Lagring av energi från vindkraft - CFL
Lagring av energi från vindkraft - CFL
Lagring av energi från vindkraft - CFL
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
EXAMENSARBETE 15 P<br />
Datum (2012-04-15)<br />
<strong>Lagring</strong> <strong>av</strong> <strong>energi</strong> <strong>från</strong><br />
Elev:Axel Lumbojev<br />
Handledare: Anna Josefsson<br />
<strong>vindkraft</strong><br />
Bild: ABB
Sammanfattning<br />
Vindkraften är en intermittent kraftkälla, den fungerar bara när det finns<br />
tillräckligt med vind. Den el som producerats måste förbrukas i samma<br />
tidpunkt. Detta inget problem så länge <strong>vindkraft</strong>sandelen i <strong>energi</strong>systemet<br />
hålls under en viss nivå, speciellt inte i Sverige som har mycket vattenkraft<br />
som kan fungera som balanskraft. Dock så kommer en stor andel<br />
<strong>av</strong> <strong>vindkraft</strong> att ställa till problem, även andra intermittenta källor till ström<br />
ställer till det om det blir en stor andel <strong>av</strong> dessa.<br />
Ett stort antal sätt att lagra <strong>energi</strong> på finns. Det som kommer att tas upp i<br />
detta arbete är några <strong>av</strong> dem. Framförallt kommer det att fokuseras på<br />
pumpkraftverk,<br />
olika batterier,<br />
vätgas.<br />
Några andra tekniker kommer också att tas upp<br />
o svänghjul<br />
o kondensatorer<br />
o tryckluft<br />
o Vatten som lagras underjorden<br />
Uppskattningar gjorda <strong>av</strong> konsultföretaget Boston Consulting Group, har<br />
uppskattat att det till år 2025 kommer att behövas upp till 150 MWh lagrad<br />
<strong>energi</strong> i Europa, och i USA det dubbla.
Abstract<br />
Wind Power is an intermittent power source, it only works when there is<br />
enough wind. The electricity produced must be consumed at the same time. This<br />
is not a problem as long as the wind power part of the energy is kept below a<br />
certain level, especially in Sweden, which has much hydroelectric power that<br />
can act as a balancing power. However, as a bigger part of the wind power that<br />
isin the power system, including other intermittent sources of power, may lead to<br />
problems.<br />
There are a large number of ways to store energy. In this text some of the ways<br />
will be covered. It willparticularly focus on<br />
pumpedstorage,<br />
different batteries,<br />
hydrogen<br />
Some other techniques will also be included<br />
o flywheel<br />
o capacitors<br />
o air<br />
o water stored underground.<br />
Estimates made by the consulting firm Boston Consulting Group, has estimated<br />
that by 2025 the need of energy storage is up to 150 MWh in Europe and in the<br />
United States the double.
Innehållsförteckning<br />
1. Inledning......................................................................................................1<br />
2. Syfte..............................................................................................................1<br />
3. Material och metod.....................................................................................1<br />
4. <strong>Lagring</strong> <strong>av</strong> <strong>energi</strong>........................................................................................2<br />
4.1 Pumpkraftverk ..............................................................................................2<br />
4.2 Batterier ........................................................................................................3<br />
4.2.1 Flödespumpbatteier...................................................................................3<br />
4.2.2 Litiumjon-batterier i Falköping ................................................................4<br />
4.2.3 Övriga batterier ........................................................................................4<br />
