Sähköverkoissa on nyt käynnissä suoranainen akkubuumi. Isoja akkuvarastoja nousee ympäriinsä tasapainottamaan tuuli- ja aurinkovoiman vaihteluita.
Kuuntele artikkeli
Sääriippuvaisen uusiutuvan energian käytön räjähdysmäinen kasvu on lisännyt sähkön varastointitarvetta, johon kanta- ja jakeluverkkoihin rakennettavat akkuvarastot vastaavat.
Lappeenrannan Yllikkälässä otetaan vuoden 2025 alkupuolella käyttöön Pohjoismaiden suurin akkuvarasto. Yllikkälä Power Reserve 2 -varaston teho on 56 megawattia ja kapasiteetti 113 megawattituntia. Sen on rakennuttanut ranskalaistaustainen Neoen, jolla on ympäri maailmaa tuuli- ja aurinkovoimaloita sekä sähkövarastoja.
Vuodesta 2020 Neoen on operoinut Yllikkälä Power Reserve 1 -akkuvarastoa, jonka vieressä uusi varasto sijaitsee. Molemmat akustot on yhdistetty 110 kilovoltin jännitteellä Fingridin Yllikkälän sähköasemaan, joka on sähköverkon tärkeä solmukohta.
Yllikkälän ensimmäisen akuston teho on 30 megawattia ja kapasiteetti 30 megawattituntia, eli sillä voidaan syöttää verkkoon virtaa täydellä teholla tunnin ajan.
– Yllikkälän uusi akkuvarasto on Pohjoismaiden ensimmäinen kahden tunnin akku. Akkujen koon ja kapasiteetin kasvun myötä niitä pystytään operoimaan joustavammin, mikä laajentaa akustojen käyttötarkoituksia, sanoo Neoenin hankekehitysjohtaja Miika Pilli.
Yllikkälän akkuvarastot osallistuvat Fingridin reservi- eli taajuussähkömarkkinoille, jossa ne auttavat ylläpitämään sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapainoa.
– Akkuvarastoja käytetään pääosin taajuussäätöön, mutta niillä voi osallistua myös pörssisähkömarkkinoille tai niitä voi käyttää varavoimana. Yllikkälän ensimmäinen akkuvarasto oli
TVO:lla vuokralla, kun Olkiluoto 3 piti saada nopeasti tuotantoon Venäjän hyökkäyssodan takia. Sen pääasiallinen liikevaihto on kuitenkin tullut taajuussähkömarkkinoilta, Pilli jatkaa.
YLLIKKÄLÄN UUDEN akkuvaraston rakennusprojektista on vastannut akkujärjestelmien toimittaja Nidec. Destia on toteuttanut alueen infra- ja sähkötyöt, joihin kuuluivat maanrakennus- ja perustustyöt suunnitteluineen, aidan rakennustyöt, sähkösuunnittelu, 110 kilovoltin kaapeloinnit sekä akustoalueen sähkö- ja valokaapeloinnit. Sähköurakoinnista vastasi haminalainen Sähköryhmä Muukka oy.
”Sähköasentajilta vaaditaan tällaisessa kohteessa pien-, keski- ja suurjännitetöiden hallintaa ja kaikkiaan monipuolista osaamista.
– Sähkövarasto koostuu 20 akkukontista, kymmenestä 33 kilovoltin muuntajasta sekä 110 kilovoltin päämuuntajasta, joka liittyy maakaapelilla läheiseen Fingridin sähköasemaan. Sähköasentajilta vaaditaan tällaisessa kohteessa pien-, keski- ja suurjännitetöiden hallintaa ja kaikkiaan monipuolista osaamista. Työmaalla on ollut paljon akkukontteihin liittyvää nostotyötä, mikä on vaatinut yhteensovitusta sähkötöiden kanssa, kertoo Destian projektipäällikkö Matti Toivari.
Jokaisessa akkukontissa on 120 litiumakuista koostuvaa akkumoduulia, invertterit ja muuntajat sekä jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmät ja turvajärjestelmät. Koko järjestelmän ohjaustekniikka on sijoitettu kahteen erilliseen konttiin. Ohjaus tapahtuu etänä Ranskasta siten, että tekoälyä hyödyntävät algoritmit seuraavat taajuussähkömarkkinoita ja optimoivat akkujen operointia sekä järjestelmän markkinoille tarjoamia taajuussähkötuotteita.
