Teho-ongelmaan on ratkaisu, päästöjä voidaan vähentää nopeasti

Kaikki kannattavat fossiilisten polttoaineiden korvaamista puhtaalla energialla. Teho-ongelma tekee vaikeasta haasteesta jopa mahdottoman. Jos sitä ei ratkaista tuuli-, aurinko- ja ydinvoima eivät meitä pelasta ja planeetta kuumenee. Jos ilmastonmuutos halutaan ratkaista on teho-ongelmaan löydettävä ratkaisu.
Onneksi sellainen on, mutta ennen sitä hieman energiasta, tehosta ja nykyisistä vaihtoehdoista.

Poltto voidaan lopettaa vain lisäämällä rajusti tuuli-, aurinko- ja ydinsähköä. Niiden tehoa ei voi säätää kulutuksen ja sään mukaan kuten hiilivoimaloita, öljykattiloita, kaasuturbiineja ja dieselgeneraattoreita voidaan. Satunnaisesti vaihtelevaa tehoa tulee lisää ja joustava teho loppuu. Sähköverkossa tuotannon ja kulutuksen on oltava joka hetki tasapainossa. Minuutti ilman riittävää tehoa sammuttaa lämpöpumput ja valot.

Jos arvokasta ydinvoimalaa käytetään vaje-aikojen paikkaamiseen muutamia kuukausia vuodessa ydinenergian hinta kymmenkertaistuu.
Vesivoima ei enää auta koska kosket on jo valjastettu.
Maalämpö, vesistöt ja muut pienen lämpöeron isot kausi-varastot tasaavat vuodenaikoja. Niitäkin tarvitaan lisää, mutta tunti- tai viikkotason teho-ongelmaa ne eivät helpota.
Bioenergiaa ei voida lisätä jos viljapellot, metsäteollisuus, luonnon ekosysteemit ja biomassan maahan sitoma hiili halutaan säilyttää.
Sähkö kulkee kaapelissa satoja kilometrejä. Jos etäisyydet siitä pitenevät häviöt ja kustannukset kasvavat pian sietämättömiksi. Energian saannin turvaamista – kulutuksen, päivän kierron ja tuulisuuden tasaamista – hyväkään sähköverkko ei voi taata mutta sitä silti yritetään korottamalla teho-, siirto- ja liittymämaksuja. Kuluttaja maksaa myös kulutuksen jouston tavalla tai toisella, tehtaita voidaan ajoittain sulkea ja asuntojen lämpötiloja laskea.
Myös liika teho on ongelma. Suuri määrä halpaa tuuli- ja aurinkosähköä laskee markkinahintaa. Ajoittain sähkön tuhlauksesta jopa maksetaan. Se vie kannattavuuden kaikelta energiantuotannolta samalla kun kolmeen puhtaaseen on pakko investoida ennennäkemättömällä vauhdilla.
Teho-ongelma on pian mahdottoman kallis, kaikille.

Keinovalikoimaan jää enää energian varastointi. Suomessa varastokapasiteettia tarvittaisiin kipeästi jo nyt tyynenä pakkasaamuna ja aurinkoisena myrskypäivänä noin 1000MW ja 24GWh. Ison ydinvoimalan teho ja vuorokauden tuotto pitäisi varastoida johonkin päiväksi tai viikoksi edullisesti ja paikallisesti. Saksassa tarve on paljon suurempi koska aurinko- ja tuulivoimaa on jo paljon.
Sähköä voi varastoida akkuihin ja vesivaraajiin. Sähköä varastoidaan siis myös veteen kun sitä lämmitetään sähkövastuksilla ja lämpöpumpuilla. Lämpöä ei tarvitse muuttaa takaisin sähköksi kun vesi- ja ydinvoima sekä sähkön siirto kattavat muun kuin lämmityssähkön kulutuksen.
1000MW ja 24GWh säätöön tarvitaan 1,2 miljoonaa 20 kWh sähköakkua tai yhtä monta viidensadan litran vesivaraajaa.

On ehdotettu että tasaukseen käytettäisiin sähköautojen akkuja. Vesivaraajia on vastaavasti jo valmiiksi taloissa parantamassa energiatehokkuutta. Molemmat ovat jo olemassa ”ilmaiseksi” mutta muuta tarkoitusta varten. Sähköauto on sähköverkon tasaaja vain ollessaan parkissa johdon päässä ja lisäksi tarvitaan omistajan lupa akun kuluttamiseen ja tyhjentämiseen. Samoin tarvitaan vesivaraajan käyttölupa muuhun kuin sen alkuperäiseen tarkoitukseen joka voi olla vaikkapa lämpöpumpun hyötysuhteen optimointi. Sään mukaan ajoitettu käyttölupa ei kuulosta hyvältä idealta.
Litiumioniakun kapasiteetin hinta on optimististen arvioiden mukaan pian noin 300 €/kWh (akku 6000€ ja kapasiteetti 20kWh) ja 500 litran vesivaraajan nyt noin 100 €/kWh (hinta 2000€ ja kapasiteetti 20kWh). Jos niitä käytettäisiin vain tehon tasaukseen takaisinmaksuajat olisivat nykyisillä energian hinnoilla ja nollakorolla kymmeniä vuosia.
1,2 miljoonaa varastoa on 2,4 miljoonaa jos teoreettisesta maksimi-kapasiteetista voidaan käytännössä käyttää puolet. Kun päästöt lopetetaan määrät pitää vielä moninkertaistaa.
Kuluja tulee lisää kun miljoonat energiavarastot asennetaan ja liitetään etä-ohjauksella sähköverkkoon jotta lataus ja purku voidaan optimoida sään ja kulutuksen mukaan.
Yhteenvetona voi todeta ettei nykyisten energiavarastojen määrä, kapasiteetti ja teho riitä alkuunkaan, muutamat olemassa olevat ovat muussa käytössä, niiden hinta on aivan liian kallis, aika ei riitä eikä ohjausta ole.
Jotain uutta on keksittävä jos ilmastonmuutos otetaan vakavasti ja poltto lopetetaan.

