Siemens vil lagre strøm i kæmpe sandbunker

Et énfaset varmepumpearrangement er med til at give en virkningsgrad på 50 for et lagerkoncept for vindmølle­strøm, som Siemens Wind Power har under udvikling.

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:

(Klik for at forstørre grafikken)

»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.

Kommentarer (156)

Indeholder prisen på de 60 øre også omkostningerne til en dampturbine?

Mon de eksisterende kraftværker kunne bygge et lager til, og så supplere deres varme fra afbrænding med varme fra lageret. Så skulle de kunne udnytte deres eksisterende dampturbiner til at give en endnu lavere pris.

  • 9
  • 1

Så skal man bare tilknytte et køle/fryse-hus som kan benytte det iskolde luft direkte når der lades i varmelageret. Det ville reducere el-prisen yderligere.

  • 15
  • 2

TEKNISK
Det bliver spændende at følge - håber på en åben proces hos Siemens, der kan følges af alle nysgerrige - håber ing.dk vil være nysgerrig...
- Hvis man graver 20 meter ned, er der så ikke 50% billigere isolering?
- Hvis det er 35° varm luft der komprimeres, får man så problemer med for varmt lager?

REGLER
Der er visse afgifts- og produktionsregler i DK som nok skal ændres for et kommercielt liv. Bl.a. afgiftsfritagelse for strøm til kompressoren.

ØKONOMI
Det skal nok lade sig gøre at realisere selv med ikke optimale forhold - hvis altså teknik og regler kan fungere.

  • 4
  • 0

@ Thorkild Pedersen: Det er korrekt at helt nye kølehuse bruger meget mindre energi end ældre, men der er stadigt tale om et stort absolut energiforbrug - typisk el.

Generelt er ideen med at placere elproducent og elforbrug tæt ret god. Kalundborg har gode erfaringer med denne form for "industriklynge".

  • 5
  • 0

Det tænkte jeg også men det er heller ikke fra el til el. Man bruger jo en varmepumpe så man lagrer mere energi end man tilfører af el energi. Derfor bliver det en høj virkningsgrad fordi man tæller ikke den gratis varme fra atmosfæren med.

Faktisk får man ikke noget gratis fra atmosfæren. Man mister det samme igen når man kører med dampturbinen. Varmepumpen gør det blot muligt at komme tættere på den teoretisk maksimale virkningsgrad.

Man skal altid huske at varme er en dårligere "kvalitet" energi end elektricitet. 1 joule strøm kan blive til mere end 1 joule varme via en varmepumpe. Men på samme vis, så kan 1 joule varme ikke blive til 1 joule strøm. Via Carnot ligningen kan man udregne den teoretiske bedste virkningsgrad i begge retninger. Og de to effekter udligner hinanden, for ellers var det muligt at lave en evighedsmaskine.

En varmemaskines maksimale virkningsgrad øges jo større temperaturforskel der er imellem varmelageret og kuldelageret. For at få maksimal virkningsgrad, så burde de også gemme kulden.

  • 9
  • 1

Opvarmning til 600grader og dampmaskiner er noget af et problem, som ikke særlig mange materialer kan klare. Hvis det tænkte lager på 4km2 og 10m dybde er varmet op til 600grader bliver varmetabet voldsomt, flere hundrede MW og måske 5GWh om dagen. Det skal altså helst bruges dagligt for ikke at tabet bliver for stort relativt til den genvundne energi.
Metoden ser dog interessant ud trods ulemperne.

  • 3
  • 6

  • 2
  • 2

På Nordjyllandsværket har man røggas der er 1100 grader varm og i bevægelse på den ene side af røret og en damp der er 575 -600 grader på den anden.

Her har man sten der er 600 grader varme der ligger stille på den ene side og damp ved 4-500 C ?? på den anden.

Det kunne da godt give anledning til betydelige transport tab når varmen flyttes frem og tilbage

  • 0
  • 1

Ved udendørs installationer vil vand altid være et problem. Om det er varmelageret i Tønder hvor udsivning af vand vil kunne blive et problem, eller et sandlager ved Siemens, hvor indsivning kan volde problemer og tab.

  • 3
  • 3

Jeg syntes det er godt set, at når en varmepumpe tilvejebringer mere energi end det elektriske input, er det helt fint med en dampturbine+generator med en virkningsgrad på 'kun' 40%. I Sties­dals model har varmepumpen en effektfaktor på 1.25 og den samlede el-virkningsgrad bliver 50%. Men hvis vi kan forøge varmepumpens effektfaktor til 2 vil den samlede el-virkningsgrad blive 80% og vi vil stå med en betragtelig mængde varme til fjernvarmen.

Måske kunne man også forøge andelen af elektricitet ved at tilbageføre noget af spildvarmen fra dampturbine+generator til varmelageret i stedet for at sende det ud på fjernvarmenettet?. En traditionel varmepumpe (hvad dette godt nok ikke er) vil have bedre effektfaktor ved lavere delta T (højere input temperatur) , men måske falder denne varmepumpens effektfaktor i stedet, eller man når over de (jvnf. kommentarerne) problematiske temperaturer over 600 grader.

Men meget spændende princip!

  • 5
  • 1

Man skal altid huske at varme er en dårligere "kvalitet" energi end elektricitet. 1 joule strøm kan blive til mere end 1 joule varme via en varmepumpe. Men på samme vis, så kan 1 joule varme ikke blive til 1 joule strøm. Via Carnot ligningen kan man udregne den teoretiske bedste virkningsgrad i begge retninger. Og de to effekter udligner hinanden, for ellers var det muligt at lave en evighedsmaskine.


Men du glemmer den i praksis "uendelige energi" som tilføres processen fra atmosfæren som varme.
Siemens benytter her en varmepumpe med effektivitet på 1.25 og ender med en el-input til el-output effektivitet på 50%. Hvis deres varmepumpe i stedet havde en effektivitet på 3 (som jeg læser er forholdsvis normalt med en stempelkompressor) burde de få en større el-output end de har af el-input. Det er så vidt jeg kan se ikke nogen evighedsmaskine så længe man hælder store mængder varmeenergi i processen som ellers var en uudnyttet ressource. I praksis hælder man jo mere energi i processen end man får ud, det er bare kun el'en der koster noget.
Edit: Hvad er det jeg ikke ser? Hvis overstående virkelig kan lade sig gøre, hvorfor kører vi så ikke på en uendelige cyklus (begrænset af atmosfæren) af overstående?

  • 1
  • 2

Men du glemmer den i praksis "uendelige energi" som tilføres processen fra atmosfæren som varme.

Nej. Termodynamikkens love tillader ikke at man kan konvertere varme til arbejde direkte. Det kan hellere ikke lade sig gøre ad omveje, som f.eks. at bruge en varmepumpe i serie med en varmemaskine (dampturbine).

Man kan kun omdanne varme til arbejde hvis der er en temperaturdifferens mellem et varmelager og et kuldelager.

Carnot fandt en ligning for den maksimale effektivitet af en varmemaskine. Det viser sig at hvis der kun er en lille differens, så er den maksimale effektivitet meget lav. Og ved stor differens kan effektiviteten blive høj.

For varmepumper er det nøjagtigt omvendt. Hvis varmepumpen kun skal løfte temperaturen en smule, så kan den være effektiv. Hvis den f.eks. skal lave 20 grader til stuen, så er den effektiv. Men hvis den skal lave 600 grader, så kan den ikke være ret effektiv. Du kan beregne den maksimale effektivitet af en varmepumpe ved at tage den reciprokke værdi af Carnot ligningen.

På den måde finder du at hvis du sætter en varmepumpe og en varmemaskine i serie, og dermed skal gange deres effektivitet, så kan du maksimalt komme op på 100%. Men det er for teoretiske maskiner uden tab, så i virklighedens verden ender du noget under. Ifølge Siemens så kan deres system klare 50%.

Det er ikke forkert at sige at en varmepumpe der varmer stuen, at den henter energi fra atmosfæren. Men der er målet også varmen selv. Til opbevaring af elektricitet er der højest tale om at man låner varmen. Man er nødt til at betale tilbage, når varmen skal konverteres til strøm igen.

Det er klart at systemet er 25% mere effektivt end hvis man ikke lånte varme fra atmosfæren. Men at tro at der er uendelig energi der kan lånes, er misforstået. Det er umuligt at hente mere energi, end at det samlede system stadig har en virkningsgrad der er under 100%. For ellers bryder du reglen fra termodynamikken, som forbyder at du kan konvertere varme til direkte til strøm - hvis det kunne lade sig gøre, så var der ingen der gad vindmøller!

  • 6
  • 0

Interessant artikel.
Så man forestiller sig altså 4 Km2 jord, med rør pløjet ned i 10m dybde med 600 graders varm luft, og at det skulle varmes op med overskudsstrøm fra vindmøller. det skulle kunne dække det danske elforbrug i 10 dage.
Hvor varmt bliver dette lager i sig selv efterhånden som det lades op? Ville det give mening at lave thermal-bade, drivhuse og lignende ovenpå lageret ?
Vil nogen afgrøder bedre kunne dyrkes der? eksotiske frugter? eller vil jorden blive så knastør at den kun kan bruges som brakmark?

  • 0
  • 1

Hvorfor ikke varmt salt, eller andet som laver en faseovergang tæt på 600 grader? Dermed burde man kunne gemme væsentligt mere energi i samme volume.

  • 1
  • 0

Jeg ved ikke om der ligger noget økonomisk bag at vælge et stor fladt lager fremfor et mere kubisk.

Ellers vil jeg foreslå at vi bygger en skibakke og burger den kolde luft dér.

Lagring af højtemperatur varme er faktisk blevet diskuteret før her på ing
http://ing.dk/artikel/store-energilagre-kr...

Der skal selvfølgelig skelnes mellem energilager til strøm og til fjernvarme, idet damp til turbine selvf. ikke er 100C. Det glemte jeg vidst I skynding dengang i 2011.

Det vil være oplagt at lave fjernkøling på overskudskulden hvis den ikke kan bruges på anden måde. Men som vi har set med fjernvarme vil det nok også give nogle modstridende ønsker om hvordan man skal sammensætte vores energiproduktion og hvad der er "gratis" overskud. Om ikke andet så vil skatteministeren nok ikke acceptere at noget er gratis.

Mht formen vil en kugle selvf. give mindst overflade og dermed mindst tab, men mon ikke en kube vil være mere økonomisk når man skal købe jorden og bygge lageret.

  • 2
  • 0

Man er nok nødt til at have en regndækning over sandet for at nedsivende vand ikke trækker varmen ud af lageret. Ovenpå 4km2 vil der opstå pytter og bække, og det kan man ligeså godt systematisere i grid-mønster.
At have bygninger ovenpå vil mindske varmetabet, men besværliggøre vedligeholdelse.
Planter skal kontrolleres så deres rødder ikke skader regndækket.
Store mængder vand og is dannes når luften igen køles under de to faseskift-temperaturer.

Sand har vist en varmeudvidelseskoefficient på 30 gange mindre end stål, så det blir næppe et problem.
Derimod vil de meget lange rør bevæge sig, og de er svære at nå ned til.

Ligesom med pumpekraftlageret i balloner under sand, så planlægger Siemens nok en serie af stadigt stigende lagerstørrelser for at teste praktiske problemer i skaleringen.
http://ing.dk/artikel/efter-aars-forsoeg-v...
Men energitætheden er imponerende høj.

  • 1
  • 1

Efter at vi (også her i ing/debat) har set snesevis af lidt for "eksotiske" systemer til el-lagring, kommer der her et, der kan tænkes at fungere efter lidt forsøg og optimering. Alene ophavsmanden til ideen, HS, borger for kvaliteten!
En virkningsgrad på 50% er ca. dobbelt så høj som for "el-elektrolyse-brint-brændselceller-el"- systemer.
Det bliver godt nok dyr strøm, hvis den produceres til priser mellem 40 og 105 øre/kWh (i snit 60-70 øre/kWh) og gemmes med 50% virkningsgrad, altså totalt set 130 øre/kWh.
Men hvis vi (politisk) VIL have flere vindmøller, og stadig ønsker høj forsyningssikkerhed, så kan lagring jo være bedre end eksport til lave priser.
Super-godt forslag, som der bør arbejdes videre med. Bravo!

  • 8
  • 1

Mht formen vil en kugle selvf. give mindst overflade og dermed mindst tab, men mon ikke en kube vil være mere økonomisk når man skal købe jorden og bygge lageret.


Dét mener jeg ikke er tilfældet i praksis. Der skal 'bare lige' graves ud så man kan placere rørsystemet for energitilførsel i bunden efter lagt isolering, der skal kunne bære ovenliggende vægt. Rørnettet kan være konstrueret som delvis bæring af ovenliggende materiale. (Tak for kaffe !!! Statikeren skal i hvert fald have nye batterier i lommeregneren ;-D ) Derefter skal lagermaterialet udlægges. Sker ikke med polakker med skovl. Så skal der placeres udtagsrør, hvorover der skal lægges 'spejlmateriale' (varmerefleksion) og derefter afdækningsisolering.
10 m i dybden er vist passende i praksis, selv om teorien hensynsløst mishandler tanker hvor ikke alle parametre er medtaget (eller sådan noget ! :-D ).

Trist at grafikken ikke er drejet 90 grader, så den har et praktisk islæt. :-P
I øvrigt synes jeg der mangler et %-tegn i overskriften efter de 50. Det giver lige en faktor 100 mindre i effektivitet. Nå men jeg kører jo også på 'gamle batterier'. :-)

  • 0
  • 0

området over sandlageret måske bruges til lagerplads / lagerhal for biomasse eller træflis som varmetabet fra sandlageret derved hjælper med at udtørre.

Godt tænkt!
Jo mere biomasselager, desto bedre isoleringsevne. Grænsen mellem sandjord og biomasse skal så være skarp og robust nok til at gummigeden kan skrabe biomassen op i skovlen. Man kan fx have ½m barkflis hårdt sammenpresset, som ikke skader kedlen så meget som sand.

Jeg havde engang tænkt på at føre skorstenen under et biomasselager og bruge røgvarmen fra biomasseværk til at udtørre den friske biomasse, men gøggassen ville blive kølet og kondensere, til skade for skorstenen. Dit forslag er jo endnu bedre.

Fugtig biomasse der opvarmes kan dog få bakterier til at reagere til gasser o.lign, så måske skal det gøres i batch så høj ensartet temperatur kan sikres.

  • 1
  • 1

Tak for de mange bemærkninger og tanker om forslaget til et termisk energilager.

Jeg vil gerne svare på nogle udvalgte kommentarer:

Til Erik Petersen: Ja, vi regner pris på et komplet system.

Til Pascal d’Hermilly, Jesper Kofoed m.fl.: Ja, man kan godt udnytte kulden. Man kunne tænke sig et bidrag til økonomien fra indtægt til både fjernvarme og fjernkøling. Indtil videre har vi dog sat værdien af dette til nul, da man i mange lande ikke har så gode energisystemer, som vi har i Danmark.

Til Niels Vinding: I praksis vil man køre med frekvensomformer på den motor, som driver kompressoren, så man kan kompensere for variationer i udetemperaturen ved blot at køre lidt hurtigere eller langsommere.

