Kustannukset

Tässä työssä kustannusten ja niiden kehittymisen arviointiin käytettiin kuutta eri lähdettä, joiden kustannusarviot perustuvat useampiin eri lähteisiin. Akkujärjestelmien yleinen elin-kaarikustannusten rakenne on muodostunut, mutta yleistä hintaa on vaikea muodostaa esi-merkiksi akkuyksiköille, koska siihen vaikuttaa moni tekijä (Sihvonen & Honkapuro 2020).

Kustannuksiin vaikuttaa esimerkiksi käyttötarkoituksen tarpeet tehon ja energian suhteen ja käytettävä akkuteknologia. Hyödyntämällä akkujärjestelmää useampaan tarkoitukseen saa-daan suurempi hyöty samalla investointikustannuksella (Sihvonen & Honkapuro 2020). Ak-kujen hinta on eri käyttötarkoitukseen tarkoitetuilla akuilla erilainen. Litiumioniakut voidaan

jakaa mobiili- ja paikallisakkuihin sekä sähköautojen akkuihin. Kaikissa käyttötarkoituk-sissa käytettävät kennot ovat samanlaisia, mutta BMS on erilainen. Hintaerot eri käyttötar-koituksissa johtuvat pääosin BMS:n vaatimuksista eri käyttötarkäyttötar-koituksissa.

4.3.1 Elinkaarikustannukset

Sähkövarastojärjestelmän elinkaarikustannukset (engl. LCC, Life Cycle Cost) koostuvat in-vestointikustannuksista sekä käyttö- ja kunnossapitokustannuksista, että kierrätys- ja hävi-tyskustannuksista. Sähkövarastojärjestelmän elinkaarikustannukset voidaan laskea yhtälöllä

𝐿𝐶𝐶 = 𝐶_𝑖𝑛𝑣+ ∑ 𝛼_𝑖𝐶_{𝑜𝑝𝑒𝑥}

𝑇

𝑖=1

+ 𝛼_𝑇 𝐶_𝑟𝑒𝑐 (4.1)

jossa Cinv on sähkövarastojärjestelmän investointikustannukset, Copex on järjestelmän käyttö- ja kunnossapitokustannukset, Crec on järjestelmän kierrätys- ja hävityskustannukset, αi on vuoden i diskonttauskerroin ja T järjestelmän pitoaika vuosina. Hävitys- ja kierrätyskustan-nuksia on vaikea arvioida tarkasti vähäisten käyttökokemusten vuoksi ja siksi ne usein tut-kimuksissa jätetään huomioimatta. Käyttö- ja kunnossapitokustannukset koostuvat kiinteistä Copex,kiint. sekä muuttuvista käyttö- ja kunnossapitokustannuksista Copex,muutt.. Kiinteät käyttö- ja kunnossapitokustannukset eivät riipu järjestelmän käyttötunneista tai sähkön hinnasta.

Muuttuvat käyttö- ja kunnossapitokustannukset taas riippuvat vuoden käyttötunneista ja säh-kön hinnasta. (Mongird et al. 2019; Zakeri & Syri 2014) Sähkövaraston investointikustan-nukset lasketaan yhtälöllä

𝐶_𝑖𝑛𝑣 = 𝐶_𝑡𝑚+ 𝐶_𝑠𝑣 + 𝐶_{𝑚𝑢𝑢𝑡} (4.2)

jossa Csv on sähkövaraston investointikustannus, Ctm on tehonmuuntolaitteiston investointi-kustannus ja Cmuut on muut investointikustannukset. Muut investointikustannukset sisältävät esimerkiksi suunnittelutyön, liitäntälaitteiston, suojaus- ja ohjauslaitteiston sekä maan-käyttö- ja rakennuskustannukset. Tehonmuuntolaitteiston investointikustannus lasketaan yh-tälöllä

𝐶_𝑡𝑚= 𝑐_𝑣𝑣𝑠𝑆_𝑣𝑣𝑠 (4.3)

jossa cvvs on verkkovaihtosuuntaajan €/kVA-yksikkökustannus ja Svvs on verkkovaihtosuun-taajan nimellisteho. Sähkövaraston investointikustannus lasketaan yhtälöllä

𝐶_𝑠𝑣 = 𝑐_𝑠𝑣𝐸_𝑠𝑣 (4.4)

jossa csv on sähkövaraston €/kWh-yksikkökustannus ja Esv sähkövaraston nimellisenergia-kapasiteetti. (Zakeri & Syri 2014) Jakeluverkkoyhtiön hankkiessa sähkövaraston käytön pal-veluna, kustannusrakenne on perinteisestä sähkövaraston elinkaarikustannusten rakenteesta poikkeava. Kustannusrakenne ja kassavirrat riippuvat määritetystä liiketoimintamallista.

Kahden toimijan yhdistäessä hankintansa sähkövarastojärjestelmän kustannukset jakautuvat eri toimijoiden kesken. Omistusrajana voi olla esimerkiksi verkkovaihtosuuntaajan ja akun liitäntäpiste. Tällöin palveluntarjoaja omistaa akun ja verkkoyhtiö liitäntälaitteiston ja mah-dollisesti vaaditun muuntajalaitteiston kytkimineen, suojauskomponentteineen ja muine oheislaitteineen.

