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

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
henrik stiesdal bloghoved blog

Sådan fungerer Googles energilager

I sidste uge kunne Ingeniøren berette, at Googles moderselskab Alphabet arbejder med et termisk energilager. Arbejdet foregår i det datterselskab, de fleste af os kender som Google X, dvs. den gren af virksomheden, der satser på de såkaldte ”moonshots”. Et Google-moonshot er et projekt med høj risiko, men også med stor effekt, hvis det lykkes. Listen over Google X moonshots omfatter bl.a. den selvkørende bil og en flyvende vindmølle.

Ingeniørens artikel kan findes på dette link: https://ing.dk/artikel/google-vil-lagre-stroem-salt-frostvaeske-202470.

Googles energilagringsprojekt har fået navnet Malta. Projektet angår en særlig type termisk energilager, nemlig såkaldt ”Pumped Heat Electricity Storage” eller PHES. Man kan finde alskens artikler om det fundamentale koncept ved en simpel søgning på nettet.

I den konkrete form har Googles udviklingsprojekt taget udgangspunkt i arbejde udført af den amerikanske fysiker og nobelpristager Robert B. Laughlin. Laughlins arbejde på området er opsummeret i en glimrende artikel, man kan finde på dette link: http://www.w2agz.com/Library/Storage/rbl-storage-05feb16%20(2).pdf

I Laughlins variant af PHES anvender han en såkaldt recuperator mellem den kolde og den varme side i systemet. En recuperator er en simpel luft-luft varmeveksler. Når man bruger den i et PHES-system, får man den fordel, at det kolde og det varme lager rent temperaturmæssigt bliver frakoblet fra hinanden.

Nedenfor beskriver jeg, hvordan jeg vurderer, at Google vil implementere Laughlins system. Det er er ikke helt enkelt at beskrive, så man skal som læser nok holde tungen lidt mere lige i munden, end det normalt er rimeligt at forlange, men jeg synes, det har været svært at gøre det simplere end her.

Systemet er vist i diagrammet på Figur 1.

Illustration: Privatfoto

Hjertet i systemet er turbomaskineriet. Det er den dyreste del og i stort omfang den, der i sidste ende bestemmer driftsøkonomien. Turbomaskineriet består af en elektromotor 1 forbundet til en kompressor 2 og en turbine 3, der er monteret på samme aksel.

I den fortsatte beskrivelse antager jeg, at kompressionsforholdet er 3.5, at kompressorvirkningsgraden er 85% og turbinevirkningsgraden 90%, og at temperaturgradienten over varmevekslerne er 10 K. Google kan sagtens tænkes at arbejde med andre værdier, men det gør ikke så meget for resultaterne nedenfor.

Den kolde side af lageret består af en varm tank 4 og en kold tank 5, forbundet gennem en varmeveksler 6. Hver tank er stor nok til at kunne indeholde hele den kolde lagervæske. Væsken pumpes fra den ene tank til den anden med en eller flere pumper, der ikke er vist på diagrammet. Temperaturen i den varme tank 4 er 20 grader C, og temperaturen i den kolde tank 5 er -40 grader C.

Den varme side af lageret består på samme vis af en varm tank 7 og en kold tank 8, forbundet gennem en varmeveksler 9. Temperaturen i den varme tank 7 er 550 grader C, og temperaturen i den kolde tank 8 er 280 grader C.

Endelig har systemet en recuperator 10, der som nævnt ovenfor er en luft/luft varmeveksler.

Pilene viser flowets retning under opladning.

Elektromotoren 1 driver kompressoren 2. Kompressoren forsynes med 280 grader C luft fra recuperatoren, og ved kompressionen opvarmes luften til 560 grader C. I varmeveksleren 9 afgiver luften overskudsvarmen til det varme lagers væske, som pumpes gennem varmeveksleren fra det kolde lager 8 til det varme lager 7. På grund af den 10 graders temperaturforskel i varmeveksleren, bliver det varme lager ikke 560 grader, men 550 grader.

Luften forlader varmeveksleren 9 med en temperatur på 290 grader C. I recuperatoren 10 køles den ned til en temperatur på 40 grader C og opvarmer samtidig luften til kompressoren til 280 grader.

Efter recuperatoren ekspanderes luften i turbinen 3. Herved afkøles den ved adiabatisk ekspansion til -50 grader C. I varmeveksleren 6 afgiver luften kulden til det kolde lagers væske, som pumpes gennem varmeveksleren fra det varme lager 4 til det kolde lager 5.

Luften forlader varmeveksleren 6 med en temperatur på 30 grader C. I recuperatoren 10 varmes den så op igen til 280 grader C som nævnt ovenfor, og processen kan nu tage en ny cyklus.

