Celltech Logo

Energiavarastojen mitoitus

Energiavarastojen Mitoitus

Asiantuntijanäkemyksiä Tiina Turpeiselta, liiketoimintajohtaja, Energy Storages, Celltech Oy

Energiavarastojen kasvava rooli uusiutuvan energian tuotannossa

Energiayhtiöt ovat lisääntyvässä määrin selvittämässä akkuenergiavarastojen (BESS) käyttöä osana tuuli-, aurinko- ja vesivoiman tuotantoa. Nämä monipuoliset varastointiratkaisut, jotka perustuvat enimmäkseen litiumionitekniikkaan, palvelevat useita tarkoituksia. Ne auttavat tasapainottamaan kulutusta ja tuotantoa sähköverkossa, paikkaamaan tuotantovajeita, toimimaan varavoimalähteinä ja vaikkapa turvaamaan vesivoimaloiden turbiineita käynnistyksen aikana. Tiina Turpeinen korostaa: “Tarkka mitoitus on tärkeää, jotta energiavarasto täyttäisi käyttötarkoituksensa mahdollisimman tehokkaasti.”

Keskeiset kysymykset akkuenergian varastointijärjestelmän määrittelemiseksi

“BESS:ää suunniteltaessa on tarpeen miettiä, miten energiavaraston halutaan palvelevan ja kuinka paljon energiaa on tarve varastoida”, Tiina Turpeinen sanoo. “Onko tavoitteena useamman käyttötarkoituksen tukeminen vai pelkästään reservimarkkinoille osallistuminen? Haluammeko jättää tilaa uusien palveluiden lisäämiselle tulevaisuudessa? Minkä suuruista energiakapasiteettia akkujärjestelmältä odotetaan sen elinkaaren loppupuolella?” Turpeinen listaa keskeisiä kysymyksiä.

Ylimitoitus purkaussyvyyden perusteella

Mitä useampaa samanaikaista palvelua akkuenergiavarastolta odotetaan, sitä suuremman kapasiteetin on oltava samanaikaisen kysynnän tyydyttämiseksi. Turpeinen huomauttaa: “Suunnittelussa on olennaista ottaa huomioon akkujen väistämätön vanheneminen kalenteriajan ja käytön myötä, mikä vähentää niiden energiantuotantoa. On siis suositeltavaa pohtia haluttua tilannetta elinkaaren lopussa ja mitoittaa akusto sen mukaan.” Lisäksi energian varastointijärjestelmien käyttöiän pidentämiseksi akkuja ei yleensä pureta 100 varaustasosta alkaen aivan tyhjäksi, vaan ne toimivat alueella, kuten vaan niitä on hyvä käyttää jollain rajatulla alueella, esimerkiksi 10% ja 90% varaustason välillä. Siksi akkujen on tässä tapauksessa oltava vastaavasti ylimitoitettuja 80%: n purkaussyvyydelle (englanniksi Depth-of-Discharge).

Halutun operatiivisen keston vaikutus

BESS: n vaadittu koko riippuu myös siitä, kuinka kauan järjestelmän odotetaan toimivan latauskertojen välillä. “Kuinka kauan esimerkiksi varavirran pitäisi kestää? Kahden tunnin käyttöön suunniteltu järjestelmä on sekä fyysisesti että kustannuksiltaan suurempi kuin tunnin käyttöön tarkoitettu järjestelmä”, Turpeinen kertoo.

Lataus- ja purkutoimintojen lukumäärä

Toinen kriittinen näkökohta on päivittäisten tai vuotuisten lataus- ja purkutoimintojen odotettu määrä. Osittaiset ja täydelliset jaksot vaikuttavat siirrettyyn kokonaisenergiaan ja siten akun kulumiseen. Litiumioniakun lataamiseen liittyy litiumionien liikkuminen katodin ja anodin välillä. Anodi (negatiivinen elektrodi) on vuorovaikutuksessa Li+-ionien kanssa, mikä johtaa elektrodien ja elektrolyytin kulumiseen ajan myötä. “Syklien määrä vaikuttaa merkittävästi akun käyttöikään ja tarvittavaan nimellisenergiakapasiteettiin”, Turpeinen lisää.

Esimerkiksi kahden tunnin akuston, jolla on 1 päivittäinen sykli ja jonka toivotaan toimittavan 50 MWh elinkaaren lopussa, täytyy nimellisenergiakapasiteetiltaan olla yli 70 MWh. Samankokoinen akusto, jonka energiakapasiteetin halutaan elinkaaren alussa olevan 50 MWh ja jolle on suunniteltu 2 päivittäistä sykliä, täytyy puolestaan mitoittaa jopa n. 85 MWh:iin. “Koska akkujärjestelmä on energian varastoinnin merkittävin kustannuskomponentti ja sen ominaisuudet vaikuttavat myös invertterilaitteiden valintaan, tarkka mitoitus on ensiarvoisen tärkeää. Se varmistaa akkuenergiavaraston toimivuuden, soveltuvuuden ja turvallisuuden”, Turpeinen päättää.

Tulevaisuuteen valmistautuminen optimoidulla akkuenergiavarastolla

Yhteenvetona voidaan todeta, että akkuenergian varastointijärjestelmien tarkka mitoitus ei ole vain tekninen vaatimus, vaan se on myös välttämätöntä uusiutuvien energialähteiden onnistuneelle integroinnille sähköverkkoihimme.

Energian kysynnän, akun käyttöiän ja toimintakyvyn monimutkaisuuksien käsitteleminen edellyttää tulevaisuuteen suuntautuvaa strategiaa ja muuttuvan energiamaiseman syvällistä ymmärtämistä. Asettamalla etusijalle tarkat mitoitukset ja suunnittelun joustavuuden voimme varmistaa, että nämä kriittiset järjestelmät eivät ainoastaan täytä tämän päivän energiavaatimuksia, vaan pystyvät myös mukautumaan tulevaisuuden energiaparadigmoihin ja menestymään niissä. Tästä näkökulmasta akkuenergian varastoinnin rooli ylittää pelkän toiminnallisuuden, ja siitä tulee kulmakivi siirtymisessämme joustavampaan, tehokkaampaan ja kestävämpään energiaekosysteemiin.

Lue lisää aiheesta Tuulivoimayhdistyksen sivuilta.