Forskere vil optimere flowbatterier til energilagring i stor skala
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Forskere vil optimere flowbatterier til energilagring i stor skala

Flowbatterier er specielt velegnet til energilagring i stor skala, som for eksempel i tilknytning til en vindmøllepark. Illustration: Danish AirPhoto

En løsning på energilagringsproblematikken kommer fra to tanke fyldt med en speciel væske. Det er i hvert fald håbet hos et forskersamarbejde mellem AU, DTU, Vestas, Harvard og flere andre aktører, der har fået bevilliget 18 mio. kr. til at udvikle et flowbatteri, som er profitabelt for vindindustrien.

For selvom flowbatterier i sig selv ikke er nogen revolutionerende nyhed – faktisk har ideen eksisteret siden 1950’erne – så skal teknikken bag batterierne optimeres, så man kan blive endnu bedre end Kina, der netop er begyndt at masseproducere flowbatterier baseret på vanadium.

At erstatte vanadium

Forskerne skal finde frem til et stof, som kan erstatte det vanadium, der på nuværende tidspunkt er det hyppigst brugte materiale i flowbatterier. Kongstanken er, at vanadiummet skal erstattes af et organisk materiale:

»Projektet tager udgangspunkt i nogle af de molekyler, som forskerne ved Harvard allerede har vist er potentielt egnede til dette. Et af molekylerne er en såkaldt anthraquinone, en type molekyle, som findes i naturen, og som også bruges til at lave farveemner i industrien. Men vi har brug for at forbedre levetiden af denne type system, og det er en central del i dette projekt,« siger Johan Hjelm, lektor på DTU's Institut for Energikonvertering- og lagring.

Men hvad er et flowbatteri?

Et flowbatteri er i sin enkelhed et genopladeligt batteri, der gemmer elektrisk energi som kemisk energi. Men den elektrolyt, som energien lagres i, opbevares uden for batteriet i to tanke: en for den positive elektrolyt med højere spænding, og en for den negative elektrolyt med lavere spænding.

Elektrolytterne indeholder molekyler, som kan oxideres (dvs. afgive elektroner) og reduceres (optage elektroner) og ved afladning pumpes den opladede elekrolyt gennem flowbatteriet – der er opbygget som en stack, dvs. en samling af seriekoblede celler – som det fremgår af denne video fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences:

Væskerne holdes adskilte med en ionledende membran af samme type som i en polymerbrændselscelle, og når væskerne aflades, bærer ionerne strømmen igennem membranen, og en elektrisk strøm løber i den eksterne kreds.

Skalérbar kapacitet er grundtanken

En af fiduserne ved et flowbatteri er, at det er rimeligt let at tilpasse batteriet til et givent behov. Hvis der er brug for, at kapaciteten skal øges, kan man blot fylde mere væske i tankene, og skal effekten øges, udbygger man 'stacken'.

Dog vil batteriet uundgåeligt have et vis volumen. Et typisk vanadium flowbatteri har en energitæthed på omkring 25 Wh/l, hvilket betyder, at der kræves 40 l elektrolyt pr. kWh, man vil lagre.

»Det er specielt velegnet til storskala energilagring. Så tanken er foreløbig, at batteriet skal være en del af et elnet, som eksempelvis en vindmøllepark eller en etageejendom, og altså ikke blot tilkobles en enkelt vindmølle.« siger Johan Hjelm.

Og hos Vestas ser man også et potentiale i flowbatteriteknologien:

»Flow-teknologien er interessant, fordi den principielt danner grundlag for en meget robust og skalérbar løsning. Til forskel fra litihumbatterier er levetiden på et flowbatteri garanteret, uanset brugsmønstret. Dermed egner teknologien sig bedre til at flytte store mængder energi over længere tid, og kan derfor være en vigtig brik fremtidens elforsyning,« siger Bo Svoldgaard, chef for innovation og konceptudvikling i Vestas.

Perfekt investering af forskningskroner. Gid DK var verdensmestre i denne teknologi, som kommer til at blive central i en verden med variabel energiforsyning. Lithium i mobile enheder, flow i centrale enheder.

