"Meie eesmärk on energia salvestussüsteemide tööd optimeerida. See on väljakutse, sest arvestama peab nii koormuse, hoone otstarbe kui ka sealse tarbimisega. Peame nimelt kohandama iga hoone salvestusseadme mahtu just sealsete elanike käitumise põhjal," ütleb Tallinna Tehnikaülikooli järeldoktor Roya Ahmadiahangar, lisades, et näiteks ärihoone vajaks elumajast hoopis erinevat talletussüsteemi.

Üha rohkem maju ehitatakse Eestiski liginullenergiahooneteks, mis toodavad ise energiat ja seda ennekõike päikesepaneelide abil. Alates 2020. aastast teistsuguseid hooneid rajada ei tohigi. Kuna päikeseenergia tootmine on väga ebaühtlane, ei soovi mitmed võrguteenuse pakkujad nii Euroopas kui ka USA-s enam liginullenergiahoonete toodangut osta.

Sestap pakubki Ahmadiahangari töörühm välja uue viisi, kuidas neis hoonetes saaks suurendada kohapealset energiatarbimist ja vähendada salvestamise ajastamise abil elanike elektriarvet.

Vaata ette ja igaks juhuks taha ka

"Põhimõtteliselt on probleem elektrivõrgu piirangutes. Võrguteenuse pakkujad ei tule ühel hetkel ilma võrku tugevdamata päikesepaneelide heitliku tootmisega toime, sest see võib mõjutada tarbija varustuskindlust," avab Roya Ahmadiahangar murekohta. Kasvõi päikese ette ilmunud pilv võib vähendada toodetava elektri hulka enam kui poole võrra. 

Kuna taastuvenergia osakaalu kasvades üha rohkem võrguteenuse pakkujaid võib keelduda väiketootjate päikeseenergiat ostmisest, peab Ahmadiahangari sõnul olema uute majade energiasüsteeme kavandades väga ettevaatlik. "Kui on oht, et sa ei suuda midagi maha müüa, pead oma aku mahtu ja võimekust hoolega valima. Pead võtma maksimumi sellest, mis sul on," osutab ta.

Ühest küljest tarbivad inimesed igas elu- ja ärimajas elektrit veidi omamoodi. Teisest küljest saab ilma kindlamalt ette ennustada vaid mõni päev. Kui tahta hoone energiakasutust optimeerida, tuleb selle energiatarvet juhtival nutikal süsteemil arvestada mõlemaga. Just seda Ahmadiahangari pakutud lahenduse algoritm ka teeb, vaadates nii majaelanike harjumusi kui ka päikesepaneeli andmeid.

See tähendab, et kui süsteem öise madala elektrihinna ajal akut laadida tahab, vaatab see üle, milliseks tõotab kujuneda päikesepaneeli järgmise päeva toodang. "Näiteks, kui meil on väga päikeseline päev ja teame algoritmist või kasutajate sisendist, et nad on puhkusel ja kodus pole kedagi, pole mõtet akut öösel laadida," toob Ahmadiahangar näite. Sel juhul võib päevaga aku täielikult täis laadida, sest eeldatavasti ei kasuta keegi sealt midagi ära.

"Teise äärmuse puhul on kõik nädalavahetusel kodus ja tulemas on hämar päev. Siis peaks aku end öösel täiesti täis laadima," võrdleb järeldoktor. Kuigi mõlemad näited kujutavad omaette äärmust, paneb algoritm igal juhul järgmiseks 24 tunniks kogu süsteemi tund tunni haaval kõige kulutõhusamal moel paika.

"Meie algoritm töötab nii, et selle sisendandmed ongi maja energia tarbimisprofiil," ütleb ta. See tähendab, et algoritm vaatab alustuseks, kuidas hoones toimetavad inimesed tavaliselt elektrit tarbivad. "Sinna saab põhimõtteliselt mistahes salvestus- ja tarbimismustreid sööta ja kõik toimib, sest kasutame analüütilist meetodit," selgitab Ahmadiahangar. Ehkki algoritm arvestab salvestusseadme mahu ja talletusaja üle otsustamisel sisestatud andmetega, ei sõltu see oma otsustes nende andmete tüübist.

