Tesla-akkujen mahdollisuudet ja mahdottomuudet

Tesla Powerwall

Tesla Powerwall

Tesla julkisti toukokuun alussa jokin aika sitten lupaamansa uuden ”keksinnön”, kotikäyttöön tarkoitetun suurikokoisen Litium-akun. Tesla Power Wall -akusta on tarjolla kaksi versiota, kapasiteetiltaan 10 kWh ja 7 kWh. Suurempi 10 kWh on tarkoitettu varatehoksi sähkökatkosten varalta ja se on suunniteltu kestämään vain yhden lataus-purkaussyklin viikossa. 7 kWh malli soveltuu päivittäiseen käyttöön. Isompi maksaa $3500, pienempi $3000.

Some ja media ja ottivat Powerwallin innolla vastaan, Suomessakin:

Mikä ihmeen mullistava Powerwall-akku? Selvitimme, mistä on kyse

Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan professorin Peter Lundin puheessa vilisevät sanat läpimurto ja vallankumous, kun aiheena on Teslan uusi keksintö, kotikäyttöinen akku. Professori näkee mahdollisen mullistuksen energiantuotannossa.

Litiumiin perustuvan akkukemian kehitystyö on alkanut 1970-luvulla. Se tuli kaupalliseen käyttöön 1991, ja on tällä hetkellä eniten käytetty akkutyyppi lähes kaikissa sovelluksissa, kameroista sähköautoihin. Tesla on tuotteistanut akusta sähköverkkoon soveltuvan version, tehnyt siitä houkuttelevan näköisen ja kilpailijoitaan halvemman.

Näinkin uutisoitiin:

Mayday, Mayday – Tesla’s battery just killed fossil and nuclear power

Tesla Energy’s new mains power battery has just transformed the energy market – giving a huge boost to small scale renewable energy and killing off both fossil fuelled and nuclear power in the process.

Joitain soraääniäkin on kuulunut:

SolarCity won’t be offering Tesla’s smaller home battery right away

Tesla Power Wall: Close But No Cigar?

Lyjyakkuja on ollut olemassa 1800-luvulta lähtien. Biltema myy esim. 55 Ah lyijyakun hintaan 54,90 €. Lyijyakun käyttökelpoinen kapasiteetti on noin puolet ilmoitetusta ampeerituntimäärästä, koska tätä syvemmät purkamiset kuluttavat akun loppuun nopeasti. Tällä lyijyakulla toteutettuna 7 kWh:n akustoon tarvittaisiin 21 kpl Bilteman akkuja yhteishintaan 1153 €. Tesla antaa akulleen kymmenen vuoden takuun, Biltema neljän, ja sekin oletettavasti vain starttiakkukäytössä, joten Bilteman akut varmasti jouduttaisiin ainakin kertaalleen uusimaan kymmenen vuoden aikana.

Entäpä ihan oikea aurinkoaku? Aurinkosähköjärjestelmiin suunniteltu 200 Ah lyijyakku hintaan 419 €. Näillä syntyy 7 kWh akusto hintaan 2514 €. Tästä Ritar RA12-200D -akusta löytyy täydelliset speksit täältä, joista käy ilmi, että akku kestää n. 800 sykliä 50 %:n purkuasteella ennen kuin sen kapasiteeti putoaa 60 %:iin alkuperäisestä. Pienemmillä purkuasteilla kestoikä kasvaa. Teslan akusta ei ole vielä näkynyt vastaavia speksejä, ei sekään ikuinen ole. Kymmenen vuoden takuu lienee sidottu johonkin esim. 60 %:n kapasiteettiin, joka on jäljellä kymmenen vuoden käytön jälkeen.

Teslan uutuus on kyllä hinnaltaan kilpailukykyinen lyijyakkuun verrattuna, mutta ei sentään niin paljon parempi, että se olisi mikään vallankumous. Samanlainen sähkövarasto on tähänkin asti ollut toteuttavissa 1800-luvun lyijyakulla.

