Lagring av förnybar energi från sol och vind

Artikel skriven av Ulf Wengeler

Förnybara energikällor som vind och sol producerar av naturliga skäl inte el under dygnets alla timmar. För att kunna utnyttja dessa energislag vid tidpunkter då solen inte skiner och vinden inte blåser behövs någon form av energilagring, där överskottet kan lagras och användas när vinden inte blåser, nattetid eller vintertid.

BATTERILAGER
Allt fler former av batterilösningar utvecklas för användning för energilagring. Idag används dessa batterilager oftast för att utjämna dygnsvariationer av elbehovet – från små batterilager för villabruk till större batterilösningar för att balansera elflödet i de större elnäten. Batterier används förstås också för att ladda elbilar eller laddhybrider.

För korttidslagring är batterier oslagbara, och att ha solceller med någon form av batterilösning är att rekommendera, särskilt för villaägare. Dessa hushåll är oftast på jobbet, eller i skolan när produktionen av solel är som störst, och hemma först när produktionen av solel är som störst, och hemma först när solen sakta försvinner inför natten, och elförbrukningen i hushållet stiger.

Med dagens priser för stora batterilager är det svårt att få ekonomi i större batterilager som skall kunna lagra förnybar energi från solen eller vinden över en större tidsrymd. Storleken på sådana batterilager blir väldigt stort och komplext, och även ganska dyrt.

Ett batterilagers livslängd avgörs i första hand av antalet laddningscykler som batterierna klarar innan lagringskapaciteten minskar för mycket. Vanligen räknas en cykel per dygn, eller högst några dagar – d v s från dag till natt för solceller, och några dagar mellan blåsiga och mindre blåsiga dagar.

Blybatterier håller upp till ca 1 800 laddningscykler – ca 5 år – medan litiumbatterier håller för ca 8 000 laddningscykler – d v s 20 års livslängd vid normal användning.

VÄTGAS
Många aktörer världen över ser vätgas som en gångbar lösning för att långtidslagra energi från vindkraft och solceller. Den förnybara energi som solen och vinden genererar spjälkas till syrgas och vätgas genom elektrolys av vatten. Vätgasen lagras i tankar under högt tryck. Under det mörka vinterhalvåret eller perioder av mindre blåsiga perioder används vätgasen för att driva bränsleceller. Dessa producerar den el som behövs. Biprodukten från elektrolysen är vanligt vatten.

En intressant bieffekt från en aktiv bränslecell är att vattnet som produceras är ganska varmt – närmare 65 grader – vilket gör att det kan användas för uppvärmning och varmvatten. Om vattnet samlas upp och återanvänds för att producera ny vätgas, blir vattenåtgången väldigt liten.

Vätgas kan under rätt omständigheter i anpassade tankar lagras under årtionden. En normal villa behöver en lagringskapacitet på ca tre kubikmeter vätgas med 300 bars tryck – d v s en storlek som motsvarar de gamla oljetankar som fram tills för några årtionden sedan användes för uppvärmning av många hus och fastigheter.

SVÄNGHJUL
Ett svänghjul är en rund cylinder med ganska ansenlig massa, som försätts i snurrning genom den överskottsenergi som alstras från vindkraften eller solenergin. Svänghjulet driver en generator för att omvandla rörelseenergin till elektrisk ström. Friktionen akn minimeras genom att svänghjulet är magnetiskt upphängt i vakuum. Tekniken är avancerad och beprövad, men ännu inte särskilt vanlig. Tack vare att det handlar om en mekanisk konstruktion, så är den känslig för påverkan. Den kan vara ett alternativ för korttidslagring av energi under speciella omständigheter, t ex om batterier av säkerhetsskäl inte kan användas.

SUPERKONDENSATORER
Ett alternativ till batterilagring är superkondensatorer, som med hög strömstyrka kan laddas upp helt på bara några sekunder, och också kan laddas ur på mycket kort tid. Det är förstås trevliga fördelar, men nackdelen är att lagringskapaciteten än så länge inte räcker till för praktiskt bruk. Den är helt enkelt för dålig i jämförelse med modern batteriteknik.

Batterier tappar lagringskapacitet efter för många laddcykler, medan en superkondensator kan användas under betydligt fler laddningscykler, men kan knappast anses vara anpassad till dagens krav på lagringsteknik av förnybar el.

SUPRALEDARE
En supraledare är en elektrisk ledare helt utan elektriskt motstånd, vilket i teorin innebär att energi kan lagras helt utan energiförluster. Supraledning kan med dagens teknik endast uppnås vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten, där flytande helium eller kväve används. Det är avancerat och kostsamt – och därmed en stor nackdel. Utvecklingen inom området gör ständigt framsteg, så den dagen då material kan göras supraledande vid rumstemperatur kan tekniken för energilagring absolut vara en möjlighet.

PUMPKRAFT
Att pumpa upp vatten till högre höjder med hjälpa av sol- och vindenergi görs bl a på en av de västligaste kanariska öarna utanför norra Afrikas kust. När lågtrycken från Atlanten drar in västerifrån brukar det blåsa rejält. Då pumpas vatten från havet upp till dammar i bergen. När vinden mojnar släpps vattnet från dammarna, som får passera turbiner kopplade till generatorer, som alstrar förnybar el. Solcellsanläggningar används som extra elproducent, eftersom det oftast blåser mindre när solen skiner.

Ett pumpkraftverk fungerar på samma sätt som vattenkraftverk, men med den skillnaden att det är vädrets makter och nederbörden som fyller på dammarna vid vattenkraftverken – medan det är solen och vinden som fyller på dammarna för pumpkraftverken.

Pumpkraft kräver ganska ansenliga höjdskillnader och stora mängder lagrat vatten för att kunna användas vid långtidslagring av energi, men som balanskraft är det definitivt en tänkbar och praktiskt genomförbar lösning – kanske för att fylla vattentorn med vatten genom den överskottsel som solceller alstrar inom närområdet.

Ett problem för nordiska förhållanden är att behovet att realisera den lagrade energin är som störst under vintern, och då gäller det att hålla vattnet frostfritt.

TRYCKLUFT
Existerande övergivna bergrum kan användas för att lagra tryckluft. Den förnybara energin från vindkraft och solceller får driva en kompressor som komprimerar luften som under högt tryck pressas in i bergrummet. När elbehovet stiger får tryckluften driva ett turbinhjul som är anslutet till en generator som producerar el för att täcka behovet. Finns inte bergrum eller poröst berg till förfogande, blir troligen den initiala kostnad för investeringen för stor. Tryckluft har en ganska begränsad energitäthet, så det kräver rejält med utrymme. Men med rätt förutsättningar och för passande ändamål är tekniken intressant.

LÖNSAMMAST ÄR SOLCELLER
Batterilager kräver extra investeringar, men en investering i endast solceller från Solkraft Sverige – utan batterilager – är lönsam redan från dag ett – och bidrar till mindre behov av köpt nätel. Överskottselen kan villaägare och mindre fastigheter försälja med förtjänst till elhandelsbolaget, tack vare skattereduktionen på 60 öre / kWh. Solceller ger också ett effektivare energiutnyttjande och en jämnare energiproduktion, som minimerar risken för effektbrister i det svenska elnätet.