Til Jonas Bruun Olsen, Svend Ferdinandsen m.fl.: Simple Carnot-beregninger giver ved høj og lav temperatur på hhv. 550 grader og 20 grader en teoretisk effektfaktor på 155% for varmepumpen og en teoretisk virksningsgrad på 64% for det termiske kraftværk. Ikke så overraskende får man 100%, hvis man ganger de to tal sammen – processerne er jo inverse. Men så godt er det selvsagt ikke i praksis. Der er tab alle vegne i systemerne i form af ikke-ideelle maskiner (motorer, kompressorer og turbiner osv.), temperaturgradienter i hvarmevekslerne, varmetab osv. Derfor er mere realistiske forventninger en effektfaktor på 125% for varmepumpen og en virkningsgrad på 40% for kraftværket – hvilket giver 50% i alt.

Til Morten Petersen, Ole Munk Riberholt m.fl.: Tanken er, at varmelageret skal være langt – gerne mange hundrede meter. Derved kan man opnå, at den ene ende altid er varm og den anden altid kold. Når lageret oplades, er resultatet, at det faste stof (sand, sten eller lignende) kommer op på høj temperatur længere og længere henne i lageret. Det omvendte sker, når man aflader. Man flytter så at sige en temperaturgradient frem og tilbage – men den varme ende er altid varm, i hvert fald indtil lageret er næsten tømt. Fordelen er, at man så altid har maksimal varme til varmeveksleren på kraftværket, og dermed maksimal virkningsgrad. Lageret skal isoleres med et par meter mineraluld på alle sider, så det bliver ikke varmt udenpå. Med den tykkelse af isolering vil varmetabet være på nogle få procent om ugen. Nedenunder og ovenpå skal der være en membran for at beskytte mod regn m.v., og ovenpå igen et jordlag. Og, ja, man vil kunne dyrke afgrøder ovenpå. Men om man så vil i praksis er måske et spørgsmål.

Til Baldur Norddahl: Det duer ikke med salte ved 600 grader – almindelige salte dekomponerer ved disse temperaturer. Og desuden vil et hvilket som helst kemikalium, selv køkkensalt, det være alt for dyrt i forhold til blot at bruge sand eller sten.

Til Holger Skjerning: Tak for de venlige ord – når de kommer fra dig, bliver jeg selvsagt rigtig glad! Med hensyn til prisen, så er logikken i beregningen, at man køber energi til lageret, når prisen er lav. Vi har brugt middelværdien for den laveste 10%-fraktil på EEX. Den er 1.8 cent pr. kWh, svarende til ca. 12 øre pr. kWh. Hvis man køber, når prisen er høj, bliver det alt for dyrt at oplagre elektricitet. Herhjælper det, at man har et stort lager med lille tab - så venter man bare, til prisen er lav, før man fylder på.

Til sidst en helt generel bemærkning - der er naturligvis ingen garanti for, at dette koncept bliver den endelige løsning, og det kan sagtens tænkes, at nogen kan komme med noget bedre og billigere. Teknologierne i vores koncept er enkle, men der er stadig mange forhold omkring selve lageret, som skal afklares. Om der for alvor er slanger i paradiset, finder vi forhåbentlig ud af i løbet af 2015. Men det er i hvert fald morsomt og udfordrende at arbejde med!

  • 18
  • 0

I England har man i mere end 30 år kunnet købe el-radiatorer med indbygget stenlager.
Hvad er det nye egentlig ?

  • 1
  • 2

Lodret fordeling forstås, men den vandrette via sten og sand ..... Prøv lige i praksis med 600 grader i den ene ende af en ½*½ m sandkasse og tjek op hvor stor en temperatur man får i den anden ende når man trækker energi dér ved mindst 150⁰ (bare for at kunne lave lidt damp). ;-)
Tvivler på at man kan betragte varmelagerets akkumulering som en "stempelvandring" - altså i praksis.

  • 0
  • 0

Ja, det er netop, hvad vi indledningsvist prøvede i praksis I fores testecenter i Brande, dog i lidt større skala end ½x½ m.

Men du har sådan set galt fat i det, når du spørger til at varme den ene ende op til 600 grader og så forsøge at trække energi fra den anden ende. Den situation forekommer ikke i konceptet.

Når man lader på lageret, tilfører man varm luft fra den ene ende. Luften afsætter sin varme under passage gennem lageret og kommer kold ud af den anden ende. Når man aflader, tilfører man kold luft fra den anden (kolde ende). Luften optager varme under passage gennem lageret og kommer varm ud af den første (varme) ende. Derfra går den til dampgeneratoren og kommer kold tilbage til den kolde ende.

Det kan selvagt godt tænkes, at konvektion i luften inde i lageret med tiden vil forårsage en udjævning af temperaturgradienten fra varm til kold ende, men det kan man relativt let forebygge med nogle isolerede tværvægge i lageret.

Det er for at undersøge disse forhold nærmere, at vi har bygget et egentligt forsøgsanlæg i Hamborg. Her taler vi lagerdimensioner af størrelsesordenen adskillige meter på hver led, go det giver mulighed for en ordentlig eftervisning ved forsøg.

  • 10
  • 0

Spændende koncept.

Engelske Isentropic har arbejdet med et lignende koncept siden 2010.
Deres system bruger dog argon i et lukket kredsløb i stedet for luft fra omgivelserne.
Til udvinding af elektriciteten benytter de sig af en andet koncept, der også gør brug af den ekstreme kulde kompressoren frembringer ved lagring.

De påstår at kunne opnå en roundtrip effektivitet på over 70%.

http://www.isentropic.co.uk/Energy-Storage...

Måske vil det give mening at dele erfaringer med dem?

  • 1
  • 0

Ja, vi kender udmærket Isentropic. Ud over dem er der også andre spillere, som ser på termisk lagring.

Der er et par væsentlige forskelle mellem vores concept og det, som Isentropic har fokuseret på. De anvender specielle stempelmaskiner, både op op- og afladning, og det indebærer, at de aflader med en luftmotor. For at få en god virkningsgrad, sigter de mod meget høje temperature, særlige keramiske materialer, osv. Vi burger i stedet konventionelle, roterende maskiner og et super-primitivt lagermedium.

Jeg vurderer, at Isentropics system kan have en fremtid til systemer rettet mod korttidslagring i moderat størrelse, eksempelvis til nødstrøm. Jeg tror dog ikke, det har nogen fremtid ved energiniveauer, der er relevante på egentlige elsystemer.

  • 9
  • 0

Jo, det er der. Derfor er man i praksis nødt til at køre med et lukket system, der opererer med tør luft. Man har så en varmeveksler efter kompressoren, så man kan komme af med varmen, og en mere efter expanderen, så man kan komme af med kulden.

Der kan også tænkes at komme isdannelser på den kolde varmeveksler, men det findes der relativt konventionelle teknologier til at håndtere.

  • 6
  • 0

Problemet med Isentropics ide er at varmelaget skal kunne holde til 12 Bar overtryk. Skærver er billige, store trykbeholdere er knapt så billige.

  • 5
  • 0

@ Henrik Stiesdal

Meget spændende projekt! Og tak for uddybningerne. :)
Er det muligt at få noget at vidde om hvad materialer til rør og isolering tænkes lavet af, samt membram? Almindelig mineraluld med opsuget vand er vel et problem.

  • 2
  • 0

Mange tak til Henrik Stiesdal, både for uddybninger og for forklaringer, både her og på andre medier. Det er oplivende at få så realistiske meldinger omkring de udfordringer som energilagring står over for, specielt omkring økonomien. Sandheden er jo, at det er meget svært at få økonomi i energilagring.
Derfor kan det også undre, at Siemens her bruger en luftkompressor/expander til at oplade lageret og et dampkraftværk til at aflade. Alt andet lige måtte der kunne findes løsninger, hvor man bruger (næsten) den samme maskine til at op- og aflade, og det må alt andet lige være billigere.
Jeg kan godt se ideen i at bruge kendte løsninger (og Siemens laver vel også dampkraftværker), men var det ikke på tide at rykke teknologien en tak og finde en løsning, der kan bruges begge veje?

  • 2
  • 0

  • 0
  • 0

findes løsninger, hvor man bruger (næsten) den samme maskine til at op- og aflade, og det må alt andet lige være billigere

Alt andet er ikke lige - en fluid der kan klare kravene til høj og lav temperatur kan koste mere end en ekstra maskine.
Omvendt kan man spare kompressoren ved at bruge lageret i solkraftværker, hvor varmen går mere direkte ind i lageret uden at skulle konverteres via strøm. Temperaturen er cirka den samme, og ifølge Siemens skulle et sandlager være betydeligt billigere end smeltesaltlager.

NaCl har smeltetemperatur på 800 og kogetemperatur på 1400, begge grader Celcius. Et eutektisk salt smelter i nogle tilfælde omkring 280gr. Eller salpeter+natriumnitrat smelter omkring 350, men dekomponerer under 400gr i de cirka 6 anlæg over 100MW der har termolager. En tank på størrelse med en dansk kornsilo har en kapacitet på omkring 1GWh.

Hvilke tunnelsystemer egner sig til varmelagring via luft ? Så slipper man for gravearbejdet, og vedligeholdelsen bliver nemmere. Måske kan man endda slippe for rørene, hvis tunnelen er tæt nok.

  • 1
  • 0

Hej Morten

Så længe temperaturen er under knap 600 grader, kan man anvende almindeligt stål. Luften skal blot være tør. Til isolering kan man anvende almindelig mineraluld, som Rockwool eller glasuld. Og ja, man skal sørge for, at isloeringen ikke bliver våd.

Temperaturgradienten vil være sådan, at ydersiden af mineralulden vil være stort set på omgivelsestemperatur. Derfor kan man anvende en almindelig plastmembran.

  • 3
  • 0

Hej Tage

Ja, man kan godt anvende en luftturbine i stedet for et dampkraftværk, og så vil man operere med det, man kalder en Brayton cyklus. Det er den, man bruger i en gasturbine. Det havde jeg egentlig også i tankerne til at begynde med, men når man så går lidt mere i dybden med beregningerne, viser det sig, at virkningsgraden bliver for dårlig ved de temperaturer, vi opererer med. Hvis man skal have en ordentlig virkningsgrad med en luftturbine, skal man operere på meget højere temperaturer, over 1000 grader, og så er man ovre i en helt anden prisklasse.

Det, at vi kan få en rimelig virkningsgrad ved overkommelige temperaturer er årsagen til, at vi har valgt at bruge en konventionel Rankine-cuklus (med damp) til afladningen.

  • 5
  • 0

Hej Niels

Det, vi gør, er at pumpe luften gennem en dampgenerator, en såkaldt HRSG (for "Heat Recovery Steam Generator"). Sådan en bruger man i et Combined-Cycle kraftværk. Her har man først en gasturbine, som forbrænder brændslet. Den har en forholdsvis varm udstødningsluft, og denne udstødningsluft leder man så igennem en HRSG, der laver damp til en dampturbine. På den måde udnytter man brændslet bedst muligt.

En HRSG er således et standardprodukt, og det gør, at prisen er overkommelig.

Luften skal pumpes, men trykfaldet er ganske beskedent, af størrelsesordenen tiendedele af en bar.

  • 4
  • 0

Thomas Gade:
"Alt andet er ikke lige - en fluid der kan klare kravene til høj og lav temperatur kan koste mere end en ekstra maskine"

Nu er det jo sådan, at fluiden allerede kører i kompressoren/expanderen, og leverer de ønskede temperaturer. Så der er altså ikke tale om at skulle skaffe en ekstra fluid til afladningen, "blot" at fixe det sådan at samme proces kan bruges til både op- og afladning.

Henrik Stiesdal:
"Hvis man skal have en ordentlig virkningsgrad med en luftturbine, skal man operere på meget højere temperaturer, over 1000 grader, og så er man ovre i en helt anden prisklasse."

Det er korrekt, hvis man tænker på luftturbiner sådan som de drives i dag, hvor man afbrænder et brændsel og skal have et højt kompressionsforhold for at få en høj virkningsgrad.
Men prøv lige at tænke ud af boksen, og overvej fx en nær-isoterm kompression, som det fx udføres af LightSail og en del andre:
http://www.lightsail.com/
Hvis kompressionen kan udføres nær-isotermt, kan man få fornuftige virkningsgrader også ud af temperaturer som i Siemens sand-lager.
Men processen ville naturligvis aldrig vinde indpas til jetmotorer til fly (hvor det store styktal er), fordi det ikke giver mening i den sammenhæng.
Med andre ord: Ryk nu lige et skridt videre end "kendt teknologi", for der er ikke nogen kendt teknologi, der er optimeret til energilagring (bortset fra batterier, off course, men de er jo for dyre)

  • 0
  • 2

Hej Henrik

NU har jeg haft nogle af de samme overvejelser med at lagre energi i sten og sand og bruge luften til at flytte energien fra lagret til dampsystem, men dog ikke varmepumpeprincippet ved luften.

Forskellige gamle overvejelser se http://ing.dk/artikel/tysk-elnet-ved-kolla...

Jeg valgte så molten salt i stedet for at arbejde videre med, efter princippet her se http://nhsoft.dk/work/FG23/Maj/Termisk-var... Fordi energien fra strømmen kan meget koncentreret afsættes i væsken via en el-patron og man kan gemme og genvinde energien igen ved en meget høj temperatur. Noget som jeg ser en meget stor fordel ved, sammen med princippet i dampsystemet (carnot)

Eller princippet vægter netop el-energiens høje xergi og netop muligheden for at gemme denne høje temperatur i det termiske lager. Når carnot-processen i kedelsystemet i praksis omsætter de høje temperaturer via overhedningen til mekanisk arbejde i dampsystemet og efterfølgende via dampturbinen, når energikilder med lavere temperaturer i kedelsystemet herefter kan bruges til at koge dampen under tryk.

Eller i praksis gemmer man el-energien i saltet ved at opvarme fra måske 350 til 600 c' og denne energi fra det termiske lager ender så efterfølgende 100 % til overhedning i dampsystemet og omsættes derefter 100 % til mekanisk arbejde (el). Og de lavere 'kvalitets energikilder' som halm, affald eller en udstødning fra gasturbinen, kan så overvejende forbruges til at koge dampen under tryk men også til at overhede damp.

Energien til kogning under tryk i kedlen her ender næsten den sammen energimængde i kondensatoren (havvand eller fjernvarme).

Jeg mener bestem at prisen for at gemme og genvinde møllestrømmen kan komme endda noget længere ned end de 60 øre/Kwh, netop set i den sammenhæng, at det samlede system her via den høje xergi fra møllestrømmen via det termiske lager, trækker den samlede el-virkning op på brændslerne, som bruges sammen med den lagrede møllestrøm, og herunder også for energien fra gasturbinens røggas.

  • 1
  • 0

nær-isoterm kompression, som det fx udføres af LightSail

Hvad er temperatur-intervallet ? Det var ikke lige til at finde på deres site. PhD som 17årig er iøvrigt imponerende.

LS angiver 60-70% effektivitet, og det er også bedre end Siemens' 50%. Men 20 cent (=1kr) per kWh er ikke billigere end Siemens' 60øre (begge er deres påstande). Det skyldes formentlig tryklufttankene som er ret dyre, og som næppe egner sig til el-lagre i GigaWatt-timer-klassen. Jeg tror ikke Energinet.dk vil ofre sine salthorst-kaverner som trykluftlagre, men måske vil man udskylle nye.

