Vilka innovativa och robusta lösningar finns det för lagring av elenergi?

Lagring av el gör det möjligt att styra flöden av förnybar energi och att balansera elnätet. Det finns olika lagringstekniker med sina respektive fördelar och begränsningar. En översikt över en sektor som utvecklas för fullt och där innovationen blomstrar.

Mot bakgrund av internationella spänningar och störningar på den världsomspännande energimarknaden lade Europeiska kommissionen i maj 2022 fram planen ”RepowerEU” med tre mål: energibesparingar, produktion av ren energi och diversifiering av energiförsörjningskällorna. Denna plan ”bygger på finansiella och juridiska åtgärder för att bygga den nya infrastrukturen och de nya energisystem som Europa behöver”, förtydligar Bryssel.

REPowerEU är en del av en bredare väg för energiomställning på europeisk och till och med global nivå. Den kompletterar ”Fit for 55”-programmet (en rad åtgärder för att minska utsläppen av växthusgaser i Europa med minst 55 % fram till år 2030).

”Utvecklingen för lagring av el är en förutsättning för energiomställningen”, betonar Markus Popp, chef för varumärket Omexom inom VINCI Energies, specialist på stora elnät.

Mycket står på spel med lagringen, både på grund av elektrifieringen av rörlighet och industriella processer, och på grund av utvecklingen av elmixen med integrationen av nya energikällor som solenergi och vindkraft. ”Dessa förnybara energikällor är per definition oregelbundna eftersom de påverkas för variationer i vind och solstrålning”, tillägger Markus Popp.

Så länge förnybar energi förblir en begränsad del i energimixen gör optimeringstekniken för elnät det möjligt att hantera dessa oregelbundenheter. Internationella mål för att minska andelen kolbaserad elektricitet ändrar dock förutsättningarna. För att inte tala om utvecklingen av användning: elproduktionen tenderar att decentraliseras och utvecklingen av individuell och kollektiv egenförbrukning gör det nödvändigt att kunna använda överskottsproduktion under dagen vid de tidpunkter då konsumtionen är större.

”Utvecklingen för lagring av el är en förutsättning för energiomställningen.”

Intresset för lagring av el innebär just att tillhandahålla en lösning för att balansera produktion och konsumtion. Det är dock svårt att lagra elenergi. För att göra detta måste den omvandlas till en annan form, till mekanisk, termisk eller kemisk energi (se rutan ”Olika typer av lagringsteknik”). Varje typ av lagringsteknik har dock sina begränsningar. ”Idag erbjuder litiumjonbatterier och vätgas de största utvecklingsmöjligheterna”, konstaterar Frank Westphal, vd för VINCI Energies industri- och infrastrukturdivision i Tyskland.

Ojämnt mogen teknik

När det gäller batterier uppfyller de ett lagringsbehov som varar från flera timmar till några dagar, för låg till medelhög effekt och låga till medelhöga energimängder. Flera typer av batteriteknik är mogna: litiumjon-, natrium-svavel-, bly-syra- och nickel-kadmium-batterier. Andra, såsom natriumjon- och grafenbatterier, befinner sig fortfarande i utvecklingsfasen och borde göra det möjligt att avhjälpa vissa nuvarande begränsningar, såsom optimering av laddningstid, lagringskapacitet och minskning av användningen av sällsynta material.

”LFP-batterier (litium-järnfosfat) är särskilt lovande, framhåller Arnaud Banner, chef för teknik och innovation på Omexom. Deras komponenter är mer miljövänliga än litiumjonbatteriernas komponenter, eftersom de är fria från nickel och kobolt. De har redan idag blivit den dominerande tekniken för stationär lagring.” Till en början gjorde deras låga energitäthet att de var illa anpassade för användning i elfordon. Numera har de förbättrats, och till exempel meddelade Tesla Motors att dess senaste Megapack var fri från nickel och kobolt.

När det gäller batterilagring pågår för närvarande tre utvecklingsprojekt i Frankrike: ”RINGO-projektet”⁽¹⁾ som lanserats av RTE, Réseau de transport d’électricité, förvaltaren av elnät i Frankrike, batterier ”bakom mätaren” i privata hushåll och själva elbilarna (se rutan ”Lagra energi med hjälp av elfordon”).

Det löftesrika vätet

Slutligen har vi väte, en ”kemisk” framtidslösning för storskalig energilagring men också för elfordon. Vätet produceras via elektrolys av vatten, och kan komprimeras till gas, vätska eller fast fas. Om omvandlingsprocessen drivs av förnybara energikällor blir väte grön energi som möjliggör mindre användning av kol inom vissa industrisektorer och i synnerhet inom transportsektorn.

En annan tillämpning av vätelagring är omvandlingen av el till gas, eller ”power-to-gas” (P2G), vilket innebär att man använder överskottet av förnybar el för att producera väte genom elektrolys av vatten. Vätgasen lagras eller blandas sedan med naturgassystemet för att minska dess kolvätehalt.

År 2050 förväntas andelen elektrisk energi i den globala energimixen vara mer än dubbelt så stor, från 19 % idag till 45 %, varav 40 % kommer att vara solenergi och 29 % vindkraft. Med andra ord ser frågan om lagring ut att bli avgörande.

De olika typerna av lagringstekniker

Idag finns det olika system för lagring av el:

• ”Tyngdkraftsbaserad” lagring av vattenmassor med energiöverföringsstationer baserade på pumpning (STEP (Stations de Transfert d’Energie par Pompage))
• ”Termodynamisk” lagring med lagringssystem baserade på tryckluft
• Lagring av rörelseenergi med hjälp av ”svänghjul”
• ”Elektrokemisk” lagring med batterier eller kemisk lagring i form av väte

I Frankrike har STEP-teknik och energilagring baserad på tryckluft begränsade utvecklingsmöjligheter. När det gäller svänghjulsteknik är endast en mycket kort lagringstid och en begränsad mängd lagrad energi möjliga. Elektrokemisk lagring, å andra sidan, erbjuder fler möjligheter.

Lagra energi med elfordonet

En bil står oanvänd under 95 % av sin ekonomiska livslängd och den genomsnittliga användningen av ett elfordon kräver mindre än 80 % av batterikapaciteten för de dagliga körningarna. När den är ansluten till det intelligenta elnätet, och tack vare den energi som lagras i dess batteri, kan således en stillastående elbil tillfälligt bli elleverantör. Den skulle då kunna bidra till hushållens försörjning, särskilt under perioder med hög efterfrågan på el. Denna teknik, känd som ”vehicle-to-grid ” (V2G), gör att fordonsägaren kan få betalt i utbyte mot tillfällig användning av bilens batteri.

*Begreppet ”virtuell ledning” innebär att hela tiden balansera införseln till lagren och utförseln därifrån: när en ledning på nätet är mättad lagrar ett batteri överskott av elektricitet uppströms i förhållande till denna ledning.

13/10/2022