Entäpä tulevaisuus? Tesla on rakentamassa maailman suurinta litiumakkutehdasta yhdessä Panasonicin kanssa. Tämä Gigafactory tulee valmistamaan akkukennoja yhteiskapasiteetiltaan 35 GWh vuodessa. Niistä saisi viisi miljoonaa kappaletta 7 kWh:n Powerwallia, tai puoli miljoonaa Tesla-sähköauton akustoa.

Tesla Gigafactory.

Tesla Gigafactory.

Paljonko yksi Gigafactory tarvitsee litiumia vuodessa?

How Much Lithium does a LiIon EV battery really need?

Tuossa paperissa sanotaan:

In a recent Reuters article a claim is made that “one million tonnes of Lithium is enough to produce 395 million Chevrolet Volts (16 kWh)”, i.e. 158 grams of Lithium metal or 840 g LCE per kWh.

Tästä voidaan arvioida, että yksi Gigafactory tarvitsee 5530 tonnia litiumia vuodessa.

Maailman litiumtuotannon kertoo U.S. Geological Survey

Mailmantilasto vuodelta 2014:

  • Tuotanto: 36 000 tonnia
  • Tunnetut varat: 13 500 000 tonnia

Gigafactory käyttäisi 15 % maailman litiumin tuotannosta.

Toisinpäin ajateltuna, maailman nykyinen litiumin tuotanto riittäisi ruokkimaan Gigafactoryä, eli Poweswalleja voisi teoriassa valmistaa 32 miljoonaa kappalletta, tai 3,25 miljoonaa Tesla-sähköautoa. Autoja valmistetaan maailmassa nykyään 90 miljoonaa kappaletta vuodessa, joten teoreettinen maksimi sähköautoja tästä määrästä voisi nykyisellä litiumin tuotannolla olla 3,6 %.

Jos kaikki tunnetut litiumvarat käytettäisiin Tesla-sähköautoihin, niitä voisi valmistaa 1,2 miljardia kappaletta. Viime vuonna autoja oli maailmassa 1,2 miljardia, joten teoriassa ne voisivat kaikki olla sähköautoja, jos litiumia ei käytettäsi mihinkään muuhun kuin sähköautojen akkuihin.

IEA:n tilaston mukaan vuonna 2012 maailmassa kulutettiin 43 GWh sähköä minuutissa. Jos Gigafactory tuottaa akkuja 35 GWh:n edestä, tarkoittaa se sitä, että yhden vuoden aikana valmistettuihin akkuihin varastoitulla sähköllä voitaisiin tuottaa koko maailman kuluttama sähkö n. 50 sekunnin ajan.

Käyttämällä vuoden koko litiumtuotanto akkuihin, aika kasvaisi viiteen minuuttiin.

Kaivamalla kaikki tunnetut litiumvarat ja valmistamalla niistä akkuja, aika kasvaisi jo 33 tuntiin. Nykyisellä litiumin tuotantovauhdilla tähän kuluisi 375 vuotta.

Jos akut kestävät 10 vuotta käytössä, ne pitää kierrättää kerran kymmenessä vuodessa. Tätä varten tarvitaan 245 Gigafactoryä.

Se joka väitää, että Tesla Powerwall ”just killed fossil and nuclear power”, ei ole näitä laskutehtäviä tehnyt.

Litiumiin pätee tietysti sama mikä muihinkin kaivostuotteisiin. Kun kysyntä kavaa, hinta nousee ja tarjonta lisääntyy. Kuinka paljon, se jää nähtäväksi.

Isoja numeroita hahmotellessa sattuu helposti virheitä. Tässä artikkelissa esitetyt numerot laskuineen on koottu tähän Excel-taulukkoon, jota saa vapaasti etsiä mahdollisia virheitä.

Palaamme tähän aiheeseen pian, ja käytämme nyt laskettuja lukuja arvioidessamme litium-akkujen mahdollisuuksia sähkön varastointiin sähköverkossa. Tunnettu tosiasia on, että uusiutuvat energiat, tuuli- ja aurinkosähkö, eivät kilpaile fossiilisten tai ydinvoiman kanssa ilman, että sähkön varastointiin löytyy riittäviin mittoihin kustannustehokkaasti skaalautuva menetelmä. Onko Teslan akut sellainen menetelmä? Pysy kuulolla.

