energilagring1

Med ökad förnybar elproduktion ställs nya krav på förmågan till kraftbalansering. Att integrera energilagrande buffertsystem i elnäten kan göra det möjligt att öka den förnybara andelen över vad som annars hade varit praktiskt möjligt. En mångfald av lagringsmetoder med olika för- och nackdelar är under utveckling, något som drivs på av framsteg inom batteri- och materialteknik.

En framtid med kraftigt ökad andel av elproduktionen från förnybara källor som sol-, vind- och vågkraft, är också en framtid med intermittent och skiftande kraftproduktion avhängig av väderomständigheter. Sannolikt är det också en framtid där elen tillförs nätet mer småskaligt och distribuerat, och utan tydlig uppdelning mellan producenter och konsumenter.

Det är på många sätt en dynamisk framtid – men en sådan organisk elförsörjning kommer att behöva kompletteras med ett stabilt skelett, en stödstruktur, som kan jämna ut och balansera effektfluktuationerna och göra eltillgången jämn och förutsebar även när produktionssidan är mer oberäknelig.

Elnätet jämnar ut och korrigerar

Ett sådant skelett kan komma att formas av nya funktioner integrerade i elnäten. Att göra elnäten smarta med möjligheter att utöva korrigerande styrning är ett led i detta – till exempel att låta nätet automatiskt kommunicera med vissa typer av förbrukare och schemalägga deras effektuttag till mindre kritiska tidpunkter. Transkontinentalt sammanbundna elnät är ett annat. (Se även artikeln ”Smarta elnät och supergrids”).

Men det räcker sannolikt inte. Som komplement måste det också tillföras metoder att mellanlagra energin i buffertar, som kan fyllas på när vindkraftverken snurrar eller solen skiner, och tappas ur vid de tillfällen då produktionen inte räcker till behoven.

Många metoder för lagring

Tänkbara sätt att lagra energi finns det gott om. Som rörelseenergi i ett svänghjul, till exempel, eller som lägesenergi i ett vattenmagasin. I det första fallet accelereras hjulet av en elmotor, i det andra förs vatten uppströms av eldrivna pumpar. (Se även artiklarna ”Energilagring med svänghjulsteknik” och ”Pumpkraft lagrar energi”). Pumpkraft är den hittills klart mest etablerade energilagringsmetoden, med 99 procent av marknaden och en global lagringskapacitet av över 100 000 MW.

energilagring2

Problemen med all energilagring är dels den extra kostnaden för lagringssteget – ofta visar det sig i praktiken vara billigare att öka direktproduktionen – samt att omvandlingen fram och tillbaka mellan energiformer alltid kostar i förluster. Utmaningen för att integrera energilagring i nätet är att vaska fram ett spektrum av effektiva, billiga och energisnåla tekniker, som kan sättas in där förutsättningarna är lämpliga.

Ett alternativ som till sin princip liknar pumpkraftens är komprimerad luft; elenergi kan driva kompressorer och ge tryckluft, som lagras i reservoarer. Termisk lagring kan spela en stor roll inte minst för utjämning av solkraft – till exempel kan koncentrerad solvärme lagras i saltsmältor, som hålls varma i isolerade tankar för att senare driva ångturbiner. (Se även artikeln ”Nu blommar öknen”).

En metod som prövas i Storbritannien är att använda el för att kyla luft till vätskefas; den flytande luften komprimeras kraftigt i volym, och kan lagras i isolerade kärl. När den sedan värms undergår den en intensiv expansion, som kan driva motorer eller turbiner. Det som är utmärkande för metoden och gör den särskilt intressant, är att återuppvärmningen kan göras med låggradig spillvärme, vars energiinnehåll annars är svårt att ta tillvara. (Se även artikeln ”Energiskörd – att återvinna spillenergi”).

Batterier

Elektrokemisk lagring – det vill säga batterier – är en annan möjlig väg att gå. Batteriutvecklingen har gått framåt, med allt högre energitäthet och lägre kostnader. Utvecklingen av litiumjonbatterier ligger bakom genomslaget för elbilar som Tesla, och tekniken har även använts till försöksanläggningar för integrerad energilagring – dock till höga relativa kostnader.

I nuläget är batteriernas prestanda bara tillräcklig för korttidsbalansering och lägre effektuttag. Men nya tekniker med ännu högre effektivitet och tålighet för fler laddcykler hägrar, och man kan tänka sig storskaliga batterianläggningar som en integrerad del av framtidens elnät. I ett läge där lejonparten av fordonsparken består av elfordon, anslutna till nätet för laddning när de inte används, skulle dessutom en möjlighet till batteribaserad energilagring komma på köpet: laddningen skulle i viss mån kunna styras till tidpunkter med god eltillgång, medan mängden av fordon vid andra tidpunkter kunde verka som ett distribuerat batteri med många celler.

Många förhoppningar knyts till de så kallade flödesbatterierna. De har två flytande elektrolyter, som lagras i tankar och cirkuleras genom batteriet, förbi elektroderna, på var sin sida av ett membran. Många former med olika val av elektrolyter är under utveckling, både med elfordon och integrerad energilagring som tänkta tillämpningar. Något som talar till deras fördel vad gäller energilagring är lättheten med vilken de kan skalas upp, genom att öka storleken på tankarna. Medan vanliga batterier lagrar energin i elektroderna lagrar flödesbatteriet sin energi i elektrolyterna, och i fordon skulle de därför också kunna laddas upp snabbt genom att tanka ny elektrolyt och tappa ur den gamla.

Ett aktuellt exempel som kan nämnas är det tyska företaget NanoFLOWCELL. Deras elbil Quant drivs av flödesbatterier, med en saltlösning, ej närmare specificerad, som elektrolyt. Bilen har visats upp som prototyp på bilsalongen i Genève, och företaget hävdar att den uppvisar fem gånger bättre prestanda i förhållande till vikt jämfört med litiumjonbaserade fordon.

Till de tänkbara lösningar som ligger längre in i framtiden hör vätgasdrivna bränsleceller, eller nya typer av kondensatorer med hög energitäthet – kanske baserade på grafen, ett nobelprisvinnande nytt material bestående av kolatomer i ett enda lager, med unika egenskaper. (Se även artikeln ”Supermaterial med miljöpotential” ). Sådana superkondensatorer skulle ha fördelarna att kunna laddas mycket snabbt och inte degenereras vid ur- och uppladdning som batterier.

Energilagring i sig är inget oöverstigligt hinder – den snabba utvecklingen parat med mängden av tekniker som skulle kunna användas borgar för det. Vad som behövs är tid och fortsatt utveckling för teknikerna att mogna och visa sig tillräckligt kostnadseffektiva, och för att de ska finna sina respektive nischer – men när de gör det öppnas också dörrar för att öka andelen förnybar produktion till nivåer som gör skillnad.

Artikeln publicerad november 2014