Petri Lähde
Maatalouden energiankäyttö muuttuu nopeasti. Samaan aikaan kun tiloilla tarvitaan sähköä yhä monipuolisempiin toimintoihin, myös kiinnostus omaan uusiutuvaan energiantuotantoon kasvaa. AgriPV eli maatalouskäyttöön integroitu aurinkosähkö tarjoaa tähän kiinnostavan ratkaisun, kun samalla maa-alueella voidaan tuottaa sekä ruokaa että energiaa.
AgriPV-järjestelmässä aurinkopaneelit voidaan sijoittaa esimerkiksi viljelykasvien yläpuolelle oleville telineille tai aitamaisiksi riveiksi pellon yhteyteen. Näin peltopinta-ala ei siirry kokonaan pois ruoantuotannosta, vaan energiantuotanto ja maatalous voivat täydentää toisiaan. Pelkkä aurinkopaneelikenttä ei kuitenkaan aina riitä ratkaisemaan maatilan energiatarpeita, sillä tuotanto ja kulutus eivät useinkaan ajoitu samaan hetkeen. Tässä kohtaa kuvaan astuu aurinkosähkövarasto eli akustojärjestelmä.
Akku ei ole vain sähkön varasto
Akuston rooli AgriPV-järjestelmässä riippuu paljon järjestelmän koosta ja käyttötarkoituksesta. Pienemmissä muutamien kymmenien kilowattien järjestelmissä, sähkö tuotetaan yleensä ensisijaisesti maatilan omaan käyttöön. Tällöin akuston tärkein tehtävä on lisätä omakäyttöosuutta, eli päivällä tuotettua aurinkosähköä voidaan varastoida ja käyttää myöhemmin illalla, yöllä tai pilvisempänä hetkenä.
Maatilojen sähkönkulutus ei useinkaan seuraa aurinkosähkön tuotantokäyrää. Kulutushuiput voivat syntyä aamulla, illalla tai tiettyjen tuotantoprosessien aikana. Jos aurinko paistaa silloin, kun kulutus on vähäistä, sähköä joudutaan myymään verkkoon mahdollisesti hyvinkin pienellä spot hinnalla. Akuston avulla osa tästä energiasta saadaan talteen omaan käyttöön.
Toinen tärkeä käyttökohde on kulutushuippujen tasaaminen eli peak shaving. Kun maatilalla käynnistyy useita paljon sähköä käyttäviä laitteita samaan aikaan, verkosta otettava hetkellinen teho voi nousta korkeaksi. Akusto voi tällöin syöttää osan tarvittavasta sähköstä ja pienentää verkosta otettavaa huipputehoa. Tämä voi auttaa pienentämään liittymä- ja tehomaksuihin liittyviä kustannuksia.
Verkon kapasiteetti voi rajoittaa aurinkosähkön hyödyntämistä
Monilla maaseutualueilla sähköverkko on rakennettu aikanaan huomattavasti nykyistä pienempiä kuormia varten. Kun maatilalle suunnitellaan suurempaa AgriPV-järjestelmää, olemassa oleva verkkoliittymä ei välttämättä mahdollista kaiken tuotetun sähkön syöttämistä verkkoon.
Tällaisessa tilanteessa vaihtoehtoina voivat olla verkon vahvistaminen, aurinkosähköjärjestelmän koon rajoittaminen tai tuotannon hallinta akuston avulla. Akusto voi vähentää verkon kuormitusta ottamalla ylituotantoa talteen silloin, kun paneelikenttä tuottaa enemmän kuin liittymä sallii verkkoon syötettäväksi. Myöhemmin varastoitu energia voidaan käyttää omalla tilalla tai myydä verkkoon sopivampana ajankohtana.
Käytännössä akusto voi siis mahdollistaa suuremman aurinkosähköjärjestelmän hyödyntämisen ilman, että kaikkea ylijäämää joudutaan leikkaamaan pois. Tämä parantaa järjestelmän energiatehokkuutta ja voi vaikuttaa merkittävästi investoinnin kannattavuuteen.