Mon ikke Siemens ønsker at minimere risiko, og bruge kendt teknologi i første (og anden omgang) og se konceptet virke. Derefter kan man kigge på optimeringer; som kunne involvere varmelagring i vand som LS.

fluiden allerede kører i kompressoren/expanderen, og leverer de ønskede temperaturer

Temperaturen er -100gr efter expanderen, det kan vand næppe være med til. Om tilsvarende effektivitet kan opnås med plusgrader må vi se; man ville undgå frostgrader med stempelprocessen - er det godt eller skidt ?

  • 1
  • 0

Men du har sådan set galt fat i det, når du spørger til at varme den ene ende op til 600 grader og så forsøge at trække energi fra den anden ende. Den situation forekommer ikke i konceptet.


Dét håber jeg da også ;-D Den grafiske illustration lægger blot op til tanken. :-)
Lageret skal så ikke lagre med 'samme temperatur' i mediet (sand og sten), som man ser det i buffertanke til f.eks. varmt brugsvand, men som en lang liggende "tank" der er varm i den ene ende og 'kold' i den anden.
Jeg ser så for mig, at luftrørene er blandet godt over tværsnittet i stedet for at have varmetilførende rør i bunden og aftagende rør i toppen ca. 10 m højere oppe. Der arbejdes så også med rette rørføringer fra den ene til den anden ende.
Der spares en mængde ved blot at bruge en manifold i hver ende i stedet for at skulle svejse rørbøjninger på hvert enkelt rør for at løbe 'varmluften' frem og tilbage flere gange (en slags gulvvarmeslange).

Det var såmænd blot fordi jeg mangler nogle parametre til konstruktionen. ;-D
Jeg vil da blot lige sige at idéen er OK. Nå men dét har I jo allerede konstateret.
Spørgsmålet er kun, HVOR god den er. Den skulle jo gerne være så god, at man kan sælge konceptet til adskillige kunder. ;-D

  • 0
  • 0

Hvis nu man byggede møllevingerne i bly, ville de fortsætte med at snurre efter vinden har lagt sig. Var det en mulighed, eller er der noget jeg ikke ser?

  • 0
  • 7

"Det virker snedigt nok, men hvordan faar du trykket til at stige saa du kan drive en turbine. Hvorfor loeber den opvarmede luft ikke bare tilbage mod den kolde ende?"

Det varme luft flytter sig via vægtfyldeændringer eller termik, og afsætter effekt ved at koge damp og overhede damp i et alm kedelsystem som på et kraftværk. Altså de varme luftmasser erstatter kul- eller gasflammen på et alm. kraftværk.

Jeg udtrykte mig klodset, det jeg puslede over var egentlig hvordan dampen ved den skal loebe til turbinen og ikke tilbage til vandtanken. Det maa vaere samme problem i et almindeligt kraftvaerk saa der er helt sikkert en fix loesning. Pumper man vandet ind i kedlen under tryk eller har man et ventilsystem og flere parallelle roer saa et roer koger tomt ad gangen, en ventil lukker mod turbinen, trykket saenkes til atmosfaeretryk, vand haeldes paa igen og ventilerne skifter position igen?

  • 0
  • 0

Siemens og deres lyse hoveder, altså.

Tillykke med det det flotte projekt som vi ønsker Jer held og lykke med.

Små nødstrømsanlæg:

Man kommer jo til at tænke på at fremdrive tomater og eksotisk frugt med den billige el og overskudsvarme.

Hilsen

Bodil og Knud

  • 1
  • 0

Luftmodstanden vil bremse vingerne.

Blyvingerne skulle have samme profil som alle andre vinger. Og lagringen af energien ville have en effektivitet på 100% fordi den ikke skal over i et andet medie.

Lad os få alle idéer på bordet, uden et lagringsmedie er vindenergi jo håbløst. Idéen med sten-lagring er også sjov, selvom det nok mest er på papiret det virker ;-)

Peter og Erna

  • 0
  • 11

Så man forestiller sig altså 4 Km2 jord, med rør pløjet ned i 10m dybde med 600 graders varm luft

Nej, hvis du laver et lager på 2 x 2 km så kan du kun sælge overskudsvarme som fjernvarme til et enkelt område. 4 km2 er den samlede størrelse som ville dække Danmarks forbrug i et antal dage i tilfælde af vindstille.

Og det giver ikke mening at kigge på gennemsnitsprisen for vindmøllestrøm (som HS har nævnt). Det er i stedet den billige strøm som bliver solgt til udlandet man skal kigge på / de kigger på.

  • 1
  • 0

Lad os få alle idéer på bordet, uden et lagringsmedie er vindenergi jo håbløst. Idéen med sten-lagring er også sjov, selvom det nok mest er på papiret det virker ;-)

Et nærliggende lagringsmedie er at lade det kul blive i kuldyngen som brændes af i kraftværkernes kedler og afholde sig fra at brænde det af, når der ikke er brug for kraftværksproduceret strøm, når møllerne eller billig strøm fra udlandet dækker landets behov for strøm. Ved den nuværende møllekapacitet var der sammenfald for hele 99,5 % af møllernes produktion og forbrug i 2013.

  • 1
  • 2

Blyvingerne skulle have samme profil som alle andre vinger.

Selvfølgelig. Og derfor har de en stor luftmodstand.

Og lagringen af energien ville have en effektivitet på 100% fordi den ikke skal over i et andet medie

Den mekaniske energi skal omsættes til elektrisk energi.

Det ville være bedre at have et svinghjul indbygget i mølletaarnets fod.

Vi kunne alle have et svinghjul i haven. :-)

  • 0
  • 1

Man kunne også (i teorien) have SAND i vingerne, hvis de var hule, så kunne sandet trække vingen rundt på nedturen. ;-D (Kun for at komme lidt tilbage til emnet med energiopbevaring i sand :-) )

Alle de svinghjul vil støje aht, så de får kun lov til at snure om dagen. De skal også godt op i omdrejninger og have nogle ret store udhuse til at snurre i.

(Jeg skal IKKE have sådean en unit - heller ikke, hvis jeg fik den foræret! ;-D )

  • 1
  • 0

Når vi snakker energilagring i Siemens og med eksterne partnere, skelner vi ofte mellem inertilager, korttidslager og netskala-lager.

Inertilager er den opsparede energi, der skal til for at sætte møllen i stand til at yde netsupport ved kortvarige spændingsdyk. Her taler vi varigheder af størrelsesordenen hundreder af millisekunder. Energimængden pr. vindmølle måles i hundreder til nogle få tusinde kJ, afhængig af møllestørrelsen.

Korttidslagring er den lagring, der skal til for at sætte møllen i stand til at yde mere avanceret netsupport, i form af ramp-up, black start osv. Her skal man op i noget af størrelsesordenen 15 minutter til en times tid. Den nødvendige energimængde pr. vindmølle er her typisk på éncifrede millioner af kJ, svarende til noget omkring 1000 kWh.

Netskala-lagring er lagring af elektricitet med henblik på at kunne levere vindstrøm også i perioder, hvor vindproduktionen ikke står mål med forbruget. Her taler vi dages varighed, og den nødvendige energimængde pr. vindmølle er hundredtusinder af kWh.

En vindmøllerotor med glasfibervinger har typisk en rotationsenergi svarende til 1-2 sekunder ved fuld effekt. Det rækker til inertirespons, men ikke til mere. Det hjælper iikke at gøre vingerne tungere i spidsen - der skal så meget ekstra vægt til for at komme på blot 10 sekunder ved fuld effekt, at det vil være helt urealistisk at dimensionere vingerne til den ekstra vægt.

Svinghjulslagring kan godt bygges med pæne energimængder til f.eks. nødstrømsanlæg, men det kræver specielle konstruktioner, og erfaringen viser, at det som regel ikke er økonomisk konkurrencedygtigt i forhold til enklere batteriløsninger.

Med hensyn til korttidslagring er den oplagte løsning batterier. Og det er til netskala-lagring, at vi ser på sandlageret.

  • 13
  • 0

@Henrik Stiesdal
Det må være en betragtelig mængde rør der skal igennem lageret, så mit spørgsmål er om du tænker at bruge de samme rør til både opladning og afladning. Der er jo ikke meget ide i at kunne køre parallelt.
Et andet spørgsmål er om andet end almindelig luft kunne give en fordel.

  • 1
  • 0

Interessant projekt.

  • kunne der opnås fordel hvis man direkte på møllens rotationsaksel monterede en hydraulik "pumpe" som "pumpede" ned til en tilsvarende pumpe/kompressor ved møllens fod. På den måde kunne "varme processen" være i en betonkonstruktion (10x10x10m) (med sten indeni) omkring møllens fundament.

Hvis man f.eks. testede en sådanne helhed, ved nogle bynær vindmølle ( Frh. havn ) kunne "køledelen" køle byens butikker ( og byens nye ishockey hal ) og "varmedelen" kunne give byens fjernvarmekunder varme og "dampdelen" kunne give havnens virksomheder billig EL til også at oplade skibes batterier.

Borgernes værdi, af bynære vindmøller kunne dermed øges og boligforeningerne, byen´s butikker mm kunne blive nye interessenter til bynære mølleprojekter.

  • 1
  • 0

Der er noget helt galt med teksten i grafikken ! 30 X kompression giver en temperatur der er meget, meget højere end de 600 C grafikken angiver.

I en korrekt beregning skal man i det mindste benytte [K] i stedet for [C] - og så skal man regne adiabatisk i hvert kompresionstrin.

Uden at have regnet på det, så vil jeg gætte på at kompressoren øger trykket med 2-3 gange.

  • 0
  • 0

Temperaturen på varmelager må være bestemt af dampturbinens maksimale virkningsgrad til 600 grader, når der aflades. Der kunne bruges isolerede aflange ståltanke med varmevekslerrør monteret udvendig til aflader (vand til damp). Så til forsøg kunne tænkes ståltanke i lastbilstørrelse, som blev isoleret og fyldt op med lagermedie (sand/småsten). Luften på 30 bar og 600 grader indblæses så i den ene ende og kommer kold/afkølet i den anden ende. Der kunne være en styring af aflader varmevekslerrør i sektioner, således at temperatur af damp til turbine er optimal. Mindste størrelse af lageranlæg er nok bestemt af varmepumpe/dampturbine omkostninger.

  • 0
  • 0

Sprogø - kunne et test system ( 10x10x10m ) placeres ved Sprogø - hvorved en energimængde kunne fungere som nødstrøms backup til tunnelen ? Der er vindmøller og god plads ved Sprogø, til evt. senere at udbygge til en større helhed, som måske også kunne bruges til EL nettet.

  • 0
  • 2

Nej, af flere grunde mener jeg ikke, at det er nogen god ide at have en pumpe på hovedakslen, i hvert fald ikke for vindmøller af den størrelse, de danske fabrikanter har deres levebrød på.

For det første er virkningsgraden af et hydraulisk system for lav i forhold til virkningsgraden af et elektrisk system. Man støder fra tid til anden på påstande om, at NU er der kommet et supereffektivt hydraulisk transmissionssystem, men realiteten er, at hydraulik fortsat er for langt fra de virkningsgrader, man kan opnå med elektriske systemer.

For det andet er det meget store flow og tryk, der skal til. Vi taler 150 l/s ved 200 Bar for at overføre 3 MW. Der er ganske enkelt ikke attraktivt.

Endelig giver energilagringen kun mening, hvis det er undtagelsen, snarere end reglen, at der skal oplagres strøm. Husk, at "round trip" virkningsgraden kun er 50%. Vi skal helst derhen, at 3/4 af energien eller mere leveres direkte til forbrug, og kun 1/4 skal om ad et lager. Derfor er det bedst at have elektricitet som den primære energibærer.

  • 8
  • 0

Ja, hvis man opererer med et rørsystem, vil det eneste rigtige være at bruge de samme rør til op- og afladning.

Der findes andre arrangementer end rør, og det mest enkle er et stenlager. Men også her bruger man de samme manifolder i de to ender til både op- og afladning.

  • 2
  • 0

Jeg glemte at svare på det med, om andet end almindelig luft kunne give en fordel.

Ja, man kan med fordel bruge en mono-atomisk gas som f.eks. argon. Den har en større temperaturstigning ved kompression end de di-atomiske gasser N2 og O2, som udgør hovedparten af atmosfærisk luft.

Det lyder måske lidt eksotisk med argon, men i virkeligheden er det en forholdsvis billig gas, så det betyder intet i det samlede økonomiregnskab, hvis man skulle vælge denne gas frem for tør atmosfærisk luft.

  • 9
  • 0

Nej, det er nu ikke korrekt, at 30 x kompression giver en temperatur, der er meget, meget højere end 600 grader.

Med udgangspunkt i en begyndelsestilstand ved trykket Po og temperaturen To giver adiabatisk kompression af en gas til et nyt tryk P en ny temperatur T, som kan beregnes med formlen

T = To (P/Po)^((k-1)/k)

hvor k er forholdet mellem gassens varmefylde Cp ved konstant tryk og dens varmefylde Cv ved konstant volumen. For en diatomisk gas er k = 7/5 = 1.4.

Hvis man indsætter i denne formel og har startbetingelser på To = 20 grader C = 293 K og Po = 101300 Pa, får man ved en kompression på 30 gange en sluttemperatur på 778 K = 505 grader C. Men nu er ens kompressor ikke ideel, og dens tab giver et varmebidrag. Afhængig af kompressoren kommer man op i nærheden af 575 grader C.

  • 6
  • 0

Ja, rent principielt kunne man godt lave et system som beskrevet. Af praktiske årsager er det nu bedre at bruge varmevekslere. Så kan man holde det trykbærende system til kompressor, expander og varmevekslere, og på den måde kan man bedst muligt sikre, at luften er ren.

Hvis den luft, der skal igennem kompressor og turbine, også skal igennem varmelageret, giver det to problemer, For det første kræver det en meget stærk skal omkring varmelageret, hvilket ikke rigtig duer ved store energimængder, og for det andet kan det være svært at undgå, at der rives støv med fra lageret og ind i turbinen, hvilket kan give anledning til erosion.

Som vi forestiller os anlægget, cirkuleres der luft gennem det ved atmosfæretryk, og lager-luften holdes helt adskilt fra luften i kompressor og turbine.

  • 6
  • 0

Hej Henrik

Tak for dine mange gode svar her på tråden.

Har du mulighed for at uddybe hvad I har antaget omkring driften af lageret?
1. Hvor mange op- og afladninger i forudsætter på et år?
2. Er der samme kapacitet på op- og afladning? Der kan være en fordel i at dimensionere dem forskelligt afhængigt af hvilket elsystem de skal indpasses i (særligt hvis elproduktionskapacitet honoreres gennem en særskilt betaling).
3. Du skriver at I bruger 10 %-fraktilen. Ligger der nogen særlig optimering bag dette valg af driftstid og CAPEX/OPEX?
4. Har du mulighed for at skrive hvad I forventer af pris per MW.

På forhånd tak.

Jeg ønsker jer al mulig held og lykke med projektet!

  • 2
  • 0

Brug den negative energimængde fra ekspansionen af luften til at køle turbinekondensator og opnå højere virkningsgrad på kraftværket.

Det må være store mængder kulde her tales om, nok alt for meget til et køle/fryse hus.

Mener at have hørt at "kulde" fra fordampning af Flydende naturgas som ankommer til Rotterdam i Holland bruges til at øge virkningsgrad på et termisk kraftværk i nærheden.

Ognu man er igang: Luften som ekspanderes i turbine, den kan ekspanderes endnu længere ned og producere flydende O2 og N2, O2 kan bruges til afbrænding af kul og CO2 capture vil blive "nem" når nu N2 er ude af ligningen.

