Voisiko painoon ja painovoimaan perustuvista valtavista akuista tulla keino hallita yhä enemmän säästä riippuvaista sähköntuotantoa? Maailman ensimmäinen suuren mittakaavan painovoima-akku on pian valmis otettavaksi käyttöön Kiinassa, ja samanlaisia on rakenteilla myös muualla.
Painovoima-akku näyttää jättiläismäiseltä varastorakennelmalta teollisuusalueella Rudongissa, hieman Shanghain pohjoispuolella Kiinassa. Yli 120 metriä korkeana, muistuttaen sisältä modernia automatisoitua robottivarastoa, mutta missä tavaroiden sijasta poimitaan ja nostetaan 24 tonnin betoniharkkoja kiskoja pitkin energian varastoimiseksi ja sähkön tuottamiseksi.
Valtavan energiavaraston periaate perustuu yksinkertaiseen mekaniikkaan ja painovoimaan. Kun sähkön tarve on pientä, painovoima-akku nostaa kiskoja pitkin betonimöhkäleitä ylös läheisen tuulipuiston ylijäämäsähköllä. Kulutushuippujen aikana taas betonimöhkäleet alas laskettaessa pyörittävät generaattoreita ja tuottavat sähköä takaisin verkkoon.
Keksinnön ja projektin takana on sveitsiläinen Energy Vault -yritys, jonka mukaan noin 100 betoniharkon massiivisen koneiston pitäisi tuottaa tehoa 25 MW ja varastointikapasiteettia 100 MWh. Möhkäleet on tehty erityisestä ympäristöbetonista, joka sisältää muun muassa kierrätettyä maa-ainesta ja hiekkaa itse rakennustyömaalta.
Rudongin painovoima-akku on laatuaan ensimmäinen suuren mittakaavainen kaupallinen laitos. Asiakas on paikallinen jätehuoltoyritys, ja energiavarastoa on tarkoitus käyttää tukemaan ja tasapainottamaan alueellista sähköverkkoa ja tehdä se tuulivoimasta varastoidulla energialla. Energiavaraston arvioidaan olevan käyttövalmis syyskuussa 2023.
Energy Vault on tehnyt sopimuksen rakentaa Kiinaan vielä viisi samanlaista laitosta, joiden kokonaiskapasiteetti on 2 GWh. Texasissa, Yhdysvalloissa, rakennetaan parhaillaan 36 MWh:n laitosta eräälle energiayhtiölle.
Usealla muulla toimijalla on sama periaate energian varastoimiseen. Muun muassa skotlantilainen yritys Gravitricity kehittää pienempiä painovoima-akkuja, jotka voidaan asentaa hylättyihin kaivoksiin tai maanalaisiin kuiluihin. Tekniikka perustuu yksittäisiin tai sarjaan kytkettyihin painoihin, joita nostetaan ja lasketaan kuiluun.
Rudongin kaltaisen akun kannattavuus ja takaisinmaksuaika ovat toistaiseksi epäselviä. Järjestelmät soveltuvat parhaiten, Cnetissä julkaistun haastattelun mukaan, suurempiin asennuksiin, joissa halutaan tuottaa voimaa pidempi ajanjakso, kymmenen tuntia tai enemmän.
Pitkä elinikä ja korkea hyötysuhde ovat kaksi etua, joita yritys korostaa. Kun akkuvarastolla on 10-15 vuoden käyttöikä, tämän tyyppinen laitos voidaan huoltaa ja Energy Vault antaa 35 vuoden takuun akkujärjestelmälle. Ja verrattuna vetyvarastoihin hyötysuhde on paljon korkeampi, noin 75 prosenttia.
Tällaiset spektaakkelimaiset projektit saattavat kuulostaa science fictionilta, mutta ne ovat itse asiassa vain vanhan, hyväksi havaitun tekniikan jatkokehitystä. Painovoima-akkujen periaate on sama kuin pumppuvoimalaitoksissa ja sitä kautta myös vesivoimalaitoksissa. Ero on vain siinä, että vesi, pumput ja turbiinit on korvattu hissijärjestelmällä painoineen ja generaattoreineen. Pumppuvoimalaitoksessa vettä pumpataan alemmasta ylempään säiliöön, jossa energiaa varastoidaan, kunnes sitä tarvitaan. Sitten vesi päästetään virtaamaan turbiinin läpi tuottamaan sähköä.
Painovoima-akuilla on etuna, että ne voidaan sijoittaa kaupungin keskustaan tai sinne, missä on hyvät edellytykset. Kun puhutaan tehosta ja varastointikapasiteetista, pumppuvoimalaitokset ovat yleensä ylivertaisia. Ruotsin suurin pumppuvoimalaitos oli pitkään Västerbottenin läänissä sijaitseva Juktanin voimalaitos, jonka Vattenfall muutti tavalliseksi vesivoimalaitokseksi vuonna 1996. Sillä oli varastointikapasiteettia 30 GWh tai noin 300 000 auton akkua. Parhaillaan on käynnissä esitutkimus Juktanin palauttamisesta pumppuvoimalaitokseksi, jolla olisi 380 MW:n potentiaali. Investointipäätös on suunniteltu vuodelle 2027 ja kaupallinen käyttö alkaisi vuonna 2031.