Verden vil ha vindkraft i stor skala. Problemet er bare at vinden ikke alltid er like pålitelig, og den lar seg ikke lagre, slik vi gjør med vannet i magasinene våre. Elektrisk kraft må forbrukes samtidig med at den produseres, ellers må det innføres en eller annen form for lagring. Og det å lagre elektrisk kraft i veldig stor skala, er en utfordring.
Den meste velkjente måten å lagre strøm på er elektrokjemisk, i form av batterier. Når det er snakk om så store mengder som ved vindkraft, og for å balansere produksjonen mot forbruket ved termiske generatoranlegg, trengs det andre metoder.
Væske- og gassbasert lagring
To typer energilager peker seg ut for lagring av store energimengder som samtidig kan regenereres som strøm raskt nok. Begge er basert på å endre den potensielle energien i væsker og gass.
Den vanligste formen for slik lagring er pumpekraftverk. Her brukes et overskudd av strøm til å pumpe vann opp i et vannmagasin og så kan strømmen regenereres i et vanlig vannkraftverk. Slike pumpekraftverk kan ha svært god virkningsgrad.
Men det er ikke alltid topografien og forholdene ligger til rette for et pumpekraftverk. Da kan en annen løsning være å bruke luftens kompressibilitet som energilager. Det finnes to slike CAES – Compressed Air Energy Storage, energilager av betydelig størrelse.
Ett anlegg er i Tyskland og ble bygget allerede i 1978. Det kan generere 290 MW elektrisk energi i mellom to og tre timer. Det andre anlegget i USA, fra 1991, kan gi 110 MW i hele 26 timer.
Slike anlegg har mindre kompressoranlegg enn turbogeneratorer. Det er viktig at de kan gi høy effekt over et kort tidsrom. Begge anleggene benytter bergrom i saltleier som er drevet ut ved å løse opp saltet, som lager. Det tyske anlegget ligger på rundt 700 meters dyp.
Det ses også på muligheten for å benytte stålbeholdere, vannførende formasjoner og utdrevne olje- og gassbrønner som ligger under tette takbergarter til slike trykkluftlager.
Det kan høres enkelt ut å la overskuddsenergi fra et vindkraftverk drive en turbokompressor og lagre luften ved et høyere trykk til det oppstår et behov for strøm. Så kan den komprimerte luften drive en turbogenerator og produsere strøm når det ikke blåser eller det trengs mer strøm enn det vindkraftanlegget kan gi. Men så enkelt er det ikke.
Høyt trykk
Det ideelle ville være å generere strøm fra luft med konstant trykk. Det ville gi optimal virkningsgrad i turbinen.
Men etter hvert som trykkluften forbrukes, synker trykket i lageret. For å holde virkningsgraden så høy som mulig senkes ikke trykket under rundt 40 bar fra et makstrykk på 70 til 80 bar. Det at minimumstrykket er så høyt, har også med lagerets fysiske egenskaper å gjøre.
I de anleggene som er bygget til nå i saltformasjoner vil et høyt trykk gjøre at de holder en stabil form.
Det er også viktig at lageret har tilstrekkelig overdekning slik at trykket ikke slipper ut, eller gjør at berget over sprekker opp. Det er snakk om store volumer. Det tyske anlegget er på 310 000 m 3 , og det amerikanske er på hele 560 000 m 3.
Mye varme
Når luft komprimeres, er det ikke bare luftmolekylene som presses sammen. Varmeinnholdet i gassen konsentreres også. Det er jo dette prinsippet som driver varmepumper og kjøleskap. Derfor er det viktig å kunne håndtere varmen i forbindelse med lagring av energien.
Det er flere måter å gjøre det på. I de anleggene som er bygget til nå blir varmen fjernet når luften komprimeres. Temperaturen i lageret ligger mellom 20 og 30 grader.
Problemet med å fjerne varmen er at luften kjøles ned kraftig når den ekspanderer i turbinen. Det gjør at energiinnholdet i luften synker med det som ble kjølt bort under kompresjonen. Dette representerer et energitap, men det gjør også at maskineriet fryser og blir for kaldt til å operere effektivt.
Løsningen er å tilsette naturgass, eller annet brennstoff, til luften før den går inn i turbinen og drive den delvis som en gassturbin. Det gir både mer energi og det varmer opp maskineriet. Eksosen ledes tilbake til og varmer opp den komprimerte luften slik at mest mulig av varmeenergien i brennstoffet utnyttes.
Likevel er ikke virkningsgraden i et slikt hybridanlegg på mer enn fra 41 til 46 prosent. En slik måte å håndtere varmen på kalles diabatisk.
Adiabatisk lagring
I stedet for å kjøle bort varmeenergien som frigjøres ved kompresjonen arbeides det med systemer for å ta vare på den.
Da kan den benyttes til å varme opp luften når den ekspanderes. Slike anlegg er ikke bygget ennå, men det er beregnet at de kan gi en virkningsgrad på over 70 prosent. Det pågår forskning i EU for å se på slike adiabatiske anlegg, og interessen for teknologien er veldig stor.
Et slikt adiabatisk anlegg er under bygging i Nord-Tyskland av energiselskapet EnBW. Man tenker seg at varmelageret bygges over jorden og at varmen lagres i et stoff som kan oppta mye varme slik som støpejern, keramer, olje eller salter.
Kilde: Senioringeniør i DNV Energy, Thomas Boehme