I processen tilføres det varme lager energi fra afkølingen af det kolde lager. Varmen pumpes så at sige fra det kolde lager til det varme, deraf betegnelsen ”Pumped Heat Electricity Storage”. Processen er fuldstændig den samme som kendes fra køleskabe og almindelige varmepumper. På grund af det store temperaturspænd kan CoP (Coefficient of Performance) selvsagt ikke være lige så høj som i konventionelle varmepumper. Med de estimerede virkningsgrader ovenfor havner man på en CoP på ca. 140%. Sagt på en anden måde – for hver kWh overskudselektricitet, man tilfører elektromotoren, får man lagret 1.4 kWh som varme.

Som det fremgår af gennemgangen, har recuperatoren den virkning, at det kolde og det varme lager frakobles fra hinanden rent temperaturmæssigt. Når man udlægger systemet, beslutter man sig til i) kompressionsfaktoren, ii) maksimaltemperaturen af det varme lager (som bestemmes af lagermaterialet), og iii) maksimaltemperaturen af det kolde lager (som bestemmes af køleluftens temperatur, dvs. omgivelsestemperaturen). Beslutningerne om ii) og iii) kan træffes uafhængigt af hinanden, når blot man har en recuperator.

Så langt, så godt – men vi skal jo også have varmen ud igen som elektricitet!

Figur 2 viser afladningskonfigurationen af systemet.

For at holde diagrammet og beskrivelsen så enkel som muligt, antages det her, at kompressor og turbine bytter plads. Turbomaskineriet består stadig af en elektromotor 1 forbundet til en kompressor 2 og en turbine 3, der er monteret på samme aksel, men på tegningen har 2 og 3 byttet plads i forhold til før. I praksis vil man naturligvis ikke sådan rykke rundt på tingene, og man vil i stedet krydse flowet med diverse rør og ventiler, så man får den samme virkning.

Elektromotoren 1 er nu en generator, som drives af overskuddet af effekt fra kombinationen af kompressor og turbine.

Kompressoren forsynes med -30 grader C luft fra varmeveksleren 6. Ved kompressionen opvarmes luften til 50 grader C. I recuperatoren opvarmes luften videre til 290 grader C, hvorefter den fortsætter til varmeveksleren 9 og opvarmes af det varme lagers væske, som pumpes gennem varmeveksleren fra det varme lager 7 til det kolde lager 8.

Luften forlader varmeveksleren 9 med en temperatur på 540 grader C. I turbinen 3 ekspanderes den og køles derved ned til 320 grader. Den passerer recuperatoren 10 og køles her ned til en temperatur på 60 grader C. Samtidig opvarmes luften, som går videre til varmeveksleren 9, i recuperatoren til 310 grader C. Da den kolde side af det varme lager ikke må blive varmere end 280 grader, køles luften fra recuperatoren ned fra 310 grader C. til 290 grader C., før den kommer ind i varmeveksleren.

Efter recuperatoren går luften til varmeveksleren 6, hvor den afgiver varmen til det kolde lagers væske, som pumpes gennem varmeveksleren fra det kolde lager 5 til det varme lager 4. Luften forlader varmeveksleren 6 med en temperatur på -30 grader C, og processen kan nu tage en ny cyklus.

Virkningsgraden af afladningsprocessen er ca. 35%. Den samlede round-trip virkningsgrad er derfor 140% * 35% = 50%. Resten går tabt som varme, primært ved, at det kolde lagers varme del under afladningen bliver opvarmet en del mere end ønsket. Man er derfor nødt til at have køling på det kolde lagers varme del, og det er ved denne køling, at spildvarmen forsvinder.

Processens round-trip virkningsgrad er meget afhængig af virkningsgraden af turbomaskineriet og af temperaturforskellen over varmevekslerne. I sin artikel regner Laughlin med virkningsgrader i området 91-93%. Han anfører selv, at det nok er i den høje ende, men skriver dog samtidig, at man rent teoretisk kan nå højere op. Det mener jeg ikke er realistisk, og jeg anvender derfor i mine beregninger noget lavere værdier for virkningsgraderne.

Efter Laughlins beregninger kommer den laveste temperatur af det kolde lager helt ned på -95 grader, og derfor regner han med, at man er nødt til at bruge en kulbrinte (hexan eller lignende) som væske i de kolde tanke. Google oplyser, at man i stedet bruger vand og ethylenglykol, dvs. almindelig kølervæske, hvilket ikke er muligt ved så lave temperaturer. Det skyldes sandsynligvis, at Google har regnet sig frem til, at det ikke rigtig er realistisk med Laughlins antagelser om virkningsgrader og har brugt nogle mere ”dagligdags” virkningsgrader. Resultatet er, at den kolde del af det kolde lager kommer ind i et område, hvor man kan bruge almindelig kølervæske.

Laughlin og Google bruger smeltet salt til det varme lager. Man skulle måske tro, at det er for at kunne udnytte det store indhold i smeltevarmen, men det er ikke tilfældet. I lagersystemet skal saltet altid være flydende. Man bruger det, fordi det i smeltet form er en væske, som tåler højere temperaturer end andre væsker.

