Vindkast og solstråler, to uforutsigbare ressurser, blir stadig viktigere som kraftkilder i Europa. Dette vil i økende grad kreve bufferlagre for energi.
For om strøm ikke kan utnyttes der og da, må den lagres til den trengs.
Det billigste er å bruke vannkraftmagasin som «batterier»: Lage strøm av vannet når det kniper, og seinere pumpe vannet tilbake til magasinet ved hjelp av vindkraft som er «til overs».
Men dette er bare mulig der vannreservoar finnes i høyfjellsområder. Som i Norge og en håndfull andre nasjoner.
Hva om land og regioner som ikke er like heldige, kunne bruke luft som energilager i stedet for vann?
I EU-regi jobber fagfolk fra ulike deler av Europa nå for at dette skal bli en reell mulighet – gjennom et forskningsprosjekt (RICAS 2020) der Sintef deltar. I tankene har prosjektdeltakerne alle områder på kloden der tomme, nedstengte bergrom kan utnyttes som lagringsplass.
Likner varme sykkelpumper
Noen få steder i verden er resepten alt tatt i bruk. Den består i å bruke overskuddskraft til å komprimere luft, som så lagres i underjordiske hulrom. Når energien trengs, slippes luften ut igjen via en gassturbin som lager strøm. De få anleggene som finnes, brukes ofte til den reguleringen av kraftsystemet som trengs gjennom døgnet.
Fysikken som gjelder når energi lagres i form av trykkluft, springer ut av en naturlov som brukere av sykkelpumper kjenner til: Nemlig at all luft som komprimeres, blir varm.
Sykkelpumper presser luft sammen for å få øke trykket i dekket. Derfor blir de varme når vi bruker dem.
– Jo mer av kompresjonsvarmen trykkluft har i behold når den hentes ut fra et lager, jo mer arbeid kan trykkluften utføre etterpå. Og vi mener at vi skal klare å gjemme på mer av denne varmen enn det dagens lagringsløsninger kan, og at vi dermed vil gjøre lagringen mer effektiv, sier Giovanni Perillo, prosjektleder for Sintefs del av Ricas 2020.
Egne bergrom som varmelager
Verdens to største lager for trykkluft ligger i Tyskland og USA. Dette er underjordiske rom som har latt seg vaske ut i saltformasjoner.
Men her går mye av energien i trykkluften tapt. Årsaken er at anleggene ikke har egne systemer for lagring av varmen fra kompresjonen. Deltakerne i Ricas 2020 har en oppskrift på hvordan de skal oppveie denne mangelen i framtidige underjordslager.
Sentralt i resepten står en «ekstrastasjon» de har lagt inn i lagringsløsningen sin.
- På ferden ned i det underjordiske, skal den varme trykkluften føres gjennom et eget utsprengt hulrom som vil være fylt med knust stein.
- Luften vil gi fra seg varme til de knuste steinmassene.
- Mye av denne varmen vil steinene klare å ta vare på.
- Den kalde luften lagres i hovedbergrommet.
- Når luft herfra seinere passerer varmelageret på vei ut igjen, for å bli utnyttet til kraftproduksjon, vil luftstrømmen varmes opp av den knuste steinen og dermed bli mer energirik.
- Gir ikke opp drømmen: Her vil samer bygge tre ganger større enn Alta-kraftverket
Billigere enn batterier
Sintefs prosjektleder forklarer at denne lagringsteknologien, ifølge beregninger, kan ta vare på hele 70 til 80 prosent av energien i trykkluften.
Tilsvarende tall for de fleste av dagens lagre er kun 45 til 55 prosent. Dette vil si at bare halvparten av energien som ble brukt til luftkompresjonen, i dag lar seg produsere på nytt etter at den har vært lagret.
– Bak prosjektet ligger en tro på at vår løsning vil gi billigere energilagring enn det batterier noen gang kan gi. Det hele fordi levetida blir lengre og fordi kapitalkostnadene per kilowattime lagret energi blir lavere. Samtidig ser vi for oss at løsningen kan brukes nærmest uavhengig av bergforhold, sier Perillo.
Bare ett krav må stilles til stedsvalget, ifølge forskeren: I de aktuelle bergmassene må mennesker allerede ha laget store hulrom. Utsprengning og sikring av nye bergrom anses som for dyrt.
Prosjektdeltakerne ser derfor for seg ledige, eksisterende bergrom som «husvære» for trykkluften.
– Vi ser både nedlagte tunneler og nedstengte gruvesjakter som mulige lager, noe Norge har mye av, sier Perillo.
- Lar en algoritme styre varmvannsberederen: 25.000 slike kan tilsvare ett vannkraftverk
Membran skal tette luftlagrene
Selv er Sintef-medarbeideren materialforsker. I EU-prosjektet har han, på Sintefs vegne, ansvaret for forskning og utvikling knyttet til den forseglende membranen som skal gjøre trykkluftlagrene tette.
I tillegg bidrar Sintefs fagmiljø innenfor undergrunnsteknologi med beregninger som skal sikre at de foreslåtte løsningene, inklusive tettingsmaterialene, tåler trykket de vil bli utsatt for.
Prosjektet skal munne ut i tekniske spesifikasjoner samt grundige kostnadsanalyser. Etablering av et eventuelt pilotanlegg vil stå og falle med utfallet av de sistnevnte beregningene.
– Viser det seg at løsningen vår har livets rett, vil nye og spennende muligheter åpne seg. Ikke bare for energilagring, men også for bruk av trykkluft i industrien, sier Giovanni Perillo.
- Kitemill: 77 folkeinvestorer skal holde det svevende, norske kraftverket i himmelen hele døgnet, hele året
Mange planer lagt på is
Omgitt av alpefjell i Sør-Tyskland, har dr.ing. Matthias Finkenrath, professor ved Kempten University of Applied Sciences i delstaten Bayern, forsket på bruk av komprimert luft til energilagring gjennom en årrekke.
Han forklarer at lav energiutnyttelse har dempet interessen for de få anleggene som er i drift i dag, og at mye penger har vært brukt de siste 15 årene på å fram mer energieffektive versjoner av konseptet trykkluftlagring.
Men kombinasjonen store teknologiske utfordringer og lave energipriser/usikkerhet i energimarkedet, ble en «showstopper», ifølge professoren. Derfor ble alle planer om storskala demonstrasjonsanlegg enten utsatt eller forlatt.
Lite ville derfor glede den tyske eksperten mer enn at EU-prosjektet når sine mål.
– Trykkluftlager av den typen som dette prosjektet sikter mot, kan gi langt lavere kostnader og betydelig større lagringskapasitet enn det for eksempel batterier gir. Fører prosjektet til at lagringssystemer kan etableres uavhengig av geologiske forhold, så vil det i seg selv være et betydelig fremskritt. Om prosjektdeltakerne i tillegg lykkes med sine planer om effektiv varmelagring, så kan bruk av trykkluft til energilagring få sitt gjennombrudd, sier professor Mathias Finkenrath.
- Skulle revolusjonere vindmølleindustrien: Har ikke produsert en eneste kilowattime med energi
