Tuulisähkön varastointimahdollisuudet akkuihin
Tuominen, Emma (2022)
2022
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-23
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205235169
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205235169
Tiivistelmä
Tuulisähkö on yleistynyt muiden uusiutuvien energialähteiden tapaan ilmaston muutoksen hillitsemisen vuoksi. Tuulisähkön tuotannon ollessa epävarmaa tuulen vaihtelevuuden vuoksi on tuulisähkönvarastointia pyritty kehittämään. Akkuenergiavarastot ovat yksi varastointivaihtoehto, joka voitaisiin yhdistää tuulivoimaloihin.
Tuulivoimalan toiminta perustuu energian muuttamiseen muodosta toiseen. Tuulen kineettinen energia muuttuu roottorin mekaaniseksi energiaksi tuulen pyörittäessä roottoria. Roottori on yhdistetty generaattorin, jolloin roottorin pyöriessä mekaaninen energia muuttuu sähköenergiaksi, joka siirretään tuulivoimalasta sähköverkkoon. Tuulivoimalan teho on riippuvainen tuulen voimakkuudesta.
Energian varastointikeinoja on monenlaisia, esimerkiksi akut, vauhtipyörät, vety sekä paineilmavarastot. Akkujen toiminta energiavarastona perustuu sähköenergian muuttamiseen akun kemialliseksi energiaksi. Akku koostuu sähkökemiallisista kennoista, jotka yhdistetty toisiinsa joko rinnan- tai sarjaan kytkettyjä. Sähkökemiallisten kennojen välillä virtaa elektroneja, jotka aiheuttavat akkuun jännitteen.
Tuulivoimalaan yhdistetty akkuvarasto eli BESS (Battery Energy Storage System) vaikuttaa lupaavalta vaihtoehdolta tuulisähkönvarastointiin. Tuulivoimalan tuottama sähkö voidaan siirtää joko suoraan sähköverkkoon tai akkuun sähkön kulutuksen mukaan. Akku on yhdistetty sähköverkkoon kaksisuuntaisen muuntajan kautta, jossa virta voi kulkea kumpaankin suuntaan.
Tuulivoimalan ja BESS:n toimintaa voidaan optimoida ja säätää ohjausjärjestelmien avulla. Niitä ovat esimerkiksi tuulivoiman suodatus, tuulen voimakkuuden ennustaminen sekä akun lataukseen ja purkaukseen perustuva ohjausjärjestelmä. Lisäksi toimintaa voi ohjata sähkön hinnan mukaan.
BESS on lupaava ratkaisu tuulivoiman varastointiin, koska se on energiatehokas, helppo asentaa ja myös sen energiatiheys on suuri. Toisaalta sen haasteina on suuret kustannukset. Kustannukset voivat kuitenkin pienentyä akkuteknologioiden kehittyessä sekä ohjausjärjestelmiä käyttämällä.
Suomessa tällaisia tuulivoimaloihin yhdistettyjä suuria akkuvarastoja on vasta yksi. Se sijaitsee Iin Viinamäen tuulipuistossa. Helen on investoinut toiseen samaan tyyppiseen laitokseen, joka on rakenteilla Pohjanmaalle.
Se, yleistyvätkö tuulivoimaloihin yhdistetyt akut tulevaisuudessa, riippuu akkujen hintojen kehityksestä, poliittisista päätöksistä sekä yleisestä maailman tilanteesta. Esimerkiksi päästökauppa sekä Euroopan Unionin ja Suomen päätökset uusiutuvien energianlähteiden lisäämiseksi tukevat yleistymistä.
Tuulivoimalan toiminta perustuu energian muuttamiseen muodosta toiseen. Tuulen kineettinen energia muuttuu roottorin mekaaniseksi energiaksi tuulen pyörittäessä roottoria. Roottori on yhdistetty generaattorin, jolloin roottorin pyöriessä mekaaninen energia muuttuu sähköenergiaksi, joka siirretään tuulivoimalasta sähköverkkoon. Tuulivoimalan teho on riippuvainen tuulen voimakkuudesta.
Energian varastointikeinoja on monenlaisia, esimerkiksi akut, vauhtipyörät, vety sekä paineilmavarastot. Akkujen toiminta energiavarastona perustuu sähköenergian muuttamiseen akun kemialliseksi energiaksi. Akku koostuu sähkökemiallisista kennoista, jotka yhdistetty toisiinsa joko rinnan- tai sarjaan kytkettyjä. Sähkökemiallisten kennojen välillä virtaa elektroneja, jotka aiheuttavat akkuun jännitteen.
Tuulivoimalaan yhdistetty akkuvarasto eli BESS (Battery Energy Storage System) vaikuttaa lupaavalta vaihtoehdolta tuulisähkönvarastointiin. Tuulivoimalan tuottama sähkö voidaan siirtää joko suoraan sähköverkkoon tai akkuun sähkön kulutuksen mukaan. Akku on yhdistetty sähköverkkoon kaksisuuntaisen muuntajan kautta, jossa virta voi kulkea kumpaankin suuntaan.
Tuulivoimalan ja BESS:n toimintaa voidaan optimoida ja säätää ohjausjärjestelmien avulla. Niitä ovat esimerkiksi tuulivoiman suodatus, tuulen voimakkuuden ennustaminen sekä akun lataukseen ja purkaukseen perustuva ohjausjärjestelmä. Lisäksi toimintaa voi ohjata sähkön hinnan mukaan.
BESS on lupaava ratkaisu tuulivoiman varastointiin, koska se on energiatehokas, helppo asentaa ja myös sen energiatiheys on suuri. Toisaalta sen haasteina on suuret kustannukset. Kustannukset voivat kuitenkin pienentyä akkuteknologioiden kehittyessä sekä ohjausjärjestelmiä käyttämällä.
Suomessa tällaisia tuulivoimaloihin yhdistettyjä suuria akkuvarastoja on vasta yksi. Se sijaitsee Iin Viinamäen tuulipuistossa. Helen on investoinut toiseen samaan tyyppiseen laitokseen, joka on rakenteilla Pohjanmaalle.
Se, yleistyvätkö tuulivoimaloihin yhdistetyt akut tulevaisuudessa, riippuu akkujen hintojen kehityksestä, poliittisista päätöksistä sekä yleisestä maailman tilanteesta. Esimerkiksi päästökauppa sekä Euroopan Unionin ja Suomen päätökset uusiutuvien energianlähteiden lisäämiseksi tukevat yleistymistä.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10220]