Yksinkertaistetaan tähän nämä kaksi isossa roolissa olevaa varastointia: Varastointi sähköenergiana tai lämpöenergiana. Sähköenergian varastoinnissa tuotettu energia varastoidaan ja vapautetaan
myöhemmin käyttöön (shiftaus). Lämpöenergian varastoinnissa lämpöenergia varastoidaan lämmittämällä tai jäähdyttämällä varastoväliainetta niin, että varastoitua energiaa voidaan käyttää myöhemmin lämmitys- ja jäähdytyssovelluksiin.
Nyt haluttiin pohtia nimenomaan sähköenergian varastointia ja silmälläpitäen uusiutuvien energian tuotantoa. Kuuma peruna ollut jo pidempään, ehkä kuumempi kuin koskaan juuri nyt. Peruspointtina mielestäni on tuotantomuoto ja sen luonne. Energiavarastojen avulla energiaa voidaan varastoida korkean tuotantotehon ja matalan kysynnän aikana, ja purkaa kun tuotantoteho on alhainen ja kysyntä
korkea. Tällä tavalla parannetaan energiajärjestelmien joustavuutta ja puskureja (sekä häiriötilanteiden apu). Iso ja tärkeä nosto on myös, että sähkövarastojen käyttö lisää myös uusiutuvan energian käytön kannattavuutta.
Sinänsä usein sähköenergian tuotannossa lämpöenergia on iso osa prosessia. Lähes kaikissa peristeisissä ja joidenkin uusiutuvien tuotannossa syntyy reilusti lämpöenergiaa. Lämpöenergian hyödyntäminen on oleellisesti parantanut hyötysuhteita aina. Silti on helpompi tarkastella erillään sähköenergian varastointia, sillä lämpöä ei usein tarvita johtuen uusiutuvien hajautetusta luonteesta. Lämpöenegia on ollut perinteisesti hyvä kombo sähkön kanssa, koska laitokset ovat olleet kohtalaisen keskittyneitä teollisuuden ja kaupunkien rinnan.
Sähkön varastointiteknologiat voidaan jakaa toimintaperiaatteen mukaan sähkökemiallisiin,
mekaanisiin kemiallisiin ja sähköisiin teknologioihin. Paineilmavarastot (CAES), pumppuvoimalaitokset (PSH) ja vauhtipyörät kuuluvat mekaanisiin. Akustot (akut) kuuluvat sähkökemiallisiin varastoihin ja vetyvarastot taas kemiallisiin. Sähköiset teknologiat ovat esim. suprajohtavan magneettisen energian varastot (SMES) ja superkondensaattorit.
Globaalissa mittakaavassa PHS ovat edelleen maailman yleisin ja kapasiteetiltaan suurin
sähköenergian varastointimuoto. Toiminta perustuu veden varastoimiseen ylä- ja alaaltaisiin ja niiden väliseen potentiaalienergian hyödyntämiseen. Uusiutuvan energian tuotannon “ylijäämä” energia voidaan varastoida yläaltaan potentiaalienergiaan. Tämän jälkeen tulevat CAES-sovellukset ja akut (yleisimpinä NaS ja Li-ion). Näiden prosentuaalinen osuus on luokkaa PHS 98%, CAES alle 1% ja akut alle 1%.
Havainnollistava kuva PHS jakautumisesta maailmalla:
Kun näistä eri menetelmistä aletaan miettimään potentiaalisia ratkaisuja, niin tulee miettiä ainakin oheisia isoja pääpointteja:
- käytettävissä olevat energiaresurssit
- varastoinnin infrastruktuuri
- varastoinnin tehokkuus
- varastoinnin kulut
- energiantarve ja käyttösovellukset
Jokainen näistä on siis yksi mietittävä kategoria itse varastointimenetelmäien lisäksi.
Tässä esimerkkinä jo aika vanhentunutkin (koska 2014, 2016 ja oletettu 2030, tilastojen mukaan) tilastotieto pelkistä investointikustannuksista eri tekniikoilla:
Tähän mennessä käytetyimpään sähkövarastointimuotoon (PHS) voidaan siis varastoida suurempia määriä energiaa kuin moneen muuhun teknologiamenetelmään. Muihin sähkövarastoihin on edelleen syytä tehdä (ja tehdään) kehitystä kapasiteetin ja hyötysuhteen osalta, jotta niihin on mahdollista varastoida yhtä suuria määriä energiaa.
Yksi tärkeä sovellutuksen tarkastelu on eri teknologioiden skaala purkausajan ja tehon suhteen. Alla oleva kuva havainnollistaa tätä
Kuvasta nähdään, että eri akkuteknologiat mahdollistavat laajan skaalan eri vaihtoehtoja (osana voimajärjestelmää ja sen tasapainottamista, sekä “kotitalouskäytöt”). PHS, H2 ja P2G puolestaa sopii isojen energiamäärien varastointiin ja suuriin tehoihin, jolloin ne sopii hyvin tasamaan energian kausivaihteluita. Pumppuvoimalaitokset ja vetyvarastot ovat pitkäaikaisvarastoja, joiden kustannukset ovat korkeat, mutta kannattavimmat tällä hetkellä suuren kokoluokan ansiosta.
Energiavarastoja tarvitaan nyt ja tulavaisuudessa enenemissä määrin, kun sähköä ja lämpöä tuotetaan yhä enemmän säästä riippuvilla uusiutuvilla energialähteillä, jotka tuottavat energiaa epävakaasti ja epäennustettavasti. Tällaisissa keskusteluissa olen itsekin aika paljon mukana Suomessa ja Euroopassa eri energiayhteisöjen kesken. Mielenkiintoinen aihe, joka tuntuu ettei koskaan tule “valmiiksi”.
On siis kyseessä loppujen lopuksi aika monimuotoinen kokonaisuus ja siten helppojen vastausten saaminen tietylle ratkaisuille on erittäin hankalaa. Lisäksi merkittävä muuttuja on poliittinen driveri, josta siitäkin saisi ison oman keskustelun aikaan.
Pahoittelut pitkästä vastauksesta. Tästähän saisi uuden ketjunkin haluttaessa, koska aihe on todella monimuotoinen. Tässä esim lämpövarastot jätin pienelle huomiolle, ne ovat oma kokonaisuus ja yhdessä tietenkin olisivat sähkön kanssa (kuten perinteisesti) paras ratkaisu investointienkin kannalta, mutta lämpöä ei aina tarvita siellä missä sähköä tuotetaan.