En sand- eller stenbunke på tre-fire kvadratkilometer gange ti meter i dybden. Så lidt lagerplads skal der til, for at vi i Danmark kan gemme vindmøllestrøm nok til at forsyne danskerne med strøm i ti vindstille dage – som vi sidste gang oplevede det i maj 2006.
Det vurderer teknologichef Henrik Stiesdal fra Siemens Wind Power med udgangspunkt i et nyt ellagringskoncept, som han og Siemens har syslet med de seneste år.
Princippet går ud på at lagre strømmen som varme i et billigt og lettilgængeligt fast stof som sten, flyveaske eller jord, der alle har en varmekapacitet på ca. 0,8 kJ pr. kg pr. grad. Varmen overføres i form af 600 grader varm luft.
Ideen til lagerprincippet fik Stiesdal under en cykeltur ved Fynsværket, hvor han kørte forbi de mange tusinde ton flyveaske, som ligger omkring værket – efterhånden dækket af græs og blomster:
»Jeg tænkte, at de dynger repræsenterede et kæmpe lagervolumen,« fortæller han.
At lagre strømmen som varme har man valgt, fordi varme er en tæt energiform – i modsætning til at pumpe vand op i højtliggende magasiner eller at lagre strøm som trykluft i underjordiske lagre.
Når man har brug for strømmen igen, lukkes der 600 grader varm luft fra lageret ind i en varmeveksler, som udvikler damp til et dampkraftværk, der så producerer strøm på konventionel vis.
Stiesdal forklarer, at mange forskere og udviklere allerede arbejder med energilagring i faste stoffer.
»Det særlige ved vores koncept er dels lagermediet, som er enklere og billigere, end man ser i mange andre projekter; dels at vi anvender en meget enkel, enfaset varmepumpe til omdannelsen af el til varme. Det øger den samlede virkningsgrad på lageret – fra strømmen omdannes til varme, og til det kan leveres ud på nettet igen – til omkring 50 procent,« forklarer han.
Effektiv énfaset varmepumpe
Den énfasede varmepumpe, som drives af vindmøllestrømmen, komprimerer først atmosfærisk luft 30 gange, så den bliver 600 grader varm. Den varme luft kører man herefter gennem en varmeveksler, hvor den afgiver varmen til varmelageret, mens luften stadig er komprimeret. Derefter ekspanderer man den komprimerede luft til atmosfæretryk i en turbine, som sidder på samme aksel som motoren og kompressoren, og som derved hjælper med at drive kompressoren. Ved ekspansionen afkøles luften til minus 100 grader. Og så starter processen forfra.
»Modsat konventionelle varmepumper opererer vi ikke med en faseovergang i form af fordampning og fortætning, men det er stadig en varmepumpe. Vi tager luft fra atmosfæren ved omgivelsestemperatur og afleverer den igen ved en meget lavere temperatur. Det gør, at der afsættes mere effekt i lageret, end der bruges i motoren,« forklarer Stiesdal.
Han tilføjer, at varmepumpen ved de relevante temperaturer har en effektfaktor på måske 125 pct. Når det kombineres med en virkningsgrad på et dampkraftværk på 40 pct., giver det alt i alt en samlet elektrisk virkningsgrad på 50 pct. Resten bliver til varme, som i Danmark kan anvendes til fjernvarme.
Ifølge de foreløbige beregninger vil lageret kunne levere strøm til noget i retning af 60 øre pr. kWh, hvis man køber strømmen i perioder med lav pris. Det er – så vidt Siemens ved – den billigste sæsonlagerteknologi, der hidtil er udviklet:
»60 øre pr. kWh er naturligvis ikke en konkurrencedygtig elpris lige nu, men det er på den anden side heller ikke en urealistisk pris, som det f.eks. ville være tilfældet med batterier. Meromkostningen ved lagring vil i praksis kun belaste den andel af vindmøllestrømmen, som ikke bruges direkte. Og i takt med, at vindkraft fortsætter med at falde i pris, kan det tænkes, at vind plus lager med tiden bliver direkte konkurrencedygtig med andre energiformer,« siger han og tilføjer, at onshore-vindkraft i Danmark allerede er den billigste form for ny kapacitet, selv hvis man tillægger prisen for gasdrevet backup-kapacitet.
Andre eksisterende lagringsteknologier som konvertering til brint eller lagring som trykluft ligger indtil videre ifølge Stiesdal på noget over 75 øre pr. kWh. Batterier ligger på mange kroner pr. kWh.
Afprøvet og kendt teknologi
Stiesdal mener, at det interessante ved termisk energilagring er, at de fleste af teknologierne er kendte og afprøvede. Et stenlager kendes fra andre industrier og har også været brugt til lager for solvarme, og ved at holde temperaturen på 550-600 grader opnås der en god termodynamisk virkningsgrad, samtidig med at der kan bruges konventionelt stål til alle dele i systemet. Isolering af lageret vil også være relativt billigt, fordi volumen er så stort.
»Det er naturligvis rigtig interessant, hvis vi kan være med til at vise, at ellagring er en realistisk mulighed. Det kan flytte diskussionen væk fra det nuværende stade, hvor vi ofte hører, at vindmøller ikke kan være primær elforsyning, fordi man ikke kan lagre strømmen,« siger han.
Han mener, at man i stedet bør diskutere, hvilken af de forskellige lagerløsninger der vil vinde i sidste ende, og så komme i gang med at løse de praktiske udfordringer.
Derfor fokuserer Siemens nu på undersøgelser af den praktiske udforming af selve stenlageret:
»Vi leder efter mulige slanger i paradiset. Er der nogle skjulte problemer, som kan forhindre, at vi kommer i mål? Der er jo ingen garanti for, at innovative ideer som denne virker i stor skala,« siger han.
Siemens har – til undersøgelse af disse spørgsmål – bygget et lille forsøgsanlæg i Hamborg, og engang i løbet af 2015 håber man at kunne konkludere, om der er vanskeligheder, man ikke sådan lige kan overvinde, eller om vejen ligger åben til etablering af det første egentlige demonstrationsanlæg.
Sektionsleder på DTU’s Institut for Energikonvertering og -lagring Allan Schrøder Pedersen kalder det rigtig positivt, at Siemens prøver at gennemtænke nye koncepter for langtidslagring af strøm:
»Hvis de kan komme så langt ned i lagerpris som angivet her, er der et rigtigt stort potentiale for teknologien. Det bliver spændende at se, om det også kan lade sig gøre i praksis,« siger han.