4.3 Vätgas ...........................................................................................................5<br />
4.3.1 Elektrolys...................................................................................................5<br />
4.3.2 Bränsleceller .............................................................................................5<br />
4.3.3 Prenzlauprojektet ......................................................................................6<br />
4.4 Övriga <strong>Lagring</strong>ssätt.......................................................................................7<br />
4.4.1 Svänghjul...................................................................................................7<br />
4.4.2 Superkondensatorer eller kraftkondensatorer ..........................................7<br />
4.4.3 Tryckluft ....................................................................................................7<br />
4.4.4 Vatten som lagras underjorden.................................................................7<br />
5. Slutsatser......................................................................................................8<br />
Källförteckning ......................................................................................................9<br />
Otryckta källor .........................................................................................................9<br />
Tryckta källor...........................................................................................................9
1. Inledning<br />
Vindkraften fungerar bara när det blåser. Detta är i sig inget problem så<br />
länge <strong>vindkraft</strong>sandelen i <strong>energi</strong>systemet hålls under en viss nivå, speciellt<br />
inte i Sverige som har mycket vattenkraft som kan fungera som balanskraft.<br />
Sverige kan ha relativt mycket <strong>vindkraft</strong>. Dock så kommer en stor andel<br />
<strong>av</strong> <strong>vindkraft</strong> att ställa till problem, då den el som producerats måste<br />
förbrukas i samma tidpunkt. 1<br />
Speciellt i samband med stora andelar andra förnyelsebara och intermittenta<br />
<strong>energi</strong>källor såsom solkraft, vågkraft och så vidare kan det leda till problem.<br />
Det är <strong>energi</strong>lagringensom detta arbete handlar om. Ett flertal lösningar och<br />
sätt att lagra <strong>energi</strong> på finns, vissa används redan idag på olika ställen i<br />
världen. 2<br />
Uppskattningar gjorda <strong>av</strong> konsultföretaget Boston Consulting Group, har<br />
uppskattat att det till år 2025 kommer behövas upp till 150 MWh lagrad<br />
<strong>energi</strong> i Europa, och i USA det dubbla. 3<br />
2. Syfte<br />
Jag ska gå igenom några olika lösningar och sätt att lagra <strong>energi</strong> som finns i<br />
dag, dessa kommer jag att fokusera på. Här kommer viss teknisk beskrivning<br />
att ingå, men inte allt föringående – för att fördjupa sig i någon teknik<br />
hänvisas till källorna. De som kommer att finnas i morgon, kommer bara att<br />
nämnas kort för att inte denna text ska bli för lång.Alla typer <strong>av</strong> lagring<br />
förbrukar <strong>energi</strong>, vilket leder till förluster, så jag kommer även att skaffa<br />
upplysningar om lite på verkningsgraden <strong>av</strong> de olika sätten att lagra <strong>energi</strong>.<br />
Kapaciteten är en annan viktig del som jag kommer skriva om.Kostnader<br />
kommer att ingå, till en viss del – då det är svårt att beräkna kostnader för<br />
nya tekniker. Kostnaderna <strong>av</strong>görs,till stor del, <strong>av</strong> hur stor utbredning<br />
teknikerna får.<br />
3. Material och metod<br />
Främst har jag använt mig <strong>av</strong> internet som källa till detta arbete, men inte<br />
enbart. Jag har försökt att använda mig <strong>av</strong> så bra och seriösa källor som<br />
möjligt. Bilderna kommer bland annat <strong>från</strong> Wikipedia, dock har jag undvikit<br />
