Når du kommer hjem fra arbejde og tænder for lamperne, TV’et og elradiatoren, er solen på vej ned og solcellerne stoppet med at producere strøm. Hvis der samtidig er vindstille og vindmøllerne er gået i stå, er der kun kulkraft til at levere strøm til stikkontakten.
For bagsiden af grøn, vedvarende energi er, at produktionen er ustabil. Når solen er gået ned, og vinden er fraværende, må vi ofte ty til de sorte energikilder som kul og olie for at dække behovet. På andre tidspunkter producerer sol og vind mere strøm end forbrugerne har behov for, og derfor er der brug for at kunne lagre overskudstrøm.
Indtil videre er det ikke lykkedes af skabe et energilager, som kan bygges overalt til en rimelig pris, opbevare store mængder energi, og som ikke medfører nogen form for forurening. Men ud for Manchester blev der sidste år opstillet et anlæg, hvis ressource er luften omkring os, og som kan konkurrere med fx lithium-ion batterier.
Ingeniørfirmaet Highview Power præsenterede nemlig verdens første koldluftsenergilager – og med det en potentiel løsning på den grønne omstillings største udfordring: Hvad gør vi med den energi, vi ikke bruger her og nu?
Grøn omstilling udfordrer
Vores energiforbrug flugter ikke altid med produktionen. Solceller producerer eksempelvis mest strøm i dagtimerne, mens forbruget topper ved aftenstid, når landets familier sætter maden i ovnen og tænder for TV’et. Fx er forbruget omkring middagstid i gennemsnit lidt over 50 GW, mens det topper ved næsten 60 GW ved aftenstid. Hvis produktionen fra vindenergi er lav, og Solen er ved at gå ned, er det nødvendigt at bruge kulkraft, som kan op- og nedjusteres, så det passer til behovet.
Løsningen er at indbygge energilagre i elsystemet, som både kan lagre strøm fra dagtimerne til om aftenen, når folk tænder for komfurer og lamper, og gemme energien over lange perioder, så vi fx kan lagre solcellers overskudsstrøm fra den lyse sommer til den mørke og kolde vinter.
Overskudsstrøm nedkøler luft
Det er foreløbig ikke lykkedes forskere at komme med bud på energilagre, der ikke har en eller anden begrænsning.
Pumpelagre bruger overskudsstrøm til at pumpe vand opad, og når der er behov for strøm, sendes vandet ind gennem en turbine. Teknologien er dog meget afhængige af et bjergrigt landskab. Et andet bud er flowbatterier, som skaber elektricitet ved at konvertere kemisk energi fra elektrisk ladede kemikalier til strøm
I de senere år har ingeniører udviklet kæmpemæssige lithium-ion batterier, som kan lagre store mængder strøm. De er dog afhængige af forurenende minedrift og indeholder miljøskadelige stoffer, som vanskeliggør genbrug af udtjente batterier. Og batteriernes levetid er kun ti år.
Når luft komprimeres og nedfryses til en væske med grøn overskudsstrøm, reduceres luftens volumen 700 gange, og det er en stor fordel, fordi masser af energi lagres i et lille volumen. Pumpelagre bruger overskudsstrøm til at pumpe vand fra et lavt til et højt reservoir og sender så vandet gennem elproducerende turbiner, når der er brug for strøm. Svagheden er, at vandet fylder over 300 gange mere end den flydende luft. Flowbatterier mister hurtigt deres effektivitet, og litiumbatterier, som præsterer langt bedre end koldluftsenergilagrene, har en væsentligt kortere holdbarhed og er afhængige af en forurenende mineindustri.
1. Varmelagre med fx. Olie
2. Flowbatterier
3. Koldluftslagre
4. Litium-ion-batterier
Koldluftslagrene kan derimod bygges overalt, og faktisk har de ikke brug for meget andet end luften omkring os. Samtidig har de en anslået levetid på 30-40 år, og de er bygget af stål, som let kan genbruges.
Batteriet udnytter luften omkring os
Når ilt nedfryses til -196 grader celsius, får den en flydende form. Det er denne effekt, ingeniørerne ved Highview Power har udnyttet til at skabe koldluftslageret. Her nedkøles luften med energi fra vindmøller eller solceller og lagres i isolerede ståltanke, der fungerer som termoflasker.
Når der igen er brug for strøm, lukkes den iskolde flydende luft ud af tankene, sættes under tryk og opvarmes vha. grøn energi. Det omdanner væsken til en strøm af luft, som udvider sig 700 gange og driver en elproducerende turbine.
For at opnå en tilstrækkelig høj energieffektivitet, genbruges varme og kulde i systemet. Når luften nedkøles til en minus 196 grader kold væske, frigives der varme, på samme måde som en tændt fryser udsender varme på bagsiden.
På Highview Powers demonstrationsanlæg lagres overskudsvarmen, og bruges til at opvarme den iskolde flydende luft, når der igen skal produceres strøm. Og når den ultrakolde væske ved elproduktionen udvider sig til luft, frigives der kulde, som genanvendes ved den næste nedkølingscyklus.
Frysning af fødevarer
Det er ikke kun i elnettet, at energien fra et koldluftslager kan udnyttes. Anlægget kan nemlig også kobles til nogle af de meget energikrævende frysehuse, der har brug for konstant nedkøling.
Frysehaller som denne kræver store mængder energi at holde nedkølet. Her kan den flydende luft bruges til at sænke energiomkostningerne.
Det kræver meget energi at nedfryse madvarer, og 70 pct. af fødevarerne i EU nedkøles eller fryses. Især store frysehuse med et energiforbrug på mellem 500 kilowatt og 10 megawatt kan med fordel kombineres med koldluftsenergilagre.
Det europæiske forskningssamarbejde CryoHub vil i år opføre et energilager med flydende luft ved et frysehus i den belgiske by Lommel. I første omgang bliver der tale om et lille anlæg med en lagerkapacitet på 100 kilowatt. Men perspektiverne er store.
Kombinationen af koldluftsenergilagre og frysehuse kan nemlig nå op på en samlet energieffektivitet på 70-80 pct., sammenlignet med Highview Powers omkring 60-70 pct., fordi den overskydende kulde fra energilagringen udnyttes effektivt i frysehuset.
CryoHub har kortlagt udbredelsen af store frysehuse i EU, og det viser, at hovedparten af dem findes i de tætbefolkede områder langs med Europas nordvestlige kyster – netop i et område, hvor fremtidens store havvindmølleparker i perioder med kraftig blæst vil sende store mængder overskudsstrøm i land.
Teknologien virker
Highview Power har med koldluftsenergilageret bevist, at teknologien virker. De kommende år går firmaet i gang med at opskalere, og allerede i 2022 planlægger de at åbne et nyt anlæg, der kan forsyne 50.000 husstande i tre timer – sammenlignet med 5000 i det nuværende anlæg ud for Manchester.
Dermed har endnu en lovende teknologi til lagring af strøm meldt sig på banen som løsningen på en af den grønne omstillings suverænt største udfordringer.
Når du i fremtiden kommer hjem fra arbejde på en mørk og vindstille dag, virker lamperne og tv'et som de plejer, og strømmen kommer fra nedkølet luft.
Energilageret forklaret af forskerne selv
Se, hvordan koldluftsenergilageret er bygget op, forklaret af holdet bag teknologien.