Edellistä artikkelia on päivitetty eilen lisäämällä siihen käyttöturvallisuustiedotteessa luetellut ainesosat.

19 thoughts on “Tesla-akkujen mahdollisuudet ja mahdottomuudet

  1. Uskottavat laskelmat, joten jälleen kiitos hyvästä jutusta. On selvää, että uusiutuvaan uskovat aktivistit riemuitsevat Muskin uutisoinnista, mutta onkohan kaikki niin ruusuista?

    Kyllä energiaintensiivisellä fossiilisella polttoaineella on vielä pitkään ratkaiseva merkitys. Siinä yhteydessä fossiilisella polttoaineella pyörivä dieselgeneraattori lienee Powerwall’ia varmempi sijoitus tällä hetkellä. Tosin jenkit ovat hurahtaneet Tesla-huumaan, ja miksi ei sillä itsekin ajan Toyota Auris hybridillä – ihan kiva seurata auton energiamonitoria.

    Itse löysin Forbes lehden jutun aiheesta: http://www.forbes.com/sites/jeffmcmahon/2015/05/01/did-tesla-just-kill-nuclear-power/

    Tykkää

  2. Boris, liki tuolla samalla otsikolla taisi julkaista vielä joku kolmaskin. Vähän eri tekstejä, idea sama.

    Arto, alumiini on mielenkiintoinen. Laboratoriosta valmiiksi tuotteeksi vierähtää helposti kymmenen vuotta. Aika monta ”läpimurtoideaa” ei koskaan päädy tuotteeksi asti, koska kehitystyön aikana ilmenee kuitenkin joitain ylitsepääsemättömiä ongelmia, mutta eihän sitä koskaan tiedä. Volyymit ovat kuitenkin alumiini-ioniakulla samanmoiset kuin litium-ionilla.

    Tänään löysin tämän artikkelin:

    Tesla’s bet on winning the global lithium race

    Siinä sanotaan:

    A recent Goldman Sachs report estimates that Tesla may soak up as much as 17 percent of the current global supply of lithium when its Gigafactory is running at full capacity

    Itse laskin 15 %, joten melko oikeaan osuin. Artikkeli kertoo litiumin hinnaksi ”between $5,000 and $6,000 per metric ton”.

    Alumiinin hinta nähdään tästä:
    http://www.indexmundi.com/commodities/?commodity=aluminum

    Alumiini maksaa pari dollaria kilolta.

    Yhdessä Tesla-akussa on litiumia vähän reilu kilo, eli kuuden tai seitsemän dollarin edestä. Litiumin hinta tietenkin nousee jos siitä tulee niukkuutta. Kukaan ei vielä tiedä mikä alumiini-ioni akun valmistaminen maksaa ja mihin hintaan niitä aikanaan saa kaupasta, jos saa. Jos valmistus maksaa suunnilleen saman kuin Tesla-akun, hintaeroksi voi päätellä litiumin ja alumiinin hintaeron perusteella viitisen dollaria. Vaikka raaka-aineen niukkuden pullonkaula näin poistuisi, mutta kun valmistaminen muuten maksaisi suunnilleen saman, akku olisi edelleen kohtalaisen kallis. Tämä kaikki jää nähtäväksi. Aivan varmaa on, että sähkön varastointia tullaan tutkimaan paljon ja intensiivisesti myös tulevaisuudessa, kuten on tutkittu viimeiset sata vuotta. Itse en usko mitään huikeita läpimurtoja nähtävän tällä alueella.

    Tykkää

  3. ”43 GWh sähköä minuutissa”

    Tämä on kyllä erikoisin tehon yksikkö pitkään aikaan. Olen aika monta kertaa joutunut selittämään, mikä ero on teholla ja energialla, eikä se tunnu olevan helppoa. Ongelman ydin tuntuu tiivistyvän sanaan kilowattitunti, joka muuttaa tehon yksikön takaisin energian yksiköksi.

