Liiketoimintamallin Tapaustutkimus: Älykäs Akkuvaravoimajärjestelmä Älypylväissä

Cities are aiming to improve their energy efficiency to decrease energy consumption and emissions, therefore, search for new solutions to respond for this globally recognized challenge is rising major interest. Moreover, emerging 5G technology requires to implement significant number of 5G base station into the city infrastructure that generates problems in densely built cities. Authorities have also defined specific power backup regulations for telecommunication base stations, which rises concerns and requires novel power backup solutions. These new smarter cities where distributed energy resources (DER) are part of a virtual power plant (VPP) are called smart cities. Smart city poles with batteries are seen as potential solution for smart cities to respond for the prior challenges. This thesis assessed the findings of two feasibility studies and business cases as possible real-life use cases for smart city poles with batteries. In this thesis, the smart city pole batteries were studied for possible secondary use cases that do not interfere the batteries primary use case to increase the pole investment profitability. The secondary use cases were VPP participation as DER and electricity grid modernization avoidance. The used research methods were literature and interviews, where multiple industry experts were interviewed to gain knowledge of the current situation of the VPP markets in Finland. In addition, functional smart poles were tested to acquire empirical test data as well as calculations regarding to technical and economic aspects of the poles were performed. Results of the feasibility studies and business cases pointed out that by participating into VPP as DER, the smart city poles can generate notable income for the investor, consequently, decreasing the pay-back time of the investment. Test pole setup with 1 kW batteries was adequate for VPP participation and it fulfilled the Finnish authorities power backup requirements. Furthermore, the cloud-based software, which monitors and controls the poles remotely, passed the pre-set technical requirements. The transfer network modernization avoidance was studied as a second business case; however, it did not show any benefits in Finland or in the Nordics. As the results presented, smart city pole batteries have profitable secondary use case, and it can respond for the energy efficiency challenge.Kaupungit pyrkivät parantamaan energiatehokkuuttaan vähentääkseen energiankulutusta ja päästöjä, siksi uusien ratkaisujen etsiminen tähän maailmanlaajuisesti tunnistettuun haasteeseen herättää suurta kiinnostusta. Lisäksi kehittyvä 5G-teknologia vaatii huomattavan määrän 5G-tukiasemien asentamista kaupungin infrastruktuuriin, mikä aiheuttaa ongelmia tiheästi rakennetuissa kaupungeissa. Viranomaiset ovat myös määritelleet tietoliikennetukiasemien varavoimalle erityiset määräykset, mitkä herättävät huolestuneisuutta ja vaativat uudenlaisia varavoimaratkaisuja. Näitä uusia älykkäämpiä kaupunkeja, joissa hajautetut energialähteet ovat osa virtuaalivoimalaitosta kutsutaan älykaupungeiksi. Akulliset älypylväät nähdään potentiaalisena ratkaisuna älykaupunkien aiemmin mainittuihin haasteisiin. Tässä diplomityössä arvioitiin akuilla varustettujen älypylväiden kahden toteutettavuustutkimuksen ja liiketoimintatapauksen tuloksia tosielämän mahdollisissa käyttökohteissa. Diplomityössä tutkittiin älypylväiden akkujen mahdollisia sekundäärisiä käyttökohteita, jotka eivät häiritse akkujen ensisijaista käyttötapaa nostamaan älypylvässijoituksen kannattavuutta. Sekundäärisiä käyttökohteita olivat virtuaalivoimalaitokseen osallistuminen hajautettuna energialähteenä ja sähköverkon nykyaikaistamisen välttäminen. Tutkimusmenetelminä käytettiin kirjallisuutta ja haastatteluja, joissa Suomen virtuaalivoimalaitosmarkkinoiden nykytilaa selvitettiin haastattelemalla useita asiantuntijoita. Lisäksi, toimivia älypylväitä testattiin testitietojen hankkimiseksi ja laskettiin älypylväiden teknisiin ja taloudellisiin näkökohtiin liittyviä laskelmia. Toteutettavuustutkimusten ja liiketoimintatapausten tulokset osoittivat, että osallistumalla hajautettuna energialähteenä virtuaalivoimalaitokseen, älypylväät voivat tuottaa huomattavia tuloja sijoittajalle, mikä lyhentää investointien takaisinmaksuaikaa. Testipylväiden 1 kW:n akut olivat riittäviä osallistumaan virtuaalivoimalaitokseen, ja ne täyttivät Suomen viranomaisten asettamat varavoimamääräykset. Lisäksi, pilvipohjainen ohjelmisto, joka valvoo ja ohjaa pylväitä etänä läpäisi ennalta asetetut tekniset vaatimukset. Sähkönsiirtoverkon nykyaikaistamisen välttämistä tutkittiin toisena liiketoimintatapauksena, mutta se ei osoittanut hyötyä Suomessa tai Pohjoismaissa. Tulokset osoittivat, että älytolppien akuilla on kannattava sekundäärinen käyttökohde ja se voi vastata energiatehokkuushaasteeseen