Vuonna 2023 jo noin 40 prosenttia maailman sähköstä tuotettiin uusiutuvilla energiamuodoilla ja luku kasvaa koko ajan. 2030 osuuden ennakoidaan olevan jo puolet maailman sähköntuotannosta. Muutokseen liittyy kuitenkin uudenlaisia teknisiä ongelmia.
Perinteisten hiili-, kaasu ja ydinvoimaloiden tuotanto voidaan ennakoida ja pitää tasaisena, kun taas erityisesti tuuli- ja aurinkovoimaan liittyy keskeisenä pulmana säästä johtuva energiantuotannon epätasaisuus. Tämä on puolestaan luonut merkittävän tarpeen kasvattaa kykyä varastoida energiaa.
Ratkaisua haetaan useista eri teknologioista ja niiden yhdistelmistä.
Viimeisen kymmenen vuoden aikana akkujen varastointikapasiteetti on kasvanut merkittävästi, erityisesti litiumioniakkujen osalta. Vuonna 2013 maailmanlaajuinen akkuenergiavarastojen kapasiteetti oli alle 1 gigawattituntia, mutta vuonna 2023 kapasiteetti oli kasvanut yli 50 gigawattituntiin.
Varsinkin Euroopassa kehitys on ollut erittäin nopeaa. Pelkästään vuonna 2023 Eurooppaan asennettiin 10 gigawattituntia uutta energian akkuvarastointikapasiteettia. Ennusteiden mukaan Euroopan sähköverkkojen energian varastointikapasiteetti voi kasvaa jopa 20-kertaiseksi vuoteen 2031 mennessä.
Akkuteknologia harppoo
Litiumioniakut ovat tällä hetkellä johtava teknologia erityisesti lyhyen aikavälin energian varastoinnissa. Litiumioniakut ovat parantuneet huomattavasti energian tiheyden osalta, mikä tarkoittaa, että ne voivat varastoida aikaisempaa enemmän energiaa aikaisempaa pienemmässä tilassa. Tämä on ollut erityisen tärkeää, koska se on mahdollistanut akkujen käytön paitsi verkon tasapainottamisessa, myös esimerkiksi sähköautoissa.
Lisäksi akkujen valmistuskustannukset ovat laskeneet dramaattisesti. Kun vuonna 2010 litiumioniakkujen valmistuskustannukset olivat noin 1 016 euroa per kilowattitunti, vuoteen 2023 mennessä hinta oli pudonnut noin 138 euroon kilowattitunnilta.
Litiumioniteknologian oheen on kehitetty myös muun muassa natriumioni- ja rauta-ilma-akkuteknologioita, joiden käyttöikä on pidempi kuin litiumioniakkujen samalla kun niiden valmistuskustannukset ovat pienemmät. Näiden uusien akkutyyppien odotetaan palvelevan erityisesti energian pitkäkestoista varastointia.
Lisäksi akut voidaan nykyisin integroida saumattomasti kansallisiin ja kansainvälisiin energiajärjestelmiin, mikä mahdollistaa monipuolisten markkina- ja käyttötapojen hyödyntämisen, kuten taajuussäätelyn ja huippukuormituksen tasauksen.
Akut ovat vain yksi tapa varastoida energiaa
Akkuihin perustuva energian varastointi on vain yksi ratkaisu. Lämpöenergiavarastot ovat toinen tärkeä teknologia, erityisesti rakennusten ja kaukolämmitysjärjestelmien energiatehokkuuden parantamisessa. Näiden varastojen avulla voidaan hyödyntää uusiutuvien energialähteiden tuottamaa lämpöä tehokkaasti ja tasapainottaa energian kysyntää ja tarjontaa.
Pumppuvoimalat ovat perinteinen ja hyvin kehittynyt tekniikka, joka tarjoaa suuren mittakaavan energian varastointimahdollisuuksia. Esimerkiksi Ranskassa on asetettu tavoitteeksi saavuttaa 1,5 gigawatin pumppuvoimakapasiteetti vuoteen 2035 mennessä, mikä on osa maan energiasiirtymän strategiaa.
