Energilagring av elektrisitet i varme steiner er en av de lovende teknologiene som flere grupper jobber med for lagring av energi i perioder fra timer til uker.
Blant dem er en tidligere teknologisjef i Siemens og blogger på Ingeniørens nettsted, ing.dk, Henrik Stiesdal. Allerede i 2014 luftet han ideen om et steinlager, og nå arbeider han videre med ideen i egen regi.
I stedet for et kjempestort, nedgravd steinlager dreier hans konsept seg mer mot en desentralisert, moduloppbygd konstruksjon der varme lagres i steinarten basalt i lukkede og innvendig isolerte ståltanker.
Et tankoppsett består av to tanker; en varm og en kald. Hver tank skal etter planen være 12 meter høy og ha en diameter på 4,2 meter.
- Trykkluft: Kan bli verdens neste batteri
Virkningsgrad på 40–45 prosent
Tankoppsettet kan lagre 24 MWh termisk energi, og med en virkningsgrad i utladningen på 40–45 prosent vil anlegget vanligvis kunne levere 1 MW i 10 timer.
Siden oppladningen skjer etter et varmepumpeprinsipp, ligger den samlede virkningsgraden i prosessen fra strøm til strøm på 55–60 prosent.
– Et grunnprinsipp i hele konstruksjonen er at man skal bruke prefabrikkerte standardkomponenter for å holde prisen nede og gjøre el-lageret like lett å transportere, montere og bygge som en moderne vindmølle, forklarer Henrik Stiesdal:
– Ett av usikkerhetsmomentene rundt designet går på hvorvidt steinhaugen i tanken rent faktisk oppfører seg slik som vi har regnet oss fram til. Dette skal en prototype i skala 1:10 hjelpe oss med å finne ut av, forklarer han.
Prototypen skal bygges på DTU Risø Campus.
- Tesla klarte det: Lovet å bygge verdens største litium-ionbatteri på 100 dager
Oppladning i varmepumpesyklus
Men lagertanken er bare den ene delen av Stiesdals plug-and-play lagerprinsipp. Den andre er selve opp- og utladningsmaskineriet (se grafikk), hvor luft under trykk sirkulerer rundt og vekselvis varmes opp og avkjøles.
Det er snakk om en enhet som består av en motor-generator, en kompressor og en turbin på samme aksel. I tillegg har systemet en kjøler.
Hele prosessen kjøres under trykk. Oppladningen skjer i en varmepumpe-syklus som har en COP på 1,4, og utladningen skjer i en såkalt Brayton-syklus, som har en virkningsgrad på ca. 45 prosent.
– Turbomaskineriet bygges inn i en container, og ideen er at vi i første omgang bare har én type, som nok kommer til å få en effekt på 1–5 MW. Kundens behov for effekt avgjør hvor mange systemer, man må ha, og kundens behov for energi avgjør hvor stort antall tanker det må være per system, sier han.
- Designet molekyl: Gjør det mulig å lagre solvarme i 18 år
Sikter mot 10 dollar per kWh
Hva angår prisen, sikter Stiesdal mot en pris for selve lageret på under 10 dollar per kWh – et batteri koster ca. 200 dollar per kWh – og anskaffelsesprisen for opp- og utladesystemet skal ned til under én million dollar per MW.
GridScale, som prosjektet heter, omfatter – i tillegg til den omtalte testen – også et case-studium av forretningsmodellen ved termisk energilagring på grunnlag av informasjoner fra en konkret vindmøllepark.
I tillegg til Stiesdal Storage Technologies deltar Frecon A/S, Blue Power Partners, Welcon, DTU og AAU i prosjektet, som har blitt tilrettelagt gjennom innovasjonsnettverket og klyngeorganisasjonen Energy Innovation Cluster og pågår fram til slutten av mars 2020.
Utviklingsprosjektet har et samlet budsjett på ca. 3,4 millioner norske kroner.
- Vi trenger et teknologi-gjennombrudd for lagring av elektrisitet: Ellers vil sol- og vindkraft bremse opp
Slik virker systemet:
Ved opplading (til venstre i illustrasjonen over) driver motoren kompressoren, som varmer opp kald luft fra den varme enden av den kalde tanken og sender den opp i den øverste enden av den varme tanken, hvor den varmer opp steinene i tanken.
Fra den kalde enden av den samme tanken kjøles luften ned med en kjøler og ekspanderes og kjøles ned ytterligere via turbinen.
Derfra ledes den kalde lufta inn i den kalde enden av den kalde tanken og skyver dermed den varme lufta oppover i tanken.
Ved utlading (til høyre) har turbin og kompressor byttet plass i grafikken, og motoren fungerer som en generator.
Her strømmer den kalde lufta fra den kalde tanken inn i kompressoren, hvor den blir varmet litt opp ved kompresjonen og føres inn i den kalde enden av den varme tanken.
Her tar lufta gradvis opp varmen fra lageret, og fra toppen av den varme tanken sendes varm luft inn i turbinen, som både driver kompressoren og roterer generatoren.
Luften avkjøles ved ekspansjonen og ledes ned i den varme enden av den kalde tanken, hvor den gradvis avgir varmen i tanken.
Artikkelen ble først publisert på Ing.dk
- Nedlagt gruve: Blir energilager med trykkluft
