Räjähtääkö sähkön varastointi?


Menneinä aikoina esiintyi viisautta siinä määrin, että esimerkiksi sähkön tuotantolaitokset pyrittiin suunnittelemaan siten, että kysyntään reagoivaa tuotantokapasiteettia oli riittävästi tasaisesti tuottavan perusvoiman lisäksi. Tällöin ei myöskään tullut kyseeseen se, että nopeasti reagoivaa maakaasuvoimalaa olisi ryntäytetty ajoittain täysille tehoilla ihan vaan siitä ilosta, että saadaan vaatia muiden voimaloiden tuotantoa allennettavaksi. Sähköverkkoonhan ei voi syöttää enempää kuin on kysyntää, joten tuotannon on joustettava.

Sittemmin monet laitteet ovat tulleet älykkäiksi ja väitetäänpä ihmisenkin keskimäärin olevan nykyään älykkäämpi kuin ennen. Viisaus vain näyttäisi poistuneen sähköverkkojen liepeiltä ja nykyään monissa maissa sähköverkkoon kytketyt tuulivoimalat ja muut sattumasähkön tuottajat määräävät muiden sähköntuottajien tahdin. Kiinassa sentään asiat hoidetaan toisin tuulivoimankin suhteen. Epäilen tämän johtuvan siitä, että kiinalaiset ovat viisaita.

Joka tapauksessa tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto on johtanut tarpeeseen varastoida sähköä, niin että alussa mainittu kysyntää vastaava sähköenergian tarjonta voitaisiin toteuttaa satunnaisesti vaihtelevan tuotannonkin vallitessa. T&T-lehden artikkeli reilun vuoden takaa kertoo (Linkki), ettei sähkön pitempiaikainen varastointi toimi kovinkaan edullisesti tai hyvällä hyötysuhteella, vaikkei sähköakku olekaan ainoa vaihtoehto.

Äskettäin satuin näkemään artikkelin (Linkki), missä kerrottiin ilman nesteytystä jäähdyttämällä käytettävän sähköenergian varastoinnissa. Luin siitä suomeksikin, mutta kun en laittanut kirjanmerkkkiä sivulle, niin eihän sitä enää löydä. Googlen haustakin on ajoittain häviksissä runsasti käyttämäni aikarajaus. Säästävätkö sähköä vai mistä on kyse? Asia tosin on ollut esillä jo nelisen vuotta sitten suomeksikin (Linkki). Kuvassa 1 näkyy toistaiseksi kaiketi ainoan koelaitteiston rakennetta ja historiaa.

Nesteilman valmistushan on varsin paljon energiaa vaativa prosessi mm. siksi, että ilmaa pitää paineistaa, jolloin tehdään pV-työtä. Tässä uudessa kryogeenisessa energiavarastossa puristuksessa muodostuva lämpö voidaan kuitenkin varastoida sekin, joten varastoa purettaessa lämpöenergiaa on käytettävissä omasta takaakin paineistetun nesteilman höyrystämiseen sähköä tuottavaa turbiinia varten. Tässä järjestelmässä kaikenlainen hukkalämpö on useinkin  hyödynnettävissä. Energiahyötysuhde kryovarastossa voi kohota 70% luokkaan, energiatiheys on litiumioniakun tasoa ja energian säilyvyyden sanotaan olevan hyvä jopa kuukausien ajan.

Alan yritys Highview power kertoo sivustollaan (Linkki), että jopa 100% varastointihyötysuhteeseen päästään kytkemällä laitteisto nesteytetyn maakaasun kaasumaiseksi muuntavaan järjestelmään. Tässä kaiketi hyödynnetään ”jätekylmää”. Ehkäpä samantapainen hyötysuhde olisi saavutettavissa maakaasua nesteytettävien laitosten yhteydessä hyödyntäen jätelämpöä?

Nesteilma näyttäisi olevankin yllättävän edullinen energiavarastomateriaali (Linkki). Laskelmissa näkyvä kWh-hinta ei muuten ole siten kuluttajan hinta varastosta ostetusta sähköstä, vaan akkukapasiteetin hinta. Kohtalainen kilpailukykyisyys voisi johtaa energiavarastoinnin räjähtävään suosion kasvuun tehden ehkä samalla sattumaenergiankin taloudellisesti käyttökelpoiseksi.