Täpsemalt kätkeb lahendus endas kahte algoritmi. "Ühega saad esmalt otsustada aku suuruse üle ja seejärel saad teisega veelgi üksikasjalikumaks minna," sõnab järeldoktor. Mistahes salvestusseadme puhul tekitab tema sõnul omaette peavalu, millal selle peaks täis ja millal tühjaks laadima. Laadimiseks kasutatav energia võib pärineda kas maja päikesepaneelidelt või võrgust. "Siinkohal on eesmärk vähendada võrgust ostetava energia osakaalu ja suurendada ise toodetu tarbimist," ütleb ta.

Tasuvat ärimudelit veel pole

Roya Ahmadiahangar ja kolleegid jooksutasid oma algoritmi kolmes Eestis asuvas majas ning kontrollisid selle töökindlust mitme andmebaasi peal. "See toimib ideaalselt," ütleb järeldoktor tulemuste kohta. 

Siiski ei tähenda kinnitust leidnud töökindlus, et lähiajal uut lahendust turul näha saaks. Ahmadiahangari sõnul peavad jõuelektroonikud esmalt välja arendama tehnoloogia, mis lubaks algoritmi abil akut juhtida.

Uuringu kaasautori ja Tallinna Tehnikaülikooli vanemteaduri Oleksandr Husevi sõnul töötavad jõuelektroonikud juba lahenduse kallal. "Algoritm on lihtsalt instrument, mille abil saab energia liikumist juhtida," seletab ta.

Lahenduse kasutuselevõtt jääb Husevi sõnul praegu jõuelektroonika ja aku kalli hinna taha, sest pole selge, millise ärimudeliga seda kõike turule tuua. "Peaksime saama mingit toetust või arendama riiklikult välja kontseptsiooni, mis aitaks selliseid süsteeme kasutusse võtta," seletab ta. 

Murekoht on Husevi sõnul seegi, et akude eluiga on endiselt piiratud. "See võib olla näiteks kuus kuni kümme aastat. Meie algses eelduses oli see 12–15 aastat. Ennustame, et nutika algoritmiga võib akude tasuvusaeg väheneda, kuid ärimudelis pole see ikkagi veel teostatav," osutab ta. Husev lisab, et inimene saab jõuelektroonika ja salvestusseadme kulud tõhusamalt katta oma energiat nutikamalt juhtides. Täna pole head ärimudelit, kus energiasalvesti omanik saaks oma süsteemi eest märkimisväärset kasumit.

Perspektiivid

"Rohepöörde valguses on akusalvestitel suur potentsiaal," märgib artikli teine kaasautor Andrei Blinov. Ta lisab, et tulevikus on võimalik suurel hulgal selliseid salvesteid virtuaalse elektrijaamana koostööd tegema panna, et tasakaalustada suuri elektritootmise ja -tarbimise kõikumisi. "Taastuvenergia osakaalu kasvust tekkivate probleemide ennetamiseks on oluline sedalaadi lahendustele toetusmeetmete tekkimine," sõnab Blinov veel.

Tallinna Tehnikaülikooli kaasprofessor Argo Rosin lisab, et uue lahenduse turuletulek sõltub ka energiasalvestuse ja elektri hinnast. "Kui võtta viimase aja elektrihinnad, võime öelda, et lahenduse levikuks vajalik ärimudel võib õige ruttu teostatavaks muutuda," tõdeb ta.

Liginullenergiahooned võivad Rosina sõnul toimida elektrivõrku ühendatuna kui ka energiasaarena võrgust eraldatuna. Võrguühenduse korral käitub maja päikeselise ilma, elektrihinna ja muude tegurite ennustuste põhjal.

"Kui aga näiteks tormi tõttu tekib voolukatkestus, lülitub hoone võrgust välja. Sel juhul saab meie algoritm toimida mitte elektrihindade, vaid üksnes tootmise, salvestilaetuse või tarbimiskäitumise põhjal," kõrvutab ta. Kaasprofessori sõnul tähendab uue süsteemi ja energia salvestusruumi kombinatsioon lõppkokkuvõttes, et lõpptarbija jaoks on energia varustuskindlus paremini tagatud.

Tallinna Tehnikaülikooli elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi teadlased kirjutavad oma lahendusest ajakirjas Energy.