Tämä artikkeli on ensimmäinen osa sähkön varastoinnin perusteita käsittelevää juttusarjaamme. Seuraavissa artikkeleissamme syvennymme muun muassa akkusähkövarastojen toimintaan.
Viime vuosina yhä useammat kuluttajat ja yritykset ovat siirtyneet pörssisähköön, joten sähkön hinnan nopeat heilahtelut ovat varmasti tulleet tutuiksi. Sähkön varastointi mahdollistaa sähkön kulutuksen optimointia, mikä puolestaan johtaa pienempään, parhaassa tapauksessa jopa miinusmerkkiseen sähkölaskuun.
Käymme alla läpi, mitä sähkön varastointi käytännössä tarkoittaa, kenelle siitä on eniten hyötyä, ja millaisilla ratkaisuilla se parhaiten onnistuu.
Sähkön varastoinnilla tarkoitetaan sähkön talteenottoa energiavarastoihin, kuten akkuvarastoihin. Varastoitua energiaa voidaan vapauttaa käyttöön myöhemmin tarpeen mukaan.
Sähköä varastoidaan ylituotannon aikana ja vastaavasti varastoa puretaan silloin, kun tuotanto on rajallista tai kokonaan pysähdyksissä, esimerkiksi sähkökatkon aikana.
Rahallisesta näkökulmasta sähkön varastointi tarkoittaa, että sähköä otetaan talteen sen ollessa halpaa, ja käytetään tätä varastoitua energiaa sähkön ollessa kallista.
Sähkön varastoinnin avulla voit:
Sähkön varastointiin löytyy monia eri ratkaisuja, ja niistä sopivin riippuu käyttötarkoituksesta ja mittakaavasta. Yhteiskunnan toimintoja ylläpitävän energiajouston, yksittäisten tehtaiden varavirran, ja omakotitalon aurinkopaneeleiden ylijäämän talteenoton väliin jää vielä keskimmäinen taso: yritykset ja organisaatiot. Tässä artikkelissa käsittelemme sähkön varastointia etenkin niiden kannalta.
Ylivoimaisesti helpoin energian varastointikeino on sähkön lataaminen akkuun. Akkujen avulla voit säilyttää energiaa helposti käyttöön otettavassa muodossa, joka muuntuu tarvittaessa moneksi.
Vaikka muillekin varastointikeinoille on paikkansa etenkin pitkäikäisissä ison mittakaavan hankkeissa, akkujen eduksi tulee niiden joustavuus ja monipuolisuus:
2020-luvulla yhä useampi suomalainen on siirtynyt kiinteähintaisesta sähkösopimuksesta pörssisähköön. Siinä hinta määräytyy tunneittain pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla kysynnän ja tarjonnan mukaan.
Kun sähköä tuotetaan yli tarpeen, se on halpaa. Joskus ylituotantoa on niin paljon, että kuluttajille ja yrityksille jopa maksetaan sen käyttämisestä. Kun taas sähkön tarjonta ei meinaa riittää kattamaan kysyntää, pörssisähkön hinta voi hetkellisesti olla todella kova.
Pörssisähkön hintapiikit ja -notkahdukset ovat yleensä hetkellisiä. Tarjonnan lisäksi hintaan vaikuttaa myös kysyntä: päivällä sähköä käytetään paljon, yöllä taas vähemmän. Sähköä varastoimalla voidaan siirtää omaa kulutusta kalliilta tunneilta halvoille tunneille.
Monet yritykset ja kotitaloudet tuottavat jo osan tarvitsemastaan sähköstä itse. Satsaamalla esimerkiksi katolle asennettaviin aurinkopaneeleihin voidaan pienentää riippuvuutta valtakunnan sähköverkosta, ja samalla kutistaa omaa sähkölaskua.
Usein energia menee suoraan käyttöön: tilojen lämmitys, laitteiden pyörittäminen ja esimerkiksi sähköauton lataus ovat käteviä keinoja hyödyntää itse tuotettua sähköä. Mutta kun tupa on jo lämmin ja Teslan akku täynnä, saattaa ylijäämäsähkö mennä harakoille.
Tätä ylituotantoa voi myydä takaisin markkinoille. Yksittäiseltä yritykseltä sekä sähkö- että verkkoyhtiö saattavat kuitenkin vetää hieman välistä. Usein tehokkaampaa onkin käyttää tuotettu sähkö itse.
Suomen sähköverkosta vastaava kantaverkkoyhtiö Fingrid pitää yllä valtakunnan verkon taajuutta. Jotta verkko ja siihen kytketyt miljoonat laitteet eivät hajoaisi taajuuden heilahtelujen takia, Fingrid pyrkii säilyttämään taajuuden 49,9 ja 50,1 hertsin välissä. Tämä tapahtuu ostamalla markkinoilta joustoa, eli sähkön tuotantoa ja kulutusta.