    Ei ole yksi tai toinen, joka kysyy montako ”wattia” talo kuluttaa, tarkoittaen watilla tuhansia kilowattitunteja.

    43 GWh/min = 43 GW * 60min/min = 2580 GW. Ehkä jopa 2,6 miljardia kilowattia. Tai joku neljä sataa wattia per maapallon maan asukas.

    Tykkää

  4. Noh, onko se nyt sen erikoisempi kuin kWh vuodessa, kuten esim. rakennusten kulutus on tapana ilmoittaa? Wattitunti on käsittellisesti energian, ei tehon yksikkö.

    Wattituntihan ei ole mikään virallinen yksikkö, mutta käytännössä vakiintunut sähköenergian yksikkö. Jos tarkkoja ollaan, wattitunnista pitäisi luopua kokonaan ja puhua vain SI-järjestelmän mukaisesti jouleista. Eli 154,8 TJ minuutissa eikä ”43 GWh sähköä minuutissa”. Tässä yhteydessä kun tuota käytin, tuo erikoinen yksikkö oli käyttökelpoinen, lopputulos oli oikein.

    Tykkää

  5. Otetaas 10 kWh:n akku, yksi lataus-purkaussykli energiatekniikan vallankumous.

    Nopeasti Nordpoolin sivuilta voi tsekata, että päivän sisäinen hintaheilahdus on tällä haavaa min 20e yön ja päivän max 50e/MWh. Eli erotuksen 30e/MWh voi laittaa omaan taskuun, jos säilöö sähköä yöllä ja käyttää pahinmpaan aikaan (tai myy pörssiin, ihan miten vain). 10 kWh on siis 0,01 MWh. Toisin sanoen viikossa säästää 0,01 MWh x 30 e/MWh = 0,3 e.

    Akun pitäisi kestää siis nojoo ööö. Paljonkohan mahtaisikaan olla tuon veroton hinta Suomessa? No jos se olisi vaikka 3000e (alv 0%) niin akun tarvisi kestää ”vain” 10 000 lataus-purkaussyksilä break eveniin. Jos kerran ”on luvattu” että se kestää yhden syklin viikossa, niin eihän se tee kuin 192 vuotta…

    Ei taida olla vallankumoukseksi tästä, kun siihen monen haaveilemaan hajautettuun sähkönvarastointiin tarvittaisiin taloudellista kannattavuutta.

    Korjatkaa jos tuli virheitä.

    – Syltty

    Tykkää

  6. Mietin noita älykkäitä sähköverkkoja. Aika yleinen ajatus on, että sähköautojen akuista saataisiin sitten purettua sähköä huippukulutukseen niiltä kuljettajilta, jotka eivät ole lähiaikoina ajelemassa minnekään.

    Käykö tässä kuitenkin niin, ettei se akun kulumisen takia tule olemaann taloudellisesti kannattavaa?

    Tykkää

  7. Syltty asia ei ole noin yksinkertainen. Koska ensinnäkin Teslan akut maksaa yrityksille vain 250 dollaria per kWh. Eli 10 kWh maksaa vain noin 2200 euroa. Tässä on siis jo melkein 30 prosentin virhe laskuissasi. Toiseksi, Teslan akku toimii kotitalouksien ja yrityksien varavoimaratkaisuina sähkökatkojen aikana. Varsinkin yrityksille on tärkeää että on ainakin pari tuntia aikaa ajaa koneet alas jos sähkökatko yllättää eikä aurinkosähkön tuotanto ole riittävää. Varavoimaratkaisu muodostaa arviolta keskimäärin noin kolmanneksen Teslan akkujen arvosta.

