Pilotanlæg skal teste sten som muligt energilager
Energilagring af elektricitet i varme sten er én af de lovende teknologier, som flere parter arbejder med til lagring i perioder på timer til uger.
Blandt dem er tidligere Siemens teknologichef og blogger her på sitet, Henrik Stiesdal, som tilbage i 2014 luftede ideen om et stenlager, og som nu også arbejder videre med ideen i eget regi.
Læs også: Siemens vil lagre strøm i kæmpe sandbunker
I stedet for et kæmpestort, nedgravet stenlager er hans koncept drejet hen mod et mere decentralt, modulopbygget design, hvor varme lagres i stenarten basalt i lukkede og indvendigt isolerede ståltanke.
Et tanksæt består af to tanke, en varm og en kold. Hver tank skal efter planen være 12 meter høj og have en diameter på 4.2 meter.
Læs også: Siemens bygger fuldskala ellager efter dansk idé
Virkningsgrad på 40-45 pct.
Tanksættet kan lagre 24 MWh termisk energi, og med en virkningsgrad i afladningen på 40-45 pct. vil anlægget typisk kunne levere 1 MW i 10 timer.
Da opladningen sker efter et varmepumpeprincip, ligger den samlede virkningsgrad i processen fra el til el på 55-60 pct.
Læs også: Nyt energilager skal opsamle grøn energi i varme sten
Et grundprincip i hele designet er, at der skal anvendes præfabrikerede standardkomponenter for at holde prisen nede og gøre el-lageret lige så nemt at transportere, samle og opstille som en moderne vindmølle, forklarer Henrik Stiesdal:
»Én af usikkerhederne omkring designet går på, hvorvidt stenbunken i tanken rent faktisk opfører sig sådan, som vi har beregnet os til. Det skal en prototype i skala 1:10 hjælpe os med at finde ud af,« forklarer han.
Læs også: Dansk firma kobler batterilagre i skyen
Prototypen skal bygges på DTU Risø Campus.
Opladning i varmepumpecyklus
Men lagertanken er blot den ene del af Stiesdals plug-and-play lagerprincip; den anden er selve op- og afladningsmaskineriet (se grafik), hvor luft under tryk cirkulerer rundt og skiftevis opvarmes og afkøles.
Læs også: Nyt koncept vil producere fremtidens fjernvarme uden ild
Der er tale om en unit, der består af en motor-generator, en kompressor og en turbine på samme aksel. Desuden har systemet en køler.
Hele processen kører under tryk. Opladningen sker i en varmepumpe-cyklus, som har en COP på 1,4, og afladningen sker i en såkaldt Brayton-cyklus, som har en virkningsgrad på ca. 45 pct.
Læs også: Overskudsstrøm fra danske vindmøller kan lagres i stål
»Turbomaskineriet bygges ind i en container, og ideen er, at vi i første omgang kun har én type, som nok kommer til at have en effekt på 1-5 MW. Kundens behov for effekt afgør, hvor mange systemer, man skal have, og kundens behov for energi afgør, hvor stort antallet af tanke skal være pr. system,« siger han.
Sigter på 10 dollar pr kWh
Hvad angår prisen, så sigter Stiesdal på en pris for selve lageret under 10 dollars pr. kWh – et batteri koster ca. 200 dollars pr. kWh – og anskaffelsesprisen for op- og afladesystemet skal ned under 1 mio. dollars euro pr MW.
Læs også: Google vil lagre strøm i salt og frostvæske
GridScale, som projektet hedder, omfatter - ud over den omtalte test - også et case-study af værdiskabelsen/forretningsmodellen ved termisk energilagring på basis af informationer fra en konkret vindmøllepark.
Ud over Stiesdal Storage Technologies deltager Frecon A/S, Blue Power Partners, Welcon, DTU og AAU i arbejdet, som er er faciliteret gennem innovationsnetværket og klyngeorganisationen Energy Innovation Cluster og løber frem til udgangen af marts 2020.
Læs også: Ørsted investerer i 20 MW batterilager til det britiske elnet
Udviklingsprojektet har et samlet budget på 2.6 mio. kr.
Principskitse af Gridscale Battery
Sådan virker systemet:
- Ved opladning (tv) driver motoren kompressoren, der opvarmer kold luft fra den varme ende af kolde tank og sender den op i den øverste ende af den varme tank, hvor den opvarmer stenene i tanken.
- Fra den kolde ende af samme tank køles luften ned med en køler og ekspanderes og nedkøles yderligere via turbinen.
- Herfra ledes den kolde luft ind i den kolde ende af den kolde tank og skubber hermed den varme luft opad i tanken.
- Ved afladning (th) har turbine og kompressor byttet plads i grafikken, og motoren fungerer som generator.
- Her flyder den kolde luft fra den kolde tank ind i kompressoren, hvor den bliver opvarmet lidt ved kompressionen og ledes ind i den kolde ende af den varme tank.
- Her optager luften gradvist varmen fra lageret, og fra toppen af den varme tank sendes varm luft ind i turbinen, der både driver kompressoren og trækker generatoren.
- Luften afkøles ved ekspansionen og ledes ned i den varme ende af den kolde tank, hvor den gradvist afsætter varmen i tanken.