– Akkuvaraston huollosta vastaa paikallinen huolto-organisaatio. Akkujen modulaarisuus mahdollistaa sen, että ennakoiva huolto ja komponenttien vaihdot voidaan kohdistaa yksittäiseen moduuliin niin, etteivät työt vaikuta muiden moduulien toimintaan, Pilli sanoo.
LITIUMAKKUIHIN LIITTYY aina paloriski, joten akkuvarastojen paloturvallisuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Pelastuslaitos on ollut Yllikkälän akkuhankkeiden suunnittelussa mukana lupa-asioista lähtien.
– Pelastuslaitos on antanut lausuntonsa turvallisuusasioiden huomioimisesta rakennusvalvontaan ja lupaviranomaisille. Paloturvallisuus on huomioitu muun muassa konttien automaattisilla sammutusjärjestelmillä ja konttien sijoittamisella riittävän kauas toisistaan, kertoo Pilli.
Yllikkälän uuden akkuvaraston rakennusprojekti kesti alle vuoden. Koska alueella oli jo voimassa oleva kaava sähköasemaa ja sähkönsiirtoa varten, sujui luvitus sutjakkaasti. Puiden raivaus alkoi alkutalvella 2024 ja maanrakennustyöt saman vuoden huhtikuussa. Akkuvaraston toimintaa testataan alkuvuodesta 2025 ja se otetaan käyttöön vuoden 2025 ensimmäisellä puoliskolla.
Akkuvarastojen määrä on lisääntynyt Suomen kanta- ja jakeluverkoissa viime aikoina huimasti samalla, kun litiumakkujen hinnat ovat tulleet alas. Akkujen etuna on nopea reagointi sähköverkon tuotannon ja kulutuksen muutoksiin.
– Taajuussäädössä puhutaan sekuntiluokan reagoinnista ja 0,5–1 tunnin varastointiajoista. Akkuvarastoja käytetään enenevässä määrin myös pörssisähkömarkkinoilla tasaamaan kulutushuippuja. Tällöin varastointiajat ovat tyypillisesti 0,5–2 tuntia, maksimissaan neljä tuntia, sanoo LUT-yliopiston professori Pertti Kauranen.
Sähköverkon kulutus- ja tuotantovaihteluita tasataan myös kiinteistöakuilla, jotka auttavat lisäksi ylläpitämään kiinteistön kriittisiä kuormia verkon häiriötilanteissa. Akkuvarastoja rakennetaan myös tuuli- ja aurinkovoimaloiden yhteyteen, jossa ne auttavat tasaamaan verkkoon syötettävää sähköä huipputehojen aikana.
Maailmalla on rakennettu viime aikoina runsaasti akkuvarastoja sitä mukaa, kun tuuli- ja aurinkovoimaloiden määrä on kasvanut. Satojen megawattien järjestelmiä on olemassa tai ollaan kehittämässä muun muassa Kaliforniassa, Floridassa, Australiassa, Isossa-Britanniassa ja Kiinassa. Tällä hetkellä yksi suurimmista akkuvarastoista on Kaliforniassa. Sen teho on 875 megawattia ja kapasiteetti 3,287 gigawattituntia. Saudi-Arabiassa on käynnissä hankintakilpailu neljästä 500 megawatin akkujärjestelmästä, joiden yhteen laskettu kapasiteetti on kahdeksan gigawattituntia.
ISOJEN AKKUVARASTOJEN ohella sähköverkossa on myös hajautettuja akkujärjestelmiä. Esimerkiksi Elisa on tuonut markkinoille kotiakkupalvelun, jossa kotiin asennettava akku tasaa pörssisähkön hintapiikkejä. Kotiakut ovat osa Elisan mobiiliverkon tukiasemien muodostamaa akkureserviä, jonka ohjaus perustuu tekoälyä hyödyntävään hajautettuun virtuaalivoimalaitosratkaisuun.
