Sähköenergiavarastojen hyödyntäminen sairaalaympäristössä

Abstract

Sähköenergian varastointi tulee olemaan todennäköisesti osana tulevaisuuden rakennusten energiainfrastruktuuria, kun pyritään kohti kestävää ja energiatehokasta sähköjärjestelmää. Sähköenergiavarastot mahdollistavat uusiutuvan energian paremman hyödyntämisen ja kiinteistön sähkönkulutuksen optimoinnin. Työtä varten haastateltiin Tampereen Energia Sähköverkot Oy:tä ja Eaton Electric Oy:tä. Sairaalaympäristössä hyödynnetään jo nykypäivänä useita erityyppisiä energiavarastoja varavoima- ja UPS-järjestelmien tehonlähteinä. Akustoja ja superkondensaattoreita käytetään katkeamattoman sähkönjakelun eli UPS-järjestelmän tehonlähteenä. Akustoja käytetään myös hajautettuina paikallisakustoina syöttämään tiettyjä kriittisiä sairaalalaitteita. Perinteisten varavoimajärjestelmien tehonlähteenä käytetään dieselgeneraattoreita. DRUPS-järjestelmässä dieselmoottorin kanssa rinnalla käytetään vauhtipyöräenergiavarastoa. Kun yleisessä jakeluverkossa tulee katkos esimerkiksi vian seurauksena, vauhtipyöräenergiavaraston energialla pyöritetään generaattoria ja tuotetaan sähköä sairaalan verkkoon sen aikaa, kunnes dieselmoottori ehtii käynnistyä, jonka jälkeen dieselmoottori alkaa tuottamaan sähköenergiaa generaattorin avulla sairaalan DRUPS-jakeluverkkoon ladaten samalla myös vauhtipyöräenergiavaraston täyteen. Simulointia ja teknillistaloudellista analyysiä varten sähköenergiavarastoksi valittiin LFP-akkukemialla (litium-rautafosfaatti) varustettu akkuenergiavarasto, sillä se on työssä tutkituista vaihtoehdoista tällä hetkellä kiinteistön sähköenergiavarastoksi parhaiten soveltuva vaihtoehto ominaisuuksien sekä hinnan perusteella. Akkuenergiavarastoa käytettiin huipputehojen leikkaamiseen ja energian ajalliseen siirtoon päivän huippukulutuksen ajalta yön pohjakuorman ajalle. Varmennettuihin jakelujärjestelmiin akkuenergiavarastoa ei käytetä, sillä nämä järjestelmät ovat hyvin monimutkaisia, redundanttisia ja niiden pitää olla käyttövarmuudelta äärimmäisen korkealla tasolla. 50 kW/kWh akkuenergiavarasto oli suhteellisen nykyarvon perusteella kannattavin akkuenergiavaraston kapasiteetti. Kuitenkin tämänkin varaston suhteelliseksi nykyarvoksi saatiin käytetyillä säästökomponenteilla, 4,5 %:n laskentakorkokannalla, ei-ennustetulla sähköenergian kulutuksella ja 15 vuoden elinkaaren aikana noin 0,43. Investointi on kannattava, mikäli suhteellinen nykyarvo on yksi tai enemmän. Näin ollen simuloidussa kohteessa huipputehojen leikkaaminen ja energian käytön ajallinen siirto ei ole kannattavaa akkuenergiavarastolla. Toisaalta sähköenergian hankinnassa voidaan ottaa sähköenergiavaraston avulla enemmän riskiä ja hyödyntää mahdollinen sähköenergian hinnan vaihtelu. Samoin energiavarastoa tulisi käyttää laajemmin eri säästökomponentteihin, kuten reservimarkkinoihin ja omatuotannon suurempaan hyödyntämiseen. Myös akkuenergiavarastojen hinnat, hyötysuhde ja elinkaari tulisi saada tulevaisuudessa paremmaksi, jotta myös investointi tulisi kannattavammaksi tulevaisuudessa. Uudet akkuteknologiat voivat olla tässä ratkaisevassa roolissa.