Toisenlainenkin räjähdys on nesteilman osalta mahdollista. Esimerkiksi laboratorioissa ei käytetetä nesteilmaa vaan nestetyppeä turvallisuussyistä. Nesteilma muodostaa esimerkiksi dietyylieetterin kanssa räjähtävän seoksen. Kun nesteilma haihtuu, siihen jäännösosaan konsentroituu mm. otsonia ja orgaanisia epäpuhtauksia huonommin haihtuvina aineksina. Jos haihdutusta ei viedä aivan loppuun ja se toistetaan useaan kertaan samassa astiassa, astian pohjalla voi lopulta olla hyväkin latinki. Tämä mahdollisuus saattaisi olla nesteilma-akussakin jossain osassa laitteistoa. Yritin selvittää, miten tämä vaara on torjuttu, mutta mitään tarkkaa tietoa en löytänyt. Yhdessä kaaviossa tosin puhuttiinkin siten nestetypestä, joka on tässä suhteessa vaaraton aine. Voisiko olla, että happi onkin poistettu seoksesta? Prosessihan käy näin kalliimaksi, paitsi jos nestehappi saadaan myydyksi riittävällä hinnalla. Eräs mahdollisuus on, että pumppaus varastosäiliöstä ja haihdutus toteutetaan niin, ettei jäännösten kertymää pääse kovin helposti muodostumaan.

Toivoa sopii, ettemme saa lukea räjähtävästä nesteilmaenergia-akusta. Jos kuitenkin räjähdys tapahtuu, niin voinemme luottaa, etteivät ainakaan sattumaenergian tuottajat ota mitään vastuuta tapahtuneesta. Eiväthän hiilivoimalatkaan ota vastuuta hiilikaivoksiin kuolleista, ettei tässä olisi sen kummemmasta kyse.

Linkkejä

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryogenic_energy_storage (Linkki) Kryogeenisesta energiavarastoinnista on jo artikkeli Wikipediassakin, englanniksi tosin.

http://www.fapesp.br/eventos/2014/05/UK-Brazil/Williams.pdf (LinkkiPDF) Birminghamin yliopiston professori Williamsin esitys aiheesta.

http://www.highview-power.com/ (Linkki) Kryogeenisia energiavarastoja valmistavan yrityksen sivusto

http://www.renewableenergyworld.com/articles/print/volume-19/issue-4/features/energy-storage/a-look-at-liquid-air-energy-storage-technology.html (Linkki) Uutisointia aiheesta maaliskuulta, ennen kuin laitos oli käynnistetty.

http://www.siemens.fi/pool/cc/events/energia_ja_liikennepaiva2012/mantynensiestorage.pdf (LinkkiPDF) Siemensin näkemystä energianvarastoinnista. Sattumaenergian tuotanto näyttäisi olevan pääsyy varastointitarpeelle.

http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2003/T2199.pdf (LinkkiPDF) VTT:n yleiskatsaus energiavarastoihin vuodelta 2003. Nesteilmaa ei vielä tunneta.

http://www.tekniikkatalous.fi/talous_uutiset/opiskelija-laski-energiavarastojen-kannattavuuden-suomessa-6002344 (Linkki) Sähköakku ei ollut Suomessa kannattava verkkosähkön varastointimenetelmä ainakaan vielä viime vuonna.

https://en.wikipedia.org/wiki/Oxyliquit (Linkki) Nestemäinen happi on tunnettu räjähdysainekomponentti.

Advertisements

10 responses to “Räjähtääkö sähkön varastointi?

