4 sätt att lagra energi

I Gränby i norra Uppsala står ett antal gröna containrar på en yta som motsvarar en halv fotbollsplan. Containrarna är fulla med litiumjonbatterier, samma typ av batterier som finns i mobiler och datorer. Men de här batterierna är kopplade till ett styrsystem och uppgiften är att stötta elnätet. Det görs på två sätt, förklarar Arne Berlin, projektledare för energilagret på Vattenfall el­distribution.

– Den ena uppgiften är att rycka in sekundsnabbt om det plötsligt uppstår en störning i nätet, den andra är att minska trängseln i elnätet under kritiska perioder.

Batterier är den energilagringsform som ökar snabbast. Runt om i Sverige planeras och byggs nya anläggningar liknande den i Uppsala. En fördel med batterier är att de kan reagera blixtsnabbt och de lämpar sig därför bra för att kompensera för störningar i kraftsystemet. För att det ska vara i balans måste frekvensen i nätet hålla sig i ett snävt spann kring 50 Hertz, det vill säga svängningar per sekund.

Så länge det finns gott om stora tunga snurrande turbiner, så kallad svängmassa, i elsystemet så finns också en tröghet som dämpar effekten av en plötslig förändring av frekvensen. Men när mer el produceras av sol och vind, som saknar tunga turbiner, ökar behovet av batterilager som kan stabilisera frekvensen.

En annan viktig uppgift för batterilagret i Uppsala är att hjälpa till i det lokala elnätet under timmar då det är ett större behov av el än vad nätet kan leverera.

– Typiskt är att batterilagret kapar effekttoppar som uppstår mellan klockan tre och sex på eftermiddagarna under vissa kalla vinterdagar, säger Arne Berlin.

Tack vare stöttningen från batteriet kan fler hushåll kopplas in på elnätet utan att det riskerar att överbelastas.

– Teoretiskt skulle vi kunna ansluta ytterligare 1 700 nya villor till elnätet med hjälp av batteriet, säger Arne Berlin.

En anledning till den snabba ökningen av batterilager är prisfallet på litiumbatterier. På tio år har priset minskat med nästan 90 procent, tack vare de stora satsningarna på elbilar som lett till mer storskalig och kostnadseffektiv tillverkning av batterier. En nackdel är dock att det krävs relativt stora resurser och dyra metaller som litium, nickel och kobolt för att tillverka batterierna. De pågår en utveckling av nya typer av batterier som exempelvis är baserade på natrium i stället för litium och som ska bli billigare att tillverka.

En begränsning med batterier är att de inte lämpar sig för längre tids energilagring. Det blir helt enkelt för dyrt att bygga stora batterier eftersom kostnaden ökar linjärt med kapaciteten. Normalt används de för att lagra energi i upp till ett dygn.

Batterilager passar därför bra ihop med solpaneler, som ger mycket el på dagen men ingen el på natten. När solen lyser på dagen sparas energin i batterierna, som ger el när solen gått ner. På så sätt kan en husägare eller en industri utnyttja sin egenproducerade el på ett effektivare sätt. Även större solparker kan kombineras med ett batterilager för att ge en jämnare elproduktion.

Elbilarna väntas också få en roll i elsystemet genom att batterierna kan fungera som energilager och jämna ut belastningen. Flera biltillverkare, bland annat Volvo, förbereder elbilarna för dubbelriktad laddning så att bilen kan driva huset. Enligt Volvo kan det också bli möjligt för elbilsägare att i framtiden sälja el till elnätet.

I ett pumpkraftverk pumpas vatten från en reservoar eller bassäng till en annan på en högre nivå. Vattnet i den övre reservoaren kan sedan släppas ner genom en vattenkraftturbin som producerar el.

Globalt är pumpkraft det vanligaste och mest etablerade sättet att lagra energi i stor skala, och bara det senaste året har flera nya pumpkraftverk startats i bland annat Portugal och Schweiz.

I Sverige och andra länder med mycket vattenkraft fungerar de stora vattenkraftsdammarna som gigantiska energilager som fylls på av regn och snösmältning. Behovet av pumpkraft har därför varit begränsat. I dag finns endast tre mindre anläggningar i norra Värmland som drivs av energibolaget Fortum.

Det enda stora pumpkraftverket som funnits i Sverige, Juktan i övre delen av Umeälven, lades ner 1996 på grund av dålig lönsamhet. Situationen på elmarknaden gör dock att ägaren Vattenfall överväger att starta upp Juktan på nytt. En förstudie pågår som ska presenteras senare under 2023.

Fördelarna med pumpkraftverk är att de är bra på att parera väderberoende elproduktion och kan lagra stora mängder energi under lång tid. De kan också fungera som reserv om någon annan kraftgenerator faller bort. Tack vare att de använder samma typ av turbiner och generatorer som vattenkraftverken kan de också bidra med rotationsenergi, så kallad svängmassa, för att stabilisera elsystemet.

