Annons
Bilen som elverk

Lyser upp. En plug in-hybrid ger ström som motsvarar genomsnittsförbrukningen hos flera hushåll tillsammans.

Bild: 
Per Thornéus

Bilen som elverk

En bil står oanvänd i genomsnitt mer än 20 timmar per dygn, och även under rusningstid står fyra av fem bilar stilla. Med ny forskning kan elbilar göra nytta även när de inte rullar.

Det finns ett fundamentalt problem med vindkraft och solkraft: de är beroende av vind och sol. Det gör dem oberäkneliga, vilket är en svårighet på en elmarknad som behöver stabila och förutsägbara leveranser. Dessutom lyser solen som starkast mitt på dagen och det blåser mest mitt på dagen, medan elbehovet är som störst på morgonen och sena eftermiddagen.

Men på en parkeringsplats i Newark, Delaware, USA, står något som kan komma att förvandla oregelbundna och oförutsägbara energikällor till jämn och kontrollerbar ström. Det är en Toyota som byggts om till elbil med kapacitet att inte bara ta emot, utan också skicka ström tillbaka ut på elnätet.

– Bilen reagerar på en signal från den lokala elleverantören och matar ut ström när det behövs. När vi säljer ström får vi minst lika mycket betalt som vi själva betalade för den, säger Jon Lilley, projektledare för programmet Vehicle2Grid – fordon till elnät – vid University of Delaware.

Principen för transaktionerna mellan bilen och elnätet är enkel: När den lokala elleverantören har tillräckligt med ström – eller överskott – börjar bilen laddas. När behovet i elnätet är större än elproduktionen går i stället ström ut från batteriet.

– Elproducenter måste balansera belastningen på nätet i princip varje sekund. Hela tiden måste man göra små justeringar och öka eller minska produktionen för att balansera växelströmmen så att frekvensen alltid ligger på 60 hertz – eller 50 hertz i Europa. Bara en sådan sak som strålkastarna vid en fotbollsarena skulle påverka elnätet om man inte kompenserade för det, säger Jon Lilley.

I vanliga fall har därför elleverantören i Delaware gasturbingeneratorer redo för att snabbt kunna mata in mer ström i nätet. Men batterier i elbilar kan reagera mycket snabbare än gasturbiner. Dessutom sparar elbolagen in på dyr utrustning när de i stället utnyttjar batterier som redan finns i bilar men bara används några få timmar om dygnet.

Samordnas via eluttag

I skrivande stund är det bara en enda bil som samarbetar med elnätet i Delaware. Den ger tillräckligt med ström ifrån sig för att försörja ett tiotal genomsnittliga hushåll, men dess bidrag till det totala elnätet är ändå symboliskt.

När du håller detta nummer av Forskning & Framsteg i handen har ytterligare två bilar anslutit sig till systemet, och före årsskiftet kommer det tre till. Förutom till tester och experiment kommer bilarna även att användas som tjänstefordon hos myndigheter i staden. Deras sammanlagda bidrag till elnätet blir fortfarande marginellt, men det är ett viktigt steg för att lära sig samordna upp- och urladdning av många bilar samtidigt.

– En del av vår forskning är att utveckla programvara för att koordinera strömmen från bilarna. När du kopplar in bilen får den kontakt med en server här på universitetet. Den vet vilka bilar som är inkopplade, om några av dem behöver laddas, och hur många av dem som kan lämna ifrån sig ström. Så även om strömmen kommer direkt från bilarna är det servern som bestämmer när och hur mycket, säger Jon Lilley.

För att koppla samman bilar och server används en teknik som sänder data via elledningar i huset där bilen är inkopplad.

– Det är en dosa som du sätter in i ett vägguttag, och så kopplar du en sladd mellan dosan och ett modem eller en dator. Datasignalen sänds över ledningarna, så du behöver inte ha någon extra sladd till bilen, säger Jon Lilley.

– Bor du här i Delaware kan du koppla in bilarna till ett vanligt eluttag. Men det är lägre spänning där än vid vår laddstation, så strömöverföringen kommer inte att bli lika hög.

Jon Lilley och hans kolleger räknar med att det kommer att krävas många fler än universitetets sex bilar innan de gör någon kännbar nytta – närmare bestämt 150 bilar. Men vägen dit är lång.