fakta <strong>från</strong> nämnda sida. Vindkraft i teori och praktik har använts i en liten<br />
del, för att beskriva hur vindraften kan fungera i ett <strong>energi</strong>system.<br />
Fokus har legatpå det som kan användas i lite större skala på något sätt –<br />
effekt eller kapacitet– eller som har potential att bli stora.<br />
1 Vindkraft i teori och praktik 2:a uppl. Av Tore Wizelius.<br />
2 Illustrerad Vetenskap. Nr 3/2011<br />
3 http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>energi</strong>/article2500713.ece<br />
1
2<br />
4. <strong>Lagring</strong> <strong>av</strong> <strong>energi</strong><br />
Nedan är några sätt att lagra <strong>energi</strong> på. Huvudprincipen för samtliga är att<br />
<strong>energi</strong>n lagras när det finns ett överskott – mindre behov <strong>av</strong> elkraft än som<br />
kan förbrukas <strong>av</strong> konsumenterna – <strong>av</strong> <strong>energi</strong>n och att denna frigörs när det<br />
finns ett underskott – större behov <strong>av</strong> elkraft än som kan produceras. 4<br />
4.1 Pumpkraftverk<br />
Detta är den äldsta metoden för att lagra <strong>energi</strong>, och första uppfördes redan<br />
på 1890-talet i Schweiz och Italien. Metoden går helt enkelt ut på att vatten<br />
pumpas upp till högre belägna dammar eller naturliga sjöar, när priset på el<br />
är lågt. När priset sedan är högt låter man vattnet åka ner igen och driva<br />
turbiner som sedan genererar <strong>energi</strong>. Det finns i hela världen ca 90 GW<br />
installerad effekt, var<strong>av</strong> de största verken är på över 1 GW. Stora kr<strong>av</strong> ställs<br />
på området där ett pumpkraftverk kan fungera, det måste finnas en stor<br />
höjdskillnad, till exempel ett berg, och sjöarna kommer ha väldigt stora<br />
skillnader i vattennivåer. Därför finns de flesta pumpkraftverk i länder med<br />
berg eller där det finns stora höjdskillnader (<strong>av</strong> annat slag). Verkningsgraden<br />
för en sådan här anläggning är mellan 70-85 %. 5<br />
Bild: Wikipedia<br />
4 Illustrerad Vetenskap. Nr 3/2011<br />
5 Illustrerad Vetenskap. Nr 3/2011
4.2 Batterier<br />
Principen med att lagra <strong>energi</strong> i batterier är att <strong>energi</strong>n lagras som kemisk<br />
<strong>energi</strong>, på olika sätt - det finns ett flertal olika typer <strong>av</strong> batterier. 6 Att lagra<br />
<strong>energi</strong> i batterier i större skala används redan till exempel i Australien, där<br />
just el <strong>från</strong> <strong>vindkraft</strong> lagras. Se nästa del 4.2.1.<br />
Strömmen som lagras i ett batteri är likström, som måste växelriktas till<br />
nätets växelström, 50 eller 60 Hz.<br />
4.2.1 Flödespumpbatteier<br />
Detta är en intressesant teknik som har potential att kunna konkurrera med<br />
pumpkraftverken, både i effekt och i <strong>energi</strong>kapacitet. Tekniken fungerar på<br />
så vis, enkelt förklarat, att två olika elektrolyter lagras i olika tankar och<br />
kan pumpas till själva batteriet när det ska laddas eller laddas ur. Själva<br />
batteriet består <strong>av</strong> en reaktionskammare där elektrolyterna separeras <strong>av</strong> ett<br />
tunt membran, och elektroder samlar upp strömmen som uppstår på grund<br />
<strong>av</strong> de olika potentialerna i elektrolyterna.Just att elektrolyterna kan pumpas<br />
och lagras i tankar gör att <strong>energi</strong>kapaciteten ökas, det är ju bara att ha större<br />
tankar, eller flera tankar om man vill bygga ut anläggningen. Vill man ha<br />
större effekt kan man enkelt parallellkoppla två reaktionskammare – som är<br />
själva batteriet. Detta gör att dessa batterier kan konkurera med<br />
pumpkraftverken.Vad priset för dessa anläggningar skulle kunna bli beror<br />
på hur många anläggningar som produceras och hur kostnadseffektiv<br />
