Suomalainen energiavarasto-innovaatio Teraloop on syntynyt Aalto-yliopiston startup-keskuksesssa. Ideana on rakentaa renkaan muotoinen rata maan alle, johon energiaa varastoidaan renkaassa liikkuvaan massaan. Uutisartikkeleissa annetaan huikeita lukuja: Renkaan halkaisija 500 metriä, kapasiteetti 16 GWh, teho 500 MW.

Suomalainen innovaatio tekee aurinko- ja tuulivoimaan siirtymisestä kannattavaa

Alla olevassa kuvassa nähdään idean rakenne.

Energiaa tunnetusti voidaan varastoida liikkuvaan massaan. Tätä ilmiötä on hyödynnetty pienimuotoisesti jo muutama sata vuotta mm. erilaisten koneiden vauhtipyörissä.

Koska Teraloop joutuu noudattamaan fysiikan lakeja, voidaan helposti laskea ja hahmottaa, kuinka suuri massa ja nopeus tarvitaan 16 gigawattitunnin varastointiin. Energiamäärä vastaa esim. parin vuoden päästä käynnistyvän Olkiluoto 3:n kymmenen tunnin tehoa.

Lähinnä olemassa olevista laitteista Teraloop tuo mieleen junan. Millaisia junia maailmalta löytyy? Jos Youtubeen on uskominen, alla oleva video näyttää maailman pisimmän ja painavimman junan.

Pituutta junalla on 7 353 metriä, massaa sata tuhatta tonnia. Videolla juna ohittaa kameran kahdeksassa minuutissa, josta voidaan laskea nopeudeksi 55 km/h. Sen liike-energia lasketaan kaavasta:

Teraloop haluaa varastoida 16 000 MWh, mikä on lähes 5000 kertaa enemmän kuin videon junassa.

Renkaan halkaisijaksi ilmoitetaan 500 metriä, jolloin sen pituudeksi tulee 1600 metriä. Vastaavan pituinen pätkä tuosta junasta painaisi n. 22 000 tonnia. Jos tähän massaan halutaan varastoida 16 GWh, vauhtia pitää olla:

8 250 km/h = 2 292 m/s

Massa kiertäisi 1,6 kilometrisen pituista rataa 1,4 kierrosta sekunnissa. Yksikään juna maailmassa ei aja lähellekään tuota vauhtia. Perinteisellä teräspyöräradalla voidaan ajaa ehkä 600 km/h. Tässä mennään Ranskassa 574 km/h.

Jos Teraloopin nopeus olisi 600 km/h, massaa tarvittaisiin:

4,2 miljoonaa tonnia = 2500 tonnia/metri

Noin paljon massaa tunneliin ei mahdu. Jos ”juna” olisi umpiterästä, halkaisijaltaan 10 metrinen lieriö, sen massa olisi 600 tonnia/metri, eli yhteensä 960 000 tonnia. Tällöin vauhtia tarvittaisi ”vain” 1250 km/h.

Jos taas tunnelissa ajettaisiin 22 000 tonnin painoista ”junaa” 600 km/h, saataisiin energiaa varastoitua 0,085 GWh, mikä on 0,5 % luvatusta 16 gigawattitunnista. Fysiikan lait ovat tässä kohtaa todella armottomia.

Artikkelissa puhutaan ”puhtaasti mekaanisesta” laitteesta, mikä tarkoittaisi pyörillä kulkevaa laitetta. Tarvittaviin nopeuksiin ei päästä pyörillä. Maglev-tekniikalla siihen kukaties voisi päästä, mutta ”junan” pitäisi kulkea tyhjössä, koska muuten ilmanvastus aiheuttaisi liian suuren vastuksen. Paljonko tarvittavan kokoinen, maglev-tekniikalla toteutettu 1,6 km mittainen tunneli maksaa? Tekeekö se uutisotsikon mukaisesti ”aurinko- ja tuulivoimaan siirtymisestä kannattavaa”? Maglev-tekniikan ensimmäiset patentit ovat vuodelta 1906, mutta niitä on rakennettu vasta hyvin vähän, koska tekniikka on kallista.

Teraloop ei tule 500 metrisellä renkaalla pääsemään lähellekään uutisartikkeleissa luvattua kapasiteettia 16 GWh. Johonkin se tietenkin pääsee, joten odotamme mielenkiinnolla prototyypin valmistumista, eli palataan asiaan vuonna 2019.

Sitä odotellessa voit itse laskea tällä taulukolla kappaleen kineettistä energiaa eri massoilla ja nopeuksilla, ja katsoa, millaista öljy- ja kivihiilimäärä se vastaa. Voit esim. laskea, paljonko 40 tonnia painavassa rekassa on liike-energiaa vauhdissa 80 km/h ja miten paljon polttoainetta kiihdyttämiseen tarvitaan. Laskurin antama öljymäärä tulee jakaa moottorin hyötysuhteella, mikä rekassa on luokkaa 0,3. Tulos on tietenkin likiarvo, koska se ei huomioi esim. ilmanvastusta.

Päivitys – 9.4.2016

Patenttiasiakirja löytyy täältä. Siinä kuvailtu järjestelmän rakenne ja toiminta. Luvut ovat erilaiset kuin uutisartikkeleissa. Renkaan koko on kymmenkertainen, halkaisijaltaan 5000 metriä. Liikkuvan massa sanotaan olevan 70 000 kg. Tuon kokoisen systeemin kapasiteetista todetaan vain ”..storage potential up to several TWh.” Vauhtia ei ilmoiteta, mutta 16 TWh:n saavuttamiseksi vauhtia tuolla massalla tarvitaan 4700 km/h.

Toinen vastaavanlainen keksintö löytyy täältä:

Floating train at 2000 km/h set to store 10% of Dutch electricity

Renkaan halkaisija sama 5 kilometriä. Kapasiteetista sanotaan, ”This enables 2.5 gigawatts of electricity to be stored for an eight-hour period or 400 megawatts for 48 hours.” Tuo tarkoittaisi 20 TWh. Massan vauhdiksi ilmoitetaan 2000 km/h, mikä kyllä pitäisi maglev-tekniikalla olla saavutettavissa. Massan suuruutta ei ilmoiteta, mutta vauhdin ja kapasiteetin perustella lasekien, massaa tarvitaan puoli miljoonaa tonnia.

Hollantilaiset ovat tehneet havainnollisen esittelyvideon:

Nämä lähteet löytyvät Reddit-keskustelusta. Kiitos osallistujille!

Aihe on herättänyt vilkasta keskustelua myös fb:ssä ainakin täällä ja täällä.