Osa tätä säätövaraa ovat sähköverkon taajuusreservimarkkinat, joille tietyillä, esimerkiksi Cactoksen sähkövarastoratkaisuilla voi osallistua.
Reservimarkkinoille osallistuvat sähkövarastot lataavat sähköä akkuun valtakunnan verkosta ja purkavat sitä sinne takaisin automaattisesti Fingridin säätötarpeen mukaan. Reservimarkkinoille osallistumisesta Fingrid maksaa korvauksen.
Markkinat vaativat tietyn minimikapasiteetin, joten käytännössä sinne osallistutaan osana isompaa poolia. Näin saavutetaan mittakaavaetu, jota yksittäisen akuston operoiminen ei muuten antaisi.
Kuluttajat ja yritykset voivat solmia sähkösopimuksen käytännössä minkä tahansa energiayhtiön kanssa. Sähkönsiirrossa paikallisilla sähköverkkoyhtiöllä on kuitenkin maantieteellinen monopoli. Suomessa toimii noin 80 eri verkkoyhtiötä ja vaikka näiden toiminta on tarkasti säädeltyä, on heistä jokaisella oma tapansa määritellä sähkön siirtohinnoittelun perusteet.
Kuluttaja-asiakkaille kuukausimaksu on usein kiinteä, ja lisäksi siirtomaksuna maksetaan tietty senttimäärä kilowattitunnilta. Yrityksille siirtohinnoissa on usein mukana myös komponentti nimeltä Tehomaksu, joka määräytyy tarkastelujakson suurimman huipputehotunnin mukaan.
Vaikka hinnoitteluperusteita onkin moneen lähtöön, niiden ymmärtämiseen on hyvä nyrkkisääntö: mitä “piikikkäämpää” kulutus on, sitä korkeampi siirtolasku.
Sähkön varastointi auttaa tasaamaan sähkön kulutusta. Kun kulutuksen huippuhetkiä varten on jemmassa joko itse tuotettua tai verkosta pienemmän kulutuksen hetkillä ostettua edullista sähköä, voit välttää turhaa energian ottamista sähköverkosta.
Vaikka sähköä edelleen käytetään kilowattitunteina saman verran, siirtomaksun määrittävä kulutuspiikki on sähkön varastoinnin ansiosta paljon loivempi. Tämä ominaisuus tunnetaan nimellä “peak shaving”, vapaasti käännettynä huippujen tasaaminen.
Toistaiseksi Suomessa on sähkö riittänyt kovilla talvipakkasillakin, eikä esimerkiksi kiertäviin sähkökatkoihin ole tarvinnut turvautua edes kulutuksen huippuhetkinä. Aihe on kuitenkin toistuvasti esillä etenkin kovimmilla pakkasilla, kuten alkutalvella 2024.
Kotitalouksille ja kaukana voimaloista sijaitseville yrityksille suurempi riski onkin infrastruktuurin haavoittuvuus. Sähkölinjoille kaatuneet puut ovat jokavuotinen riesa, joka saattaa jättää tuhannet kuluttajat ilman sähköä etenkin pahimpien myrskyjen aikaan.
Sähkökatkon aikana monien yritysten toiminta keskeytyy. Se voi aiheuttaa myös laitevikoja. Äkillisten ja ennalta arvaamattomien sähkökatkojen tuhot menevät usein ainakin osittain vakuutusten piikkiin, mutta suunniteltujen katkojen vaikutuksista ei vielä korvauskäytäntöä ole.
Vaikka yksittäisiä sähkökatkoja ei voikaan ennustaa, niihin voi varautua. Sähköä varastoimalla turvaat sähkönsaantisi myös silloin, kun naapureilla on virta poikki. Oikein mitoitetulla akustolla pidät koneet käynnissä ja tilat lämpimänä tiukan paikan tullen.
Smart Battery Energy Storage System (Smart BESS) eli suoraan käännettynä “älykäs akkuenergiavarastojärjestelmä” tai lyhyemmin älykäs sähkövarasto, on monipuolinen keino tehostaa yrityksen sähkön käyttöä.
Sähkövarasto koostuu akuista, jotka mitoitetaan käyttötarkoituksen mukaan. Järkeä järjestelmään tuo automaattinen, pilvipohjainen ohjausohjelmisto. Se auttaa lataamaan akkuja silloin, kun sähkö on halpaa, ja purkamaan latausta sähkön ollessa kallista. Näin saat jokaisesta järjestelmän läpi virtaavasta kilowattitunnista suurimman taloudellisen hyödyn.
Esimerkki tällaisesta ratkaisusta on Cactoksen sähkövarastojärjestelmä.