produktionen kan bli – detta är svårt att i dagsläget uppskatta. Dock har<br />
flödespumpbatterier en annan väldigt stor fördel jämfört med<br />
pumpkraftverken -de har nämligen inte den stora nackdelen att de kräver<br />
speciella förhållanden där de byggs - de kan i princip byggas vart som helst.<br />
Dock måste de ju givetvis byggas inom rimliga <strong>av</strong>stånd till elnät. 7<br />
Bild: Wikipedia<br />
6 http://www.ne.se/batteri/124967<br />
7 http://www.science.org.au/nova/newscientist/037ns_001.htm<br />
3
4<br />
4.2.2 Litium-jon-batterier i Falköping<br />
I Falköping finns Sveriges första batterilager för lågspänningsnät, som är<br />
till för att lagra <strong>energi</strong> <strong>från</strong> <strong>vindkraft</strong>en som finns i trakten. Det är<br />
Falköpings <strong>energi</strong> som äger anläggningen och ABB står för tekniken.<br />
Anläggningen ska kunna lagra <strong>energi</strong> på natten som under dagen levereas<br />
ut på nätet om det behövs. Det är en testanläggnings som ska få Falköpings<br />
<strong>energi</strong> att lära sig om tekniken. Det är en prototyp som ABB tagit fram.<br />
Anläggningen består <strong>av</strong> 20 stycken litium-jon-batterier, och har en<br />
kapacitet på 75kW under en timmes tid. 8<br />
Bild: ABB<br />
4.2.3 Övriga batterier<br />
Det finns en rad olika batterier som kan användas. Vanliga bilbatterier är ett<br />
exempel. Det finns även andra som kan tänkas användas. 9<br />
8 http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>energi</strong>/article3367343.ece<br />
9 http://www.electricitystorage.org/technology/storage_technologies/batteries/
4.3 Vätgas<br />
Väte är det vanligaste grundämnet som finns. Det kan användas för att lagra<br />
<strong>energi</strong>. Vätgas kan tillverkas genom elektrolys och kan sedan användas i<br />
bränsleceller för att generera ström. 10<br />
Vätemolekyl<br />
4.3.1 Elektrolys<br />
Genom elektrolys kan man tillverka vätgas, som är det vanligaste<br />
grundämnet som finns. Vatten spjälkas upp till syre och vätgas, genom att<br />
elektricitet leds igenom vattnet. Detta är dock ett rätt ineffektivt sätt att<br />
framställa vätgas på, men det förväntas kunna bli effektivare i framtiden.<br />
Idag är förlusterna <strong>av</strong> <strong>energi</strong>n ca 30-40 %.<br />
4.3.2 Bränsleceller<br />
Vätgasen kan användas till att producera ny elektricitet med en<br />
<strong>energi</strong>omvandlare, en så kallad bränslecell. Den omvandlar den kemiska<br />
<strong>energi</strong>n till elektrisk dito och till värme, denna har till skillnad <strong>från</strong><br />
framställningen <strong>av</strong> vätgasen hög effektivitet, vilket får de totala förlusterna<br />
att minska. Elektricitet är dock inte det enda som vätgasen kan användas<br />
till, bränsle till fordon är ett annat sätt, där förbränningsmotorer ibland<br />
används istället för bränsleceller.<br />
Vindkraftverk som lagrar en del <strong>av</strong> sin producerade el som vätgas finns<br />
redan i bland annat i Tyskland och i Sverige, dock inte i någon större skala<br />
utan ännu är det mest på forsknings- och utvecklingsstadiet. Det svenska<br />
företaget Morpicshar utvecklat ett litet inte nätanslutet system, som kan<br />
lagra <strong>energi</strong> som vätgas. 11<br />
10 http://www.vatgas.se/fakta/produktion<br />
11 http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>vindkraft</strong>/article253666.ece<br />
5
6<br />
4.3.3 Prenzlauprojektet<br />
Bild: Vattenfall<br />
I Tyskland deltar bland annat Vattenfall, tillsammans med andra<br />
<strong>energi</strong>bolag och forskningsinstitut, i ett projekt som omvandlar vindel till<br />
vätgas. IPrenzlauprojektetingår tre <strong>vindkraft</strong>verk på 2 MW, och även andra<br />
delar så som en biogasenhet, två kraft- och värmestationer och så just<br />
vätgasdelen. Det produceras alltså värme, el och vätgas här. Vätgasen kan i<br />
