Innostock 2012
Forskningsrön om energilagring i alla dess former fyllde några intensiva dagar i spanska Lleida. Nytt för i år var att även elektrisk energilagring fanns med på programmet för konferensen.
Termisk energilagring – översikt
Marc A. Rosen, professor vid nyetablerade University of Ontario i Kanada, pratade om hållbara städer och nödvändigheten av energilagring för att uppnå detta. Han gav exempel från sitt eget universitet där det geoenergisystem med 400 borrhål som togs i drift för sex år sedan sparar 40 procent värmekostnad och 16 procent kylkostnad. Den största utmaningen med systemet var initialkostnaden, enligt Marc Rosen.
– Har man inga pengar är det svårt att få till stånd, även om återbetalningstiden är relativt kort.
Beslutet om att bygga geoenergilagret för universitetet togs tidigt i processen vid byggandet av det nya universitetet.
– Det var bestämt att göra detta borrhålssystem innan jag kom in i bilden. Det var ett affärsbeslut för att spara pengar över tid. Det var fördelaktigt att starta bygget innan någon personal eller några studenter var på plats och kunde motsätta sig, eftersom det var ett alldeles nytt universitet. De äldre universiteten som bygger om gör det som regel genom EPC.
I Kanada finns beslut att hälften av landets byggnader ska vara nZEB-byggnader (nollenergibyggnader) om 20 år. På vägen att uppnå detta har man bland annat skapat ett samhälle, Drake Landing Solar Community, med 52 hus där man uppnått en solfraktion på 90 procent, det vill säga 90 procent av den använda energin kommer från solen. Projektet är så framgångsrikt att man nu tittar på Drake Landing II med 2000 hus.
Marc Rosen påpekade att verklig hållbarhet kräver balans mellan ekonomi, socialt ansvar och miljömässighet. Hållbarhet måste uppnås i alla led – hos energikällor och energibärare, och genom ökad effektivitet i utrustning, system, hantering, matchning av tillgång och efterfrågan, integration samt i utformningen av system som använder energi för effektivitet.
Professor Bo Nordell från Luleå tekniska universitet är en av dem som varit med på samtliga energilagringskonferenser i Stock-konferensserien, och gav en översikt av hur geoenergin utvecklats sedan 1980-talet.
– Vid första energilagringskonferensen i Seattle år 1981, då jag presenterat högtemperaturlagret i Luleå, kom en ung kille fram till mig och sa att om 25-30 år kommer det här att vara en allmän teknik. Han hade rätt, även om det kändes som en lång tid då. Tekniken med energilagring i grundvatten (akviferer) började med en liten workshop i Berkeley i oktober 1978. Tekniken utvecklades som mest under 1980-talet för att i dag vara en mogen teknik, men det är få personer i varje land som har tillräcklig kunskap om tekniken, enligt Bo Nordell.
Att lagra termisk energi i gropar eller hålrum i marken är en teknik som har begränsad utbredning. Det finns ett fåtal exempel i Sverige och Finland. Tekniken fungerar bra, men är för dyr för säsongslagring av varmvatten. I dag sker ingen pågående utveckling, men under Innostock presenterades några studier där övergivna gruvor och dagbrott används för lagring av energi. En annan tillämpning av groplager är att lagra snö. Snölager har smältvärme på 93 kWh/ton, vilket innebär att ett ton snö ger 100 kWh kyla. Kostnaden är omkring 10 till 25 euro per ton snö beroende på energikostnaden. Snö kan lagras i byggnader, på mark, i groplager och under mark.
Antalet system med lagring i borrhål ökar alltjämt i världen, och tekniken sprids till nya områden och länder.
– Energilager i borrhål är i dag en utvecklad teknik och inga fundamentalt nya idéer framkommer längre, kommenterade Bo Nordell.
På sistone har ett ökat intresse för högtemperaturlager i borrhål visats. Det finns också ett pågående arbete med kombination av groplager och borrhålslager, så kallat combistore.
Jean Christophe Hadorn från Schweiz kommenterade utvecklingen av sensibel, latent och termokemisk energilagring, och berättade att man de senaste decennierna har arbetat för att öka lagringsdensiteten. Han har själv varit inblandad i ett flertal schweiziska solenergiprojekt med och utan lagring.
– Vid lagring av solenergi underskattas alltid överföringsförlusterna, konstaterade han.
Inom latent lagring finns enligt Hadorn en stor marknad för is, även värme med is, fasomvandlande material (PCM) i väggar, samt olika mobila tillämpningar. Just nu eftersöks ett tätt, icke giftigt, billigt material som smälter vid cirka 60 graders temperatur.
– Så fort temperaturintervallet är stort passar inte PCM utan då är vatten bättre som lagringsmedium. Vatten är det bästa mediet avseende på marknad och ekonomi.
Jean Christophe Hadorn framhöll tekniken med sorption och termokemisk lagring som bra tekniker där solen ger värme och kyla, men förklarade samtidigt att tekniken under överskådlig tid kommer att vara begränsad:
– Sorptionstekniken är som ett bonsaiträd – det är svårt att se att en stor utveckling kan ske snabbt.