– Tulevaisuudessa akkuvarastot yleistyvät todennäköisesti myös sähköisen raskaan liikenteen latausasemien yhteydessä. Sähkörekkojen pikalataus edellyttää megawattituntiluokan latauskapasiteettia, jolloin latausasemille tarvitaan puskurivarastoja, Kauranen huomauttaa.
Myös perinteinen vesivoima toimii sähkövarastona.
– Maailmalla 90 prosenttia sähköverkkojen varastoista on pumppuvesivoimaa. Suomessa on tutkittu maanalaisen pumppuvesivoiman käyttöä Pyhäsalmen vanhassa kaivoksessa, mutta hanke ei ole vielä edennyt toteutusvaiheeseen. Kemijoki oy puolestaan tutkii pumppuvesivoiman rakentamista Kemijärven Ailangatunturille, Kauranen kertoo.
VETY TARJOAA yhden vaihtoehdon energian varastointiin, mutta vedyn käyttöön sähköverkon energiavarastona LUT-yliopiston Pertti Kauranen suhtautuu epäilevästi.
– Akkuvarastosta noin 90 prosenttia sähköstä saadaan takaisin käyttöön, mutta kun sähköstä tehdään vetyä ja vedystä taas sähköä, on hyötysuhde 50 prosentin luokkaa. Prosessissa syntyvät lämpöhäviöt pitäisi saada talteen, jotta sähkön vetyvarastoinnissa päästäisiin parempiin hyötysuhteisiin, hän perustelee.
Sähköverkon akkuvarastot perustuvat litiumakkuihin, jotka tulevat Suomeen pitkälti Kiinasta, Japanista ja Koreasta. Myös merikontteihin rakennetut akkujärjestelmät ovat pääosin tuontitavaraa. Käynnissä oleva akkubuumi tarjoaa kuitenkin Suomeen monenlaisia uusia liiketoimintamahdollisuuksia.
– Järjestelmien ohjaus ja siihen liittyvät ohjelmistot ovat sähkön varastoinnin kannalta yhtä merkittäviä kuin rautapuoli. Esimerkiksi Wärtsilä on maailmanlaajuisesti merkittävä toimija akkujen energianhallinnan ohjauksessa. Suomessa myös monet startupit kehittävät tekoälypohjaisia ohjausjärjestelmiä. Akkujärjestelmien vaatima tehoelektroniikka on niin ikään Suomen vahvuusalue, Kauranen toteaa.
SUOMESSA ON sekä kaivosteollisuutta että metallinjalostusta, joka toimittaa materiaaleja kansainvälisille akkumateriaalivalmistajille. Suomeen on vireillä useita isoja akkumateriaalitehdashankkeita.
– Litiumakuissa on tällä hetkellä kaksi valtavirtateknologiaa. Sähköautoissa käytetään pitkälti nikkeli-mangaani-kobolttipohjaisia akkuja. Sähköverkon akkuvarastoissa suositaan raskaampia ja pitkäikäisempiä rautafosfaattiakkuja, joiden käyttöiät voivat olla jopa 15–20 vuotta. Käyttökokemukset ovat kuitenkin vielä niin lyhyitä, ettei akkujen todellista käyttöikää voida määrittää, Kauranen sanoo.
”Litiumakuissa on kaksi valtavirtateknologiaa. Sähköautoissa käytetään pitkälti nikkelimangaani kobolttipohjaisia akkuja. Sähköverkon akkuvarastoissa suositaan rautafosfaattiakkuja.
Litiumrautafosfaattiakkujen rinnalle tekevät tuloaan enemmän tilaa vievät natriumakut. Ne eivät Kaurasen mukaan korvaa litiumakkuja, mutta helpottavat litiumin saatavuuteen liittyvää materiaalipullonkaulaa.
– Litiumakuilla on massatuotannon kautta saavutettu valmistusvolyymeihin liittyvä hintaetu, jota vastaan uusien ratkaisujen on aluksi vaikea kilpailla. Maailman suurimmat litiumakkuvalmistajat kehittävät kuitenkin myös natriumakkuja ja ovat tuomassa niitä markkinoille tietyllä aikajänteellä.