Aikaisemmin sähkön varastointi on ollut ison mittakaavan toimintaa. Mutta teknologian kehittyessä nykyiset sähkönvarastointiratkaisut taipuvat monenlaisten yritysten ja organisaatioiden käyttöön. Yhteistä niille on tarve varautua uusiutuvan energiantuotannon heilahteluihin, ja sen aiheuttamiin hinta- ja saatavuusvaihteluihin. Sähköä varastoimalla voidaan esimerkiksi:
Alla esittelemme pari esimerkkiä haasteista, joita asiakkaamme ovat onnistuneet selättämään älyohjattujen sähkövarastojen avulla.
Sähköautojen pikalatauksen edelläkävijänä mainetta niittänyt Oulun Baari halusi siirtää sähkön kulutusta pois kalliilta tunneilta. Liikenneaseman katolta löytyi jo valmiiksi yli 1000 neliötä aurinkopaneeleita. Niiden tuottama sähkö piti kuitenkin saada talteen ja lataamaan asiakkaiden sähköautoja myös pilvisinä hetkinä.
Cactoksen sähkövaraston ja ohjausohjelmiston avulla Oulun Baari on pystynyt tasaamaan pikalatauksen aiheuttamia kulutuspiikkejä. Kun asiakas kytkee autonsa laturiin, osa sähköstä tulee akusta. Näin tehoperusteiset sähkön siirtomaksut pysyvät maltillisina.
Suomen ensimmäisen sähkörekan hankkinut Logitri halusi varmistaa sen latauksen myös sähkökatkojen aikana. Suomen suurimpiin logistiikkakeskuksiin kuuluva Logitri on ladannut ajoneuvojaan ja laitteitaan pääasiassa yöaikaan, ja huomannut iltaisin melkoisen kulutuspiikin. Tätä kulutusta haluttiin jakaa tasaisemmin pitkin vuorokautta, jotta sähkön siirtomaksua määrittävä huipputeho pysyisi maltillisena.
Ratkaisuksi Cactos toimitti 2,5 megawattitunnin sähkövarastojärjelmän. Sen avulla Logitri pitää tavaraliikenteen pyörät pyörimässä myös sähkönjakelun häiriöiden aikana. Samalla voidaan hyödyntää fiksummin Logitrin logistiikkakeskuksen aurinkopaneeleiden tuottama sähkö, ja myydä ylituotantoa takaisin verkkoon.
Akkujen lataamisen lisäksi sähkön ylituotantoa voidaan ottaa talteen myöhempää käyttöä varten monin eri tavoin:
Akkuihin verrattuna vastaan tulee kuitenkin olennainen ongelma: hyötysuhde. Kun tuotettua sähköä otetaan talteen akkuun, saadaan akusta myöhemmin ulos lähes sama määrä energiaa. Kun sähköenergiaa muutetaan toiseen muotoon, kuten liikkeeksi, lämmöksi, tai polttoaineeksi, energiaa menee aina hieman hukkaan. Esimerkiksi uusimman pumppuvoimalatekniikan hyötysuhde on 80 prosenttia, kun taas vedyn hyödysuhde jää vain 70 prosenttiin.
Halpaa sähköä voidaan muuttaa kineettiseksi eli liike-energiaksi tai potentiaalienergiaksi esimerkiksi pumppaamalla vettä halvalla sähköllä ylemmäs varastoaltaaseen. Kun tämä varastoitu energia halutaan taas käyttää sähköntuotantoon, vettä juoksutetaan ylemmästä varastoaltaasta alempaan altaaseen tai vesistöön turbiinin läpi. Pumppuvoimalan turbiinin pyöriessä syntyy sähköä.
Liike-energian varastointi ja käyttäminen varavoimana vaatii usein mittavia investointeja, vaikka osa tarvittavasta infrastruktuurista olisi jo olemassa. Esimerkiksi edellisessä linkissä mainittu Pyhäsalmen kaivokseen suunniteltu pumppuvoimalahanke kaatui kustannusten ja korkojen nousuun inflaation iskiessä vuonna 2023.
Halvasta sähköstä voidaan tehdä myös lämpöenergiaa. Perinteinen tapa säilöä energiaa lämpönä on lämmittää vettä. Toinen hyvin energiaa sitova materiaali on hiekka. Hiekan etuna on korkeampi säilytyslämpö, jopa 500 °C.
Lämpöenergiana voidaan varastoida niin auringon lämpöä, teollisuuden hukkalämpöä kuin sähköäkin. Valitettavasti prosessi toimii hyvin vain yhteen suuntaan: säilötystä lämmöstä ei niin vain tehdäkään sähköä.
