Miksi siirtyminen uusiutuvan energian tuotantoon tulee vaatimaan energiavarastoja?

Blogi | 20.12.2022

Tuuli- ja aurinkovoimaa rakennetaan tällä hetkellä valtavia määriä sekä korvaamaan fossiilista energiantuotantoa että tyydyttämään sähkön kysynnän kasvua. Sähköä pitäisi pystyä tuottamaan jokaisella hetkellä kysyntää vastaava määrä, mutta aina ei kuitenkaan tuule tai paista. Energian varastointimahdollisuuksien kehittäminen on siis välttämätön osa energiasiirtymää.

Suomen Tuulivoimayhdistyksen mukaan marraskuuhun 2022 mennessä on Suomessa julkaistuja tuulivoimahankkeita noin 66 GW. Tämä vastaa teholtaan noin 40:tä ja vuotuiselta energiantuotannoltaan noin 20:tä Olkiluoto 3:n ydinvoimalaa.  Lisäksi vuoden 2022 aikana on ilmoitettu useiden merkittävien aurinkovoimahankkeiden käynnistymisestä. Myös Korkia on kehittämässä ennätysmäärää aurinkoenergiaa Suomeen uuden hankkeensa myötä.

Uusiutuvan energian tuotannolle on ominaista tuotannon merkittävä vaihtelu, kuten alla oleva kuvaaja havainnollistaa. Esimerkiksi tämän vuoden marraskuussa tuntituotanto vaihteli 24 MWh:n ja 4 074 MWh:n välillä. Vastaavasti pörssisähkön hinta vaihteli merkittävästi uusiutuvan energian tuotannon mukana. Tuulisina marraskuun päivinä sähkö oli parhaimmillaan käytännössä ilmaista.

Sähköä pitäisi voida tuottaa jokaisella hetkellä kysyntää vastaava määrä, vaikka aina ei tuuli puhaltaisi tai aurinko paistaisi. Tässä kuvaan astuu sähkön varastointi. Varastointimahdollisuuksia on käytännössä kaksi: varastoidaan sähkö energiavarastoon tai tuotetaan sähköllä CO₂-vapaata polttoainetta – esimerkiksi niin kutsuttua vihreää vetyä.

Litium-ioniakkuihin perustuvat teollisen mittakaavan sähkövarastot ovat olleet käytössä noin kaksikymmentä vuotta. Akkuihin perustuvien energiavarastojen hinta oli aikaisemmin korkea, jopa miljoona euroa megawattituntia kohti. Viimeisen kymmenen vuoden aikana hinta on kuitenkin laskenut murto-osaan tästä. Syynä on ennen kaikkea sähköautojen yleistymisestä johtuva tuotantokapasiteetin kasvu, mikä puolestaan on johtanut kustannusten laskuun.

Energiavarastoinnin rajoitteita ja tuotannon optimointikeinoja

Varastojen hinta on laskusta huolimatta kuitenkin edelleen suhteellisen korkea. Akkujen hinta on kapasiteettipohjaista, eli se perustuu megawattitunteihin. Esimerkiksi 20 MW:n aurinkovoimala tuottaa usein keskellä päivää tunnissa 20 MWh:a eli saman verran kuin mitä 20 MWh:n akkuun mahtuu energiaa. Jos tämä 20 MWh pitäisi jakaa tasaisesti 10 tunnin yöajalle, akusta saataisiin jokaista tuntia kohti vain 2 MW:a. Tästä syystä akkuja käytetäänkin moneen muuhunkin tarkoitukseen kuin tuotannon tasaamiseen, kuten säätösähkön tuotantoon tai sähköverkon nopeaan tehonsäätöön. Esimerkiksi 20 MWh:n akusta voidaan näin saada vaikkapa 10 minuutin ajaksi 120 MW:a tehoa. Akkuja voidaan lisäksi käyttää sähkön kysyntähuipun aikaiseen tuotantoon. Esimerkiksi Espanjassa kysyntä- ja sähkön hintahuippu on heti auringon laskun jälkeisinä kahtena tuntina, joten tällä ajankohdalle voidaan varastoida aurinkoenergiaa päivällä ja käyttää heti illalla.

Koska energiavarastojen käyttökohteita on useita, teollisen mittakaavan akkuinvestoinnin kannattavuus on monimutkaisen optimoinnin tulos ja laskenta haastavaa. Tuuli- tai aurinkovoimassa kannattavuus voidaan laskea sähkön markkinahintaennusteeseen perustuen, mutta akkuinvestoineissa sähkön markkinahinta on vain yksi mahdollisista tulonlähteistä.

Mitä varastointimahdollisuuksia kuluttajille on tarjolla?

Kuluttajille energiavarasto yhdistettynä esimerkiksi katolle asennettaviin aurinkopaneeleihin tarjoaa hyvän mahdollisuuden sähkölaskun pienentämiseen. Säästöä syntyy, kun energian hinnan lisäksi maksamatta jää myös verkkoyhtiölle tilitettävät siirtomaksut. Nykyisin myös eräät sähköautomallit tarjoavat kuluttajille mahdollisuuden käyttää niiden isoja Litium-ioni akkuja energianvarastointiin ja kotitalouskäyttöön. Teollisen mittakaavan lisäksi kotitalouksien sähkövarastot ovatkin kohta merkittävä tekijä uusituvan energian tuotannon optimoinnissa.