Ratkaisu on tutkitusti uusi, keksinnöllinen ja luonnonlakeja noudattava. Se kirjattiin patentti-tietokantoihin vuonna 2013. Se on niin yleispätevä että voi puhua jopa patenttiratkaisusta. Se on hyvin yksinkertainen. Siinä ei ole ydinfysiikkaa.

Se on iso vesivaraaja jota voidaan ohjata internetin pilvipalvelusta kontrollerilla. Kapasiteettia voidaan lisätä lähes rajattomasti koska se koostuu pinottavista säiliökonteista. Kolme päällekkäistä konttia antaa 150 m3 vesitilavuudella 15MWh kapasiteetin 5€/kWh hinnalla. Parannukset ovat monikymmen- tai satakertaisia perinteiseen vesivaraajaan verrattuna. Yleensä iso kannattaa paremmin kuin pieni, se pätee erityisesti vesivaraajiin koska tilavuus kasvaa kolmanteen potenssiin.
15MWh vesivaraajia tarvitaan edellä kuvattuun ydinvoimalan tehon ja 24GWh varastointiin vain muutamia tuhansia, ei miljoonia. Ne on tarkoitettu ja suunniteltu tehon tasaukseen. Ladataan edullista sähköä suurella teholla kun sitä on liikaa ja otetaan lämpöä varastosta kun energia on kallista. Muutamien vuosien takaisinmaksuaikaan päästään helposti optimoimalla lämpöpumppujen, sähkövastusten ja lämmön kierrätyksen hyötysuhteita ja ajoitusta sekä kuumentamalla vettä katolta saatavalla aurinkoenergialla. Aurinkokuumaa saadaan vain aurinkokeskittimellä, patenttiratkaisu on vuodelta 2011 ja protyyppi vuodelta 2013 mutta se on toinen tarina.

Konttien kuljetuslogistiikka on maailman paras. Säiliökontit pinotaan rakennuksen viereen joten siirtohäviöitä tai teho- ja liittymämaksuja ei ole. Jos varasto kaivetaan maan alle se näyttää kukkapenkiltä, jos ei umpinainen ja eristetty koppi voidaan sijoittaa vaikkapa kerrostalon päätyseinän viereen. Lämmitys voidaan varmistaa sähkökatkon sattuessa pitkäksi aikaa. Ostoenergiaa ei tarvita yhtään silloin kun sähkö kontrolleriin ja vesipumppuihin saadaan omista pienistä aurinkopaneeleista ja akuista. Lämpöpumppu tuottaa aina myös kylmää. Sitä varastoon mahtuu 2-3 MWh jolla viilentää isonkin talon. Kesät kuumenevat ja lähes ilmaiselle ilmastoinnille on käyttöä.
Näiden etujen lisäksi teho-ongelma poistuu. Valot pysyvät päällä niilläkin joilla ei ole omaa varastoa. Kun energiaa ostetaan vähemmän pienempikin määrä tuuli- ja ydinvoimaloita riittää ja niitä kannattaa rakentaa lisää.

Joskus keksintö poikii lisää innovaatioita. Tavallista isompi vesivaraaja tarvittiin aurinkokeskittimen tuottaman kuuman varastointiin. Niitä molempia ohjaava kontrolleri on nyt testikäytössä. Kehitämme ja ideoimme isoon vesivaraajaan ja kontrollerin ohjattaviksi sopivia sähkövastuksia, hukkalämmön talteenottoa, plug&play vesipumppuja ja -putkia sekä korkean hyötysuhteen lämpöpumppuja. Tai kehittäisimme ja pilotoisimme jos rahoitusta olisi. Ilmasto-ongelmaa on ratkaistu vuosikymmen omin varoin ja talkoilla ilman tukia.
Koska teho-ongelma on maailmanlaajuinen business plan ei voi olla business in Finland ja pikku startup vaan tarvitaan Global Market Launch. Ekosysteemiin eli verkostoon on liittynyt partnereita joilla on resursseja ja osaamista. Patenttien lisenssejä myymällä rahoitetaan nopea kasvu. Kun vaan järkevän valmistuksen edellyttämä sarjatuotanto saadaan käyntiin. Se, tuotteiden viimeistely ja markkinoille tuominen odottavat nyt muutamien miljoonien rahoitusta.

IPCC vaatii mittavia päästovähennyksiä, markkinat ja kuluttajat uusia puhtaita mutta kannattavia energiaratkaisuja. Poliitikot ja koululaiset ovat hiljattain heränneet vaatimaan isoja ja kiireellisiä toimia ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Nyt heti. Pian on vaalit ja valitaan uusi hallitus. Onko sen ohjelmassa energiahuollon turvaavia sekä kilpailukykyä ja kauppatasetta parantavia nopeita ratkaisuja vai muuttuuko mikään?

Jyri Jaakkola
Solixi Oy

Kirjoitus ja kuvat ovat heti julkaisuvapaita 29.3.2019.

Jaa, kopioi ja muokkaa vapaasti. Jos muokkaat lisää mielellään linkki sivulle solixi.com/powerproblem tai maininta solixi.com

Aiheeseen liittyviä linkkejä; STT tiedote,  Iltasanomat, esimerkki 20kWh Litiumioniakusta, Fingrid sähköjärjestelmän tila ja tehotasapaino, teho-aiheinen blogi, Solixi 6MWh ja 15MWh vesivaraajat, Solixi lyhyesti (pitch), Solixi ekosysteemi, Solixin patentit