Suomessa on lämmön varastointia on tutkittu, ja siihen on viime vuosina tehtyä mittavia satsauksia. Esimerkiksi vuonna 2020 Vaasan Vaskiluodossa otettiin käyttöön Suomen suurin lämpöenergiavarasto. Siinä kallioon louhittuihin, käytöstä poistettuihin öljysäiliöihin pumpattua merivettä lämmitetään Vaskiluodon voimalan ylituotannolla. Varastosta lämpöä johdetaan tarvittaessa kaupungin kaukolämpöverkkoon. Hiekkaa lämmön säilyttämiseen puolestaan käytetään Kankaanpään Vatajankosken hiekka-akussa.
Vety on alkuaineista pienin, ja sitoo massaansa nähden valtavat määrät energiaa. Vetyä on perinteisesti tuotettu fossiiliperäisesti erottelemalla hiili ja vety maakaasusta. Rinnalle on kuitenkin noussut puhdas vety, jossa vesi hajotetaan hapeksi ja vedyksi elektrolyysin avulla.
Vety itsessään on puhdas polttoaine, jonka palotuotteena syntyy hiilidioksidipäästöjen sijaan vettä. Vety on kuitenkin pienen molekyylikokonsa ansiosta hankalasti säilytettävää tavaraa. Vetyä voidaan myös säilyttää nestemäisenä, jolloin tilavuus pienenee huomattavasti. Ongelmaksi kuitenkin nousee matalan -253 °C säilytyslämpötilan ylläpitäminen, mikä vaatii jatkuvasti energiaa.
Halvan ja runsaasti tarjolla olevan uusiutuvan energian on ajateltu mahdollistavan puhtaan vedyn varaan nousevaa teollisuutta. Vetytaloutta onkin lähdetty rakentamaan monien eri hankkeiden kautta ympäri Suomea. Valitettavasti useat vetyhankkeet ovat joutuneet vastatuuleen, jopa hyllylle. Vihreä siirtymä etenee odotettua hitaammin, eivätkä puhtaan vedyn varaan rakennetut tuotteet pysty vielä kilpailemaan täysin markkinaehtoisesti fossiiliperäisten vastaavien kanssa.
Suomessa suurin osa sähköstä tuotetaan tuuli-, aurinko- ja vesivoimalla. Vuonna 2021 jo 53 prosenttia sähköstä tuotettiin uusiutuvilla energiamuodoilla, ja tulevaisuudessa niiden osuus tulee kasvamaan entisestään.
Suomeen rakennetaan valtavasti sähkön tuotantokapasiteettia: kun 2020-luvun alussa vuosittainen sähköntuotanto jäi 82 terawattituntiin, voidaan vuonna 2030 päästä jo yhteensä 140 terawattituntiin. Käytännössä kaikki tämä kasvu toteutetaan uusiutuvasti.
Tuuli- ja aurinkosähkön osuuden kasvaessa sähköntuotantojärjelmästä tulee kuitenkin alttiimpi säiden vaihtelulle. Kun aurinko ei paista eikä tuuli puhalla, ei niistä tule verkkoon sähköäkään.
Samaan aikaan fossiilisten polttoaineiden varaan rakennettua energiantuotantoa ajetaan alas sekä kustannus- että ympäristösyistä. Niiden poistuessa markkinoilta kuitenkin lähtee säistä riippumatonta perusvoimaa. Tämä tuo volatiliteettia sähkömarkkinoille.
Yhä useampi suomalainen yritys ja kuluttaja valitsee nykyään sähkösopimuksekseen joustavahintaisen pörssisähkön. Siinä sähkön tuntikohtainen spot-hinta määräytyy Nord Pool -sähköpörssissä. Spot-hinnan päälle sähkön myyjä lätkäisee vielä oman marginaalihintansa. Vaikka hetkittäin pörssisähkö saattaakin olla kivuliaan kallista, pitkällä aikavälillä se on silti usein edullisin vaihtoehto.
Tämä asetelma tekee Suomen sähkömarkkinoista varsin alttiit hintavaihteluille: toisinaan sähkön hinta on jopa miinusmerkkistä, kun taas pahimmillaan kilowattitunti voi maksaa kolmatta euroa. Kun heilahtelut ovat näin dramaattisia, yritysten kannattaa varautua niihin optimoimalla omaa kulutustaan sekä varastoimalla sähköä.
Tulevaisuudessa suomalainen sähköntuotanto on yhä enemmän säiden armoilla, joten hinta ja saatavuus heiluvat niiden mukaan. Tarve sähkön varastoinnille ei siis ole katoamassa, pikemminkin päin vastoin.
Ottamalla fiksusti talteen itse tuotettua aurinko- ja tuulienergiaa, siirtämällä kulutusta kalliilta tunneilta halvemmille, sekä osallistumalla Fingridin taajuusreservimarkkinoille oikein mitoitettu sähkövarasto auttaa yrityksiä säästämään pitkän pennin. Lisäetuna tulee varautuminen sähkökatkoihin: kun akku on täynnä, voidaan kriittiset toiminnot pitää käynnissä myös sähkönjakelun häiriöiden aikana.