  • 15
  • 1

Ved at placere en række vindmøller langs alle motorveje hentes energi.
Ved at placere flow batterier ved hvert vindmølle fundament udjævnes belastningen
Ved at ophænge RUF skinner mellem vindmølle masterne som en hængebro kan RUF systemet køre 100% på vind energi og skinnen kan indeholde power kabler til udligning af belastning.
Transport på 100% VE
Selvkørende biler, som er 100% sikre og kun bruger 1/3 så meget strøm som alm. elbiler
RUF bilernes små batterier vil være fuldt opladet når de forlader skinnen.

Danmark vil få en ny eksport artikel ved at være først med RUF systemet.

  • 3
  • 19

Når vi taler om løsninger hvor plads og mobilitet ikke er et problem... så burde superkapacitorer også være med. Pt. kan de nå en energitæthed som lithium batterier, men kun ved brug af for eksempel graphen som stadig er rivende dyrt at lave, men uden det burde man kunne lave dem forholdsvis billigt, og så kunne de måske ligge i mølletårnet, hvor der sikkert er en masse plads. De kan klare langt flere op og afladningscykluser end batterier, indenholder ikke farlige eller sjælne metaller og kan op og aflades hurtigere end nettet pt. kan klare. Det er for eksempel ideelt, i forbindelse med hurtigopladning af ElBiler.
Så måske er der mening i at bruge midler på at se om nogle af de mange metoder der er opdaget til at lave billigere graphen kan bringes op på industrielt produktionsniveau? (der har bl.a. været nogle artikler her på Ing.dk om det).
For når det er løst er batteriet en realitet. Det laves allerede industrielt, blot er det dyrt.

  • 0
  • 0

Som jeg husker det var der problemer med Vanadium Flow batterier, bla membranens holdbarhed.
Er der blevet bedre siden Kina nu begynder at investere i det.?

Ellers lyder det da spændende og som en god ide; men nok ikke lige om hjørnet

  • 2
  • 0

Det australske Tesla-batteri, som har været omtalt flere gange, har en kapacitet på 129 MWh.
Så det er et godt udgangspunkt for en realitetsberegning.

En cylinderformet tank med H=5 m, og D=40 m har et volumen på ca. 6.000 m3.
Med en energitæthed på 25 Wh/l svarer det til 150 MWh - hvilket er tæt nok.

Så sådan et par tanke per vindmøllefelt er måske passende ?
Men det rækker jo langt fra til en vindstille dag. Anholt Vindmøllepart er jo på 400 MW, så den nævnte kapacitet rækker bare til 20 minutters vindstille (hvis afladning kan ske med så stor effekt, hvilket nok er tvivlsomt). Men til udjævning er det fint.

  • 4
  • 0

Der kræves 40 liter elektrolyt pr kWh.
Et eksempel: Hvis en stor (6 MW) vindmølles produktion i tre gode vind-døgn skal gemmes til 3 - 4 døgn uden vind, kræver det beholdere til 432.000 kWh og derfor 17.280.000 liter = 17.280 m3 elektrolyt.
Eller: hvis Danmarks elforbrug (i snit 4 GW) skulle dækkes i tre døgn uden vind, ville det kræve elektrolyt-beholdere med volumen: 4.000.000 * 3 * 24 * 40 liter = 11.520.000.000 liter = 11,5 millioner m3. - Prisen kender jeg ikke.
I stedet vil jeg kort citere Cato, der sagde: "forøvrigt mener jeg, at hele denne debat kun kører, fordi vi i 1985 sagde nej til kernekraft". (;-)

  • 5
  • 8

Men det rækker jo langt fra til en vindstille dag.

Ingen former for batterier er super velegnede til at være backup for vind, når det kommer til stykket. Derfor har batterier nok temmelig lange udsigter her til lands. Omend flow batterier netop er gode til at have meget stor kapacitet i forhold til effekt, hvilket akkurat er hvad man trænger til når der kan optræde en længere periode med vindstille.