Toimitusvarmuus on maatilalla kriittinen kysymys
Maatiloilla sähkökatko ei ole pelkkä mukavuushaitta. Se voi pysäyttää lypsylaitteet, kylmäkoneet, ilmanvaihdon, ruokinnan tai tuotantotilojen olosuhteiden hallinnan. Karjatiloilla kesäaikainen sähkökatko voi johtaa tilojen ylikuumenemiseen, ja marja- tai elintarviketiloilla kylmäketjun katkeaminen voi aiheuttaa merkittäviä taloudellisia menetyksiä.
Akustojärjestelmä voi toimia osana maatilan varavoimaratkaisua. Oikein suunniteltuna järjestelmä pystyy irrottamaan maatilan sähköverkon jakeluverkosta ja muodostamaan oman saarekeverkon. Tällöin kriittisiä kuormia voidaan syöttää akustosta sähkökatkon aikana. Nopeimmillaan ratkaisu voi toimia UPS-järjestelmän tavoin niin, ettei lyhyttä katkoa edes huomata.
Akusto ei myöskään sulje pois perinteistä varavoimaa, kuten aggregaattia tai traktorikäyttöistä generaattoria. Päinvastoin ne voivat täydentää toisiaan. Aggregaattia voidaan käyttää akuston lataamiseen, minkä jälkeen se voidaan sammuttaa polttoaineen ja käyttötuntien säästämiseksi. Aurinkosähkö puolestaan pidentää akuston käyttöaikaa varsinkin valoisaan vuodenaikaan.
Suurissa järjestelmissä akusto voi avata uusia tulovirtoja
Kun AgriPV-järjestelmä kasvaa megawattiluokkaan, akuston rooli muuttuu. Tällöin sähköä tuotetaan usein selvästi enemmän kuin maatila itse kuluttaa. Akustolla voidaan tasata tuotantoa, siirtää sähkön myyntiä paremmille tunneille ja mahdollisesti osallistua sähkömarkkinoiden jousto- ja reservipalveluihin.
Suurissa akustojärjestelmissä tehonmuutokset voivat tapahtua hyvin nopeasti. Tämä tekee akuista kiinnostavia sähköverkon taajuuden hallintaan. Reservimarkkinoille osallistuminen edellyttää kuitenkin riittävää järjestelmäkokoa, teknistä soveltuvuutta ja markkinoiden vaatimusten täyttämistä. Siksi suuren akuston suunnittelu ei ole pelkkä laitehankinta, vaan siihen liittyy myös liiketoimintamallin ja markkinastrategian arviointi.
Esimerkkikohteessa tarkasteltiin 425 kW:n aurinkosähköjärjestelmää, jossa verkkoyhtiön verkkoon sallittu maksimiliityntäteho on 220 kW. Tuotantosimulaatioiden ja kulutustietojen perusteella ylituotantoa syntyy eniten kesäkuussa, noin 50 MWh kuukaudessa. Päivää kohti tämä tarkoittaa noin 1 700 kWh ylijäämää.
Jos akusto mitoitetaan kahden tunnin purkuajalle, 220 kW:n teholla kapasiteetiksi saadaan 440 kWh. Neljän tunnin akusto olisi jo 880 kWh. Tässä kokoluokassa olisi perusteltua tarkastella myös yli 1 MWh:n akustoa, jolloin järjestelmää voisi mahdollisesti hyödyntää laajemmin myös sähkömarkkinoilla.
Turvallisuus ja melu on huomioitava jo suunnittelussa
Akustojärjestelmät perustuvat nykyisin useimmiten litiumioniakkuihin. Ne ovat tehokkaita ja käyttökelpoisia energiavarastoja, mutta turvallinen käyttö edellyttää oikeaa sijoittelua, lämpötilan hallintaa, ilmanvaihtoa ja asianmukaisia suojausratkaisuja.
Maatilaympäristössä akustoa ei tule sijoittaa rehujen, polttoaineiden, kemikaalien, kuivikkeiden tai muiden helposti syttyvien materiaalien läheisyyteen. Myös pöly, kosteus, ammoniakki, työkoneet ja eläimet voivat aiheuttaa erityisiä vaatimuksia akuston koteloinnille ja sijoittelulle. Suuremmissa järjestelmissä erillinen tekninen tila tai akustokontti on usein turvallisin ratkaisu.
Turvallisuutta valvoo akustonhallintajärjestelmä eli BMS, joka seuraa muun muassa kennojen lämpötilaa, jännitettä, lataustilaa ja kuormitusta. Se ei kuitenkaan korvaa hyvää suunnittelua, määräysten mukaista asennusta eikä säännöllistä kunnossapitoa.