  • 0
  • 0

Ja, selvfølgelig er det mest økonomisk, hvis varmelager kun er på atmosfærisk tryk, altså 1 bar. Varmeveksler på lader/afladerside skal så have ventilatorer som styres, så luften fordeles optimalt. Til forsøg kunne tænkes ståltanke af lastbilstørrelse monteret i forlængelse af hinanden, således at indholdet af lagermediet blev opvarmet/afkølet i sektioner, afhængig af opladningen af energi i lageret. Dog med mindst én af sektionerne på 600 grader, resten med lavere temperaturer. Isolering tykkelse omkring tanke mindst 1 m.

  • 1
  • 0

Måske var det bedre at vente til fusionsenergien kommer? Så er der jo rigeligt med energi til alle, og de grimme vindmøller kan vi pille ned. Olie er jo også meget billigt for tiden fordi USA er blevet net eksportør. Så det bliver dyrt i arbejdspladser at forsøge at konkurrere på vindenergi.

  • 1
  • 19

Ud fra de opgivne værdier, har jeg regnet mig frem til, at kompressionen er fuldstændig adiabatisk, idet polytropeksponenten er 1,42 svarende til luft, betragtet som en idealgas. Dvs. processen ikke indeholder irreversibilitet, hvilket nok er lidt urealistisk. I kompressorer af stempeltypen er polytropeksponenten typisk omkring 1,35 og anses for noget dårligere ved kompression med strømningsmaskiner.

  • 0
  • 0

@ Henrik: det er lidt et definitionsspgsm.

I min verden betyder en kompression på 30x at tætheden af molekyler er 30x større. I den situation vil temperaturen være langt højere end ca 600 C.
Hvis 30x kompression betyder til et 30x højere tryk, så er grafikken rigtig.

Når man i motorlære taler om kompressionsforhold, så er det i betydningen forøgelse af tæthed, ikke forøgelse af tryk.

Det er i øvrigt en genial ide at tappe ekstra energi af mediet. Jeg håber I får succes med denne teknologi.

Mvh

  • 4
  • 0

Hej Carsten

Det er nogle god og relevante spørgsmål, som er top-aktuelle, når man ser på økonomi i lageranlæg.

Vi har valgt en bestemt konfiguration og en bestemt op/afladningscyklus, som kan bruges ved vurdering af alle relevante teknologier. Den er ikke optimeret til det termiske lager, men er nogenlunde realistisk for alle lagertyper.

I denne konfiguration er lageret ”symmetrisk”, dvs. der er samme kapacitet på op- og afladning, og det ser en cyklus én gang i døgnet. I denne cyklus op- og aflades det 20%.

Angående symmetrien, så vil man på store lagre have fordel i at have større kapacitet på opladning end på afladning. Ved stor vind-andel er der nemlig et større spænd i effekt fra det laveste forbrug på nettet til produktions-peaken (altså den situation, hvor man lader op), end der er fra det højeste forbrug på nettet til den samlede effekt af biomasseproduktion, import m.v. (altså den situation, hvor man supplerer med effekt fra lageret).

Angående antagelsen om døgncyklus, så vil en operatør med fordel kunne køre en døgncyklus, selv når vi ser på et langtidslager, fordi der er stort prisspænd mellem nat og dag-peak. Man kan naturligvis ikke regne med, at dette prisspænd holder – jo mee lagerkapacitet på nettet, desto mindre bliver det. Men alligevel er det fornuftigt at regne med, at man nok har en døgncyklus.

Angående antagelsen om 10%-fraktilen – nej, der ligger ingen videnskab bag dette, ud over en antagelse om, at det varer længe, før der på det europæiske net kan tænkes at være opbygget 10% lagerkapacitet. Derfor vil den laveste ende af prisspændet være tilgængelig for et langer i en del år frem.

Endelig angående prisen pr. MW og pr. MWh – nej, det vil jeg indtil videre tillade mig at regne som hørende til privatlivet. Dels skal vi først lige sikre os, at konceptet rent faktisk virker, dels vil prisen variere en del med omstændighederne (størrelse, placering), og endelig er der et par tricks, som vi endnu har til gode at checke om virker, og som påvirker prisen. Men hvis man gerne selv vil regne på et lager, kan man måske forsøge sig med 1 EUR/kWh for lageret og 500.000 EUR/MW for op- og afladning tilsammen. Dette vil af alskens gode årsager ændre sig i praksis, men alt i alt vil det næppe være alt for langt fra virkeligheden.

Med venlig hilsen, Henrik

  • 9
  • 1

Det er faktisk en fin ide at gemme den kulde, som genereres af ekspanderen, til brug for kondensatoren i dampcyklus. Kulden kan med vand som bære medium gemmes i et isoleret bassin, eller den kan med luft som bæremedium gemmes i et stenlager.

Vores økonomiberegninger antager ikke, at man har denne gevinst på virkningsgraden af dampcyklus.

  • 5
  • 0

Jeps, det er helt korrekt.

Vi opgiver 30 Bar og 600 grader, fordi det er pæne, runde tal, som man kan forholde sig til. Når man går i detaljer i beregninger med ikke-ideelle maskiner og ikke-ideelle gasser, bliver tallene lidt anderledes.

  • 4
  • 0

Hej Kristian

Du har naturligvis ret, og mit svar afspejler vanetænkning om teknologierne.

Når man bruger turbomaskiner, er kompression udtryk for trykforøgelsen i den klassiske, fysiske forstand, dvs. hvor meget man forøger kraften pr. areal. Jeg er helt med på, at det er anderledes i stempelmaskiner - og vanetænkningen kom til udtryk i den underforståede kendsgerning, at når man ser på store effekter, er det kun turbomaskineri, som duer. Dete skulle jeg have gjort mere klart, beklager!

Mvh. Henrik

  • 4
  • 0

Hej Henrik

Tak for dit svar.

Hvis dine estimater på kun 1.000 EUR/MWh og 500.000 EUR/MW holder, egner det sig jo særdeles godt til at løse udfordringen med ugelagring. Selv med 168 fuldlasttimer (en uge) lager udgør lageret kun 25 % af anlægsinvesteringen.

Er det i øvrigt 1 EUR/kWh brugbart lager eller er der, som for batterier, begrænsninger på hvor stor en del af lageret man kan bruge?

Det lyder særdeles lovende, hvis hele anlægget kan bygges til en pris, der svarer til et OCGT anlæg. Særligt når 'brændslet' har en lavere pris end gas.

Jeg ved ikke om jeg vil give dig ret i dine betragtninger om at den optimale konfiguration er asymmetrisk med størst opladeeffekt. Jeg kan sagtens tænke mig elsystemer hvor størstedelen af indtjeningen ligger I at kunne levere stor effekt i få timer. Spændet mellem høje priser og middelpriser er ofte højere end mellem middelpriser og lave priser. Det ser vi ikke lige så udtalt i øjeblikket, men i takt med, at der kommer kapacitetsmangel i Nordeuropa er det bestemt et muligt scenarie.
Lageret er, som jeg læser det, hovedsageligt tænkt til at opsuge billig vindmøllestrøm, men dets primære formål kan lige så vel være at levere peak-effekt i et elsystem med begrænset pålidelig elkapacitet. Det ene udelukker langt fra det andet. Men det har selvfølgelig betydning for hvordan det udformes.

Mvh. Karsten

  • 3
  • 0

Hej Karsten (beklager, at jeg kom til at stave det forkert sidst!)

Ja, det er den lave pris pr. energienhed, der gør et termisk lager særlig interessant.

Det er kun for hydrogen, at prisen pr. energienhed er endnu lavere, der sætter man den ofte til 0.20 EUR/kWh ved store caverns. Men som bekendt er det netop problemerne ved at få lavet caverns, der udgør en væsentlig begrænsning for hydrogen.

Det med symmetrien kan man naturligvis diskutere. Min fornemmelse kommer fra en analyse af fem års data fra Energinet.dk for hele Danmark. Her har jeg set på maksimalværdier for in- og output under den (noget urealistiske) antagelse, at vi ikke har udlandsforbindelserne. Maksimalværdierne var hhv. 15.000 MW ind og 5000 MW ud, mens middelværdierne var 1300 MW ind og det halve ud.

Man kan anlægge mange andre betragtninger – skal man dimensionere for nogle sjældne peaks, eller for typiske maksimalværdier? Det er ganske sandsynligt, at du får ret i, at muligheden for at udnytte markedet er bedre med større afladningskapacitet. For at komme til bunds i det bliver man nødt til at køre en række scenarier, hvor man i øvrigt må tage højde for, at markedet vil ændre sig, hvis der kommer betydelig lagerkapacitet.

Med venlig hilsen, Henrik.

  • 7
  • 0

et hydraulisk system for lav i forhold til virkningsgraden af et elektrisk system


Min tanke var - at først laves vindenergien om til EL og så laves EL om i "tryk/varme processen". Med et Hydraulisk system var der ikke 2 EL processer. Tanken var også at lave en mindre enhed, der kunne anvendes mange steder hvor vindmøllerne står.

En yderligere tanke kunne være en enhed på størrelse med en "vaskemaskine" - til at have stående i garagen - med 400-600 grader´s varme enegi, hentet om natten, kunne noget at en bolig´s varme dækkes.

  • 1
  • 0

Henrik

Ved ikke om du fulgte med, men der har lige været en debat om det betimelige ved at ophøre med fossilkraftværker og KK værker samtidigt i Tyskland.

Har du nogen konkret ide om tidsperspektiv.

Ser man økonomisk på det, så bliver værdien af anlægget større end den rent driftøkonomiske opgørelse af prisen for el ind og og el ud af anlægget, da der både opstår mulighed for at indpasse mere fluktuerende VE i systemet og for at presse priserne fra de eneste andre, der kan levere når VE fluktuationerne rammer i bund.

Levetiden på anlægget er antager jeg kun begrænset af om man foretager løbende vedligehold. Prisen for anlægget må være drift og afskrivninger. Prisen for at levere en kWh må være finansielle omkostninger plus drift og vedligehold plus indkøb af strøm minus tab plus afledte indtægter fra fx varme. Hvornår der skal købes og hvornår der skal sælges er et ret interessant økonomisk spørgsmål. På den ene side vil man gerne være sikker på at man kan købe strøm som man senere kan sælge mindst dobbelt så dyrt og på den anden side vil man gerne have så meget handel henover systemet som overhovedet muligt.

Mit gæt er at bynære kraftværker, der også leverer fjernvarme kan suppleres med jeres teknologi eller ligefrem erstattes af jeres teknologi. Symbiose med produktion af fjernvarme vil rent driftsøkonomisk betyde at der blev råd til at handle mere opportunistisk på Nordpool.

Det scenarie kræver dog at politikere bliver mere fokuserede på at satse på VE som strategi til at undgå de eksternaliserede omkostninger ved fossil energi, og mindre optaget af her og nu fiskal tænkning.

  • 2
  • 0

Hej Niels (Hansen)

Tak for de mange forslag til, hvordan processerne kan raffineres ved at operere med andre lagermedier (smeltet salt) og ved at tilføje ekstra energi de rette steder med f.eks. biobrændsel.

Jeg er helt enig, og når først man går i gang, kan man sagtens komme længere end de 40% på afladningen, som vi opererer med i vores økonomiske beregninger. Der går sjældent meget mere end et par uger mellem, at en af kollegerne i teamet kommer med et nyt forbedringsforslag af samme karakter.

Når vi indtil videre har valgt at fokusere på den enklest tænkelige udførelse, skyldes det flere ting. For det første er det egentlig ikke helt ligetil at forstå det simple system, og hvis vi viser et mere raffineret, går de fleste tilhører i sort. For det andet viser al erfaring, at det skal kunne betale sig i en enkel udgave. Kræver det for mange finesser for at hænge sammen, er vi for tæt på grænsen, og så falder sandsynligheden for, at det nogensinde bliver til noget. Endelig, og vigtigst af alt, så er hele konceptet stadig nyt, og vi mangler stadig den eksperimentelle eftervisning, herunder aflivningen af eventuelle slanger i paradiset.

Men når det er sagt, så er der megen fornøjelse ved mental gymnastik omkring et koncept som dette. Det egner sig helt fantastisk godt til underholdning at spekulere på rafinnementer, eksempelvis hvis man skal køre langt alene i bil!

  • 3
  • 0

Jeg tror fortsat ikke, at det er nogen god ide med hydraulik til kraftoverføring i selve møllen, men ideen om et anlæg i boligstørrelse er fin. Her vil man en stor del af året kunne have god brug for spildvarmen.

Det er dog en forudsætning, at nogen kunne udvikle et rent luft-system, dvs. med både kompressor og turbine på luft, uden damp.

  • 1
  • 0

Hej Jens

Jo, jeg følger en del med i debatten om det betimelige ved den tilgang til ”Energiewende”, man har taget i Tyskland.

Jeg er selvsagt helt enig i, at værdien af et robust anlæg til lagring af elektricitet kan betragtes som større end den rent driftøkonomiske opgørelse af prisen for el ind og og el ud af anlægget. De årsager, du omtaler, er korrekte – vi løser det grundlæggende problem med intermittensen fra de vedvarende energikilder, og vi forebygger de høje priser i perioder, hvor VE fluktuationerne rammer i bund.

Dertil kommer, at man i mange sammenhænge kan tillægge varmen en værdi. I vores beregninger er varmens (og kuldens) værdi sat til nul. Det er ikke retvisende for kraftvarmeværker i Nordvesteuropa, men vi har valgt denne noget konservative tilgang for at undgå argumenter om, at varme jo ikke har værdi eksempelvis på et amerikansk net.

Levetiden på anlægget antages at være 25 år. Den årlige omkostning til den nødvendige vedligeholdelse er sat til 4% af alængsudgiften, hvilket måske er til den høje kant.

Det største problem i det hele er faktisk, at der i Nordvesteuropa i dag ikke kan opstilles en forretningsmodel, som gør det muligt for at få en operatør til at satse stort på lagring. En model kan opstilles visse steder i USA, så det kan være, at det bliver det første område, hvor der bliver bygget energilagre.

Jeg er forhåbningsfuld på, at man fra politisk side ville tage dette op, men den slags er nu en gang en lang proces. Og vi kan først rigtigt råbe op, når vi for alvor har demonstreret, at det virker. Som tidligere nævnt håber vi at have data i løbet af 2015. Og så må vi se, om der er baggrund for at lave mere seriøs planlægning.

Med venlig hilsen, Henrik

  • 8
  • 0

udvikle et rent luft-system, dvs. med både kompressor og turbine på luft, uden damp.


Et husstands system kan vel godt have en "damp funktion" til produktion af egen EL. Hvis et 3x3x3m stenlager etableres i en have - kan en del energi oplagres - som nok kan have værdi vedr. morgen spidsbelastningerne. (varmt vand + EL). Et sådanne energilager kan også bruges til solcelle energi.

Om et hydraulik system kan udvikles til efter montering på møller, indeholder nok for mange udfordringer, så det letteste er nok at bruge 2 gange EL processer.

Jeg nævnte "Sprogø" som et måske interessant fremtidigt udviklingssted. Er der særlige steder, der vi være ekstra gode til sådanne "energi lagre" - ( energistabiliserings funktion - nødstrøm - edb server - andet )

Held og lykke med projektet - og ros for din "dialog form" her på ing.dk.