Men verden er stor og til eksempelvis døgnudjævning af solcelleparker i områder med høj frekvens af solskinsdage giver det ret god mening at benytte batterier - og så er hverken vægt eller tæthed vigtigt - kun pris. Og alt andet lige må man vel på sigt kunne fremstille elektrolyt til en væsentligt lavere pris (og med et lavere forbrug af sjældne metaller) end litium celler.

  • 11
  • 0

Der kræves 40 liter elektrolyt pr kWh.

Det kommer jo an på hvilken elektrolyt man vælger.

HBrO3 (Bromsyre) ligger eksempelvis på 530 Wh/kg. Det er en tyvendedel af dit eksempel.

Det kræver dog stadig meget plads, hvis det skulle være til flere dages forbrug :o)

Mindre kan heldigvis gøre det, for vi har gode - og godt forbundne - naboer med fremragende backupmuligheder i form af vand, der passser som hånd i handske med vores forbrugsmønster, samt et veludbygget gasnet og lager, der er super til et SNG baseret backup system. Så vi kan nok nøjes med batterier til korterevarende perioder med vindstille i en delmængde af landet medens udlandet helst ikke vil give os strøm og det ikke kan betale sig at starte gasturbinerne op. Det er trods alt de perioder vi har langt, langt flest af.

Antager vi 2 liter pr. kWh skal vi bruge 8000 m3 pr. time til at dække hele landets forbrug (og her ser vi bort fra sol, forbrugssænkning, udlandsforbindelser osv.). Det er en god stor fabrikshal; men så heller ikke mere. Dem har vi trods alt plads til nogle stykker af...

Anvender vi kun batterier til at håndtere spidser frem for at erstatte al anden energiforsyning, så har vi jo slet ikke brug for kapacitet i den størrelsesorden du nævner, Holger.

Tjah, det var nok ikke snedigt at opdrage et par generationer af hele Vestens befolkning til at være forfærdede over radioaktivitet og kernekraft; men sket er sket og det vi har valgt i stedet er heldigvis ikke spor skidt.

  • 9
  • 1

fordi vi i 1985 sagde nej til kernekraft". (;-)


Havde vi sagt ja til A-kraft , havde vi DK nok hverken haft Vestas eller Siemens med de arbejdspladser det har givet . Sporene fra Findland og England taler sit tydelige sprog! A-kraft er og bliver en forældet og DYR teknologi!

Der skal på flere måder skabes et udjævning / lagring af energi fra Sol og Vind.
Det kræver en væsentlig stærkere / større netforbindelser fra bla Norge ned gennem Europa og på sigt også fra Vest mod Øst . Vandkraft går glimrende i samspil med Sol og vind det gør A-kraft ikke .
På batteriområdet er der pt en rivende udvikling. Meget tyder på at 1 kwh batteri til Tesla Simi får en pris på under 100 $ / kwh allerede i 2020. VE- teknologi er stadig i en udviklende fase hvor det kan være svært at se hvad der bliver muligt allerede om 5-10 år .
Personligt synes jeg det er helt oplagt at vi på flest mulige måder får vores energi fra VE-el. Sikkert med en Tesla wall som smart udjævner af forbruget . Enten stationær eller på 4 hjul ;o)

  • 11
  • 3

Bangladsh bygger et 2,4 GW atomkraftværk med Russiske reaktorer på 2x 1200 MW.

Det tager 6 år og koster 80-90 milliarder kr og værket forventes at have en levetid på 100 år.
Det svarer til ca 1/3 del af Danmarks el-forbrug og fjernvarmeforbrug, fra bare 1 værk, med en kapacitetsfaktor på 0,9, mod Danmarks vindmøller på gennemsnitlig 0,3, og det afledte behov for batterier.

  • 3
  • 11

Hvad er der galt med at lave Brint?
Jeg tror både "spildet" og omkostningerne er mindre. Desuden bliver Lithium med stor sandsynlighed snart en mangelvare, og derfor spår jeg at elbiler kun er et overgangsfænomen.