  1. Tietysti voi lisätä tankkeihin varoituksen: Älä säilytä dietyylieetteriä (helposti syttyvää jo normaalipaineisenkin ilmankin läsnäollessa) samassa varastotilassa säiliön kanssa. Tietenkin joku voisi ajatella että terve järkikin sen sanoo. Mutta ikävä kyllä terve järki on luonnonvara, josta on puutetta. Uutisia lukiessa tämä on tullut minulle mieleen aina silloin tällöin. Sanoo suomalaismies joka itsekin lukee käyttöohjeen vasta ensimmäisen epäonnistumisen jälkeen. ;-)

    Tykkää

    • Tuossahan näkyy ilmanpuhdistusyksikkö kaaviossakin, vaan sitä ei näkynyt, mitä sillä puhdistetaan. Vesi ja hiilidioksidi ainakin pois, koska ne tukkisivat lopulta koko systeemin.
      Dietyylieetteri nyt on vain siitä pahimmasta päästä ja hyvin dokumentoitu. Ilmeinen mekansimi sen kanssa on peroksidin muodostus ja sitten peroksidin hajoamisen (tai muun reaktion) antama alkupotku, jonka jälkeen seoksessa oleva otsoni ja happi pääsee palamaan, jos palavaa materiaalia on.

      Tykkää

  2. Taasen olet pukenut sanoin hyvän ajatuksen:
    ”… (ennen)… ei myöskään tullut kyseeseen se, että nopeasti reagoivaa maakaasuvoimalaa olisi ryntäytetty ajoittain täysille tehoilla ihan vaan siitä ilosta, että saadaan vaatia muiden voimaloiden tuotantoa alennettavaksi. ”
    Mainio vertaus tuuli-ja aurinkovoimaloihin ja niiden erääseen perustavaan epä-älyllisyyteen ja epä-oikeudenmukaisuuteen. Elämme siis tässäkin ns. ’faktojen jälkeistä’ aikaa. Ja reiluuden jälkeistä aikaa.

    No, lisäksi Helsingin energia on jo alkanut keräämään vakuutuksia asiakkailtaan, ettei ne valita jos ei tuukkaan lämpöö tai sähköö. Nimellä energialupaus taisi olla. Onkohan se kohta meillä kaikilla luontaisetuna.

    Kun nyt olet kiinnostunut energiasta, niin kysymykseni sinulle on tällainen:
    Mitä voimalat, verkon säätelijät jne. tekee sille sähkölle, jota väkisinkin aika-ajoin tulee yli tarpeen? Jotta voisimme paremmin ymmärtää säädön konkretiaa. Eikö sähköä voi mm. dumpata suoraan maahan, ellei tuotantoteho heti paikalla laske. Paljonko on verkoissa itsessään ’paineensietoa’?.

    Ainakin höyrygeneraattorin tehoahan voi varmaan laskea ihan vaan höyrynä ilmaan. Ja tietenkin pitää vähentää polttoaineen syöttöä.

    Tykkää

    • http://butler.cc.tut.fi/~repo/Opetus/Projektityot/Lauri_Ahonen_hairioreservit.pdf
      Tuossa linkissä kuvataan häiriötä niin päin, että tuotannon puolelta tippuu voimala tms. pelistä. Siinä on verkon osalta hieman joustoa taajuuden kautta. Sitten on taajuusohjattu käyttöreserviä ja taajuusohjattua häiriöreserviä.
      Onhan koko sähköverkon johtimien massakin jo jonkinlainen, että jos siihen tulisi vaikka sekunnissa yksi kWh ylimääräistä energiaa laajemmalle alueelle verkkoon, niin ei ne johtimet vielä siitä sulaisi. Tarkemmin laskettuna näyttäsi sata kilo kuparia kuumenevan sadan asteen verran yhdellä kilowattitunnilla.

      Olen käsittänyt, että lukijakunnassani on paremmin asiaa tuntevia henkilöitä, mutta huomaavaatko tulla tarkentamaan tms.

      Tykkää

  3. Yhtä kaikki, vaikka tuossa yllä kommenttini onkin tarkoitettu kevyeksi, mielessäni on aina tämä: hyötysuhde. En todellakaan usko, että tuossa 70% hyötysuhteen arviossa on otettu huomioon todellisia käyttötilanteita täällä napapiirin lähellä. Missä energiantuotanto tapahtuu lähes yksinomaan kesäisin ja energiantarve on suurin talvisin. Tässä vaiheessa kaikki hyötysuhteen arvioinnit saattavat hyvinkin olla jonkun PR-henkilön tai mainostoimiston rikkaasta mielikuvituksesta ammennettuja.