– Våra bilar är än så länge dyra, eftersom de modifieras för hand. De kostar omkring 500 000 kronor, varav knappt 200 000 kronor för batteriet. Det är lite väl dyrt för vem som helst, säger Jon Lilley.

Laddar vid lågvatten

Men man behöver inte vänta på att elbilar med hög effekt ska börja serietillverkas för att ha praktisk nytta av laddbara bilar i elnätet. De mer vanliga plug in-hybriderna har ett svagare batteri än rena elbilar – eftersom de också har en förbränningsmotor – men erbjuder ändå intressanta möjligheter. En av dem är att ha bilen i gång som elgenerator vid strömavbrott.

– I tätorter finns det ofta gränser för hur länge man får köra på tomgång, men om det skulle bli en kris i stil med stormen Gudrun tror jag att man tullar på de reglerna, säger Peter Kasche, som arbetar med hybridbilar vid Energimyndigheten.

En hybridbil klarar av att försörja ett helt hushåll med ström under genomsnittliga förhållanden. På natten skulle en bil räcka för ett helt kvarter.

– Men det är ganska dålig verkningsgrad i bilen, så man vill bara använda den som reservaggregat, säger Peter Kasche.

En mer storskalig nytta av hybridbilar är möjligheten att ladda dem under tider på dygnet då elförbrukningen i övrigt är låg.

– Om bilen står under natten och ska laddas någon gång mellan sex på kvällen och sex på morgonen, och du inte bryr dig om när den laddas, kan du styra laddningen så att den sker när det finns ström i överskott, säger Sten Karlsson vid Fysisk resursteori, Chalmers tekniska högskola.

En fördel med att utnyttja bilarnas batterier för att tillfälligt öka uttaget av ström på elnätet – men inte skicka tillbaka någon – är att slitaget på batteriet minskar. Batterierna är än så länge dyra och har begränsad livslängd, vilket gör att varje upp- och urladdning kostar 10 kronor, grovt räknat. Den kostnaden är svår att få tillbaka, även om man kan köpa elen billigt och sälja den relativt dyrt.

– Just nu är det batterikostnader och batterikvalitet som är avgörande, säger Sten Karlsson.

Bra möjligheter i Tyskland

Möjligheten att reglera belastningen i elnätet är något som utforskas på flera ställen i världen, bland annat i Tyskland. Beräkningar visar att tyska elproducenter skulle kunna spara motsvarande nästan 8 miljarder kronor per år om det fanns plug in-hybrider redo att ta emot tillfällig överproduktion av ström.

I Sverige ligger motsvarande vinst mycket lägre – knappt 400 miljoner kronor – vilket förklaras av hur strömmen produceras. Kolkraft, som är vanligt i Tyskland, är som effektivast när den körs på full effekt. Vattenkraft, som står för hälften av Sveriges ström, arbetar däremot bäst en bit under maxkapaciteten.

– Kolkraftverken i Tyskland tvingas till sämre verkningsgrad hela tiden, eftersom de måste ha ett spelrum för att öka och minska produktionen. Om det behövs mer kraft i Sverige kan vattenkraften bara köra på mer vatten. Då får man lägre verkningsgrad bara under de minuterna, säger Anna Elofsson, som i våras skrev en rapport om plug in-hybriders förutsättningar att reglera elnätet i Sverige och Tyskland och nu arbetar med elbilar i Schweiz.

Hade tysk kolkraft bättre kontroll över elbehovet – exempelvis genom att kunna påverka laddning av plug in-hybrider – skulle de alltså kunna producera ström mer effektivt. En annan viktig skillnad är att vattenkraft enkelt kan minskas när den inte behövs.

– Kolkraft måste köra på tomgång för att hålla kraftverken varma även under natten när strömmen inte behövs. Därför är energin i Tyskland mycket billigare på nätterna, säger Anna Elofsson.

Hennes och kollegan Sara-Linnéa Anderssons beräkningar visar att så många som 2,3 miljoner plug in-hybrider skulle kunna laddas på natten för att balansera den tyska elmarknaden. Om de 8 miljarder kronorna i besparingar slås ut på de bilarna blir det nära 3 500 kronor per bil – en vinst som tar de dyra plug in-hybriderna en bit på vägen mot att bli ekonomiskt lönsamma.

