijaan solmivat aiesopimuksen,
jonka puitteissa Vaasaan harkitaan anodimateriaalitehtaan
perustamista. Laitos toimittaisi raaka-aineita Euroopan akkuja
akkukennotehtaille. Vaasassa tehtaalle on jo tehty tonttivaraus,
ja ympäristövaikutusten arviointimenettely on alkamassa
vuonna 2023.
”Akkuja on käytetty
maailmalla pitkään
energian varastoinnin
erilaisissa sovelluksissa.
Uutta akkuteollisuutta rakennetaan juuri nyt ulkomaillakin.
USA:ssa autonvalmistaja Ford ilmoitti helmikuussa 2023 suunnittelevansa
Michiganiin sähköautojen akkutehdasta, joka valmistaisi
vuosittain akkuja 400 000 sähköautolle.
Fordin uuden tehtaan on määrä valmistaa sähköautoille
sekä litium-rautafosfaattiakkuja (LFP) että nikkeli-koboltti-mangaaniakkuja
(NCM). Hankkeeseen on ainakin näillä näkymin
tulossa mukaan myös kiinalainen CATL-yhtiö, joka on maailman
suurin sähköautoakkujen valmistaja.
Tehtaan arvioidaan olevan toiminnassa vuonna 2026.
Investoinnin arvo on 3,5 miljardia dollaria.
Sen sijaan Britanniassa vireillä ollut jättimäinen Britishvolt-
akkutehdashanke Northumberlandissa kaatui vuodenvaihteessa 2022–23 rahoitusvaikeuksiin. Tehtaan oli määrä
elvyttää paikallista autoteollisuutta ja tuoda maahan tuhansia
uusia työpaikkoja. Projektia yritetään vielä pelastaa etsimällä
uusia sijoittajia.
Kaukolämmölle vesivarastoja
Kun fossiilisen energian käyttö vähenee valtakunnallisessa
sähköntuotannossa, tarvitaan sähkövarastoja tasapainottamaan
tuuli- ja aurinkoenergian kysynnän ja tarjonnan huippuja.
Tuulivoimalaitoksista ja aurinkopaneeleista saadaan
aika ajoin liikaa sähköä, toisinaan taas liian vähän.
Tätäkin energiaa voidaan varastoida perinteisiin akkuihin,
mutta sellaisia tarvittaisiin paljon. Suurten akkuvarastojen
rakentaminen olisi epäkäytännöllistä.
Monissa kaukolämpöyhtiöissä sen sijaan varastoidaan voimalaitosten
tuottamaa ylijäämäenergiaa isoihin vesivarastoihin,
joista energiaa saadaan kaukolämpöön tai kaukojäähdytykseen.
Esimerkiksi Helsingin energiayhtiö Helen on rakennuttanut
sekä kaukolämmön että kaukojäähdytyksen käyttöön maanalaisia
vesivarastoja. Pasilassa maanalainen järvi varastoi kylmää
vettä kaukojäähdytystä varten. Halkaisijaltaan 20-metrisessä
ja yli 30 metriä syvässä järvessä on 11 miljoonaa litraa
vesijohtovettä. Toinen suuri jäähdytysvesivarasto sijaitsee
Esplanadin
puiston alapuolella.
Kaukojäähdytyksen tarve vaihtelee kesän sääolosuhteiden
mukaan. Maanalaisissa vesivarastoissa jäähdytysvesi pysyy
viileänä ympäri vuoden. Kaukojäähdytyksen avulla kiinteistöissä
oleva ylimääräinen auringon lämpö voidaan jalostaa
hyötykäyttöön sopivaksi ja edelleen siirtää kaukolämpöverkkoon.
Mustikkamaan saaren alapuolella on Helen-yhtiön kaukolämpöluolia,
jotka on täytetty vedellä ja joita käytetään helsinkiläisten
kotien lämmitykseen. Luolien kokonaistilavuus on 320
miljoonaa litraa ja ne otettiin käyttöön vuonna 2021.