Elektrisk lagring
För första gången i Stock-konferensernas historia ingick denna gång elektrisk lagring som en del i konferensprogrammet. Christian Doetsch från Fraunhofer University i Tyskland gav perspektiv på den elektriska lagringens breda område av tekniker. Allt eftersom kraven växer på ökande andel av elektricitet producerad från vind och solceller, ökar även betydelsen av effektiva former för lagring av elektricitet. De förnybara kraftkällorna karaktäriseras av ojämn tillgång, och därför behöver lagring i olika skala tillämpas för att nyttiggöra den förnybara elektriciteten.
Den överlägset största tekniken för lagring av elektrisk energi är vattenkraft. Vattenkraften står för 110 000 MW och utgör över 99 procent av den totala elektriska lagringskapaciteten i dag. Näst största teknik är elektrisk energilagring med komprimerad luft (CAES) som har en total utbyggd kapacitet motsvarande 477 MW.
Mathieu Lasfargues från Institute of Particle Science & Engineering vid Leeds Universitet, delade grovt in elektrisk energilagring i de två klasserna snabb respons och långsam respons, och påpekade att båda teknikkategorierna är nödvändiga för att maximera effektiviteten i kraftnät.
Snabbresponsteknikerna ger högkvalitativ effekt under kort tid, men räcker bara någon minut upp till ett fåtal timmar. Kondensatorer, superkondensatorer, svänghjul och batterier hör till denna kategori. Teknikerna med långsam respons kan förmedla stora mängder elektrisk energi och inkluderar vattenkraft, komprimerad luft, bränsleceller, termokemisk energilagring, termisk energilagring och flödesbatterier.
Enligt Christian Doetsch är städer mest lämpade för utbyggnad av elektrisk lagring eftersom det är där behovet är störst. Lagringen kan se på olika nivåer i elnätet; central, decentraliserat storskaligt, med lokala batterier och med virtuella lager såsom värmepumpar i kombination med termisk lagring, eller mikrokraftverk med termisk lagring. Christian Doetsch uttryckte sin vision för en framtid med stor andel förnybar energi där det då behövs några få stora centrala elektriska energilager, ett något större antal decentraliserade elektriska lager, och många lokala och virtuella lager i städer där behovet är stort. Teknikvalet avgörs bland annat av skalan på lagringen. Som Christian Doetsch uttryckte det:
– Vi vill inte bygga en sjö av elektrolyter.
Signhild Gehlin, Energi & Miljö 9/2012 sid 58-60
AXPLOCK
Ikea markkyler i Jerez
När Ikea byggde sitt nya varuhus i Jerez de la Frontera i sydvästra Spanien var det viktigaste designkriteriet att minska energilasten med motsvarande 56 ton koldioxid jämfört med andra energialternativ. De speciella klimatförhållandena på orten skapade också svårigheter med att balansera energin över året. Värmebehovet uppgår till 75 MWh per år medan kylbehovet för byggnaden uppgår till 4 100 MWh per år. Värmebehovet motsvarar alltså mindre än två procent av kylbehovet.
Alfredo Férnandez från Ingeo Investigación Geotérmica, deltog i projektet som genomfördes 2010. Lösningen blev ett geoenergilager med 54 borrhål på 130 meter som förser byggnaden med 100 procent värmeenergitäckning och 13 procent kylenergitäckning (530 MWh per år). Geoenergilagret lagrar frikyla från vintern och korttidslagrar även nattkyla under sommaren.
Alfredo Férnandez berättar att kraven under byggprocessen var höga:
– Under borrningen var vi förbjudna att borra med vatten på grund av ett överdrivet krav på renhet på borrhålsfältet. Men när borrningen genomfördes regnade det en hel månad i sträck så det stod en meter högt vatten överallt och borrhålen fylldes med regnvatten.
Två nordamerikanska gruvprojekt
En viss renässans för energilagring i groplager kan anas genom två nordamerikanska studier av potentialen för energilagring i övergivna gruvor och dagbrott.
Richard Flarend från Penn State Altoona i Pennsylvania har räknat på potentialen i energilagring i ett övergivet dagbrott nära en skola. Gropen är delvis fylld med vatten med mycket lågt pH- värde, cirka 3-4. Skolan har ett gammalt och överdimensionerat vattenburet distributionssystem, som kommer väl till pass vid en koppling till energilagret. Planen är att återfylla dagbrottsgropen med befintligt gruvavfall och sedan värma lagret med solvärme. Initiala beräkningar visar att projektet med hjälp av bidrag kan förse skolan med värme till en kostnad som kan tävla med oljevärmning.
Andrew Day från Carleton University i Ottawa i Kanada presenterade en studie från staden Cobalt där nedlagda vattenfyllda gruvor har utvärderats som möjligt energilager för att kyla och värma fyra offentliga byggnader som drivs med el och naturgas. Med en medeltemperatur på gruvvattnet på sju plusgrader har gruvan beräknats kunna bidra med en värmningspotential motsvarande 106 MWh per månad. Kylning kan också nyttjas.
FAKTA: Innostock 2012 – 12:e internationella konferensen om energilagring
Plats: University of Lleida i Catalonien, Spanien
Antal deltagare: cirka 330
Antal artiklar: 220 papers från 36 länder
Nästa konferens: Greenstock 2015 i Beijing, Kina
Konferensproceedings kan beställas via www.innostock2012.org
