Hiekka-akun hukkalämpö ja kustannusanalyysi

Abstract

Uusiutuvan energiatuotannon lisääntymisen ja fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämisen myötä energian varastoinnin tarve on kasvussa. Ratkaisuiksi on suunnitteilla erilaisia energiavarastoja, joihin uusiutuvan energian ylijäämä voidaan varastoida myöhempää käyttöä varten. Tässä työssä keskitytään hiekka-akun toimintaan ja arvioidaan akun hukkalämpöä sekä siitä aiheutuvia kustannuksia. Työn tavoitteena on selvittää hiekka-akun hukkalämmöstä aiheutuvia investointi- ja käyttökustannuksia, sekä arvioida akkukapasiteetin vaikutusta hiekka-akun taloudellisuuteen. Tätä varten tulee arvioida hiekka-akun energiatehokkuutta ja hukkalämmön vaikutusta siihen, sekä tarkastella kuinka akun fyysiset mitat ja käytetyt eristemateriaalit vaikuttavat akun hukkalämpöön ja sitä kautta kustannuksiin. Kustannusanalyysissa tarkasteltiin kolmea eri tavalla eristettyä hiekka-akkua, jotka olivat CaSi-eristetty akku, keraamisella kuidulla eristetty akku ja eristämätön ainoastaan betoniseinämät omaava akku. Hukkalämmön suuruudeksi saatiin akussa käytetyistä materiaaleista ja kapasiteetista (0,5–4,2 GWh) riippuen 0,23–0,94 MW. Luonnollisesti hukkalämmön määrä oli pienin parhaat eriste-ominaisuudet omaavalla keraamisella kuidulla, kun taas eristämättömän akun hukkalämpö oli selkeästi suurempi. Kustannusanalyysissä keraamisella kuidulla eristetylle akulle saatiin matalimmat kokonaiskustannukset (2,6–10,3 milj.€ 30 vuoden aikajänteellä). CaSi -eristetty akku oli vain hieman kalliimpi, mutta eristämätön betoniakku oli kustannuksiltaan merkittävästi kalliimpi, johtuen erityisesti eristämättömässä akussa käytetystä tulenkestävän materiaalin määrästä, joka kasvatti investointikustannuksia valtavasti. Tuloksista myös havaitaan, että hiekka-akulla on merkittävä skaalautuvuusetu, eli kokonaiskustannukset ovat suhteessa pienemmät varastointikapasiteettia kohden suurilla hiekka-akuilla. Taloudellisesta näkökulmasta hiekka-akulle optimaalinen lopputulos saavutetaan yhdistämällä laadukas eristys ja tarpeeksi suuri varastointikapasiteetti. Tällä tavalla on mahdollista säästää merkittäviä kustannuksia, sillä hiekka-akkujen elinkaari on useita kymmeniä vuosia, joten taloudellinen panostus hukkalämmön vähentämiseen maksaa yleensä itsensä takaisin akun elinkaaren aikana.