Lämpöluolat tasaavat kaukolämpöverkon kulutushuippuja
vuoden ympäri. Niihin voidaan varastoida esimerkiksi jätevesien
ja kiinteistöjen hukkalämpöä ja sitten ottaa sitä käyttöön
tarpeen mukaan. Helenin lämpöluolaan sijoitetun veden lämpötila
vaihtelee noin +45 °C ja +100 °C välillä.
Lämpövarastojen hyödyntämiseen liittyy myös suuri lämpöpumppulaitos
Helsingin Sörnäisissä, Katri Valan puiston alapuolella.
Helen selvittelee myös merivesilämpöpumppujen hyödyntämistä.
”Tuulivoimalaitoksista
ja aurinkopaneeleista
saadaan aika ajoin liikaa
sähköä.
Hiekka-akku Kankaanpäässä
Ylimääräistä lämpöenergiaa on mahdollista varastoida paitsi
veteen myös esimerkiksi hiekkaan.
Tamperelaisyritys Polar Night Energyn kehittämässä ratkaisussa
liikaenergiaa – kuten aurinko- tai tuulivoiman ylituotantoa
– varastoidaan hiekkaan lämpöenergiana. Sen jälkeen
sitä voidaan tarvittaessa luovuttaa kaukolämpöverkkoon tai
kiinteistöille kysyntähuipputilanteissa.
Tätä innovaatiota varten Suomessa on otettu käyttöön
maailman ensimmäinen ”hiekka-akku”, joka sijaitsee Kankaanpäässä
ja jota koekäytetään yhteistyössä paikallisen kaukolämpöyhtiön
Vatajankoski Oy:n kanssa. Akun lämpöä siirretään
kaukolämmöksi.
Kankaanpääläisen kaukolämpölaitoksen pihalle rakennetun
ja kesällä 2022 käyttöönotetun lämpövarastojärjestelmän
keskeinen osa on teräslieriötyyppinen hiekka-akku, jonka
korkeus on seitsemän metriä ja jossa on sata tonnia hiekkaa.
Sitä lämmitetään sähkövastuksen kuumentamalla ilmalla yli
+500 °C:n lämpötilaan. Akun lämmitysteho on 100 kW (kilowattia)
ja varastoimiskyky 8 MWh (megawattituntia). Hankkeessa
on mukana muun muassa Schneider Electric, joka on
toimittanut energiavarastolle automaatiojärjestelmän.
Ennen kuin akku rakennettiin Kankaanpäähän, Polar
Night Energy testasi hiekka-akun periaatetta Tampereella pienemmässä
koelaitoksessa, jossa hiekkaa oli 42 tonnia.
Paineilmaa ja vetyä
Tuulivoimalaitosten ylijäämäsähkön varastointiin kehitellään
maailmalla muitakin ratkaisuja. Englannin Manchesterissä
testataan Highview Power -yhtiön uudentyyppistä 50 MW:n
tehoista tuulivoimalaa, jonka yhdeksi osaksi on rakennettu paineilmasäiliö.
Laitoksen omalla ylijäämäsähköllä toimiva painepumppu
puristaa ilmaa ylipaineella nestemäiseksi ja samalla erittäin
kylmäksi. Tuulettomina päivinä säiliön venttiili voidaan avata,
jolloin lämpenevä ja laajeneva ilma pyörittää voimalaitoksen
turbiinia samaan tapaan kuin tuulimyllykin.
Tällainen energiavarasto tasaa tuulivoimalaitoksen tuotantoa
siten, että siitä saadaan viideksi tunniksi sähköä noin
50 000 kotitaloudelle. Paineilmaenergiaa voidaan varastoida
useiksi viikoiksi.
Eräänlainen ylijäämäenergian varastointitapa on myös
se, että uusiutuvan energian voimalaitoksista saatavalla liikaenergialla
valmistetaan vetyä varastoon. Sen jälkeen vetyä
voidaan käyttää esimerkiksi teollisuuden voimanlähteenä, jolloin
samalla pystytään korvaamaan fossiilisia ja ympäristölle
haitallisia energiamuotoja.
Teksti: Ari Mononen