  • 0
  • 16

Havvands overordnede lithiumindhold vurderes til gengæld at være meget højt, på omkring 230 milliarder ton

Jeg gætter på at manden ikke mener at vi faktisk løber tør for litium; men at det bliver dyrere grundet bøvlet med at udvinde det (det tager flere år for et batch) og den snævre ejerkreds af mineselskaber.

Hvad han mener med at elbiler er et overgangsfænomen er lidt sværere at gætte. Jeg kan ikke hitte på en forklaringsmodel. Det minder mig om følgende 5 forudsigelser:

  • "I think there is a world market for maybe five computers." - Thomas Watson, president of IBM, 1943
  • "Television won't be able to hold on to any market it captures after the first six months. People will soon get tired of staring at a plywood box every night." - Darryl Zanuck, executive at 20th Century Fox, 1946
  • "There is no reason anyone would want a computer in their home." - Ken Olsen, founder of 4. Digital Equipment Corporation, 1977
  • "Apple is already dead." - Nathan Myhrvold, former Microsoft CTO, 1997
  • "Two years from now, spam will be solved." - Bill Gates, founder of Microsoft, 2004
  • 11
  • 1

Jeg gætter på at manden ikke mener at vi faktisk løber tør for litium; men at det bliver dyrere grundet bøvlet med at udvinde det (det tager flere år for et batch) og den snævre ejerkreds af mineselskaber.

Det bliver snarere dyrere, fordi efterspørgslen stiger. Men da der bruges meget lidt lithium (1-2%) pr. batteri bliver prisstigningen for batteriet begrænset.

Kobolt kan gå hen og blive et problem.

Måske burde vi holde op med at kalde dem "lithium ion batterier."

  • 2
  • 0

Alle batterier og lagermedier har tab, og flere batterier betyder flere tab.
Så skal vi bygge flere vindmøller og solceller, som bliver til affald om 25-30 år.
Batterierne bliver også til affald om 20-25 år.
Meget af dette affald er giftigt og der bliver rigtigt meget af det.

Vi fravalgte jo netop atomkraften pga affaldet.

Det kan genbruges altsammen, men det kan a-kraft affald også, og det bliver der 10.000 gange mindre af.

  • 0
  • 5

"Vandkraft går glimrende i samspil med sol og vind, det gør atomkraft ikke"!

Atomkraft har ikke brug for samspil med sol og vind.
Atomkraft har ikke brug for samspil med vandkraft.

Atomkraftværker kan reguleres fra 10% til 110 % på minutter, så de går udemærket i spænd med hvadsomhelst.

Opdater jeres viden om emnet, og helst ikke fra "the simpsons".

  • 0
  • 8

Opdater jeres viden om emnet, og helst ikke fra "the simpsons".

Jeg lider ikke af angst for a-kraft. Vitterlig. Og jeg tror på den energiform i mange lande.

Jeg finder bare forsøget på at få a-kraft gjort til virkelighed i DK fuldkommen frugtesløst. Se på det som Palle's skamridning af sin - teoretisk fine; men i praksis uigennemførlige - RUF-kæphest. Mere end et kvart århundredes kamp for RUF er tabt til førerløse biler i kortege på eksisterende infrastuktur - der er kun kampen mod møller tilbage. Og her tænker jeg ikke på moderne vindmøller; men de klassiske, der maler korn :o)

Det er lidt det samme med a-kraft.

I DK er vind nu så langt at det vil være omsonst at skifte hest. Her til lands hjælper batterier som nævnt i øvrigt ikke voldsomt, i hvert fald ikke før der bliver kamp om de nordiske vandmagasiner i hele den nordlige del af Europa i takt med elektrificering og internationale forbindelser - når vores elforbrug er 20 GW frem for 4. Men udbygning af vind med støtte fra først biobrændsel og siden SNG - og suppleret med naboernes kapacitet og en smule sol og formentlig nogen lagerkapacitet - er jo vitterlig et scenarie, der kan gennemføres og har opbakning fra befolkning og beslutningstagere.