Smeltet salt er normalt en blanding af forskellige salte. Før i tiden har man ofte anvendt en blanding af 60% natriumnitrat og 40% kaliumnitrat, men det er næppe helt ikke så populært længere, fordi man kan være bekymret over, at disse nitrater kan bruges til at lave simple sprængstoffer. Derfor bruger man efterhånden mere avancerede saltblandinger, der leveres under forskellige handelsnavne.

Typiske kommercielle saltblandinger kan anvendes i temperaturområdet 150 – 550 grader C.

Hvis temperaturen bliver for lav, størkner saltet naturligvis, og så bliver alting meget besværligt, selv hvis systemet er forsynet med et varmeanlæg, der kan tø det op igen. Det er ikke nogen let sag, fordi saltet har relativt dårlig varmeledningsevne, når det er på størknet form.

Hvis temperaturen kommer over 550 grader, begynder saltet at dekomponere og afgive gasser. Disse er normalt ufarlige, men ulempen er, at dekomponeringen har det med at hæve smeltepunktet, og med tiden får man et materiale, der ikke rigtig duer til opgaven.

Smeltet salt er således ikke noget ukompliceret materiale at arbejde med, og før i tiden har man ofte valgt at bruge forskellige former for højtemperaturolie i f.eks. koncentreret solenergi. Olien er helt anderledes ligetil at arbejde med, men den har den helt dominerende ulempe, at maksimaltemperaturen er af størrelsesordenen 400 grader C. Og den lave maksimaltemperatur går ud over virkningsgraden. Med de samme tal som anført ovenfor, vil round-trip virkningsgraden falde fra 50% til 40%, hvis maksimaltemperaturen i det varme lager reduceres fra 550 til 400 grader C.

Som nogle af ingeniørens læsere måske kan huske fra gamle artikler, har jeg selv arbejdet med knust sten som lagermateriale. Man kan af gode grunde ikke pumpe knust sten på samme måde, som man kan pumpe væsker, og man bruger derfor luft som varmeovergangsmateriale.

Knust sten har den meget store fordel, at det ikke er selve lagermaterialet, som sætter begrænsningen på maksimaltemperaturen. Man kan finde basalt-typer, som kan holde til et stort set ubegrænset antal op- og afladninger ved temperaturer helt op til 900 grader C, og man har isoleringsmaterialer, som kan tåle langt over 1000 grader C. Med et stenlager er det således selve udstyret (turbomaskineri, varmevekslere og rørsystemer), der sætter begrænsningen.

I maskineriet er det navnlig kompressoren, der er udfordringen. Turbiner laves til meget høje temperaturer, i gasturbiner helt op til 1400 grader C. Varmevekslerne kan fås op til omkring 800 grader C. Rørene kan fås i alskens forskellige kvaliteter og bliver næppe begrænsningen.

Hvis vi antager, at man under anvendelse af turbinematerialer kan lave kompressorer, som kan tåle op til 700 grader, kan man ved at erstatte det smeltede salt med knust sten og bruge luft til varmeovergang hæve round-trip virkningsgraden fra 50% til 57%. Og så er stenfyldet oven i købet meget billigere end salt!

Henrik Stiesdal byggede sin første vindmølle i 1976 på forældrenes gård i Vestjylland. Siden tilbragte han 28 år i toppen af Siemens Wind Power og blev indehaver af 200 patenter inden for vindmølleteknologi. Henrik Stiesdal har studeret medicin, biologi og fysik.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvor er der størst (og realistisk) mulighed for at forbedre round-trip virkningsgraden? - Er det på indløbet eller når man tapper?
Umiddelbart er 35% på udløbet jo ikke imponerende, neutralt set.

På den anden side er 50-57% jo egentlig ok, hvis det kommer fra VE som vind eller sol - ekstraproduktionen koster jo i princippet ikke noget.

