Kaikki tuntevat paristot, ja useimmat käyttävät niitä joka päivä elämänsä. Niitä löytyy kaikenlaisesta kulutuselektroniikasta kelloista, kannettavista tietokoneista ja matkapuhelimista. Kun useimmat ajattelevat paristoa, tulee mieleen yleinen AA-kemiallinen paristo, sellainen, jonka voit laittaa taskulamppuun tai television kaukosäätimeen. Tällainen tekniikka on kuitenkin paljon yleisempää. Paristoja voi olla monissa muodoissa, ja niitä käytetään laajasti sähköntuotanto- ja varastointiteollisuudessa sähkön hallintaan verkkojen sisällä. Itse asiassa akkuteknologia on todennäköisesti avaintekijä uusiutuvan energian teknologian kehittämisessä tulevina vuosina.
Tämä on seurausta uusiutuvaan energiaan liittyvästä omituisuudesta. Toisin kuin muut energialähteet, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois tarpeen mukaan, uusiutuvan energian tuotanto on riippuvaista säästä, jos sääolosuhteet ovat huonot, sähköä ei synny. Tämä koskee erityisesti aurinkoenergiaa, joka tuottaa sähköä vain päivällä eikä yhtään yöllä. Tämä johtaa tehon tasapainotusongelmaan, sähköä käytetään koko päivän ja yön, joten se on tuotettava verkosta kysynnän tyydyttämiseksi.
Täysin uusiutuva järjestelmä ei täyttäisi tätä vaatimusta, koska energiantuotanto tulee ja menee. Tarvitaan järjestelmä, joka kerää päivän aikana tuotetun sähkön ja jakaa sen tarvittaessa. Tässä akut tulevat sisään. Suuret akkupankit voivat varastoida sähköä ja vapauttaa sen tarvittaessa. Tämän tyyppisiä järjestelmiä käytetään jo nykyään. Suuret litiumioniakkupankit on rakennettu osaksi Australian verkkoa ylimääräisen virran varastoimiseksi. Pankit ovat parhaillaan koeajallaan testatakseen tehokkuuttaan.
Litiumioniakut ovat tällä hetkellä teollisuuden suosituin akkumuoto, niitä käytetään yleisesti matkapuhelimissa, kulutuselektroniikassa sekä sähköajoneuvoissa. Tämä johtuu siitä, että ne ovat tällä hetkellä paras ratkaisu näihin sovelluksiin. Niillä on kuitenkin joitakin haittoja, varsinkin kun tarkastellaan niiden käyttöä laajamittaisessa verkkosähkön varastoinnissa, kuten tarkastelemme tänään. Akkujen valmistukseen tarvittavia materiaaleja on vaikea hankkia, koska ne louhitaan enimmäkseen Afrikan maissa, joissa on huonot eettiset työtavat, mikä johtaa suureen hyödyntämiseen litiumkaivosteollisuudessa.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
Nämä materiaalin hankintahuolet johtavat myös siihen, että litiumioniakkuja on kallista tuottaa, joten sähkön varastointiyksikkö käytettyä kiloa kohden, toisin sanoen kustannustehokkuus, on alhainen. Lopuksi näillä akuilla voi olla vakavuusongelmia, koska useat akut aiheuttavat suuria tulipaloja Australian akkutestauskeskuksissa, kun akut ovat ylikuumentuneet. Joten vaikka nämä akut sopivat hyvin useisiin kulutuselektroniikkalaitteisiin, ne eivät ole niin hyviä laajamittaiseen sähkön varastointiin.
Millaisia vaihtoehtoja sitten on olemassa? On tietysti olemassa perinteinen tapa varastoida sähköä… vettä! Vesivoimapatoja on kaikkialla maailmassa, ja ne ovat kokeiltu ja todellinen tapa varastoida ja vapauttaa sähköä. Huippusähköntuotannon aikana vesi pumpataan säiliöön ja sähkön tarpeen mukaan vesi vapautuu säiliöstä ja kulkee turbiinin läpi tuottaen sähköä. Tätä järjestelmää on käytetty satoja vuosia muodossa tai toisessa, joten se on erittäin luotettava tapa varastoida suuria määriä virtaa. Sillä on kuitenkin suuri haittapuoli, nimittäin niin suuren projektin rakentamiseen vaadittava tila ja investoinnit. Tällainen projekti rajoittuu myös tiettyyn maantieteeseen, joka vaatii suuria korkeuksia ja vuoristoisia maisemia.
Akkuteknologia tarvitsee innovaatioita, onneksi useita uusia akkuteknologiaideoita on kehitteillä tämän aukon paikkaamiseksi markkinoilla. Jännittävä uusi Edinburghissa sijaitseva startup on kehittänyt teknologiaa samanlaisella tavalla kuin juuri keskustelemamme painovoimakäyttöiset vesivoimalat, nostaen raskaan painon veden tilalle. Gravitricity on rakentanut tälle uudelle teknologialle testialustan Prince Albert Dockissa, Forthissa lupaaviin tuloksiin! Yhtiön tavoitteena on jälkiasentaa Ison-Britannian käytöstä poistetut hiilikaivokset pitkiksi kuiluiksi, joilla nostetaan ja lasketaan suuria painoja sähkön varastointia ja vapauttamista varten.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
Nyt toisenlaiseen energiaan… Lämpö! Tutkijat monissa instituutioissa ympäri maailmaa tutkivat lämpöparistojen kehitystä. Nämä akut lämmittävät materiaalia, kun sähköä on liikaa, ja muuttavat saman lämmön sähköenergiaksi käytettäväksi, kun energiaa on vähemmän. Tämän tekniikan korkealaatuiset versiot käyttävät lämpövarastomateriaalina sulaa suolaa, joka on kuumennettu yli 1000 celsiusasteeseen. Tämänkaltaiset järjestelmät ovat nähneet suuria lupauksia energian varastointimenetelmänä, mutta niissä on edelleen ongelmia sulan suolojen siirtämisessä sähkön tuottamiseksi niistä.
Tästä tekniikasta on asennettu heikompi versio Suomessa. Yhteistyössä paikallisen kylän kanssa järjestelmä lämmittää tavallisen hiekan 500 celsiusasteeseen käyttämällä uusiutuvia energialähteitä. Tätä varastoitunutta energiaa voidaan sitten käyttää ympäri vuoden paikallisten asuntojen tasaiseen lämmittämiseen (erityisen tärkeä tekijä kylmien suomalaisten talvien aikana). Tämä pilottilaitoksen konsepti on erityisen jännittävä, koska se on erittäin halpa tapa varastoida sähköä ja se voidaan helposti integroida paikallisiin yhteisöihin, mikä tarjoaa mahdollisuuden kehittää paikallisia mikroverkkoja.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
Toivottavasti näet nyt, kuinka tärkeää akkuteknologia on maapallon vihreälle tulevaisuudelle ja kuinka eri tekniikoita kehitetään parhaillaan varmistaakseen, että uusiutuva energia on tehokkaampaa ja halvempaa kuin koskaan!