En utmaning med pumpkraft är att hitta lämpliga platser. Om nya dammar ska byggas innebär det stora ingrepp i naturen. Ett sätt att komma runt detta är att bygga dem under marken. Två svenska företag undersöker möjligheterna att bygga pumpkraftverk i nedlagda gruvor. Idén är att använda utrymmen i gruvan för elgenerering och som en nedre reservoar för vattnet.

Vätgas som tillverkas med hjälp av förnybar el väntas spela en nyckelroll i omställningen till ett fossilfritt samhälle. När det finns gott om el och priset är lågt tillverkas vätgas genom elektrolys. Vätgasen kan sedan lagras och användas för att driva bränslecellsfordon, generera el eller som råvara inom industrin.

I Sverige är det främst industrin som planerar att framställa och lagra vätgas i stor skala. Det första större vätgaslagret finns i Luleå och är en del av projektet Hybrit som utvecklar en process för fossilfritt stål. Vätgasen har här en central roll som ersättare för kol och koks när syret ska tas bort från järnmalmen. Vätgasen från elektrolysörerna lagras i ett 100 kubikmeter stort, underjordiskt bergrum. Under perioder då elsystemet är ansträngt stängs elektrolysörerna av och lagret fungerar som buffert.

Även om 100 kubikmeter kan låta mycket så handlar det än så länge om ett testlager. När produktionen kommer igång i full skala kommer det att behövas betydligt större bergrum.

Det är inte bara stålindustrin som planerar att ersätta fossila råvaror med ”grön” vätgas tillverkad genom elektrolys med förnybar el. Kemiindustrin använder vätgas vid tillverkning av exempelvis metanol. Vid tillverkning av konstgödsel behövs vätgas för att framställa ammoniak. I båda dessa branscher pågår projekt för att gå från fossil till ”grön” vätgas.

– Om industrin börjar tillverka och lagra vätgas i stor skala kommer det att få stor betydelse för det framtida elsystemet, säger Lisa Göransson, docent i energiteknik vid Chalmers tekniska högskola.

För att tillverka vätgas går det åt mycket el. Det betyder att framför allt vindkraften behöver byggas ut. När det blåser och är gott om vindkraftsel kommer elektrolysörerna att jobba för fullt.

– Men när det blåser lite stänger industrin av elektrolysörerna och den el som trots allt produceras kan gå till andra användare under de här kritiska lågvindsperioderna. På så sätt ger vätgaslager ett flexibilitetsstöd, säger Lisa Göransson.

Vätgaslager är också ett bra komplement till batterier, förklarar hon. Batterier är snabba men har begränsad uthållighet. Vätgas kan däremot lagras under längre perioder i storskaliga, underjordiska lager.

En nackdel med vätgas är att den är svår att transportera.

– Det är lättare att transportera el dit man behöver vätgasen och tillverka den på plats. Då kommer man undan en stor del av infrastrukturproblematiken, säger Lisa Göransson.

Den lagrade vätgasen kan även användas för att generera el i vätgasturbiner eller i bränsleceller. En nackdel är dock att det uppstår stora förluster. Enligt siffror från Ingenjörsvetenskapsakademin försvinner cirka 70 procent av energin i de olika omvandlingsstegen från el till vätgas och tillbaka till el.

Under marken i Västerås hamn förbereder energiföretaget Mälar­energi det som ska bli Sveriges största varmvattenlager. Tre bergrum, som tidigare tjänat som beredskapslager för olja, ska fyllas med totalt 300 000 kubikmeter 95-gradigt vatten.

– Det blir som en stor termos i berget, säger projektledaren Rickard Svensson.

Värmelagret ska stötta kraftvärme­verket som ligger precis intill. Där produceras både el och fjärrvärme. Men under vissa perioder, som kalla vinterdagar, räcker inte kapaciteten. I stället för att då dra ner på elproduktionen för att kunna producera mer värme ska värmelagret rycka in.

– Genom att lagra värme kan vi frigöra kapacitet för att generera el. Det är den stora vinningen för oss, säger Rickard Svensson.

Liknande, fast mindre värmelager i bergrum finns på några platser sedan tidigare. En annan typ av värmelager är att borra ett antal hål och leda ner det varma vattnet och lagra värmen i berget. I Linköping testas en ny teknik som går ut på att bilda sprickzoner mellan borrhålen.

– Det är ett mindre beprövat kon­cept som förhoppningsvis kan bli mer kostnadseffektivt än traditionella borrhållslager, eftersom sprick­zonerna ökar arean för värme­överföringen, säger Julia Kuylenstierna, områdesansvarig för termisk energiomvandling på forsknings­företaget Energiforsk.

Hon ser flera vinster med att använda värmelager för att balansera utbud och efterfrågan på el.

– Det är en viktig pusselbit eftersom kraftvärmen är planerbar. El kan produceras när behovet är som störst, oavsett om det finns en efterfrågan på värme samtidigt eller inte.

Värmelagring kan också ske i mindre skala genom att enskilda villor och fastigheter passar på att tillverka varmvatten som lagras i en ackumu­latortank när priset på el är lågt. Om många fastigheter samordnas – i energibranschen talas om aggregering – kan de enskilda värmelagren bilda ett gemensamt större lager.