    Kolmas tärkeä sovellus akuille että ne puskuroi verkkoa verkkohäiriöitä vastaan. Nykyään jos ydinvoimala putoaa varoittamatta verkosta niin sähkön hinta nousee useiden tuntien ajaksi satoihin tai tuhansiin euroihin per MWh. Näin jos sinulla on 5 kWh sähköä alussa niin myymällä sen verkkoon tienaat 10 euroa ilmaista rahaa. Teslan akun käyttöiän aikana tienaa siis noin 500 euroa pelkästään myymällä sähköä verkkohäiriöiden aikana.

    Lisäksi jos sähköverkkoyhtiöllä on etäkontrolli sinun arkuus, niin se voi luopua kokonaan nopeasta ja marginaalikustannukseltaan kalleimmasta huippukuorman säätövoimasta ja säätö voidaan tehdä siis normaalilla höyryturbiinin kuormanseurannalla.

    Näin ollen se missä ihmiset epäonnistuu että he eivät osaa hahmottaa kokonaisuutta. He eivät koskaan ole suunnitelleet sähköverkkoa sillä oletuksella että mitä jos verkko-operaattorilla olisi käytössä 10 GWh akku joka olisi Ilmainen.

    Jo tuo ylläoleva tekee Teslan akuista kannattavan hankinnan jos verkkoinfrastruktuuri suunnitellaan Teslan akkujen ehdoilla. Eli meillä on käytössä aito smart grid.

    Mutta lisäksi tietenkin on se päätarkoitus eli akkuihin varastoidaan aurinkosähköä jolloin jää siirtomaksut ja sähköverot kokonaan pois.

    Tykkää

  8. Syltty, sähköauton akkujen kuluminen ei ole ongelma jos purkusyvyys pidetään matalana, pyöritään 70% ja 30% välillä. Eli periaatteessa verkon balansointiin on käytössä 100 kWh:n akusta noin 20 kWh ilman että se heikentää sähköauton arvoa. Verkkohäiriön tapauksessa jos saa myytyä 50 kWh sähköä verkkoon niin tienaa noin 100 euroa ja sähköauton elinkaaren aikana tienaa siis noin 2000 euroa eli noin 10% akun hankintakustannuksista.

    Teslan 85 kWh sähköautoilla on nyt ajettu parhaimmillaan 100 – 200 000 km ja toimintasäde on lyhentynyt alle 5%. Eli tästä voidaan päätellä että Teslan akut kestää noin >5000 lataus-purkusykliä,koska keskimääräinen akun purkusyvyys on niin matala.

    Tykkää

  9. Kai, Tesla myy Powerwall aikuinen optionaalisen 10 vuoden jatkotakuun. Eli Tesla odottaa että akuilla on paljon pidempi käyttöaika kuin 10 vuotta.

    Tykkää

  10. ”Eli periaatteessa verkon balansointiin on käytössä 100 kWh:n akusta noin 20 kWh ilman että se heikentää sähköauton arvoa. ”

    Akkujen takuu kyllä loppuu siihen hetkeen jos autoon tekee jonkun virran ulosottoviritelmän. Varsinkin Teslan joka antaa käyttäjilleen ilmaista sähköä omilla asemillaan. Oletan että Teslan asemilla on ehto että ei jälleenmyyjille🙂

    Eihän Tesla olisi mitään Powerwall viritelmiä tuonut markkinoille jos siellä pidettäisiin sähköautoa kelvollisena virtavarastona.

    Tykkää

  11. Jos akku oikeasti kestää purkausta ja latausta tarpeeksi, niin voihan se toimiakin. Pahoin pelkään että järjestelmä on investointina niin kallis, ettei siinä ole järkeä. Ongelman voi kiertää määräämällä pakolliseksi, sen jälkeen asiaa ei tarvitse miettiä, mutta ei sekään kyllä ainakaan kokonaistehokkaalta ratkaisulta kuulosta.

    Tykkää

  12. ”Eli tästä voidaan päätellä että Teslan akut kestää noin >5000 lataus-purkusykliä,koska keskimääräinen akun purkusyvyys on niin matala.”