A-kraft har ikke opbakning i DK - uanset hvor mange af os du skælder ud og uanset om du har ret eller ej. Mange andre steder bliver sol i øvrigt svaret frem for a-kraft - og her er vandkraft som bekendt ikke den store støtte. Batterier er, som du skriver, ikke uden problemer, fx tab, gift og ressourceforbrug. Til gengæld er de formentlig virkelighed - i modsætning til a-kraft i DK. Og i D. Og en masse andre steder.

Jeg ser din kamp mod vindmøller som skiftende fra et forsøg på at lære en lille gruppe debattører herinde at a-kraft har et urimeligt "bad rep" til at blive mere og mere Cervantes-style, må jeg indrømme.

  • 5
  • 0

Der er ingen tvivl om at Danmark IKKE får atomkraft,foreløbigt, hvis nogensinde!

Men ingeniører er vel pragmatikere og interesseret i teknik og hvad der er den optimale løsning, og er ikke religiøse fanatikere.

Når vi her diskutere energi kommer der emner op igen og igen, hvor der indsparkes vrøvl og sludder, forældet viden og direkte løgne, formodentligt pga føleser og uvidenhed, og det er nok primært det der genere mig mest.

Brint, til biler dukker op hvergang vi taler transport, til trods for det ret håbløse energiregnskab, og den næsten totale mangel på infrastruktur.

Økonomi og flueknepning af hvorvidt dette og hint ikke " kan betale sig" selvom de fleste inderst inde godt ved at priser i kroner/dollars, er et politisk dyr, der kam ændres fra øjenlik til øjeblik.

Og så er der Atomkraft.

Hvor enhver debat bliver øjeblikkelig afsporet.

Hvor det tydelig ses at debatørene ikke har læst om de nyeste typer af reaktorer.
Hvor al "radioaktivitet, er farligt og straks slår millioner ihjel
Hvor enhver ulykke er en genudsendelse af Tjernobyl, eller Fukushima.

Men jeg tror ikke vi får atomkraft i Danmark, men jeg glæder mig over at Bangladesh, Kina og SaudiArabien, vælger at bygge det og afholde sig fra at brænde Olie, Kul, Gas, og skoven

Så jeg sadler Rosinante og ridde videre.

  • 0
  • 3

Men ingeniører er vel pragmatikere og interesseret i teknik og hvad der er den optimale løsning, og er ikke religiøse fanatikere.

Hvad i alverden har dog affødt den ide :o)

Alvorligt talt tror jeg at ingeniører er som mennesker flest: Forudindtagede, stædige, arrogante og selvtilstrækkelige. Faktisk tror jeg ingeniører er overgennemsnitligt forvissede om egen overlegen viden og har et usædvanligt højt misforhold mellem troen på egen viden og faktisk egen viden... Ja, de ved mere end snittet og er mere modtagelige for ny viden end snittet; men ikke nær så meget som de selv mener er tilfældet :o)

Holdninger, der trumfer uopsøgt viden og indkodede fordomme gælder for os alle, desværre. Og vi har alle lettere ved at se splinten andres øjne end bjælkerne i eget sind. Som eksempel kan jeg nævne dit forhold til brint i elbilsdebatter sammenholdt med mit forhold til a-kraft i batteridebatter :o)

kommer der emner op igen og igen, hvor der indsparkes vrøvl og sludder, forældet viden og direkte løgne, formodentligt pga føleser og uvidenhed, og det er nok primært det der genere mig mest.

Problemet er, at internettet er fuld af folk der tager fejl. Skal man gelejde dem alle ind på "den rette vej" bliver det en opgave som er Sisyfos værdig. Jeg tror de fleste af os der ævler løs i debattråde med fordel kan træne i at fravælge visse kampe, også du og jeg...

Så jeg sadler Rosinante og ridde videre.

God tur, Alonso :o) Jeg vil følge dine bestræbelser - men jeg kan ikke love at det bliver sancho-style :o)

  • 0
  • 0

Er kommet i samme skuffe som GMO og Vacciner

Altsammen udemærkede teknologier der løser nogle problemer og skaber nogle nye.

Atomkraft er super velegnet til massiv baseload af el og varme.

Brint er velegnet til energiopgaver, med krav om højenergilagring og ren teknologi

Osv.

  • 0
  • 1