Akkuvarastobisnes kiinnostaa
SUOMEN sähköntuotannon rakenne on isossa murroksessa säästä riippuvan uusiutuvan energian myötä. Tuuli- ja aurinkovoiman osuus sähköntuotannosta on tällä hetkellä 21 prosenttia ja isoja tuuli- ja aurinkovoimahankkeita on vireillä jatkuvasti.
Sähkön varastoinnille on isosti tarvetta ja sitä kohtaan on myös laajaa kiinnostusta eri toimijoiden keskuudessa.
— Tällä hetkellä kantaverkkoon on tehty alustavia liityntäkyselyitä sähkön varastointihankkeista, joiden yhteen laskettu teho on 20 000 megawattia. Luku on valtava, kun sitä suhteuttaa esimerkiksi Suomen sähköjärjestelmän kylmän talvipäivän huippukulutukseen, joka on 15 000 megawattia. Markkina selkeästi näkee, että sähkön varastoinnissa on liiketoimintamahdollisuus, sanoo Fingridin strategisen verkkosuunnittelun päällikkö Mikko Heikkilä.
Akkujen etuna reservimarkkinoilla on niiden nopea reagointi ja tarkka ohjattavuus.
— Teknisesti akut sopivat eri reservituotteiden tuottamiseen, mutta relevanteimmat markkinat niille ovat taajuusohjattu käyttö- ja häiriöreservi. Kaikkein nopeimmassa taajuusreservissä, jossa tarvitaan alle sekunnin reagointia, lähes puolet tarjonnasta tulee akkuvarastoista, toteaa Fingridin erikoisasiantuntija Jukka Kakkonen.
Fingridillä nähdään mielellään, että akkuvarastoja sijoitetaan yhä enemmän suurten tuuli- ja aurinkovoimaloiden yhteyteen.
— Tämä auttaa optimoimaan sähköverkon käyttöä ja myös kasvattamaan rakennettavan siirtoverkkoinfran ja voimalan liittymisjohdon käyttöastetta. Viime aikoina isoja akkuja onkin alettu suunnitella yhä enemmän aurinkovoimaloiden ja tuulipuistojen yhteyteen, Heikkilä kertoo.
Akkujen uusi elämä
Akkumateriaalien kierrätys ja akkujen uusiokäyttö auttavat säästämään arvokkaita mineraaleja.
EU:n kriittisten raaka-aineiden listoilla on useita vihreän siirtymän janoamia akkumineraaleja, joiden tarjonta on rajoitettua ja joiden saatavuuteen liittyy epävarmuuksia. Näitä ovat esimerkiksi litium, koboltti, nikkeli ja grafiitti.
– Akkujen elinkaaren pidentäminen vähentäisi neitseellisten raaka-aineiden tarvetta. Toisaalta akkujen tarve lisääntyy koko ajan ja kestävä energiamurros edellyttää, että kertaalleen louhitut materiaalit tuottavat arvoa mahdollisimman pitkään, sanoo LUT-yliopiston tutkijatohtori Minttu Laukkanen.
Euroopan näkökulmasta akkujen eliniän pidentäminen sekä akkumateriaalien kierrätys liittyvät pitkälti geopolitiikkaan ja toimitusriskien hallintaan, sillä parhaimmat mineraaliesiintymät ovat Euroopan ulkopuolella. Yli 70 prosenttia maailman koboltista tulee Kongosta ja yli 70 prosenttia litiumista Chilestä ja Australiasta. Grafiitti on peräisin pääosin Kiinasta. Monien suurten tuottajamaiden kaivostoimintaan liittyy paljon negatiivisia sosiaalisia ja ympäristöllisiä vaikutuksia.
liiketoimintaa, kertoo LUT-yliopiston tutkijatohtori Minttu Laukkanen.
EU:N UUSI AKKUASETUS kiristää akkujen kierrätystavoitteita ja ottaa huomioon akkujen koko elinkaaren. Helmikuussa 2024 käyttöön otettu asetus määrää muun muassa siitä, kuinka paljon uusissa akuissa tulee olla kierrätysmateriaaleja.