  • 2
  • 2

Jeg er helt enig, og når først man går i gang, kan man sagtens komme længere end de 40% på afladningen, som vi opererer med i vores økonomiske beregninger. Der går sjældent meget mere end et par uger mellem, at en af kollegerne i teamet kommer med et nyt forbedringsforslag af samme karakter.

Når vi indtil videre har valgt at fokusere på den enklest tænkelige udførelse, skyldes det flere ting. For det første er det egentlig ikke helt ligetil at forstå det simple system, og hvis vi viser et mere raffineret, går de fleste tilhører i sort. For det andet viser al erfaring, at det skal kunne betale sig i en enkel udgave. Kræver det for mange finesser for at hænge sammen, er vi for tæt på grænsen, og så falder sandsynligheden for, at det nogensinde bliver til noget. Endelig, og vigtigst af alt, så er hele konceptet stadig nyt, og vi mangler stadig den eksperimentelle eftervisning, herunder aflivningen af eventuelle slanger i paradiset.

@Henrik

NU har jeg valgt molten salt, fordi det er velafprøvet og i drift i mange sammenhænge til el-produktion. Hvis jeg skulle gøre mig håb om at overbevise en af de store aktører om konceptet, så skal det være pålidelig. Uprøvede og nye ting er stort set umulig at få kommercielle aktører til at gå ind i.

Molten Salt sammen med atomreaktoren se http://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_r...

Molten Salt sammen med solkraftværket se http://www.aalborgcsp.com/

Det at gemme møllestrømmen og genvinde denne strøm via en 'batterifunktion' når møllerne ikke forsyner er og bliver en biting i det 'produktionsmix' det danske energisystem består af i dag.

Det væsentligste fokusområde er og blive de centrale kraftværks evne til at reagere hurtigt på variationer i forbrug og produktion og yde fjernvarme uden 'at brænde noget af', så værkerne ikke skal afsætte deres værdiløse spildproduktion af strøm (i konflikt med møllestrømmen). Men netop at de kun yder strøm, når der brug for strøm.

Hvis man lige har det der med xergi og kvaliteter af energi i mente, så er dette kraftværksprincip et aktiv til fremtidens el-forsyning/balanceregulering se http://nhsoft.dk/Coppermine1425/displayima...

Funktionsprincip: Der brændes kontinuerlig lavkvalitetsbrændsler som halm, affald og træ via et kedelsystem og termisk energi ved op til f.eks. 400 c' gemmes i det termiske lager. Mølle- eller overløbsstrømmen gemmes ved meget høje temperaturer i en anden del af lagret.

Modsat de meget varme kedelsystemer i overhederen på de store kraftværker, som er flere timer om at lukke kedeleffekten ned, eller at øge kedeleffekten og dermed strømproduktionen, kan systemet nu lynhurtigt ændre dampproduktion når det termiske lager køles og dermed kan el-produktion ændres hurtigt.

Hvis lagret 'løber tør' for den meget varme energi (fra overløbstrømmen) kan der evt. produceres el via en gasturbine, hvor røggassen nyttiggøres via dampsystemet (combicycle).

Når fjernvarmen til storbyerne herefter produceres via isning (faseovergangen afgiver energi), som sker ved at bruge møllestrøm direkte til varmepumpen eller at trække på kraftværkets termiske lager via dampsystemer se http://nhsoft.dk/Coppermine1425/albums/use... så styrtdykker brændselsforbruget til landets el-produktion i forhold til i dag, for nu har møllestrømmen uhindret adgang til landets stikkontakter når den ikke konflikter med fjernvarmens spildproduktion af strøm. Eller! Væsentligst fordi nu kommer fjernvarmen 100 % fra møllestrømmen direkte eller via det termiske lager. Herunder selvfølgelig også kondensateffekten fra el-produktionen.

  • 3
  • 1

så er hele konceptet stadig nyt, og vi mangler stadig den eksperimentelle eftervisning


Pga dårlige erfaringer med membraner og mineraluld, tror jeg kan det måske være en ide ved den meter isolering, at nøjes med 10 eller 20 cm mineraluld ind mod den varme side, og derefter gå over til leca, for til sidst at gå over til polystyrol så snart temperaturen tillader det, fordi vand på sigt vil være utrolig svært at holde ude. Og mineraluld virker som en svamp. Yderligere vil det være attraktivt at have dræn på begge sider af membran, hvis grundvand begynder at give problemer eller overflade vand trænger ind ovenfra.

  • 3
  • 0

Det største problem i det hele er faktisk, at der i Nordvesteuropa i dag ikke kan opstilles en forretningsmodel, som gør det muligt for at få en operatør til at satse stort på lagring.

Nu er det jo ellers ikke penge der mangler! Umiddelbart 1,3 Mia til et halmkraftværk i Århus som yder 80 Mw fjernvarme og forsyner byen i sommerhalvåret, og hertil 1,5 mia til at ombygge Studstrupværket til træpiller, så det så iøvrigt kan stå stille i sommerhalvåret, så det altså ikke på nogen måde kan være et aktiv i samproduktion med møllerne. Altså lige under 3 mia i Århus for at lave lunken vand til præisoleret stålrør. Mon ikke også man kunne ha' fundet et par milliarder til at lave noget fornuftig, når man nu er igang med at lave noget der er så skingrende skørt!

  • 2
  • 2

Fordeling af den store energimængde til lagermediet (sand) er en kæmpe udfordring! Varmeveksler til sand kræver en stor overflade, så energien fra vindmøller kan overføres hurtigt.
Da tørt sand ikke leder strøm, kan varmeveksler til dampturbinen udformes således at sandlager indesluttes af isolerede jernplader, som har en passende modstand. Ved at regulere spænding og strøm gennem jernpladerne kan sandlageret opvarmes til den optimale temperatur (600 grader).
Varmeveksler til dampturbinen og strømmen fra vindmøller altså er her den samme!

  • 0
  • 0

Hej Henrik

Tak for svaret. Jeg skal lige være sikker på at jeg har forstået dine tal rigtigt.

Når du skriver 1 EUR/kWh for lageret er det så per kWh termisk lager?

Og de 500.000 EUR/MW for op og afladning er det for 0,8 MW kompressor (der leverer 1 MW varme) og 0,4 MW generator (der bruger 1 MW varme)?

Mvh. Karsten

  • 0
  • 0

Hej Thomas

Den væsentligste forskel er, at man nogle steder i USA ganske enkelt opstiller faste krav til, hvor meget lager der skal etableres. Eksempelvis er det et krav til de tre store elselskaber i Californien, at de inden 2020 skal have i alt 1300 MW lagerkapacitet. Det er er reelt ikke teknologi til i dag, men logikken er jo til at forstå - ved at etablere et marked, venter man, at der kommer leverandører.

Mvh. Henrik

  • 6
  • 0

Hej Niels

Jeg forstår godt, at du gerne vil se på molten salt, men jeg er ikke enig i, at det er den rigtige løsning.

Dine links henviser til brug af molten salt i atomreaktorer og ved solvarme. De salte, der anvendes i atomreaktorer, er prismæssigt helt udenfor rækkevidde og relevans for et storskala energilager, og selv for de mere almindelige nitrater, som anvendes til solkraftværker, ligger pris og tilgængelighed ikke indenfor et realistisk niveau. Her spiller de store volumina ind. Til at gemme energi til 10 dage i Danmark skal vi bruge noget i retning af 3-4 km2 i 10 m højde, dvs. 30-40 millioner m3. På den baggrund tror jeg ganske enkelt ikke, at det duer at forvente, at dette materiale skal være et salt – det skal være jord, sand eller sten.

Jeg er til gengæld enig i dine overvejelser om, hvordan man med et lager kan forskyde balancen på energisystemet i en stabiliserende retning, som vil komme en masse aktører til gavn.

Med venlig hilsen, Henrik

  • 7
  • 0

Hej Morten

Tak for de uddybende forklaringer. Du har uden tvivl ret i, at der med fordel kan laves en mere differentieret isolering, med dræn.

På forsøgsanlægget bruger vi Leca, og det vil sandsynligvis også blive dette materiale, der skal i bunden af et egentligt anlæg. Ovenpå lyder det som en rigtig god ide med en differentieret "pakke".

Mvh. Henrik

  • 5
  • 0

Dine links henviser til brug af molten salt i atomreaktorer og ved solvarme. De salte, der anvendes i atomreaktorer, er prismæssigt helt udenfor rækkevidde og relevans for et storskala energilager, og selv for de mere almindelige nitrater, som anvendes til solkraftværker, ligger pris og tilgængelighed ikke indenfor et realistisk niveau. Her spiller de store volumina ind. Til at gemme energi til 10 dage i Danmark skal vi bruge noget i retning af 3-4 km2 i 10 m højde, dvs. 30-40 millioner m3. På den baggrund tror jeg ganske enkelt ikke, at det duer at forvente, at dette materiale skal være et salt – det skal være jord, sand eller sten.

Saltet i atomreaktoren virker primært som moderator til selve reaktorprocessen og buffer- eller lagereffekten i det termiske lager er vist en sidegevinst.

Jeg har undersøgt opstillingerne og priserne på alm. lager som virker i temperaturområdet op til 600 c' og det er overkommelig. Det er selve produktionen af varmevekslere og rør og selve beholderen som er bekostelig. De størrelser eller lagerkapaciteter du taler om, her har du fuldt og helt ret i at det er ikke realistisk ved Molten Salt.

Nu ser jeg som sagt ikke behovet for at gemme store mængder termisk energi til el-produktion ved et forsyningssystem med meget fjernvarme. Et kraftværk som Studstup med 700 Mw el-effekt her taler vi måske om 20 - 25 Gwh kapacitet til lager. Et sådant lager med den kapacitet og som afkøles 400 kelvin kræver et tankvolumen på omkring 70.000 m3.

  • 0
  • 2

Vindmølle strømmen bruges her direkte til opvarmning af sandlager i form af den omske modstand i dampturbinens varmeveksler. Det må give én høj opladning virkningsgrad, da der kun er tab i isoleringen af varmelager. Til fremføring af den fornødne energi, må der kunne trækkes på viden om induktionsstøbeovne.
Tørt sand varmeledningsevne er ca 200 gange mindre end stål, så hvis der i løbet måske 10 minutter højst må være én temperaturforskel på 100 grader kan minimumsafstand for jern/varmeplader i varmeveksler udregnes. For at få et stort areal for varmeafgivelse til sandet skal der sikkert også være ribber på "sandsiden" af varmeveksler. I ribber kunne være rør til dampvarmeveksler. Afstanden mellem jernplader skal måske være mindre end 20 cm, hvis ovenstående betingelser skal opfyldes.
Med temperatursensorer på jernplader kan "hotspot" temperatur
reguleres til max 700 grader.
Det bliver selvfølgelig noget af en jernkonstruktion med isolatorer (porcelæn) etc. Så varmelager består måske af mere end 5 pct jern og 80 pct sand.

  • 1
  • 0

Vindmøllestrømmen på måske 10kV, 50Hz nedtransformeres med en transformator til en passende spænding og strøm, som kan styres/reguleres, så det passer med den tilførte effekt og den ohmske modstand i oplader varmeveksler sandlager.
Det er nok nødvendigt at inddele varmeveksler i sektioner, således at temperaturen altid kan være de optimale 600 grader, når der med den samme varmeveksler (damprør i ribber) aflades til dampturbinen.
Jernpladerne i varmeveksler kan bestå af aflange plader på måske 100m længde (bredde af varmelager), 0,5m brede og 10mm tykkelse (modstande kan nemt beregnes). Disse jernplader (coils) kan forbindes i serie i hver sektion, således at de har en passende ohmsk modstand til opladning (spænding, strøm og effektbehov).
Der monteres isolatorer (porcelain?) efter behov i sandlager. Denne jernkonstruktion skal kunne holde i 30 år efter at varmelager er fyldt med sand. Så det kræver nok nogle beregninger af udvidelseskoefficienter, korrosion etc. Og der skal være redundant kontrol med max hotspot temperaturer så jernplade coils ikke smelter!

  • 0
  • 0

For at få tilstrækkelig ohmsk modstand (måske 1 ohm) i en sektion, kan varmeveksler udelukkende bestå af damprør, som omsluttes af sand. Ved en spænding på 1000V og 1000A opnås en opladningseffekt på 1MW pr sektion.
Da tørt sand er en god isolator, kan en spænding på op til 10kV måske håndteres i sandlager.
En sektion med mål på 100m bredde x 10m højde x 0,2m = 200 m3 sand kan måske opvarmes med 1MW effekt til 600 grader.
Praktiske forsøg kan vise tidskonstanten for udbredelse af varme fra rør til sand, men det er nok inden for timer (varmt sand på stranden en sommerdag?)
Sandlager skal nok være hermetisk lukket under brug, men i sidebygninger kan rør fra varmeveksler rør serviceres/omkobles/reguleres med opladning af elektrisk effekt og afladning med damp til turbine.
Hvis der opstår fejl i sandlager skal det nok være muligt at støvsuge en sektion for sand og udtage sektionsmoduler for reparation.
Hvis sandlager bruges til decentral kraftværk kan sandlager måske have sektioner udelukkende til fjernvarme (max 150 grader)

  • 0
  • 0

Nej, virkningsgrad med "elektrisk varmeveksler" er max 100 pct og bestemmes af tab i isolering/tilslutninger etc. Jeg håber, at praktiske forsøg vil vise, at det kan lade sig gøre at overføre store energimængder til sandlager på denne "simple måde". Der er selvfølgelig sikkerhedsproblemer, når høje spændinger og strømme skal håndteres. Jeg tror, at de største udfordringer ved sandlager er at få store energimængder op/afladet. Så mine forslag er kun et forsøg på én enkel måde at få løst disse udfordringer med sand varmeledningsevne tidskonstanter etc.

  • 0
  • 0

Nej, virkningsgrad med "elektrisk varmeveksler" er max 100 pct og bestemmes af tab i isolering/tilslutninger etc. Jeg håber, at praktiske forsøg vil vise, at det kan lade sig gøre at overføre store energimængder til sandlager på denne "simple måde". Der er selvfølgelig sikkerhedsproblemer, når høje spændinger og strømme skal håndteres. Jeg tror, at de største udfordringer ved sandlager er at få store energimængder op/afladet. Så mine forslag er kun et forsøg på én enkel måde at få løst disse udfordringer med sand varmeledningsevne tidskonstanter etc.

@Ole

Hvorfor vil du ha' disse ohmske modstande inden i sandet i disse jernplader. Du kan da bare ha' nogle dræn eller rørføringer inde i sandet med passende afstande så varm luft kan afgive energien til lagrets sand, så altså sandet opvarmes. Luft som centralt opvarmes via en varmeveksler, hvor strøm direkte opvarmer luften eller det system Henrik forslår med luften fra en kompressor som køles via en varmeveksler, når luften inde i lagret opvarmes som senere afsætter energi til sandet, når den varme luft cirkuleres rundt i lagret.

  • 0
  • 0

Hej Niels
Jeg har tidligere arbejdet med køling af højeffekt LED, og ved at ren luft er en meget dårlig varmeleder. Så for at kunne tilføre oplader varmeveksler effekt i MW, skal der tilføres luften vand (som aflader varmeveksler til dampturbine).
Ved at bruge damprør som ohmsk modstand opnås en lige fordeling af varmen i hele varmeveksler og op/aflader varmeveksler er den samme.
Den ohmske modstand bestemmes af stållegering, så det må være muligt at få en passende modstand i damprør, som skal svejses sammen for at undgå "hotspots".