denna anläggning användas som bränsle till kraftverket för att produsera el<br />
eller värme, men kan även bli bränsle till bilar och annat. Vattenfall, och de<br />
andra i projektet, planerar att på flera ställen lagra vätgas framöver. 12<br />
12 http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>vindkraft</strong>/article3364150.ece
4.4 Övriga <strong>Lagring</strong>ssätt<br />
Det finns ett flertal olika andra sätt att lagra <strong>energi</strong> på, här kommer några. 13<br />
4.4.1 Svänghjul<br />
I ett svänghjul kan <strong>energi</strong> lagras som rörelse<strong>energi</strong>. Metoden kan likt<br />
kondensatorer ha hög effekt, men har en begränsad kapacitet <strong>av</strong> att lagra<br />
<strong>energi</strong>n. Det är under korta perioder som de kan mata ut <strong>energi</strong>. Hur mycket<br />
<strong>energi</strong> som kan lagras beror på hur stor massa som svänghjulet har och hur<br />
hög rotationshastigheten kan bli.<br />
4.4.2 Superkondensatoreroch kraftkondensatorer<br />
Energitätheten är fortfarende mindre än för batterier.<br />
4.4.3 Tryckluft<br />
Att lagra <strong>energi</strong> i tryckluft kräver att det finns ett utrymme för detta. Detta<br />
sätt att lagra <strong>energi</strong> kräver att det finns ett gasturbin-kraftverk.<br />
4.4.4 Vatten som lagras underjorden<br />
Detta är en ny dansk idé. Vatten pumpas in i en stor ballongliknande lager<br />
som ligger under jorden, jordmassan skapar ett tryck i ballongen. När man<br />
vill ta ut <strong>energi</strong>n leds vattnet till en turbin som driver en generator. 14<br />
13 http://www.elforsk.se/Rapporter/?download=report&rid=08_83_<br />
14 http://ing.dk/artikel/102512-<strong>energi</strong>lagring-i-underjordisk-vandreservoir<br />
7
8<br />
5. Slutsatser<br />
Det finns olika lösningar på att lagra <strong>energi</strong>. Vilka som kommer att<br />
användas i framtiden är en fråga som är svår att besvara. Jag tror dock att de<br />
jag skrivit om ovan kommer att användas, speciellt pumpkraftbatterier. Där<br />
förutsättningar finns kommer det nog att byggas pumpkraftverk. I vilken<br />
utsträckning det kommer att byggas är i dagsläget svårt att säga.<br />
Mitt syfte var att få en överblick <strong>av</strong> vilka tekniker som finns och vad som<br />
kan tänkas byggas. Detta tycker jag att jag har fått med denna text. Alla<br />
detaljer kom inte med, vilket var väntat då det handlar om en rad olika<br />
tekniker som var och en skulle kunna fylla flera sidor med text.<br />
Det ska bli intressant att se hur utvecklingen kommer att göra<br />
framsteg.Kommer det att byggas flera <strong>energi</strong>lager?
Källförteckning<br />
Otryckta källor<br />
http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>energi</strong>/article2500713.ece<br />
2012-04-14<br />
http://www.ne.se/batteri/124967 2012-04-14<br />
http://www.science.org.au/nova/newscientist/037ns_001.htm 2012-04-14<br />
http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>energi</strong>/article3367343.ece<br />
2012-04-14<br />
http://www.electricitystorage.org/technology/storage_technologies/batteries/<br />
2012-04-14<br />
http://www.vatgas.se/fakta/produktion 2012-04-14<br />
http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>vindkraft</strong>/article253666.ece<br />
2012-04-14<br />
http://www.nyteknik.se/nyheter/<strong>energi</strong>_miljo/<strong>vindkraft</strong>/article3364150.ece<br />
2012-04-14<br />
http://www.elforsk.se/Rapporter/?download=report&rid=08_83_ 2012-04-14<br />
http://ing.dk/artikel/102512-<strong>energi</strong>lagring-i-underjordisk-vandreservoir<br />
2012-04-14<br />
Tryckta källor<br />
Böcker:<br />
Wizelius, Tore. Vindkraft i teori och praktik. Studentlitteratur, Lund. 2009<br />
Tidskriftsartiklar:<br />
Salomon, Ib. 10 metoder kan lägga ren <strong>energi</strong> på lager. Illustread<br />
Vetenskap. 2011, nr 3 sid. 26-31.<br />
9
Change language