4.3.2 Akkujärjestelmän kustannusarviot

Kaikkien akkuteknologioiden kustannukset niin auton akkujen kuin paikallisakkujen osalta ovat laskeneet viime vuosien aikana, varsinkin litiumioniakkujen. Kuvassa 4.5 on esitetty litiumioniakkujen hinnan kehittymistä viime vuosien aikana.

Kuva 4.5 Volyymipainotettu litiumioniakun keskimääräinen hinta viime vuosina, huomioiden kaikki käyttötarkoitukset. (BNEF 2020)

Litiumioniakkujen keskimääräinen hinta eri käyttökohteet ja niiden markkinaosuudet huo-mioiden on laskenut lähes 80 % vuosien 2013–2020 aikana. Sähköautojen akkujen hinnat ovat laskeneet litiumioniakkujen käyttökohteista eniten. (BNEF 2020) Paikallisakuista muo-dostettavan sähkövarastojärjestelmän kustannuksia arvioitiin tässä työssä useampien lähtei-den avulla. Kustannusarvioinnissa pyrittiin hyödyntämään lähteitä, joilähtei-den kustannusarviot perustuivat mahdollisimman laajaan otokseen eri lähteitä. Kustannusarviossa tarkasteltiin myös vanhempia julkaisuja, jotta litiumioniakkujen investointikustannusten kehitystä viime vuosina voitiin myös arvioida. Taulukossa 4.4 on esitetty kerätyt tiedot tarkastelluista tutki-muksista ja raporteista.

Taulukko 4.4 Työssä tarkasteltujen tutkimusten julkaisuhetken arvioita litiumioniakuista rakennetun pai-kallisakkujärjestelmän kustannuksista. Huomattavaa on, että Cole ja Frazier tutki raportissaan 4 tunnin energia-tehosuhteen omaavia akkuja. (– ei käsitelty kyseisessä tutkimuksessa, a: li-tiumioniakut pois lukien LTO-akut, b: LTO-akut, c: alkuperäisen julkaisun kustannus dolla-reina muunnettu euroiksi 2020 keskiarvokurssilla 1 USD= 0,877 EUR, d: sisältää muut in-vestointikustannukset)

Kustannusarviot eri vuosien tutkimuksissa seuraavat likimain todettua akkujen hintakehi-tystä. Kuitenkaan paikallisakkujen investointikustannus ei ole laskenut yhtä nopeasti kuin kuvassa 4.5 kaikkien litiumioniakkujen käyttökohteilla ja niiden markkinavolyymeilla pai-notettu hinta. Myös tehonmuunnon investointikustannus ja järjestelmän kokonaisinvestoin-tikustannus ovat laskeneet. Käyttö- ja kunnossapitokustannusten osalta muutosta on vaikea arvioida, koska ne riippuvat käyttötarkoituksesta ja muuttuvat käyttö- ja kunnossapitokus-tannukset esimerkiksi paikallisesta sähkön hinnasta. Taulukossa 4.5 on esitetty eri julkaisu-jen arvioita tulevaisuuden investointikustannuksista.

Taulukko 4.5 Työssä tarkasteltujen tutkimusten tulevaisuuden arvioita litiumioniakuista rakennetun paikal-lisakkujärjestelmän kustannuksista. Cole ja Frazier sekä Mongird et al. ennusteet ovat 4 tun-nin energia-tehosuhteen omaavalle sähkövarastolle. (– ei käsitelty kyseisessä tutkimuksessa, a: litiumioniakut pois lukien LTO-akut, b: LTO-akut, c: alkuperäisen julkaisun kustannus dollareina muunnettu euroiksi 2020 keskiarvokurssilla 1 USD= 0,877 €)

Lähde Vuosi Cinv

IRENA:n (International Renewable Energy Agency) litiumioniakkujen investointikustan-nuksen ennusteen kustannusväli on suurin. Tämä johtuu osittain LTO-akkujen korkeam-masta kustannuksesta. Mongird et al. ennusteessa muut investointikustannukset sekä käyttö- ja kunnossapitokustannukset eivät koe suuria muutoksia. Akkuyksikön investointikustannus riippuu käytettävästä teknologiasta ja energia-tehosuhteesta. Tyypillisesti mitä suurempi energia-tehosuhde on, energiapohjaisissa ratkaisuissa akkuyksikön ja koko järjestelmän kus-tannukset per kWh pienenevät ja tehopohjaisissa ratkaisuissa kuskus-tannukset per kW suurene-vat. (Tsiropoulos et al. 2018; EIA 2018) Huomattavaa on, että Mongird et al. ja Colen ja Frazierin tutkimuksissa tarkasteltiin energia-tehosuhteen 4 omaavia akkuja ennusteen muo-dostamisessa. Lisäksi Mongird et al. tutkimuksessa huomioitiin myös sähköautojen akkujen kustannukset kustannusarvioinnissa, mikä osaltaan laskee akkujen investointikustannuksia.

Työssä tehtyjen tarkastelujen perusteella NMC-, LFP- ja LTO-akut vaikuttaisivat ominai-suuksiensa vuoksi parhaimmilta valinnoilta sähköverkkoa tukeviin sähkövarastojärjestel-miin. NMC- ja LFP- akuilla on halvempi hinta, mutta pienempi syklinen elinikä suhteessa LTO-akkuihin. Hyvä suorituskyky ja syklinen elinikä sekä jännitteellisten ominaisuuksien vaikutus verkkovaihtosuuntaajan kustannuksiin puoltavat LFP-akkujen käyttöä sähköverk-koratkaisuissa (Kaipia 2021).