  • 1
  • 0

Hej Henrik
Termodynamik er farligt, al den varmegenvinding kan løbe af med en, så det er som hunden der løber efter sin egen hale, desværre er det tit sådan at tryktab , når man lader medier (især luft ) fise rundt på den måde udsætter en for uventede tab, det er nok betegnende at det er Googles afdeling for vanvittige ideer ,der arbejder på sagen.
jeg har også en fix ide.
jeg har sommetider tænkt til et et mindre elektrisk/termisk lager om man ikke med fordel kunne bruge aluminium.
så vidt jeg kan forstå/beregne er tallene:
smelte temp 660 C
89 KWh i smeltevarme /1000 kg
omk 2,7 ton pr cbm
et mindre anlæg med opmagasinering af 1 MWh ville kræve omk 11000 kg alu i en gryde /digel på
4,5 cbm .
En Stirling motor ville iflg Carnot kunne "arbejde" på 2/3 af den tilrådighed værende energi ,hvis den arbejder op mod en varmeforsyning(60-80 C) som kølemedie, spørgsmålet er så hvor effektiv den vil være.
Da Alu har en høj varmeledningsevne burde det være nok at "den varme ende" af stirlingmotoren er mekanisk forbundet med diglen , man behøver ikke at pumpe varmen rundt.
sådan et anlæg kunne vel bygges i en 20 fods container
Opladning er så rent elektrisk med varmelegeme ,temperaturen holdes altid :600 <t<700C dvs. faseskiftet er energileverandør/akkumulator.
Prisen på alu er selvfølgelig høj , men man vinder på den (forholdsvis)lave kompleksitet/høje energitæthed.
Jeg mener Dansk Stirling?? der gik på R.... lavede en 70 KW generator , den ville så kunne køre 10 timer opladning>>10 timer produktion og 4 timer pause hvor elprisen er for lav til produktion og for høj til opladning.
Det er kun et tankeeksperiment og det er ikke et GW anlæg,men alligevel kunne det måske have sin berettigelse på skoler -landbrug eller småindustri med et opvarmningsbehov.

  • 1
  • 2

Tak for gennemgangen!

Jeg kiggede lige dine gamle artikler igennem, og du havde vist en idé med en virkningsgrad på ca. 50% som du så forenklede til 45%. Det her er vel et skridt i den modsatte retning? Har du et bud på om den ekstra kompleksitet er det værd i praksis?

  • 1
  • 0

Det ser mere indviklet ud end Henrik Stiesdals tanker, som vel egentlig kunne arbejde kontinuert, selvom det ikke ville give nogen mening.
Sådanne anlæg kan vel kun svare sig hvis spildvarmen i processerne også kan udnyttes, Carnot er svær at modarbejde.
Selv hvis effekten til opladning var gratis, er der vel en grænse for hvor store og indviklede/dyre anlæg man økonomisk kan lave for den effekt man kan få ud af anlægget.
Der er jo en årsag til at ikke alle huse har solceller.
Hvilket får mig til at tænke, at anlægget selvfølgelig skal drives af solceller, hvorved effekten fra solcellerne kan afleveres på tidspunkter hvor der er behov, i stedet for når Solen skinner.

  • 2
  • 4

Jeg mangler en debat om skalaen på nationale energilagre, til en fremtid baseret på Sol og Vind.

Det er en ting at lagre varm luft i en bunke sten, til at drive et parcelhus, men hvordan skalere det til den berømte (og lidt teoretiske) December uge, uden sol og vind.

Skal vi have stenbunker på 3-4-5 kubikkilometer til at forsyne København i 2100, når alt er elektrificeret og fossile brændstoffer i alle afskygninger er bandlyst?

Eller satser vi på naboernes hydro og atomkraft, er tilrådighed til hver en tid?

  • 3
  • 3

Eller satser vi på naboernes hydro og atomkraft, er tilrådighed til hver en tid?


Jeg har ikke set nogle beregninger der viser at sol og vind skal klare det hele alene... Der imod er der nævnt mange ting om biobrændsel og affaldsforbrænding... Og ja, så satser vi også på naboernes vandkraft og til dels atomkraft, selv om de naturligvis ikke kommer til at producerer mere når der er vindstille end når det blæser...

Efter min overbevisning så vil forskellige lagreteknologier komme i spil, men ikke i en skala hvor de kan holde forsyningen oppe i en uge... Det bliver til primær backup (hvis en enhed falder uventet ud), korttidsregulering, dvs. inden for få timer til og til at nedsætte spidslastproblemer...

  • 1
  • 1

Det er en ting at lagre varm luft i en bunke sten, til at drive et parcelhus, men hvordan skalere det til den berømte (og lidt teoretiske) December uge, uden sol og vind.

Vejrudsigterne er allerede så gode at der er rigeligt tid til at fyre op under kedlerne på de biomassekraftværk vi har stående standby.

Den slags sten-/salt- vamrelagre skal med andre ord kun kunne klare at levere i den tid der går fra at vejr udsigterne siger "problemer for lagerkapaciteten i stenlagre" til at biomasse kedlerne kan startes op.

2 dages kapacitet i disse lagre antager jeg vil være nok.

  • 0
  • 0

Når vi i 2100 har konverteret til sol og vind energi og har gigantiske energilagre på mange millioner tons 900 C varme sten, så er biomasse fyring såvel som fossile brændstoffer vel helt bandlyst?

Så er alt back-up power vel udkonkureret og gjort så urentabelt at ingen kan forvente at "markedet ordner alt" vil bruge penge på det?

Er der nogen der vil sætte tal og skala på mængden af vndmøller, solceller og størrelsen af stenbunkerne der skal til at garantere Danmarks samlede energiforsyning?
Skal vi have 10.000 vindmøller a 8 MW og 10.000 kvardratkilometer solceller, samt 87.000.000 tons varme basalt sten?