Vind i tanken

I Sverige skulle 150 000 plug in-hybrider räcka för den direkta balanseringen av elnätet, vilket precis som i Tyskland motsvarar knappt var tjugonde bil. Men även om det går att dra nytta av svenska hybridbilar är det mycket svårare att göra ekonomiska vinster på dem. Förhållandena i Tyskland gör att man kan få betalt för att bara ställa sin bil till förfogande för elnätet – även om den inte laddas – vilket är svårt i Sverige.

Men förhållandena kan komma att ändras när vindkraft blir vanligare som strömkälla i Sverige. Om alla de vindkraftverk som byggs och planeras just nu skulle genomföras betyder det att strömmen från vindkraft blir av samma storleksordning som den från kärnkraft och vattenkraft tillsammans – alltså nästan en fördubbling. Om det blåser, vill säga.

– Summan av konsumtion och generering måste gå jämnt upp hela tiden. Alla variationer måste därför balanseras av lika stora regleringar i annan produktion eller genom följsamhet i elanvändningen. En av möjligheterna som finns är att koppla ihop reglerbehoven med utvecklingen av elfordon, säger Sture Larsson, teknisk direktör på Svenska Kraftnät.

Sture Larsson tror att nordiska elpriser i framtiden kommer att variera betydligt mer än i dag, för att uppmuntra fler till flexibel elförbrukning.

– Det gäller att kunna kommunicera de priserna ut till elbilsägarna, eller snarare till automatik som byggs in i infrastrukturen för laddning.

En plats i Sverige som pekats ut som lämplig för att testköra system med plug in-hybrider är Gotland.

– Vi har redan mycket vindkraft i vårt nät, men vi kommer att få otroligt mycket mer. Sedan många år tillbaka händer det att vi får elöverskott och exporterar till fastlandet, säger Iwan Wöldern, projektledare vid Gotlands Energi AB.

– Dessutom är vi det biltätaste länet i Sverige. Bilbeståndet är gammalt, i och med att vi inte har salt på vägarna. Det skulle vara mycket välkommet om man skulle kunna köra mycket mer elbilar på ön och använda vindkraft för att ladda dem.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

5

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

Ser framför mig hur tekniken skulle hanteras i Sverige.
Den skulle lanseras som miljövänlig och politikerna skulle inledningsvis subventionera införandet. De som skaffade tvåvägsladdbara bilar skulle få parkera gratis på ett fåptal platser utanför kommunhusen och få 10.000 kr i rabatt vid inköp av ny bil. De stora elbolagen skulle jubla och direktörerna få höjd bonus.

Särskilda mätare måste till och de måste bilägarna köpa av nätbolagen.
Den ström som överförs till nätet skulle bara betalas med 20 % av priset för köpt energi. Efter ett tag skulle Skatteverket få upp ögonen och mena att bilägare som bilägarna levererar el till nätet måste betala årlig leverantörsavgift om 5000 kr. Därtill kommer mijöjavgifter och annat smått och gott för stadskassan.

Resultatet skulle bli att få som köpte tvåvägsladdbara bilar, skulle leverera el till nätet.
- Överdrift?
- Varför skulle denna fråga hanteras annorlunda än etanolbilarna?

Jag läste i F&F Nummer 2 Mars 2010 en kommentar från Stefan Yard i Lund där han försynt frågar sig om inte bilbatterier är dyra och olönsamma som buffertar.

I Stefans räkneexempel är kostnaden 2kr/kWh under batteriernas livslängd och vidare argumenterar han att även 20 öre/kWh vore olönsamt.

Jag hävdar att talet om att 20 öre/kWh inte är lönsamt är mycket stor överdrift.
Kanske borde Stefan se till samhället i sin helhet för att på ett korrekt sätt beräkna totalkalkylen och batteriernas eventuella lönsamhet.

Det är som men många andra investeringar lätt att snöa in på pris per enhet och så vidare.
Vad Stefan glömde i sitt resonemang var att elströmmen som tankas på natten, i dagens läge, nästan är gratis under stora delar av året. Kostnaden för en KWh under dagen är ca 1kr/kWh och den summan måste läggas till kredit delen (plussidan) på kalkylen.
Och ur ett samhällsperspektiv gynnas Sverige i stort av att en resurs kan tas tillvara som annars skulle gå tillspillo.