  • 0
  • 0

Jeg har tidligere arbejdet med køling af højeffekt LED, og ved at ren luft er en meget dårlig varmeleder. Så for at kunne tilføre oplader varmeveksler effekt i MW, skal der tilføres luften vand (som aflader varmeveksler til dampturbine).
Ved at bruge damprør som ohmsk modstand opnås en lige fordeling af varmen i hele varmeveksler og op/aflader varmeveksler er den samme.
Den ohmske modstand bestemmes af stållegering, så det må være muligt at få en passende modstand i damprør, som skal svejses sammen for at undgå "hotspots".

Hej Ole.

Forstår udmærket funktionsprincippet! Men mon der ikke er mange 'fejlkilder', hvis et sådant system skulle sættes i drift. Og hvordan vil du så aflade lageret, når der skal produceres damp (som du måske har redegjort for længere oppe i tråden).

Mener et kilo luft har en varmefylde på 1/4 af vand = 4,2 j*g/k. Hvis man sender 1 Kg luft pr sec. (1 Kw) som er 600 c' varm ind i en sanddynge og luften er afkølet til 200 c', når den kommer ud af sandet, så er der afsat noget med 400 Kwh til sandet efter en time.

  • 0
  • 0

Hej Niels
Henrik har i en ovenstående kommentar skrevet at hvis luft udefra (ikke recirkuleret) bliver sendt direkte ind i sandlager, vil det med tiden forurene og ødelægge sandet. Som du har beregnet, kan man sikkert recirkulere luft i en separat oplade varmeveksler, og sikkert også tilsætte vand om nødvendigt.
Princippet med samme varmeveksler for "elektrisk" opladning og damprør afladning kan sikkert give mange fejlkilder med isolering af spændingsførende dele etc. Men jeg tror at det kan lade sig gøre, at op og afladning kan foregå samtidig, således at der oplades med elektriske energi i rør metaldele og aflades med damp til turbine inden i rør.
Som forsøg kunne man lave et sandlager til fjernvarme på måske 10m x 10m x 2m = 200m3. Her kunne man så lave en rørføring i serie, så den ohmske modstand måske blev 1 ohm. Rørafstand max 15cm. Rør skal selvfølgelig isoleres fra hinanden. Hvis spænding 1000V og strøm 100A oplades varmeveksler med 100kW, ved forsøg kan man forøge effekten til 1 MW. Det vil være et godt praktisk forsøg, hvor tidskonstant på sand op/afladning vil kunne findes.

  • 0
  • 0

Kunne man vælge ensartet korn- eller stenstørrelse, for at lave luftgennemtrængelig lager? Det giver en gigantisk overflade at overføre varmen til og fra, samt en enkel opbygning, som dog skal være tæt og massivt omsluttet, afhængig af det tryk der skal presse luften igennem lageret. At luften vil have foretrukne veje, betyder mindre da det vil vælge samme veje ved afladning.

  • 0
  • 0

Hej Morten

Ja, i vores forsøgsanlæg anvender vi sten med nogle centimeters dimensioner. Luften løber ikke i rør, men flyder gennem hele lageret. Det giver en vældig god varmeovergang.

Det tryk, der skal til for at drive det nødvendige flow igennem, er kun på nogle få procent af en Bar, så det kræver ikke nogen særlig indkapsling.

Mvh. Henrik

  • 4
  • 1

Hej Henrik

Der må være en blæser som holder luftstrømmen igang inde i lagret. Hvordan så med støv og dermed belastning af blæseren og forurening af varmeveksleoverflader.

Hvis lageret er afladet og f.eks. 200 c' varmt og der fyldes energi på lageret i form af 600 c' varmt luft, så må temperaturgradienten ændre sig når den første del af lagret opvarmes først. Og i takt med at den sidste del af lagret har et efterslæb, når den første del opvarmes hurtigere, men når den sidste del bliver varmere og varmere, så kan lagret ikke køle luften og dermed aftage energien i luften. Nu sker der det at ekspanderen (eller hvad den hedder ved trykudligning af luft) som skal udligne luften den modtager bare noget varmt luften (via den selvstændige eller hermetiske tætte kreds med kompressoren som virker via varmeveksler), og det yder den vel ikke ekstra arbejde ved, fordi der er noget 'overhedet' luft.

  • 0
  • 0

Hej Henrik
Hvordan aflades singels med varmeveksler? Sendes vand ind i den kolde ende, så det kommer ud som damp til turbine i den varme ende?
Er det muligt at oplade energimængder i MW klassen med luft til Singels?
Hvad er tidskonstanten på singels lager i forhold til sandlager?
Hvorfor bruger Siemens ikke længere sandlager?

  • 0
  • 1

Hej Henrik
Har Siemens overvejet andre stoffer som lagermedie?
Op/afladning med luftvarmeveksler af et singelslager er sikkert mulig.
Men luft kan ikke bruges til sandlager og sand er en meget dårlig varmeleder.
Med kendt teknik er det sikkert ikke muligt at anvende sandlager!

Grafit (kul) er en meget god varmeleder, så hvorfor ikke bruge et kulstøvlager?
Til "kullager" må sikkert vælges en varmveksler lavet af rør/plader eller lignende for at få en stor overflade.
Varmekapacitet er cirka den samme for granit (singels), sand og grafit.
Tidskonstanten for op/afladning af "kullager" vil her sikkert kun være begrænset af varmeveksler.

  • 0
  • 0

Hej Morten

Ja, der er en blæser, men det er begrænset, hvor meget støv, der genereres, da lufthastigheden gennem selve lageret er meget beskeden.

Luft har rundt regnet en varmefylde på 1 kJ/grad/kg og en massefylde på 1 kg/m3. Vi taler en temperaturforskel på 500 grader, så vi flytter 500 kJ pr. m3.

Hvis vi har et anlæg på f.eks. 100 MW, skal vi således flytte 200 m3/s

Til et 100 MW anlæg kan man operere med et lager på 1000 m x 100 m x 10 m, hvor luften flyder på den lange led. Tværsnittet ved indføring er altså 100 m x 10 m = 1000 m2. 200 m3/s giver en brutto-middelhastighed på 0.2 m/s. Stenene fylder selvsagt det meste, og hvis man antager en fyldningsgrad på 80%, bliver netto-middelhastigheden 1 m/s. Det giver ikke anledning til megen støvdannelse.

Det er helt korrekt, at varmepumpe-arrangementet forudsætter, at den ene ende er kold og den anden varm. Det er for at holde fast i denne tilstand, at lageret er langt. det er kun, når man når til næsten fuld opladning, at den kolde ende begynder at blive varm. Og ja, så falder effektfaktoren i varmepumpen fra 125% ned mod 100%. Men det vil sandsynligvis være en meget sjælden foreteelse.

Mvh. Henrik

  • 4
  • 0

Hej Ole

Sten i et stenlager både op- og aflades med luft. Ved afladning pumpes luften gennem lageret fra kold til varm ende, og den varme afgangsluft passerer derpå gennem en såkaldt Heat Recovery Steam Generator, der laver damp til en dampturbine.

Det duer ikke at lave damp i selve lageret, da det ikke er bygget til tryk.

Ja, man kan opbevare både megawattimer og gigawattimer i et stenlager, hvor varmen udveksles med luft.

Der er ikke tale om, at vi ikke længere anvender et sandlager. Vi har blot besluttet, at vores første forsøgsanlæg bygges med et stenlager. Det er lidt dyrere, men er lettere at etablere, da man ikke behøver anvende rør.

Økonomiberegningerne forudsætter sten, og kan vi lave smarte rørsystemer til at føre luft gennem sand, vil vi få en besparelse.

Mvh. Henrik

  • 3
  • 0

Hej Henrik
Hvis du køber 20 tons kul (1000kr/ton) og formaler det til kulpulver, kan det blandes grundigt op med de 200m3 sand, som du regner med. Det kan vel ikke ødelægge hele økonomien i projektet?
Det vil have en formidabel virkning på op/afladning tidskonstant af sandlager og i det hele taget måske gøre det muligt at anvende sand som lagermedie.
Tilsat kulpulver/støv i den rette mængde afhængig af sand kornstørrelse, vil kulstøvet lægge sig uden på hvert sandkorn og lede varmen ind i kornet og videre til omkringliggende sandkorn.
Så jo mere kulpulver der tilsættes sandet, jo færre stålrør i sandet til luftvarmeveksler.
I stedet for stålrør kunne anvendes luftkanaler af glas tilsat kulpulver. Det vil give et meget robust sandlager, som kan holde i mange år uden udskiftning/service/rengøring af luftkanaler.

  • 0
  • 1

Så ingen løsning på den globale opvarmning her :-(

Joda, man fyrer kapaciteten af i peak-hours hvor man ellers ville fyre med (russisk)* gas, eller endnu bedre, på vindstille dage hvor man ellers ville importere strøm fra tysk brunkul.
I andre dele af verden er det noget af det samme - i USA er det skifergas og kul der undgås. Her har man ellers lange elnet der spænder over 2-3 vejrsystemer som udjævning af vind, men lagring kan komplementere.

Den lagrede vind er jo tæt på gratis - især når det er de yderste 10% af strømmen som lagres.
Det er de mere normale 90% vi har betalt for, så marginalomkostningen er tæt på nul for de sidste.

Man kunne ønske højere effektivitet end 50% , men mon ikke det kan hæves til 60-70% efterhånden som volumengevinsten og teknikken udvikles.

*Før et stort anlæg engang kan være i drift i Danmark, er Nordsø-produktionen dalet til noget mindre end behovet.

  • 2
  • 0

Endnu en vild ide, som måske kan være med til at løse udfordringen med at op/aflade energi i sandlager med en acceptabel tidskonstant.
Inden for elektronikken har man halvledere/kondensatorer/tidskonstanter. Disse begreber kunne måske også bruges i sandlager.
Opbygning af en "sandkondensator" kunne bestå af følgende:
I bunden 1m tørt sand (Som er en udmærket elektrisk isolator)
Sammensvejsede 10mm stålplader i areal på måske 2x100m
Et lag "forurenet sand" i måske 0,2m tykkelse, som dækker stålplader
Igen sammensvejsede stålplader med samme areal
Et lag fliser (isolatorer mellem plader) med kanaler til luftvarmeveksler
Ovenpå igen "sandkondensator" med lag af stålplader "forurenet sand", plader.
Ovenpå igen fliser med luftkanaler/"sandkondensator" i mange lag
"Sandkondensator" dielektrikum består af tørt sand tilsat en passende mængde "forurening" af et ledende pulver (grafit/kul etc)
Opladning af "sandkondensator" foregår ved tilslutning af spænding mellem stålplader. Spændingen kan både være veksel/jævnstrøm.
Afladning foregår med at sende tør luft gennem kanaler mellem stålplader.
Vindmøllestrømmen med spænding 10kV,50Hz kan måske tilsluttes direkte til "Sandkondensator" stålplader, hvis der vælges en passende "forurening" af ledende pulver, som måske svarede til strøm på 100A imellem "Sandkondensator" plader. Altså opladeeffekt på 10kV x 100A = 1MW.

  • 0
  • 0

Sammensvejsede 10mm stålplader i areal på måske 2x100m

Ole, start med at regne på pris og varmekapacitet. Så store mængder stål koster mange penge.
Find engros-prisen for vejsalt og stål, gang med forventet mængde udfra varmekapaciteterne, og sammenlign så.
Smeltesalt bruges som nævnt i solkraftværker fordi det er ret billigt, men det er stadig for dyrt i forhold til sand som vindlager.
Du er nødt til at påvise at stål er billigere end salt, ellers har det ingen gang på (i) jord.

  • 2
  • 0

Tak for kommentaren Thomas. "Sandkondensator" energi oplagres i det "forurenede" sand mellem kondensatorplader, som jeg har valgt til 10mm sammensvejsede stålplader. Det er faktisk af rent praktiske grunde når gravemaskiner skal køre på dem. I mit eksempel skal de blot overføre 100A strøm ved opladning og varme til luftvarmeveksler ved afladning (stålplader kan være måske ned til 1mm)
Jeg tror at den største udfordring med "sandkondensator" er afladning til luftveksler. Her skal energien i sandet ledes ud til stålpladerne inden for en rimelig tid.
Der skal sikkert laves forsøg med stålpladeafstand og tilsætning af varmeledende materialer (grafit/kul eller lignende) til sand.
Og det er sikkert økonomiske beregninger som afgør den optimale tilsætning varmeledende stoffer

  • 0
  • 0

Henrik siger at Siemens nu laver forsøg med energilager af "singels" småsten. Men Siemens vil hellere anvende sandlager, da det har en stor energitæthed. Og man vil gerne kunne bruge luft til at op/aflade. Jeg tror bare, at det er svært at anvende luft, som blæser gennem sandet, fordi det så kræver et stort lufttryk med de enorme energimængder, som skal overføres til sandet indenfor en rimelig tid.
Med rør i sandet som varmeveksler kræver det en "ormegård af rør" for at overføre energien i rent tør sand med en varmeledningsevne på 0,3 W/m x K!!

  • 0
  • 0

svært at anvende luft, som blæser gennem sandet, fordi det så kræver et stort lufttryk

Ja, men det ønsker de jo heller ikke - derfor bruger de sten i første og mindste forsøg.
Næste opskalering kan måske bruge rør til luften, og varmen vandrer mellem luft, rør og sand, men ikke direkte mellem luft og sand.
Hvis man bruger stålplader i det lille forsøg, får man ikke erfaringer med rør, og så er der ikke sammenhæng mellem forsøg og storskala, hvilket gør pladeforsøget ligegyldigt.

Der skal rigtigtnok meget store længder til for at få passende varmetransport gennem sandet, men det er jo også det de lægger op til som storskala : flere hundrede meter lange rør, hvor temperaturen i begge ender er konstant hhv. høj og lav, og kun ændrer sig imellem.

Men tilbage til prisen, nu for tredje gang : hvad vil det koste at bruge stålplader istedet for rør?
Det skal jo være cirka ligeså billigt for at give mening at arbejde videre med - det er det du skal give overslagsberegninger på.

  • 2
  • 0

Hej Thomas, undskyld det forsinkede svar, men det er jo søndag.
Jeg har lige checket pris på 2 x 3m, og enkeltstykpris er ca 1000kr.
Så hvis der regnes økonomisk på eksemplet 2 x 100m "sandkondensator lager" med 1 lag og opladning på energieffekt 1MW giver det følgende økonomi for metalplader uden sammenføjning (svejsning eller lignende):
Antal plader i længde 100m: 100/3 = 33. Pris 33 x 1000 = 33.000kr
Pr "sandkondensator" skal der bruges 2 lag metalplader. Pris 66.000kr
For hver 1MW "sandkondensator" vil tro at prisen med metalpladesammenføjning/rabatter montage er ca 100.000kr. inklusive isolatorer (Fliser etc.) Sand "forurenet" med varmeledende stoffer er ikke med medregnet. Men kul koster ca 1000Kr/ton og der skal måske bruges 100ton.
Så hvis 10 stk "sandkondensatorer" med en samlet opladningseffekt på 10MW stables oven på hinanden til ca 3m højde, vil det koste 1 Million kr i metaldele/isolatorer.
Disse "sandkondensator" vil så efter disse meget usikre beregninger kunne aftage energieffekt fra 3 vindmøller på hver 3MW.

