Det er almindeligt accepteret (måske med undtagelse af IDA, Ingeniørforeningen i Danmark), at en massiv satsning på vedvarende energi, primært sol og vind, kræver én eller anden form for lagring af energien, til dækning af perioder hvor vinden ikke blæser og solen ikke skinner.
Gennem tiderne har der været mange fantasifulde forslag, men fælles for dem er, at de enten vil være meget dyre i investeringer, eller også at de indebærer uacceptable energitab, når energien skal ind på lageret og tages ud igen.
Vedlagte artikel giver eksempler på, hvad man er oppe imod, hvis man vil lagre energi i stor målestok. Den gennemgår de fire grundprincipper i al energilagring:
1. Skala
1 kg dieselolie rummer ca. 43.000 kilojoule (KJ). Det svarer til knap 12 kilowatt-timer. Skulle man nu lagre den samme mængde energi i form af et ton vand, der løftes op, således at det ved nedturen efterfølgende giver energien tilbage (vandkraft), skulle det løftes 4300 meter op, hvilket vil være tæt på de højeste bjergtinder i Alperne.
Man kunne også lagre energi ved hjælp af et roterende svinghjul. Generatorerne i kraftværker fungerer netop som en stabiliserende faktor pga. den tunge vægt, der svinger rundt. En 500 MW kraftværksblok vil have rotationsenergi svarende til ca. 25 kg dieselolie.
1 kg dieselolie rummer den samme energimængde som et ton sten, der afkøles 43 grader C. Omvendt vil et Teslabatteri til 50 kWh, og som vejer ca. 500 kg, svare til 4 kg dieselolie.
2. Størrelse og materialeforbrug
Her kigger vi på energimængde på 9000 kWh / dag svarende til ca. 600 danske husstandes forbrug. Skal vi lagre den ved at løfte vægt, kræver det ca. 32.000 tons, der løftes 100 m. Forfatteren til artiklen modtog et forslag til energilager, der gik på, at man skulle fylde jernbanevogne med sten, så de vejede 357 tons stykket og trække dem 50 meter op ad en stejl banestrækning. Energien frigøres så igen ved at lade vognene rulle ned ved tyngdekraftens hjælp og trække en elektrisk generator. Artiklen når frem til et antal vogne, der vist ikke er helt korrekt, men man kan hurtigt regne ud, at man skal bruge 64.000 tons vogne, svarende til 180 stk. Hele arrangementet ville så fylde ca. 5 hektar land.
Går vi i stedet efter batterier, kan vi til ovennævnte opgave nøjes med ca. 35 tons litiumceller.
3. Naturen
På grund af termodynamikkens love kan man ikke bare lægge energi ind i sit system, f.eks. i form af varme, og så trække den ud igen i fuldt omfang. Der vil uundgåeligt være et tab, således at man kun får måske 70 % af sin energi tilbage – helt teoretisk. I praksis er tallet endnu lavere. Mekaniske lagre virker bedst i denne henseende, her er der kun tab ved friktionsvarme.
Batterilagring indebærer et vist tab, fordi elektronerne skal tvinges frem og tilbage i cellerne ved op- og afladning. Termisk lagring, i form af varme sten, smeltet salt eller lign., har den dårligste effektivitet, hvor tabet kan overstige 50 %. Hvis vi således fra vores vindmøller fylder 1000 kWh ind i et lager med varme sten, vil vi få mindre end 500 kWh ud igen, når møllerne står stille.
4. Drift
Et lager til vedvarende energi vil døje med, at behovet er meget omskifteligt. I perioder med overskudsproduktion af energi skal lageret kunne modtage det hele. I perioder med et lille underskud, bliver mankoen tappet fra lageret, der dermed ikke mere vil rumme sin fulde kapacitet, hvilket igen kan blive et problem ved langvarigt vindstille og lav solindstråling. Omvendt, hvis der er længere perioder med overskudsproduktion, skal lageret helst blive ved med at være i stand til at opsuge energien, ellers går den jo til spilde.
Hertil kommer tabet ved længere tids opbevaring. Varme sten eller smeltet salt vil gradvist afkøles ved afgivelse af varme til omgivelserne. Selv gigantbatterierne, der installeres nu rundt omkring i verden, kan ikke holde på energien i særligt lang tid, der er et mærkbart tab hver måned.
Der er også tab, hver gang et lager baseret på varme skal gå fra oplagring til energiproduktion. Rør, pumper, varmevekslere og andet udstyr skal varmes op, hver gang man starter produktionen, og ved nedlukning vil disse dele blot få lov til at køle ned uden at energien udnyttes.
– – – –
Det var vedlagte artikel. Man kunne tilføje, at der er to krav til et energilagringssystem til sol og vind. Dels skal det have lagerkapacitet nok til at dække over selv mange dages svigt af solen og vinden. Vi skal have tilstrækkeligt mange jernbanevogne og plads til, at de alle kan stå i venteposition oppe i højden. Men lageret skal også kunne levere tilstrækkelig effekt, målt i megawatt, til at kunne forsyne alle de elforbrugende installationer, når der er brug for det. Med andre ord skal jernbanevognene kunne køre tilstrækkeligt hurtigt ned ad bakken – og mange nok ad gangen, til at den frigivne energi pr. sekund svarer til behovet.
Danmarks årlige strømforbrug var i 2019 ca. 112.000 TJ (terajoule), svarende til 307 TJ/dag. Det er så igen ca. 85.000 MWh pr. dag. Skulle vi nu dække bare én dags forbrug med vores lager baseret på godsvogne, så ville vi få brug for i alt ca. 1,7 millioner vogne. Med 36 vogne pr. hektar fås da et areal på 48.000 hektar eller 4.800 km2, hvilket svarer til hele arealet af Jylland nord for Limfjorden…
Energilagring er bare svært!
Danish