Myös vety on lupaava teknologia sähköenergian varastointiin erityisesti silloin, kun kyseessä ovat suuret energiamäärät ja pitkäaikainen varastointi. Sitä voidaan hyödyntää käyttämällä muun muassa tuuli- ja aurinkovoiman tuotantopiikkien ylijäämäsähköä elektrolyysiin, jossa vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi. Tämä vety voidaan sitten varastoida ja myöhemmin käyttää polttoaineena esimerkiksi polttokennoissa sähköntuotantoon silloin, kun tuuli- tai aurinkovoimaa ei ole saatavilla.
Lisäksi vetyä voidaan yhdistää hiilidioksidiin synteettisten polttoaineiden, kuten metaanin tai synteettisen dieselin, tuottamiseksi. Näitä polttoaineita voidaan varastoida ja käyttää tarvittaessa esimerkiksi energiantuotannossa tai liikenteessä.
EU:n tuki energian varastoinnin kehitykselle
Energian varastointiteknologiat ovat keskeisessä asemassa Euroopan energiajärjestelmän luotettavuuden ja joustavuuden varmistamisessa, erityisesti uusiutuvan energian osuuden kasvaessa. EU tukee näitä teknologioita voimakkaasti eri rahoitusinstrumenttien kautta, mikä on edistänyt uusien innovaatioiden kehittämistä ja käyttöönottoa. Tämä tuki on ratkaisevan tärkeää, jotta Eurooppa voi saavuttaa ilmastotavoitteensa ja siirtyä kohti kestävää energiantuotantoa. Ilman mahdollisuutta varastoida riittävän suuria määriä uusiutuvalla energialla tuotettua sähköä, Eurooppaa pysyy myös tulevaisuudessa riippuvaisena perinteisistä energialähteistä.
Jo tähän mennessä EU on investoinut satoja miljoonia euroja akkututkimukseen ja innovaatioihin Horisontti 2020 ja Horisontti Eurooppa -tutkimus- ja innovaatiorahoitusohjelmien kautta. Myös Innovaatiorahasto, joka rahoitetaan EU:n päästökauppajärjestelmän tuloilla, tukee uusia energiateknologioita ja -ratkaisuja, mukaan lukien energian varastointi. Esimerkiksi Giga Arctic -projekti, joka keskittyy energian varastointiin ja uusiutuvan energian käyttöön, sai 100 miljoonan euron rahoituksen heinäkuussa 2023.
CEF Energy -ohjelma tukee energian varastointiprojekteja, jotka ovat osa yhteistä eurooppalaista etua (PCI-hankkeet). Vuonna 2023 ohjelma myönsi noin 600 miljoonaa euroa kahdeksalle merkittävälle hankkeelle, jotka parantavat energian varastointia ja hiilidioksidipäästöjen talteenottoa.
EU:lla on käynnissä myös useita vetyyn liittyviä hankkeita. Ne keskittyvät sekä vedyn tuotantoon, varastointiin että käyttöön osana vihreää siirtymää.
European Clean Hydrogen Alliance on EU:n laajuinen liittouma, jonka tavoitteena on kiihdyttää vedyn tuotantoa ja käyttöä Euroopassa. Se koostuu yli 1 000 jäsenorganisaatiosta, jotka edustavat teollisuutta, tutkimusta ja julkista sektoria.
H2Haul-hankkeen tarkoituksena on kehittää ja testata raskaan liikenteen vetykäyttöisiä kuorma-autoja ja niiden tarvitsemaa infrastruktuuria. Projekti keskittyy erityisesti vedyn käytön mahdollistamiseen Euroopan laajuisessa kuljetusverkostossa.
EU-mailla on meneillään useita kansallisia energian varastointihankkeita
Myös yksittäiset EU:n jäsenvaltiot ovat aktivoituneet tukemaan energian varastointia osana kansallisia ilmasto- ja energiasuunnitelmiaan (NECP). Muiden muassa Espanja, Italia ja Kreikka ovat asettaneet kunnianhimoisia tavoitteita energian varastointikapasiteetin kasvattamiseksi vuoteen 2030 mennessä.