Ikke nogen men og hvis, men bare nogle overslag på mængder og størrelser, for det mangler lidt i debatten.

  • 1
  • 7

Hvorfor bruge aluminium?
dagsprisen på alu er 14 kr/kg pr. dags dato. Hvorfor ikke bruge jern i stedet, det har et smeltepunkt på 1538 C. Indkapslet i diglen kunne være rør med et medium som kunne fungere som en heatpipe hvis køleende så kunne være i numsen på en sterling engine, eller en turbine... Som kondensator skulle så være fjernvarmen eller et køletårn hvis fjernvarmen ikke kunne tage imod.

Men..Hvis det var måden at gøre det på - så var det allerede lavet :D
PS - Er effektiviteten af en Sterling engine virkelig så høj som du siger?

KISS

  • 0
  • 1

Ærede hr. Rangård

Hvorfor må jeg ikke stille et par spørgsmål om energi og lagring, hvor jeg opstiller et muligt scenarie?

Hvorfor forsøger du ikke at besvare spørgsmålet i stedet for at svare fornuftigt?

Der debateres jo meget om lagrngsteknik og virknngsgrad, så er det vel rimeligt relevant at kikke på skalaen i et (teoretisk) scenarie?

Der debateres også meget priser på på KWh i andre scenarier, men jeg spørger bare om antallet af vindmøller osv?

Igen, hvorfor må jeg ikke spørge, pænt og høfligt om nogen vil give et bud på skala/antal?

  • 2
  • 7

Hvorfor må jeg ikke stille et par spørgsmål om energi og lagring, hvor jeg opstiller et muligt scenarie?


Naturligvis må du stille alle de spørgsmål du vil... Jeg stiller jo bare nogle spørgsmål til din begrundelse for at opstille et scenarie som ingen (mig bekendt) har som mål...

Du mener at dette spørgsmål mangler en besvarelse i debatten, jeg mener at du ikke kan bruge et svar til noget som helst da ingen ved hvordan forbruget bliver fordelt hen over døgnet/året når man i fremtiden flytter mere og mere over på el. Desuden mener jeg ikke at det vil bidrage til nogen debat at få et eller andet tilfældigt tal på et antal vindmøller og solceller ud fra nogle ikke nærmere defineret forudsætninger...

Men det er nok bare mig... Held og lykke med at få et brugbart svar på dit spørgsmål...

  • 7
  • 0

Ærede Hr. Rangård.

Tak for dit nedlandende svar der er blottet for information.

Der debatteres ofte energilagring og især priser på energilagring, udfra scenarier der ikke har hold i virkeligheden.
Nu spørger jeg så om nogen vil sætte tal på mængden af energikilder og størrelsen af lager.

Det eneste du vil bidrage med er udenomsnak og slet skjult foragt.

Men jeg må jo håbe at nogle med viden pg visioner vil komme med et bud på et energi scenarie uden fossile brændstoffer og afbrænding af træ og affald (CO2 neutralt eller ej).

  • 1
  • 7

Hvor er der størst (og realistisk) mulighed for at forbedre round-trip virkningsgraden? - Er det på indløbet eller når man tapper?
Umiddelbart er 35% på udløbet jo ikke imponerende, neutralt set.

Det er der for så vidt ikke noget enkelt svar på.

En afladningsvirkningsgrad på 35% er faktisk pæn for en luftturbine, når man taler en maksimaltemperatur på 550 grader. Man kan få en højere virkningsgrad med damp, og de bedste dampkraftværker når op på 45% eller deromkring ved en damptemperatur på 565 grader. Men så er trykket også et helt andet, 250 Bar, og det er meget kostbart at arbejde med så høje tryk.

Høje virkningsgrader på kompressor og turbine batter meget, navnlig på turbinen, men der er regnestykket allerede baseret på relativt høje værdier, så der er næppe ret meget at hente på den konto.

Jeg tror derfor, at de 50% for Googles system er en ganske realistisk værdi, som det er svært at bringe ret meget højere op.

  • 3
  • 0

Jeg har sommetider tænkt til et et mindre elektrisk/termisk lager om man ikke med fordel kunne bruge aluminium. Så vidt jeg kan forstå/beregne er tallene:
- Smeltepunkt 660 C
- Smeltevarme 89 KWh/1000 kg
- Massefylde 2700 kg/m3

Et mindre anlæg med opmagasinering af 1 MWh ville kræve ca. 11.000 kg aluminium, dvs. 4.5 m3.

Ja, det lyder meget rimeligt.

En Stirling motor ville iflg Carnot kunne "arbejde" på 2/3 af den tilrådighed værende energi,hvis den arbejder op mod en varmeforsyning (60-80 C) som kølemedie, spørgsmålet er så, hvor effektiv den vil være.

