Hajautetun energiajärjestelmän toteutusmahdollisuudet virtausakkuteknologialla

Abstract

Työssä tutkittiin virtausakkuteknologian soveltuvuutta osana hajautetun energiajärjestelmän toteutusta. Hajautettu virtausakku on laaja energiaverkosto, joka mahdollistaa energiansiirron ja -varastoinnin. Energia varastoidaan virtausakun elektrolyyttiin, jota säilytetään kaukolämpöverkoston kaltaisessa laajassa putkiverkostossa. Elektrolyyttiä siirretään putkiverkostossa maan alla pumppaamalla ja hajautetun akun lataaminen ja purkaminen suoritetaan tuotannon ja kulutuksen yhteydessä kennopinojen välityksellä.

Tutkimus keskittyi hajautetun virtausakun soveltuvuuteen uusiutuvan energian varastoinnissa sekä kulutuksen teho-optimointiin huipunleikkauksessa. Tutkimusta varten ohjelmoitiin Matlab-simulointimalli, jonka avulla simuloitiin erilaisia tapauksia. Hajautetun virtausakun teknologia- ja kustannusastetta verrattiin litium-ioni akkuteknologialla toteutettuihin energiajärjestelmiin sekä pienessä että isossa mittakaavassa.

Simuloinnin tuloksien nojalla teknologian rajoitteita ovat virtausakkujen heikko energiatiheys ja järjestelmän hyötysuhde. Lisäksi nykyisellä teknologialla tutkitun järjestelmän toteutusta estää ympäristön mahdollinen saastuminen energiajärjestelmän toiminnan vikatilanteissa, kuten putkiverkoston vuototilanteissa. Tämän hetkinen teknologiastatus ja kustannusrakenne suosivat litium-ioni akkuteknologiaa, jonka havaittiin suoriutuvan parhaiten tutkituista toiminallisuuksista.

The objective of this research was to plan and simulate distributed energy system configured using flow battery technology. A distributed flow battery is an expansive energy network which enables the transportation and storage of produced energy. The energy is stored in the electrolyte and stored in a pipe network similar to district heating. The electrolyte is pumped underground and the energy is charged or discharged via cell stacks at the production or consumption sites.

The focus of the research was renewable energy storage and power optimization in peak shaving of consumption. A Matlab simulation model was configured to simulate the case studies. The status of flow battery technology and costs were compared to energy systems configured with large- and small-scale lithium-ion batteries.

The results indicate that the energy density and system efficiency of flow battery is restricting the energy system’s performance. In addition the contamination of environment is a great risk with current flow battery technology in case of leakage. The current state of storage technologies and their cost structures also favor the lithium-ion technology. Another apparent result was that lithium-ion batteries outperform the distributed flow battery.