  • 2
  • 0

Glimrende! Det er tal som man kan kontrollere og regne videre på hvis man vil.
Varmekapacitet bør også indregnes så de to teknikker kan sammenlignes.
Selvom Siemens kun nævner sand, så tror jeg de vil eksperimentere med tilsætninger som Ole foreslår for at øge varmeledningsevnen og dermed øge varmens "rækkevidde" vinkelret på røret.

Hvis USA er det primære marked, og man ønsker afsætning for varmen, så kunne et noget kontroversielt forslag være Fresh Kills ved New York som var verdens største losseplads.
Nogle steder bruges plasticmembraner for at samle methanen til forbrug, og New York City har landets største fjernvarmesystem. Der er således i forvejen ting på plads som kan forbedre økonomien i lagring.
Affaldet er kompakteret med bulldozer, og varmekapaciteten vil være næsten ligeså høj som sand. De høje temperaturer dekomponerer affaldet meget hurtigere og den øgede methanproduktion kan bruges sammen med el-lagerets kraftværk, ligesom man gør på New Hampshire University.

Ulempen er at New Yorks enorme elforbrug betyder at der sjældent er lave elpriser (til gengæld er de ofte høje til gavn for afsætningen), men konceptet kan også bruges i Denver, Seattle, Chicago osv. hvor der også er fjernvarme og vindressourcen er bedre, for der er lossepladser nær alle store byer.

  • 0
  • 0

Hej Henrik
Jeg tror at der er store udfordringer ved at blæse luft i rør ud i sandet til op/afladning af et sandlager.
Så jeg prøver hermed at skitsere en mulig simpel løsning på sand op/afladning.
Forudsætninger: Her regnes med opladningstid på max 2 dage fra 400-600 grader og afladningstid med luftvarmeveksler fra 600-400 grader max en uge.
Der skal anvendes rent tørt sand, som er ovntørret til 600 grader.
Afladeluften fra varmeveksler driver en dampturbine med el-generator.
Vindmøllestrøm tilføres med 50kV/10kV, 400A transformator fra nettet.
I de foreløbige beregninger regnes med virkningsgrad 0,6 af dampturbine og sandlager virkningsgrad 0,9. altså total virkningsgrad 0,5 for el - sand - el.
1. Sandkondensator opbygning/beregninger
En enkelt "sandkondensator" opbygges på følgende måde:
Der graves hul i jorden 200m lang, 20m bred, 2m dyb, som fyldes med isolerende materiale.
Ovenpå isoleringen lægges 1 lag10mm 2x10m stålplader i et areal på 4x200 = 400m2. På stålplader lægges isolatorer (fliser/6cm Herregårdssten?) med langsgående 200m luftkanaler til luftvarmeveksler. Fliser/stålplader skal også understøtte vægt 3m "sandkondensator" ovenpå.
"Sandkondensator" opbygning:
1 lag 10mm 2x10m sammensvejsede stålplader areal 4x200m på isolator sten. 20cm sandlag areal 4x200m på stålplader.
1 lag 10mm 2x10m sammensvejsede stålplader areal 4x200m ovenpå sandlag
Næste "Sandkondensator" opbygges ovenpå isolatorer (fliser/6cm Herregårdssten?) med langsgående 200m luftkanaler til luftvarmeveksler osv.
"Sandkondensator" virkemåde:
10kV, 50Hz 10A, altså effekt 0,1MW påtrykkes direkte de 2 kondensatorplader, som indeholder sand. Sand er en god isolator med stor ohmsk modstand. Ved forsøg findes hvor stor modstanden er mellem 2 stålplader med areal 4x200m og afstand 0,2m fyldt med sand. Hvis den målte modstand er større end beregnet 10kV/10A=1kohm kan ledende stoffer (grafitpulver, kulstøv) tilsættes sandet i passende mængde. Det er vigtigt at blandingen mixes godt sammen, da der ellers kan være områder med for store/mindre strømme. Der kan ikke opstå brande, da sandet og manglende ilt vil forhindre det. Når sandet indeholder ledende stoffer vil det også forbedre tidskonstanten ved luftvarmeveksler afladning.
Varmeenergi beregning for en "sandkondensator":
Antal m3 sand 4x200x0,2m=160m3, sand varmefylde kJ/kgxK=0.8
Energi GJ=varmefylde x m3/2.2 x temperaturforskel. 1MJ=3,6GJ
Temperaturforskel 200 grader er varmeenergi beregnet 3,2MWh pr 160m3 sand
Energi af 10 stk "sandkondensator" med hver 160m3 sand er 10x3,2=32MWh
Opbygning af 10 stk "sandkondensatorer" i lag i højde giver 10x0,3m=3m. Så sandlager rumfang bliver 4x200x3m=2400m3 uden isolering
2. Op/afladning af 10 stk "sandkondensator" i temperaturområdet 400-600 grader giver altså en energi på 32MWh, men på grund af el - sand - el virkningsgrad på 0,5 er der kun 16MWh, som når ud på el-nettet igen.
Opladning kræver selvfølgelig 32MWh og det giver med en indgangseffekt på 1 MW en ladetid på 32 timer, altså 1 døgn og 6 timer for en temperaturstigning fra 400 grader til 600 grader.
3. Afladning med luftvarmeveksler fra 600 til 400 grader kræver ventilatorer, som blæser luft ind i den kolde ende igennem luftkanalerne til den varme ende, hvor luften tilsættes vand ind i dampturbinen, som driver el-generatoren.
4 Resume:
Som beregnet ovenstående skulle der fra sandlager kunne trækkes en effekt på 1MW i 16 timer eller 100 kW i cirka 1 uge
Sandlager med "sandkondensator" opbygning kan udvides fortløbende som for eksempel til i alt 5x10=50 stk "sandkondensator" med areal 20x200=4000m2
Som jeg har beregnet i tidligere kommentarer er prisen pr sandkondensator" ca 100.000kr, så 50 stk vil koste 50x100000= 5 mill kr

  • 1
  • 0

udfordringer ved at blæse luft i rør ud i sandet

Luften kommer vist ikke ud i sandet, sålænge rørsamlingerne holder tæt nok.
Gnidningsmodstanden mellem luft og rør er mindre for cirkulært end for rektangulært tværsnit, så tværarealet skal være større for fliseåbning i sandkondensator end for runde rør. Gnidningsmodstanden pr. areal stiger jo mere aflangt tværsnittet er (større omkreds = mere vægkontakt).

Hvis 160m3 (200m3 inkl. stålplader) kondensator koster 100.000kr er det cirka 500kr/m3. Vejsalt fås engros til 500kr/ton (1.000kr/m3), men smeltevarmen (ved 800gr) er 520kJ/kg, svarende til at sand skal stige 5-600 grader for at lagre samme energimængde. Oveni kommer varmekapaciteten som er den samme som for sand. Vejsalt synes derfor at have (meget) bedre lagringsevne for cirka samme pris per volumen som kondensator. Jeg ved ikke hvorfor man ikke anvender smeltet NaCl som lager, men det er nok for aggressivt.
http://scansalt.dk/produkter/10-vejsalt/

Men det ofte dyrere salte med lavere smeltepunkt der anvendes i nuværende varmelagre, så diskussionen er stadig åben - kondensator kan godt være bedre end salte!

  • 0
  • 0

Hej Ole

Tak for ideen med at blande kulpulver i sandet.

Jeg har to forbehold overfor ideen –

• Det er næppe nogen god ide at operere med tilsætning af et materiale, som vil selvantænde ved de temperaturer, vi opererer med. Kul selvantænder ved 450-600 grader. Man kan så bruge grafit i stedet, men så taler vi helt andre priser.

• Det er korrekt, at kul har en meget højere varmeledningsevne end sand, men varmen skal jo alligevel videre fra kul-laget og ind i sandet, så det hjælper ikke rigtig så meget. Og i øvrigt er problemet ikke varmeledning i mineralet, det går langt hurtigt nok, så længe vi taler sand eller småsten. Problemet er alene varmeovergangen fra luft til materiale. Her er logikken naturligvis, at mindre er bedre.

Med venlig hilsen, Henrik

  • 2
  • 0

Hej Ole og Thomas

Fin diskussion om den alternative løsning med en kondensator.

I praksis tror jeg ikke, det er nogen god ide, af flere årsager –

• Man går glip af effektfaktoren på over 100% fra varmepumpen. Det indebærer, at el-virkningsgraden går fra 50% til 40%. Det er nu i sig selv ikke noget afgørende argument, for i sidste ende er det totaløkonomien, der tæller, og ikke virkningsgraden frit svævende i luften. Hvis totaløkonomien er bedre uden varmepumpe, så er løsningen fin nok

• En kondensator duer imidlertid kun den ene vej, til opladning. Ved afladning skal man alligevel have luft igennem – og når man skal kunne tage en passende effekt ud via kombinationer af arealer, varmeovergange, luftmængder, osv, kan man også putte den samme effekt ind i lageret via luftsystemet.

• Sidst, men ikke mindst – jeg tror ikke, det er nogen god ide at blande aktive og passive dele. Selve lageret er en passiv del, og det skal helst forblive passivt. At indføre aktive dele som kondensatorplader indebærer efter min vurdering alt for megen risiko. Man skal ikke glemme, at der vil være store temperaturgradienter i alle retninger i sådan et lager. Stålplader skal kunne give sig nogenlunde frit, ellers får man ”solkurver” og revner. Og man kan ikke regne med, at vandrette stålplader vil have samme aftstand til hinanden efter nogle temperaturcykler.

Man kan godt lave smarte systemer til hurtig varmetransport i sand, og det er noget af det, vi arbejder en del på, men det skal være som passive arrangementer.

Med venlig hilsen, Henrik

  • 3
  • 0

Hej Henrik
Hermed mere nøjagtige beregning af sandkondensator, som sparer mange penge:

Vindmøllestrøm tilføres med 10kV/1000V, 100A transformator fra nettet.
I de foreløbige beregninger regnes med virkningsgrad 0,5 af dampturbine og sandlager virkningsgrad 0,9. altså total virkningsgrad 0,4 for el - sand - el.
1. Sandkondensator opbygning/beregninger
En "sandkondensator" opbygges på følgende måde:
Der graves hul i jorden 200m lang, 20m bred, 2m dyb, som fyldes med isolerende materiale. Ovenpå det isolerende materiale lægges en isolator, som kan holde til spænding på 1000V.
1 lag 10mm 2x10m sammensvejsede stålplader areal 4x200m
Langsgående (200m) luftkanaler til luftvarmeveksler svejses ovenpå stålplader areal 4x200m. Stålplader skal lede varmen fra hele areal 2x400m til luftkanaler
Ovenpå stålplader lægges et 0,3m sandlag
1 lag 10mm 2x10m sammensvejsede stålplader areal 4x200m, langsgående (200m) luftkanaler til luftvarmeveksler svejses ovenpå stålplader areal 4x200m
Næste lag er 0,3m sandlag
1 lag 10mm 2x10m sammensvejsede stålplader areal 4x200m, langsgående (200m) luftkanaler til luftvarmeveksler svejses ovenpå stålplader
Næste lag er 0,3m sandlag osv. Altså stålplader med luftkanaler i afstand 0,3m og 0,3m sandlag
Når sandlag afsluttes i ca 3m højde afsluttes med sammensvejsede stålplader areal 4x200m og med langsgående (200m) luftkanaler til luftvarmeveksler
På top afsluttes med isolator (1000V) og 2m isolering
"Sandkondensator" virkemåde:
1000V, 50Hz 100A, altså effekt 100kW påtrykkes direkte de 2 yderste kondensatorplader (Stålplade areal 2x400m i top og bund).
"Sandkondensator" indeholder altså 3m sand i højden. Så det samlede rumfang 3x2x200=1200m3 sand.
Forudsætninger for opbygning af "sandkondensator":
Sand har en modstand på 2800ohmmeter. Således at den samlede modstand imellem kondensatorplader bliver 10ohm (Modstand 1000V/100A = 10ohm)
Udregning af afsat effekt 1000V x 100A = 100kW i "sandkondensator"
Opladning fra 400-600grader tager ca en uge
Afladning luftvarmeveksler med 100kW varmeeffekt fra 600-400grader tager også en ca uge med en beregnet afstand på 0,3m mellem luftkanaler påsvejset stålplade areal 4x200m
Foreløbig prisberegning for ståldele og luftkanaler:
11 stk 10mm 2x10m stålplader med luftkanaler pris 100.000kr/stk = 1 mill kr

Udvidelse til 5 stk "sandkondensatorer" med i alt areal 20x200=4000m3
iver op/afladningeffekt 5x100kW=5MW (Virkningsgrad ikke indregnet)

  • 0
  • 0

Desværre er der følgende fejl i min sidste kommentar:
"Sandkondensator" har rumfang 3x4x200=2400m3
Udvidelse af sandlager til areal 20x200=4000m2 kan op/aflades med 5x 100kW=0,5MW

Flyveaske (tør aske) ser ud til at have nogenlunde samme elektriske og termiske egenskaber som sand, så her bør også laves forsøg!

  • 0
  • 0

Interessant emne, jeg har nogle spørgsmål om varmeoverførsel teknik
Varm luft til 600°C og 30 bar anvendes til at varme sand lager i kredsløbet 1. At holde luft ved højt tryk turbine luft må ikke blæse gennem sandet lager men skal føre gennem et rørsystem. Udstyr til røret må ikke være almindeligt kulstofstål, men i en slags legering til at modstå høj temperatur og højt tryk.
Sand varmeledningsevne er lav, så der bør ikke være meget afstand mellem rørene at varme sten op til 600°C Temperaturforskellen mellem den varme og kolde side bør være rimeligt høj at få god varme transport. Hvor stort areal, der har brug for her, og hvor meget koster det rørsystem.
Varmen opbevares som sensibel varme. Det vil sige, temperaturen ændres lineære med varme indhold. Når halvdelen af den varme er brugt, bliver sand temperatur kun 300°C. Vi vil ikke få damp til 600°C i sked 2, men kun omkring 300°C. Hvor meget dampturbine effekt med den lave damp temperatur?

  • 0
  • 0

Hej Nghia
I sandlager med elektrisk/luftvarmeveksler er der til opladning ikke anvendt varm luft 600 grader og tryk på 30bar.
Den elektriske varmeveksler til opladning af sandlager til 600grader udnytter den elektriske modstand i sandet, som i eksemplet er 2800ohmmeter.
Den elektriske varmeveksler er opbygget af en "sandkondensator", som svarer til en elektrisk kondensator. Men med den forskel, at varmeenergi oplades i sandet i mellemrummet mellem stålplader.
Afladning sker med luftvarmeveksler, som består af stålplader med langsgående påsvejsede luftkanaler, som ledes til dampturbine/generator (Luftkanaler kan udføres til tryk på 30bar, hvis recirkulation af damp)
Elektriske varmeveksler "sandkondensator" forsynes direkte fra el-nettet med for eksempel 10/1kV 100A transformer.
Beregning af opladning effekt: Spænding mellem kondensatorplader 1000Vac, areal 800m2 og modstand 10ohm giver strøm 1000V/10ohm=100A og effekt 1000Vx100A=100kW. 3m afstanden mellem kondensatorplader, som er fyldt med sand giver en robust sikkerhed for udvidelseskoefficienter i stålplader.
Fordele ved elektriske varmeveksler er den jævne fordeling af varme ved opladning. Opladning med opvarmning til 600grader af sandlager sker liniært til næsten 100% og styres med temperatursensorer.
Og direkte forsyning fra el-nettet!
Ulemper er spænding på stålplader, som udenfor sandlager skal have isolatorer til 1000V. Den elektriske varmeveksler skal afskærmes for el-sikkerhed!
Afladning med luftkanaler sker næsten liniært fra 600-400grader.
I "sandkondensator" eksempel er der 0,3m mellem varmeveksler stålplader. Ved overslagsberegning giver det op til 100grader forskel i sandlager mellem plader. Midt mellem plader (0,15m fra plader) vil temperaturen være 100 grader højere end stålpladen ved afladning med effekt 100kW.