Carnot sætter jo ud fra temperaturspændet en øvre grænse for virkningsgraden. Med det temperaturinterval, du nævner ovenfor, giver Carnot 63%. I praksis er virkningsgraden dog meget lavere for Stirlingmotorer, ligesom den for alle andre termiske maskiner også er lavere end beregnet ud fra Carnots ligning. Jeg plejer gerne at bruge den tommelfingerregel, at man kan få Carnot-virkningsgraden kvadreret. For en dampturbine med en høj temperatur på 565 grader og en lav temperatur på 15 grader giver Carnot 66%, den kvadrerede værdi er 43%, og det er et godt mål for et rigtig godt dampkraftværk. Nogle få kommer højere op ve dat tweake på alle tilgængelige parametre, men ikke over en relativ forbedring på 10% i forhold til tommelfingerreglen, dvs. 47%.

Desværre har Stirlingmotoren nogle ulemper i forhold til dampturbiner, og derfor er tommelfingerreglen for optimistisk. Ulemperne omfatter bl.a. friktion, fordi det nu en gang er en stempelmaskine, men også det vigtigere forhold, at der ikke er tale om flow i én retning, som ved tubomaskineri, men reverserende flow. Det giver væsentlige tab til opvarmning og afkøling af cylindere, stempler m.v., og derfor ligger Stirlingmotorer sjældent meget over 30%.

Da Alu har en høj varmeledningsevne burde det være nok at "den varme ende" af stirlingmotoren er mekanisk forbundet med diglen , man behøver ikke at pumpe varmen rundt. sådan et anlæg kunne vel bygges i en 20 fods container. Opladning er så rent elektrisk med varmelegeme, temperaturen holdes altid på smeltepumktet, 660 grader, dvs. faseskiftet er energileverandør/akkumulator.

Ja, det er faktisk et fint koncept. Opvarmningen er ikke noget problem, og afladningen heller ikke. Dog vil der blive lidt med størkning omkring cylinderhovedet, som kan give nogle termiske spændinger, men det kan sikkert løses.

Prisen på alu er selvfølgelig høj , men man vinder på den (forholdsvis) lave kompleksitet/høje energitæthed.

Ja, prisen er et af problemerne, men ikke det enelste.

Med en dagspris på ca. 2 USD/kg koster lagerets indhold ca. 22 USD/kWh. Dertil kommer lidt indpakning og isolering, så måske i alt 25 USD/kWh. Til sammenligning koster batterier for tiden af størrelsesordenen 200 USD/kWh, mens sten koster 1-2 USD/kWh.

De 25 USD/kWh kunne såmænd nok gå til små anlæg, som du skriver - men problemet er Stirlingmotoren. Der er en forklaring på, at man ikke i dag har successfulde leverandører af Stirlingmotorer, og det er, at det simpelthen er meget svært at få dem til at holde. De store temperaturvariationer er for hårde ved materialerne.

Men en smart ide ;-)

  • 3
  • 0

Denne motor dukker ofte op som løsningen på alt der har med varme til mekanisk energi at gøre. Nogle kan jo køre på en kop varm kaffe. Det kan termoelektriske elementer også, men derfra og til at hente effekt ud, er der desværre et stykke.
Er der ikke en svensk ubåd som drives af en stirlingmotor i stedet for batterier?
"Gas"turbiner kan også køre på på ren opvarmning og afkøling i et lukket kredsløb, hvor nogle foreslår at opvarme med fission. Fission eller nuklear opvarmning ved henfald er dog foreløbig kun brugt reelt sammen med termoelektriske elementer, selvom jeg har hørt forslag om sterlingmotorer i satellitter.

  • 0
  • 1

Jeg kiggede lige dine gamle artikler igennem, og du havde vist en idé med en virkningsgrad på ca. 50% som du så forenklede til 45%. Det her er vel et skridt i den modsatte retning? Har du et bud på om den ekstra kompleksitet er det værd i praksis?

Det kommer an på flere ting.

Min helt oprindelige ide ligner Googles meget, dog uden recuperatoren. På afladningssiden brugte jeg damp, og formålet var genbrug af eksisterende dampkraftværker, som står overfor lukning, fordi deres brændsel ikke længere kan anvendes (f.eks. kulkraftværker eller atomkraftværker). Her dukkede så forenklingen op i form af den direkte, elektriske opvarmning. Systemet kan dermed blive supersimpelt - et stenlager med elektrisk opvarmning koblet til en dampgenerator (på engelsk en Heat Recovery Steanm Generator eller HRSG). Dampgeneratoren erstatter så kedlen i kraftværket.

Det er svært at konkurrere med sådan et system på enkelhed - men det har lige den afgørende forudsætning, at man altså har adgang til et samarbejdsvilligt kraftværk. Dertil kommer, at ældre kraftværker ofte er forskellige mht. tryk og temperatur, geometrisk layout osv. , og at man derfor "begynder forfra" hver gang. Endelig kan der være begrænsninger i form af turbinens layout, som gør, at man ikke kan bruge højtryksdelen (fordi man ikke kan få HRSG'ere til lige så høje tryk som kedler), hvilket går ud over virkningsgraden.