Om världen i stort implementerar drift med bilbatterier i fordonsflottan så får vi ett mer resurs snålt samhälle som i förlängningen leder till bibehållna låga priser för importerad energi så som bensin, diesel med mera.
Det finns alltså ett ekonomiskt incitament att gå över till el-drift för persontransporter.

Det är möjligt att jag är insnöad, inte bara konkret utan även bildligt. Problemet är att ackumulatorer bara klarar ett begränsat antal laddningscykler under sin livstid. Visserligen pågår forskningför att öka antalet cykler med i huvudsak bibhållen kapacitet, men det förefaller ändå rinligt att i en kalkyl slå ut priset för ackumulatorn per lagrad kWh utifrån vad vi vet om dagens alternativ och då blir kostnaden hög tyvärr. Sedan har vi problemet med råvaror, t ex litium. Vi får hoppas att man kommer fram till nya alternativ baserade på mera lättåtkomliga och billiga råvaror, men innan vi vet så är detta önsketänkande.

Kanske bättre att damma av en del gamla lösningar, vilka dock verkar ligga i malpåse, t ex pumpkraftverk, där man pumpar upp vatten i en högt belägen damm, när elen i billig och sedan producera el i en turbin, vid tider på dagen då det råder elbrist och högt elpris.

Hej Stefan.

Jag har svarat på ditt inlägg och jag diskuterar gärna vidare om det finns eventuella oklarheter eller andra synpunkter på mitt svar.

Hoppas du inte tar illa upp och min intention är enbart att få några av FoFs läsare och kanske även dig att tänka om angående elbilars möjligheter som energilager.
Jag är självklart inte ensam om att vara positiv till el-bilar som energilager och ju fler som håller med desto snabbare blir det verklighet, det tror i alla fall jag.

Jag förstår ditt resonemang om kostnader för batterierna och att de slits och behöver bytas ut efter en viss tid.
Men jag hävdar fortfarande att ditt påstående, att en slitage kostnad på 20 öre/kWh för batterier gör el-bilar som energilager olönsamt, är fel. Det tror jag t.o.m. du med lite perspektiv kan erkänna

Att ditt påstående inte stämmer beror på att el-priset på spott marknaden för det mesta och i genomsnitt ligger högre än 20 öre/kWh och under vissa tider på dygnet mycket högre.
El priset på Nord Pool har för övrigt varit aktuellt nu i dagarna med skyhöga prisnoteringar pg giriga Norrmän och slarviga och felkalkylerande ekonomer och dåligt underhåll hos Vattenfall och alla andra svenska kärnkraftsaktörer.

Min kalkyl för el-bilar som energi lager bygger på att elbilsägaren säljer sin el för mycket mer än slitage kostnaden på 20 öre/kWh och då tjänar man ju pengar, eller hur?

Vidare anser jag att kostnaden för underhåll och slitage av batterier i framtiden kan jämföras med underhåll och slitage på en bil.
Gissningsvis uppnår försäljningen av el-bilar en kritisk massa och då kommer vi ha särskilda verkstäder som varje år rekonditionera batterierna och kontinuerligt byter ut de battericeller som är slitna.
Batteri paketet behöver med andra ord inte bytas i sin helhet eftersom det är många celler som ingår och dessa kan uppvisa stora variationer i hållbarhet.
Genom att kontinuerligt byta mindre delar av batteriet och skadade celler kan stora pengar sparas på underhåll och på sikt bli jämförbar med en nu normal bil service.

Laddtider och hållbarhet i laddcykler kan uppnås med vad jag kallar asymmetriska batterier, dessa är väl anpassade för en viss laddspänning (V) och strömstyrka (A) och ger en låg inre resistans under hela laddförloppet.
Låg inre resistans i batteriet vid ladding är förövrigt det viktigaste kriteriet för att inte överhetta och slita batteriet, generellt brukar kylning och andra åtgärder även vara positivt för att erhålla en låg resistans men om kylning skall fungera bero såklart på batteri- konstruktion och konfiguration, elektronerna måste kunna vandra från en pol till en annan.

Jag skall också passa på att be om ursäkt för mycket märklig stavning i mitt förra inlägg, någon var väldigt fel på min webb-läsare och rättstavningsprogram som hade en benägenhet att inte registrera inslagna tecken och ibland ändrade stavning på eget bevåg. Nu hoppas jag min stavning och skrift är mer läslig hehe

Lägg till kommentar