Myös melu on nousemassa tärkeäksi suunnittelukysymykseksi. Akustojen merkittävin ääni ei yleensä synny akuista itsestään, vaan jäähdytyspuhaltimista, kompressoreista, inverttereistä ja muuntajista. Maatalousympäristössä melu voi olla erityisen herkkä kysymys, jos akusto sijoittuu lähelle asuinrakennuksia, eläinsuojia tai avointa maaseutumaisemaa, jossa ääni kantautuu pitkälle.
Melua voidaan vähentää sijoittelulla, maastonmuotoja hyödyntämällä, meluesteillä sekä valitsemalla hiljaisempia jäähdytysratkaisuja. Esimerkiksi nestekiertoinen tai passiivinen jäähdytys voi vähentää puhallinmelua. Ennakoiva melumallinnus kannattaa ottaa mukaan etenkin suurempien energiavarastojen suunnitteluun.
Oikea mitoitus ratkaisee hyödyt
Akuston mitoituksessa ei kannata lähteä liikkeelle pelkästä kapasiteetista. Ensin on määriteltävä, mitä akustolla halutaan tehdä. Onko tavoitteena lisätä omakäyttöä, leikata tehohuippuja, varmistaa sähkökatkojen aikainen toiminta, hallita verkkoliittymän rajoitteita vai osallistua sähkömarkkinoille?
Mitoituksessa tarkastellaan sekä tehoa että energiakapasiteettia. Teho kertoo, kuinka paljon sähköä akusto pystyy hetkellisesti antamaan tai vastaanottamaan. Kapasiteetti kertoo, kuinka kauan tätä tehoa voidaan ylläpitää. Yleinen lähtökohta on, että akuston kapasiteetti on noin kaksin–nelinkertainen sen purkutehoon nähden. Tällöin akustoa voidaan käyttää täydellä teholla noin 2–4 tunnin ajan.
Maatiloilla paras ratkaisu löytyy yleensä kulutusprofiilien, tuotantosimulaatioiden, verkkoliittymän ehtojen ja investointitavoitteiden yhteistarkastelusta. Liian pieni akusto ei hyödynnä kaikkea potentiaalia, mutta ylimitoitettu akusto voi heikentää kannattavuutta. Oikea koko on teknisen tarpeen ja taloudellisen hyödyn välinen tasapaino.
Energiavarasto tekee AgriPV:stä hallittavamman kokonaisuuden
AgriPV yhdistää maataloustuotannon ja aurinkosähkön samaan ympäristöön. Akusto tekee tästä kokonaisuudesta joustavamman. Se auttaa hyödyntämään tuotettua energiaa paremmin, vähentää verkon kapasiteettirajoitteita, tukee toimitusvarmuutta ja voi suurissa järjestelmissä luoda uusia liiketoimintamahdollisuuksia.
Aurinkosähkövarasto ei kuitenkaan ole irrallinen lisälaite, vaan osa maatilan koko energiajärjestelmää. Sen suunnittelussa on huomioitava maatilan tuotanto, sähkönkulutus, sähköverkon ehdot, turvallisuus, melu, kunnossapito ja taloudellinen tavoite.
Kun nämä tekijät otetaan huomioon jo suunnitteluvaiheessa, akusto voi olla keskeinen mahdollistaja maatilan omavaraisemmalle, toimintavarmemmalle ja joustavammalle energiankäytölle.
Blogiteksti on tiivistelmä BIOVAHVA hankkeessa kirjoitetusta akkuselvityksestä, jonka voit lukea täältä: Linkki päivitetään.
BIOVAHVA – Satakunnan biotalouden vahvistaminen ja varmistaminen on Satakunnan ammattikorkeakoulun koordinoima kehittämishanke, jota toteuttavat yhteistyössä Pyhäjärvi-instituutti, Satafood Kehittämisyhdistys ry ja Prizztech Oy. Hanke kehittää uusia liiketoimintamahdollisuuksia, vahvistaa biotalouden kilpailukykyä ja tukee kestävää aluekehitystä Satakunnassa. Hanke on Euroopan unionin osarahoittama Oikeudenmukaisen siirtymän rahastosta osana Uudistuva ja osaava Suomi 2021–2027 -ohjelmaa.