Det er på den baggrund, at Googles system (og andre af tilsvarende design) har deres berettigelse. Den højere virkningsgrad kompenserer for manglen på eksisterende infrastruktur i form af et kraftværk. Og så har man frihed til at standardisere.

Så, jo, jeg tror, at kompleksiteten er det værd. Dog hellere med sten end med smeltet salt.

  • 3
  • 0

Det er en ting at lagre varm luft i en bunke sten, til at drive et parcelhus, men hvordan skalere det til den berømte (og lidt teoretiske) December uge, uden sol og vind.

Skal vi have stenbunker på 3-4-5 kubikkilometer til at forsyne København i 2100, når alt er elektrificeret og fossile brændstoffer i alle afskygninger er bandlyst?

Man kan godt lave et simpelt estimat på skalering til den berømte decemberuge.

  • Energiindholdet i knust sten er i runde tal 100 kWh/m3
  • Danmarks elforbrug er ca. 100 mio kWh/døgn
  • Afladningsvirkningsgraden er ca. 35%

Man skal altså bruge et volumen på 7 * 100 mio kWh / (35% * 100 kWh/m3) = 20 mio m3.

20 mio m3 er 2% af en kubikkilometer. Lagt i et lag på 10 m højde fylder det 2 kvadratkilometer.

  • 3
  • 0

"Gas"turbiner kan også køre på på ren opvarmning og afkøling i et lukket kredsløb, hvor nogle foreslår at opvarme med fission.

Ja, der er faktisk tilbage i 1980'erne lavet meget arbejde af de store spillere indenfor atomkraft for at vurdere, om ikke man i stedet for dampturbiner kunne bruge luftturbiner. Kredsløbet ville svare til en delmængde af det, der er beskrevet ovenfor, dog uden kølekredsen.

Mig bekendt er der dog ikke lavet store værker med denne teknologi. Med de forholdsvis lave temperaturer, man har opereret med på atomkraftværker, har den højere virkningsgrad af dampsystemer afgørende betydning.

  • 3
  • 0

-eller bruge al overskuds - el til at lave synfuel?

Jo, det er absolut en mulighed, men ikke rigtig som el-til-el lager. Dertil er processen for ineffektiv, og der er slet ikke kulstof nok til at tillade denne anvendelse.

Det vil til gengæld var oplagt at bruge synfuel til brændstof indenfor transportsektoren. Der er dog også her den udfordring i synfuel, at der kræves en kulstofkilde. Kulstoffet kan man få med biologisk materiale, men der vil ende med at være mange andre anvendelser af biomaterialer, og forsyning med ikke-forsilt kulstof bliver en af de helt store, fremtidige udfordringer.

  • 3
  • 0

Personligt tror jeg syntestiske alger kommer inden for de næste 10 år. Der findes allere metoder hvor man bygger algerne til at først formere sig og når de er nok, trigger man en biologisk kontakt og de begynder at tage kulstof ud af luften og producere brændstof. De skal selvfølgelig have sollys for at det virker :-)

  • 2
  • 0

Personligt tror jeg syntestiske alger kommer inden for de næste 10 år. Der findes allere metoder hvor man bygger algerne til at først formere sig og når de er nok, trigger man en biologisk kontakt og de begynder at tage kulstof ud af luften og producere brændstof. De skal selvfølgelig have sollys for at det virker :-)

Ja, det ville være en rigtig god løsning, hvis man kunne bruge alger til industriel produktion af biomasse. Rent teoretisk kan man få mindst en faktor 10 større udbytte af biomasse pr. kvadratmeter, sammenlignet med andre energiafgrøder.

Det viser sig desværre som regel at være mere besværligt i praksis end ventet. En række virksomheder har gennem årene forsøgt sig, og man har jævnligt kunne læse, at NU fungerede det, men så er det feset ud alligevel. Jeg har ikke sat mig så meget ind i, hvad der går galt, men jeg tror, at det er noget med, at man ligesom i andre biologiske produktioner med for tætte populationer løber i problemer med sygdomme og gensidig forgiftning.

En rigtig god kulstofkilde er det, man kalder bæredygtigt planteaffald, dvs. forskellige former for affald fra landbrugsproduktion og skovbrug. Den har ikke de etiske udfordringer, som mange synes, der er i "rigtige" energiafgrøder. Men der er desværre ikke planteaffald nok i verden til at dække kulstofbehovet i transportsektoren, hvis dette behov skal dækkes af synfuels.

  • 1
  • 0

Men der er taget udgangspunkt i elforbruget idag?

Er elforbruget i 2100 det samme som idag, når det dækker danmarks samlede energiforbrug til transport, varme og industri?

