Litiumioniakkupohjaiset energiavarastot sairaalan varmennetuissa sähköverkoissa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli koostaa kansainvälisistä lähteistä ajantasaista tietoa litiumakkupohjaisiin energiavarastoihin (BESS, Battery Energy Storage System) liittyen. Työn toimeksiantajana toimi Kainuun hyvinvointialue. Opinnäytetyön tavoitteena oli opinnäytetyössä tehdyn kuvailevan kirjallisuuskatsauksen aineiston pohjalta laatia nykyisen kineettisen energiavaraston (RUPS-järjestelmän) korvaavan akkupohjaisen BESS-järjestelmän hankintamäärittelylomake opinnäytetyön toimeksiantajalle. Hankinnan määrittelyyn luotu lomake ottaa huomioon akkupohjaisissa energiavarastoissa käytettävän litiumioniakkuteknologian nopean kehityksen luomat käyttömahdollisuudet, järjestelmien vaatimat kyber- ja paloturvallisuusvaatimukset, sekä taloudelliset näkökulmat.

Opinnäytetyö oli laadullinen, ja sen tutkimusmetodina käytettiin kuvailevaa kirjallisuuskatsausta. Kirjallisuuskatsauksella haettiin vastauksia tutkimuskysymyksiin: Millainen on moderni BESS-järjestelmä ja millaisia ominaisuuksia järjestelmissä on? Mitkä seikat vaikuttavat BESS-järjestelmän hankinnan kannattavuuteen? Millaisia järjestelmän ominaisuuksia ja seikkoja tulisi huomioida valittaessa Kainuun keskussairaalan RUPS-järjestelmän korvaavaa BESS-järjestelmää?

Tutkimusaineisto haettiin käyttäen Google ja Google Scholar -tietokantoja, järjestelmien valmistajien, tutkimuslaitosten, eri viranomaistahojen ja kattojärjestöjen tuottamaa aineistoa ja standardeja. Lopulliseen analysointiin valittiin 197 lähdettä, jotka olivat kansallisia ja kansainvälisiä. Opinnäytetyön valittu tutkimusaineisto analysoitiin aineistolähtöistä sisällönanalyysiä hyödyntäen.

Opinnäytetyön lopputuloksena syntyi litiumionipohjaisen akkuvaraston englanninkielinen hankintamäärittelylomake opinnäytetyön toimeksiantajalle. Lomaketta voidaan hyödyntää akkupohjaisten energiavarastojen hankinnan suunnittelussa ja toimittajien kilpailutuksessa. Kirjallisuuskatsaus toi esiin järjestelmissä käytetyn akkuteknologian hyvin nopean kehityksen, akkupohjaisten energiavarastojen järjestelmien laajenevan käytön, uuteen teknologiaan liittyviä riskejä sekä riskeihin varautumisen. BESS-järjestelmät ovat osa modernin sähköverkon kriittistä infrastruktuuria.

The purpose of this Master of Engineering thesis was to produce up-to-date information on Battery Energy Storage Systems (BESS). The client of the work was the Wellbeing Services County of Kainuu. The purpose of the Master`s thesis was to create specifications for the procurement of Lithium-ion battery energy storage system, for the replacement of the current Kainuu area new hospital´s Rotary Uninterrupted Power System (RUPS) based on the information produced by descriptive literature review. The procurement form takes into account the opportunities of the rapid development of lithium-ion based battery technology, the cyber and fire safety requirements, as well as economic perspectives.

The descriptive literature review was used in this study as a research method. The literature review sought answers to the following research questions: What are the modern BESS systems like? What functional features do modern BESS systems have? What factors affect the suitability of implementation the BESS system in hospital environment? What system features and aspects should be considered when choosing a BESS system to replace the current RUPS system for Kainuu Central Hospital?

Research material was retrieved using the Google and Google Scholar data-bases, current standards, material produced by BESS system manufacturers, research institutes, various governmental authorities, and umbrella organizations relating to BESS systems. The literature review included 197 sources, national and international. The selected research material of the thesis was analyzed using material-based content analysis.

The result of the development of the thesis was an English-language procurement specification form for the lithium-ion-based battery energy storage. the form can be used for planning the procurement or for the tendering the BESS systems suppliers. The literature review highlighted that development of the lithium-ion based battery technology used in the BESS systems is fast, the usage of battery-based energy storage systems is expanding, the need for understanding the risks related to the new technology, and the preparation for risks. BESS-systems are part of the critical modern electrical infrastructure.