  • 0
  • 0

Når halvdelen af den varme er brugt, bliver sand temperatur kun 300°C

Jeg tror Nghia spørger om Siemens' metode.
Jeg ser også rørene som den største omkostning i systemet, og varmeoverførslen fra luft gennem stål til sand som et kritisk punkt.

Men sandet (¤) er 600 grader hele tiden, og dermed bliver luften også næsten ligeså varm. Fidusen er som nævnt at lagerets varme ende altid er 600 grader, og den kolde ende er altid "kold". Forskellen på tomt eller fyldt lager er blot hvor 300 grader-punktet er placeret ; næsten i den kolde ende eller næsten i den varme ende. Metoden kræver et meget aflangt lager!

¤ Så når man taler om sandets temperatur, er det vigtigt at nævne hvilket sand der er tale om - i den kolde ende, midtpå, eller i den varme ende.

  • 1
  • 0

smarte systemer til hurtig varmetransport i sand, og det er noget af det, vi arbejder en del på, men det skal være som passive arrangementer

Den kinesiske jernbane i Tibet bruger heatpipes til at udjævne temperaturgradienten i dæmningsprofilet, og dermed holde mosen frossen nok til at holde jernbanen stabil.
Det var vigtigt for dem at metoden er stabil, passiv og billig nok til at kunne betale sig, og passe sig selv uden vedligeholdelse. Der er tale om hule pæle på måske 5 meter, sat med måske 100m mellemrum over en strækning på adskillige kilometer.
https://en.wikipedia.org/wiki/Qinghai%E2%8...
Dokumentar : https://www.youtube.com/watch?v=Yo7FBo4mLgU

Der må findes billige væsker som har lignende egenskaber ved 600 grader.

  • 1
  • 0

Det er nemlig rigtigt!

Kort resume af funktionen:

  • Luft varmes ved adiabatisk kompression
  • Ved at køre en cyklus, hvor luften varmes ved kompression, afkøles i en varmeveksler, ekspanderes i en turbine og igen opvarmes i en anden varmeveksler, opnår man en varmepumpevirkning. Ved de relevante temperaturer er effektfaktoren noget med 125%
  • Den tryksatte luft findes kun i det lille kredsløb med kompressor, turbine og varmevekslere. Lageret varmes med luft på atmosfæretryk, som sendes gennem den varme varmeveksler.
  • Lageret er langt, og opladningsgraden kan ikke aflæses på temperaturen i varm eller kold ende, den er altid på hhv. knap 600 grader og godt omgivelsestemperatur. Opladningsgraden aflæses ved at konstatere, hvor gradienten mellem kold og varm befinder sig henne ad lageret
  • Lageret aflades ved at sende luft den anden vej gennem lageret og derpå gennem en dampgenerator, som laver damp til en turbine
  • Da den varme ende altid er på maksimaltemperatur, ser dampturbinen altid damp ved samme tryk og temperatur
  • 1
  • 0

Forskellen på tomt eller fyldt lager er blot hvor 300 grader-punktet er placeret ; næsten i den kolde ende eller næsten i den varme ende. Metoden kræver et meget aflangt lager!

Jeg fik vist byttet rundt på tingene. Som Stiesdal skriver, er lageret fyldt hvis sandet er 600 grader næsten i den kolde ende. Lageret er tomt hvis sandet er "koldt" næsten i den varme ende.
Men den kolde ende er altid kold, og den varme er altid 600 grader. Hvis den varme ende falder under 600 grader, kan man ikke tappe ret meget mere.

Hvor langt lageret så skal være for at varmen kan overføres mellem sand, rør og luft, må eksperimentet vise.
EDIT : og så var Stiesdal hurtigere end mig ;-)

  • 0
  • 0

Hej Thomas
Hvis der skal laves forsøg, er det nok nemmest med et fjernvarme sandlager.
Forskellen er her, at fremløb temperatur i rør er 100grader, som er nemmere at håndtere. Retur fjernvarmevand i rør vælges her til temperatur 30grader.
Lagerkapacitet er her interval mellem opladning til 100grader og afladning ned til 30grader. Sandlager har 5x større rumfang end vandlager.

Fjernvarme sandlager kan opbygges med elektrisk/vandvarmeveksler.
Beregninger er her baseret på "sandkondensator" princippet til 600grader sandlager til udnyttelse med dampturbinegenerator.
Til fjernvarme regnes med følgende opbygning af "sandkondensator":
Areal 4x200m=800m2; Sandlag højde 3m; Rumfang 800x3m=2400m3
El-tilslutning 10kV/1000V 100A transformer
Vandvarmeveksler består af sammensvejsede 10mm 2x10m stålplader med fjernvarmerør med varmeledende beslag på stålplader.
Der startes i bunden nederst med 0,5m isolering. Dernæst isolatorlag 1000V
Ovenpå lægges areal 4x200m=800m2 stålplader med påsvejset beslag til fjernvarmerør. Alle stålplader sammensvejses og fjernvarmerør monteres på alle plader til ender af sandlager. Dernæst sandlag 0,2m
Ovenpå lægges areal 4x200m=800m2 stålplader med påsvejset beslag til fjernvarmerør og rør monteres. Dernæst sandlag 0,2m osv..
I alt 16 stk stålplade/rørlag med 0,2m sandlag imellem.
Øverst afsluttes med isolatorlag 1000V
Fra transformer tilsluttes 1000V 100A ledninger til kondensator stålplader mellem top og bund. De mellemliggende 14 stk stålplader har altså ingen forbindelse til 1000V.
Men alle metaldele skal afskærmes da elektriske felter kan give spændingsfare.
Fjernvarmevekslerrør forbindes i sandlager fra kold til varm ende.
Opladning elektrisk effekt er max 100kW i temperaturinterval 30-100grader
Opladet energi (MWh) i 2400m3 sand i for eksempel en uge kan så beregnes.
Sand fjernvarmelager vil have en virkningsgrad, som kun er afhængig af isolering/spildvarme.

  • 1
  • 0

NB! Nedenstående anvisninger gives kun med ansvarsfraskrivelse!!
230V installation skal foretages af autoriseret el-installatør!

Hermed forsøges at anvende 230V 10A til opvarmning af sandlager (gulvvarme?). Opvarmning til max 60grader.
Hertil anvendes standard dansk sand, kornstørrelse 0,15-0,17mm (ohmmeter data fra geoelektrisk kortlægning af Tårs) med målt modstand på ca 1000 ohmmeter. Men den eksakte ohmmeter værdi af sandet skal altid måles inden brug. Sandet har altså en modstand på 1000ohm målt mellem 2 metalplader hver på 1m2 med afstanden 1m fyldt med sand. Sandlager dybde skal altid korrigeres, så det passer med ohmmeter værdi af anvendt sand!

Som eksempel regnes med sandlager på 20m2, dybde 0,5m, rumfang 10m3
Dybde 0,5m giver altså 500ohmmeter pr m2. Så 20m2 areal giver modstand på ca 25ohmmeter
Strømmen gennem sandet beregnes 230V/25ohmmeter giver ca 10A
Oplade effekt er 230V x 10A = 2,3kW
"Sandkondensator" opbygges for eksempel således:
I bunden mindst 0,3m isolering af sandlager areal 20m2
Ovenpå 230V isoleringslag (Skal kunne modstå høj temperatur)
Der lægges punksvejset trådnet 4mm, maske 40x40mm, som forbindes elektrisk, så strømmen på 10A kan fordeles over hele areal 20m2
Ovenpå sandlag 0,5m
Derpå lægges punksvejset trådnet 4mm, maske 40x40mm, som forbindes elektrisk, så strømmen på 10A kan fordeles over hele areal 20m2
Dernæst 230V isoleringslag (Skal kunne modstå høj temperatur)
I toppen passende isolering af sandlager areal 20m2
Opladning af sandlager beregning:
Hvis sandlager rumfang på 10m3 temperatur skal varmes op fra 10-40grader kræver det energi. Sand varmekapacitet er 0,8 kJ/kg/gradC, massefylde 2,2.
Det giver formel Energi=varmekapicitet x vægt x temperaturforskel
Opvarmning fra 10-40grader giver:
Energi antal Joule: 0,8 x 10 x 1000 x 2,2 x 30 = 528MJ.
Hvis 1 kWh = 3,6 MJ giver det antal kWh = 528/3,6 = 148 kWh
Så med 230V 10A = 2,3kW effekt tager det antal timer 148/2,3 = 64 timer
Så det tager altså næsten 3 dage at opvarme sandet fra 10 til 40 grader

  • 1
  • 0

Sandlager afladning med fjernvarmerør kræver kort afstand mellem rør, når effekt på 10kW skal overføres fra sandlager. Temperaturforskel i sandlag ved afladning vælges her til max 10grader. Og det giver en afstand mellem rør på max 0,1m. Sandlager areal 200x4=800m2 og højde 3m rumfang 2400m3.
Det vil sige, at hvis sandlag højde er 3m, kræves et rørlag for hver 10cm og med 4m bredde giver det 31x10x4= 4100 rør.
Hvis der for eksempel anvendes 1x2m ståltrådnet ø4mm, maske 40x40mm vil udgifter til metaldele reduceres med en faktor 10 for hvert lag.
For at kunne anvende trådnet, er det nødvendigt at skabe en god termisk forbindelse mellem rør/trådnet. Så her punktsvejses et 2m vinkeljern i langsgående retning på hver tværgående ø4mm tråd. Så når trådnet udlægges på sandlag, kan fjernvarmerør (måske 200m, 1/2" jernrør) punktsvejses vinkelskinne for god termisk forbindelse.
Beregnet fjernvarmerør med et rør pr trådnet giver ved sandlag rumfang 200x4x3=2400m3 med 1x2m trådnet antal rør i længde 200m 4x31=124
Elektriske kondensatorplader i top og bund erstattes også af trådnet. Her punktsvejses 1m vinkeljern på undersiden på hver langsgående tråd for at skabe elektrisk forbindelse (når trådnet udlægges på sandlag punktsvejses rør i hele bredden). Og på oversiden punktsvejses vinkeljern til fjernvarmerør.

Modstanden (ohmmeter) i sand skal altid kontrolleres og "sandkondensator" mål beregnes herefter. Tørt sand har modstand på ca 1000ohmmeter.
Hvis for eksempel der anvendes 10k/0,4kV 250A transformer til forsyning og der beregnes areal med sandlager højde 3m. Effekt 400Vx250A=100kW, sandmodstand 3m højde pr m2 er 3x1000=3000ohmmeter
Beregnet strøm pr m2 er kvadratrod af 100kW/3000ohmm= 1,4A
Areal m2 ved strøm 250/1,4=178m2. Herefter regnes med areal 200m2 pr "sandkondensator", altså 3m højde forsynes med 400Vx250A=100kW
Areal 200x4=800m2 giver altså 4 stk isolerede "sandkondensatorer" med effekt i alt 400kW opladeeffekt.
Stærkstrømsikkerhed kræver at fjernvarmerør i sandlager ender tilsluttes plastrør og kondensatorplader i top og bund har isolatorer, der kan holde til høje temperaturer (Fliser?). Og der kræves fugt-membram udvendig på sandlager for at sikre mod vand!
NB! Sand vil altid indeholde fugt når det opgraves, så modstanden (ohmmeter) vil have en lavere værdi. Derfor skal effekt kunne reguleres ved opladning af sandlager 1. gang og fugt kunne udslippe i top.
Pris på metaldele pr lag vil som overslag være 200kr/m2 på areal 800m2
Så pris pr lag 200kr x 800= 160.000kr
Og pris på 31 lag 160.000kr x 31= 5 mill kr.

  • 1
  • 0

I ovennævnte kommentar er en regnefejl med opladeeffekt beregning.
Tranformator rettes til 10/0,4kV 100A altså opladeeffekt 400x100=40kW
Sandmodstand er 3000ohmmeter og det giver en strøm 400/3000=0,13A/m2
Antal m2 med 3m højde beregnes 100A/0,13A= 750 afrundet til 800m2
Med opladeeffekt 40kW beregnes energi for temperaturstigning 30-100grader
Sand varmekapacitet er 0,8kJ/kg/gradC og massefylde 2
Rumfang 800x3= 2400m3 giver vægt 2400x2= 4800 tons
Energi=varmekapacitet x vægt x temperaturforskel
Energi antal Joule: 0,8x4800000x70= 260MJ
Hvis 1 kWh = 3,6 MJ giver det antal kWh: 260/3,6= 75MWh
Med opladeeffekt 40kW tager det antal timer: 75000/40= 1845timer
Det tager altså 78 døgn at opvarme sandet fra 30-100grader.
Hvis transformator vælges til 10/1kV 250A bliver opladeeffekt 250kW
giver det opladningstid 75000/250= 300timer, altså 2 uger

  • 1
  • 0

Sandlager til for eksempel solfangere har ikke været nogen succes, da rent tørt sand varmeledningsevne kun er 0,3W/(m x grad).
Dansk sand, som indeholder fugt, er i naturen målt til 1000ohmmeter. Ved opvarmning af sandlager frigøres vand, så tør sand modstand er 3000ohmmeter
Hvis grafit pulver tilsættes sand, kræver det test med ovntørret sand. Her måles modstanden i ohmmeter og der tilsættes grafitpulver (som blandes grundigt med sandet) til der måles 1000ohmmeter.
Tilsættes for eksempel 15% grafitpulver til sand, er der ved forsøg målt op til 3x bedre varme/ledningsevne.
På internettet er der set grafit pulver import fra Kina til 10.000kr/ton
Hvis sandlager rumfang 200x4x3= 2400m3 og vægt 2400x2= 4800ton giver det ved 15% grafitpulver tilsætning 4800x0,15= 720ton.
Grafitpulver pris 720x10.000= 7,2 mill kr
Pris metaldele er tidligere beregnet til 5 mill kr for rumfang 2400m3
I alt pris metaldele 5 mill kr + grafitpulver 7 mill kr=12 mill kr giver 5000kr/m3
Energi for opladning af sandlager fra 30-100grader er tidligere beregnet til 75MWh.

.

  • 0
  • 0

@Henrik Stiesdal

Det er en interessant idé; mine spørgsmål er dog sidespørgsmål hertil.
1. Brug af énfasede motorer hænger vel sammen med omdrejningstallet?
2. I dit seneste svar ser det ud til, at varmepumpefunktionen er et lukket system; ellers er mit spørgsmål, hvordan du undgår kondens og tilrimning i turbinen? Derefter ville jeg selvfølgelig gerne vide, hvordan jeg undgår tilrimning i min luft-til-vand-varmepumpe.
3. Valget af luft i varmepumpen er vel betinget af de temperaturer, du arbejder med? Eller kan samme princip også anvendes i en husholdningsstørrelse (3-8 kW). 2. hovedsætning skelner ikke mellem dette princip og en væske-damp-varmepumpe; men er evnen til at nå tæt på Carnot-effektiviteten afhængig af princippet?

Venlig hilsen
EP

  • 0
  • 0