Lyijyakkuja on käytetty jo pitkään ja niille on olemassa toimiva kierrätysprosessi. Sen sijaan suurin osa litiumpohjaisista sähköautojen akuista ja teollisuusakuista elää vasta ensimmäistä elämäänsä, eikä niitä ole vielä päätynyt suuria määriä kiertoon.
– Isojen akkujen kierrättäminen ja uusiokäyttö on vielä suhteellisen uusi ala etenkin Euroopassa. Kierrätysprosessia kehitetään aktiivisesti ja se tuo mukanaan uutta liiketoimintaa. Asialla on useita toimijoita, kuten auto- ja akkukennovalmistajia, jätehuoltolaitoksia ja uusia kierrätysoperaattoreita.
Fortum on esimerkiksi ottanut Harjavallassa hiljattain käyttöön akkukierrätyslaitoksen ja Euroopan tasolla Stena Recycling on iso akkukierrätystoimija.
LUT-YLIOPISTO on mukana EU-hankkeessa REINFORCE, jossa käytetyille akuille kehitetään pidempää elinkaarta kiertotalouden periaatteiden mukaisesti. Tutkimus keskittyy kokoluokaltaan sata kilowattituntia ja tätä suurempiin akkuihin, joita käytetään sähköautoissa ja kiinteissä teollissuusovelluksissa.
– Etsimme akuille toisen ja jopa kolmannen elämän sovelluksia ja lopulta materiaalien kierrätystapoja. Tavoitteena on kehittää kuusi uutta teollista prosessia: akkujen keräys ja lajittelu, turvallinen logistiikka, kuntoarviointi, varauksen purku, akkupakettien purkamisen automatisointi sekä akkujen uudelleenkokoaminen.
”Tutkijat etsivät uusia ratkaisuja, jotta akut voisivat saada toisen ja jopa kolmannen elämän.
Kehitetyt prosessit on tarkoitus yhdistää ja kokonaisuutta demonstroidaan Belgiassa sijaitsevassa akkujen uudelleenvalmistuslaitoksessa. Tutkimuksessa suunnitellaan akkupassiin perustuva läpinäkyvä jäljitettävyysjärjestelmä.
Kesäkuussa 2023 alkanut projekti on nelivuotinen ja siinä on mukana 15 partneria ympäri Eurooppaa. LUT-yliopistosta projektissa on mukana sekä kauppatieteilijöitä että kestävyystutkijoita, jotka arvioivat akkujen elinkaaren pidentämiseen liittyvää liiketoimintapotentiaalia ja aiheeseen liittyviä kestävyysvaikutuksia.
SÄHKÖAUTOJEN akkupakettien ja teollisten akkuvarastojen modulaarisuus tuo erilaisia mahdollisuuksia akkujen materiaalikierrätykseen ja uusiokäyttöön.
– Jos esimerkiksi sähköauton akkupaketti koostuu 16 moduulista, joista kaksi on viallisia, voidaan vialliset moduulit ohjata materiaalikierrätykseen ja vaihtaa akkupakettiin kaksi toimivaa moduulia. Jos taas kaikki 16 moduulia ovat terveitä, mutta niiden kapasiteetti ei riitä enää autokäyttöön, voivat moduulit saada uuden elämän kiinteässä energian varastoinnissa.
Laukkasen mukaan akkujen materiaalikierrätyksen ja uusiokäytön kehittämiseen liittyy monia näkökulmia, joista yksi on akkuteknologioiden kehittyminen. – Kymmenen vuotta sitten markkinoille tuodun akun kriittisten raaka-aineiden pitoisuudet ovat suuremmat kuin tämän päivän uusissa akuissa. Tällöin vanhan akun ensimmäisen elämän päättyessä on syytä punnita, onko akku järkevää viedä suoraan materiaalikierrätykseen ja korvata se suorituskyvyltään paremmalla uudella akulla. Tarvitaan kokonaisvaltaista elinkaariajattelua, kun eri akkutyypeille etsitään kiertotalousmielessä parhaita reittejä ja uusia sovelluskohteita.
Marjukka Puolakka, teksti
Maria Heinola, kuvat
Juttu on ilmestynyt Sähkömaailma Extran numerossa 1/2025.