Romaniassa on äskettäin hyväksytty 103 miljoonan euron suora avustus akkuvarastohankkeille, jotka tukevat vähintään 616 megawattitunnin kapasiteettia. Suuret akkuvarastoprojektit, kuten Freyrin ja Northvoltin laitokset, ovat saaneet merkittävää EU:n tukea osana Euroopan vihreää siirtymää.
Bulgaria on käynnistänyt tarjouskilpailun 3 000 megawattitunnin energian varastointikapasiteetin rakentamiseksi osana maan energiasiirtymää. Saksassa Fenecon rakentaa maan ensimmäistä merkittävää energian varastointijärjestelmää, joka hyödyntää käytettyjä sähköautojen akkuja. Tämä hanke on saanut tukea EU:n Innovaatiorahastosta ja edustaa uutta suuntausta kiertotalouden hyödyntämisessä energian varastoinnissa.
Portugali on asettanut tavoitteekseen saavuttaa teholtaan 500 megawatin energian varastointikapasiteetin vuoteen 2025 mennessä ja tukee tätä tavoitetta 100 miljoonan euron avustuksilla.
Alankomaissa on puolestaan meneillään HEAVENN-hanke (Hydrogen Energy Applications for Valley Environments in Northern Netherlands). Sen tavoitteena on luoda vetyekosysteemi Pohjois-Hollantiin. Hankkeessa rakennetaan kokonainen vedyn tuotantoon, varastointiin ja käyttöön perustuva järjestelmä, joka kattaa kaiken teollisuudesta liikenteeseen ja asuinkäyttöön.
Suomeen on tulossa maailman suurin lämpöenergiavarasto
Myös Suomessa on meneillään ja suunnitteilla useita energian varastointihankkeita, jotka vastaavat maan kasvavaan tarpeeseen parantaa energian varastointikapasiteettia uusiutuvan energian käytön tukemiseksi.
Teleoperaattori Elisa on rakentanut tukiasemiensa akkureservistä hajautetun, 150 megawattitunnin virtuaalisen voimalaitoksen, joka toimii osana Suomen sähköjärjestelmän säätöreserviä. Tukiasemien vara-akkuja voidaan käyttää nopeasti hyödynnettävänä varavoimana jos sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapaino häiriintyy. Kantaverkkoyhtiö Fingridin ja Elisan sopimus on ensimmäinen lajissaan koko maailmassa.
Eniten julkisuutta on saanut Vantaalle suunniteltu Varanto-lämpöenergiahanke. Se on toteutuessaan maailman suurin kausiluonteinen lämpöenergian varasto, jonka kapasiteetti on 90 gigawattituntia.
Kausivarasto tullaan rakentamaan Vantaan peruskallioon, jonne louhitaan yhteensä kolme kaikkiaan 300 metriä pitkää tunnelia yli sadan metrin syvyyteen, jolloin sinne syntyy korkea paine. Nämä maanalaiset tunnelit täytetään kuumalla vedellä, jolloin tunneliin syntyvä paine mahdollistaa veden lämpötilan nostamisen jopa 140 asteeseen ilman että vesi höyrystyy. Täyteen ladatun lämmön kausivaraston lämpökapasiteetti on kaiken kaikkiaan 90 gigawattituntia.
Varasto pystyy kattamaan keskikokoisen suomalaisen kaupungin lämmitystarpeen vuoden ajan. Hankkeen kokonaiskustannukset ovat noin 200 miljoonaa euroa, ja se on saanut 19 miljoonan euron investointituen työ- ja elinkeinoministeriöltä. Hankkeen odotetaan valmistuvan vuonna 2028.
Tämän sisällön mahdollistaa Energiateollisuus ry.
Journalistinen päätösvalta on MustReadin toimituksella.
Keskustelu
Tätä juttua ei ole vielä kommentoitu.