    Tykkää

    • Jos valmistettaisiinkin pelkästään nesteytettyä ilmaa, joka toimitettaisiin asiakkaille sellaisenaan, pohjoinen sijainti todennäköisesti olisi etu, koska kylmää jäähdytysilmaa tai -vettä olisi saatavilla. Tämä etu sitten menetetään, kun prosessin lämpöä aletaan säilömään ja kierrättämään.
      Ilmoitettu 70% on kaiketi vielä vain laskelma, ei todellisesti mitattu arvo koelaitoksesta. Yrityksen sivustolta löytyy myös hyötysuhde 150%, jolloin käytetään sekä jätekylmää että jätelämpöä prosessissa. Hyötysuhde vähän väärin ilmoitettu, mutta antaa mielestäni vertailuarvon aika hyvin, verrattuna siis paljaaseen laitokseen.

      Tykkää

  4. Tekniikka talous julkaisi pienen jutun nesteytetyn ilman varastoinnista mutta eipä sekään antanut lisävalaistusta yllä esitettyihin kysymyksiin.
    https://summa.talentum.fi/article/tt/paivan-lehti/2016-12-13/englanti-kokeilee-uutta-tekniikkaa-sahkon-varastointiin/348408

    Varastointi on kannatettavaa jotta saadaan sattumasähköä pois verkosta pilaamasta markkinointia. Energia tiheys ei tosin ole vielä suuri. Litiumioniakkuja ei tietysti kaikkeen riitä joten tämä on varteen otettava vaihtoehto mikäli sen hinta pysyy kohtuullisena.

    Tykkää

    • Kiitos linkistä. Tuossa artikkelissa saattoi olla se selvennys, ettei mitään aiempaa pilottilaitosta olekaan, kuten ainakin kommenteissa arvelin. Kyse saattaa olla siitä, että tämän laitoksen käynnistys on viivästynyt, jolloin joistain tiedoista olen saanut väärän mielikuvan ajallisesta todellisuudesta. Kuva 1 antaa myös sellaisen mielikuvan, että jotain aiempaa olisi oli ollut toiminnassa.

      Räjähdysongelman osalta on mielestäni iso ero sillä, onko jonkin mittakaavan laitos jo toiminut vuosia, vaiko vasta nyt käynnistetty. Edellinen poistaisi epäilyjä, muttei jälkimmäinen.

      Tykkää

  5. Taitaa tarvita esim 12*400MW tuulivoimapuisto melkoisen kokoluokan nesteilmatankin ja väkkärän puskurikseen. Eivät ihan halpoja leluja rakentaa ja ylläpitää. Tuntuu pelle-peloton-näpertelyltä, joka on mahdollista vain, jos apurahahakemus alkaa esim:
    ”Ilmastonmuutoksen torjumiseen ja uusiutuvan energian hyödyntämiseen toimiva … > liitä oma virityksesi tähän<

    Tykkää

    • Kuvassa lukee, että 330 kW on teho. Hintaa on 10 miljoonaa. Ei siis riittäisi yhdenkään tuulivoimalan tasaajaksi. Säiliiön varaus riittäisi tunninksi korvaamaan yhtä tuulivoimalaa. Kyse kuitenkin koelaitoksesta, joten suurempien yksiköiden sarjatuotanto tod. näk. tulee edullisemmaksi.
      Parastahan tietenkin olisi, että mikäli tämä nesteilma-akku osoittatuu vaarattomasti toimivaksi, jokaiseen tuulivoimalaan on rakennettava sellainen, tai sitten ei lasketa tuulisähköä valtakunnan verkkoon. Jos kokonaisuus tulisikin sitten taloudellisesti kannattamattomaksi, niin siinähän säästyisi veromaksajien ja kuluttajien euroja. Selainen näppituntuma tulee, että nesteilmavaraajalla varustettuna tuulivoimalan hinta enemmän kuin tuplaantuu, mutta tuotanto ei suinkaan kaksinkertaistu, koska eihän nytkään tuulivoimalan tuotantoa katkaista kuin myrskyllä ja tyynellä. Vain jälkimmäiseen tapaukseen akku antaa apua, mutta sehän on kerätty sieltä sopivista tuulista. Sen sijaan tuulisähkön tasalaatuisuus paranisi.

      Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s