    Ei voi. Teslan keskikulutus on 380 Wh/mi eli 240 Wh/km josta tulee 85 kWh kennostolla ja 150,000 km matkalla vasta 430 täyttä purkusykliä. Tuon kestää häviöttä ihan tavallinen halpa kännykän akku.

    Litiumakuissa ei katsota purkaussyvyyttä vaan kokonaisenergiaa. Litiumakku päinvastoin kärsii ylijännitteestä kun akku on täysi.

    Tykkää

  13. Litiumakkujen hintaa laskiessa ei juuri tarvitse ottaa huomioon purksyvyyttä, vaan voi laskea akun hinnan per kWh ja jakaa sen ilmoitetun syklikeston määrällä, esim. $350/kWh : 2000 = $0.175 / kWh. Syklikesto on aina ilmoitettu täysinä sykleinä, ellei toisin mainita.

    Eli nykyhinnoilla kuluttaja saa maksaa 17,5 dollarisenttiä kilowattitunnille riippumatta siitä kuinka pienissä erissä kyseinen energia on akkuun ladattu ja sieltä purettu. Jos sähköauton omistaja aikoo tehdä akullaan rahaa, täytyy osto- ja myyntihinnan välillä olla vähintään tuon verran eroa.

    Tykkää

  14. Enercotek oy:n ECOT20012 12V200Ah Geeli electrolyytillä. Hinta 340,- sis.alv
    1800 sykliä 30% . eli 1360,- veroineen 10kW energiasäilö.
    Energia säiliön kustannuslaskentaa voi miettiä myös avointa paikallisakkua OPzS standardin mukaista. Elinikä noin 20 vuotta ja käytännön eliniät jopa 25 vuotta suomen sähkölaitoksissa.
    Sykljä 8000 20% purkaus syvyyteen. Kuten kirjoittaja muistutti lyijy teknologia ei välttämättä häviä yhtään litiumille. Litiumin kanssa pitää muistaa, että se on terminen aine ja palolämpötilat 4000-5000 astetta celciusta jolloin jopa alumiini ja teräs syttyy palamaan. Isoja määriä litiumia ei kannata sijoittaa asuintiloihin.
    Jari Virolainen

    Tykkää

  15. Åboriginaali, litum-akkujakin on erilaisia. Autossa ja kännykässä olevan akun täytyy kestää iskuja ja olla kevyt. Kiinteällä akkuvarastolla ei ole samoja rajiituksia, joten voidaan päästä halvemmalla. Teslan tapauksessa tosin taitaa olla käytössä sama tekniikka autossa ja seinässä, en ole varma.

    Tykkää

  16. Oletko lukenut tätä blogia aiemmin? Keinoja löytyy vaikkapa näistä kategorioista:

    https://planeetta.wordpress.com/category/ifr/
    https://planeetta.wordpress.com/category/sulasuolareaktori/

    Suosikkini on tämä:

    https://planeetta.wordpress.com/2009/05/23/hiilivero-james-hansenin-mallin-mukaan/

    Yhtä tärkeää, ehkä jopa tärkeämpää kuin toimivien keinojen löytäminen, on toimimattomien tunnistaminen. Niitä kun on riittämiin, ja poliitikot ja järjestöt keksivät koko ajan lisää. Tuhlaamme mielettömästi aikaa toimimattomien, jopa vahingollisten keinojen ”kokeilemiseen”, koska maailma ei usko, että ne eivät toimi. Uskon kyllä, ne ne toimivatkin keinot vielä omaksutaan, mutta siihen menee vielä aikaa, valitettavasti.

    https://planeetta.wordpress.com/2015/12/13/ilmastosopimus-syntynyt-mita-sitten/

    Tykkää

  17. ”Älä etsi syitä epäonnistumiseen vaan keksi keinoja onnistumiseen. ”

    Tuo on totta, ja valitettavasti näin myös tehdäänkin, eli keksitään ”pää punaisena” keinoja mitkä _voisivat_ johtaa onnistumiseen. Tosin samalla suljetaan silmät todellisuudelta, ja hylätään ne keinot joilla voitaisiin edes jossain määrin onnistua.

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s