De 100 mio kWh pr. døgn er lidt mere, end vi bruger i gennemsnit i Danmark i disse år.

Det er klart, at elforbruget må forventes at stige med den stigende elektrificering af samfundet. Nu er det dog ikke sådan, at vi nødvendigvis skal dække det samlede energiforbrug med el, da der også vil være budrag fra bl.a. bio, men størsteparten må skulle dækkes af el og af brændstoffer fremstillet med el.

Der er lavet forskellige scenarier på elforbruget i fremtiden, men jeg ved ikke, om nogen af dem ser så langt frem som til år 2100. Det vil under alle omstændigheder være et meget usikkert skøn. Det svarer nogenlunde til, at man i 1940 skulle have kommet med et bud på, hvordan elsystemet ser ud i dag.

Faktorerne, der spiller ind, omfatter naturligvis det højere forbrug, men også det forhold, at vi med stor sandsynlighed vil komme til at bruge energien mere effektivt. Det er allerede godt undervejs på belysning, og der vil givetvis opstå andre måder at gøre elforbruget mere effektivt på.

Det samme gælder energiforbruget til eksempelvis varme. Her er det svært at forestille sig, at vi ikke får en afgiftsændring, så brugen af store varmepumper begunstiges i stedet for at blive straffet.

  • 2
  • 0

Men der er taget udgangspunkt i elforbruget idag?

Er elforbruget i 2100 det samme som idag, når det dækker danmarks samlede energiforbrug til transport, varme og industri?

Her forudsætter du, at vi overhovedet vil ønske at lagre elektricitet for at producere varme af den (altså ud over overskudsvarmen fra ellageret). Men ønsker vi det?

I dag er det meget billigere at lagre varme end at lagre elektricitet. Så længe det er tilfældet, vil det give mere mening at bygge varmelagre, som man fylder, mens der ikke er mangel på elektricitet. Dette vil være en af de billigste metoder til at tilpasse elforbruget til elproduktionen, så vi ikke behøver så store ellagre.

  • 3
  • 0

Danmarks elforbrug udgør 1/3 af det samlede energiforbrug, og her er ikke medregnet skibe og fly, af uransagelige grunde.

Når vi nu diskutere energilagring og fremtiden, i samme mundfuld, så er vi nødt til at lave simple eksempler og glemme alle hvisserne og måskeeerne, da der eller bliver pløk umuligt at komme med nogle bud på fremtidens teknologi?

Så hvis Danmarks samlede forbrug af energi skal komme fra sol og vind, og vi lægger den dårlige vane med at brænde ting fra os, så må det da være muligt at komme med et bud på x antal vindmøller, y antal solceller og z antal varme sten i et lager.

Så kan vi regne på det og sige om det lyder plausibelt, eller er helt skørt.

Hvis vi fx skal bruge 15.000 stk. V164, 9,5MW vindmøller og 10.000 kvadratkilometer solceller og et lager på 100 milioner tons +900 C varme sten, og det hele kommer til at koste 9000 milliarder Euro, så har vi et grundlag for en plan.

Istedet kaster vi en masse små bolde og tal op i luften, uden overblik og da landet tilsyneladende ikke har en fremtidsplan, så er det ikke videre produktivt.

INgeniørmæssigt sjovt og underholdende, men stadig ikke særligt konstruktivt.

  • 0
  • 3

Når vi nu diskutere energilagring og fremtiden, i samme mundfuld, så er vi nødt til at lave simple eksempler og glemme alle hvisserne og måskeeerne, da der eller bliver pløk umuligt at komme med nogle bud på fremtidens teknologi?


For at lave nogle simple overslag, bliver man nød til at have nogle forudsætninger for sit overslag...

F.eks. har vi i dag et elforbrug på 33 TWh/år, jeg antager at vi i det fiktive år skal anvende 100 TWh/år
Jeg antager at for hver gang vi har en havvindmølle på 10 MW, har vi også en landmølle på 3 MW og en solcellepark på 0,5 MW.
Jeg antager at en havvindmølle har en kapacitetsfaktor på 45%, en landmølle på 30% og en solpark på 15%

Det medfører at vi skal bruge 20.850 MW (2.085 stk.) havvindmøller, 6.255 MW (2.085 stk.) landmøller og 1042 MW (2.085 stk.) solparker. Så kan man altid skrue lidt op for den ene og lidt ned for de andre...

For varmelagerets størrelse henviser jeg til Henrik Stiesdal beregning, hvor energibehovet dog er 3 gange så stort, dvs. der bliver et behov for 60 millioner m3...

At beregningen ikke kan bruges til ret meget, er så en anden ting. Dels giver det ikke mening at dække varmebehovet ved at lave el til varme for at gemme det i en kort periode, hvorefter man laver det tilbage til el, for at sende det ud til kunden der laver det til varme... Der tages heller ikke hensyn til at vi naturligvis ikke skal bruge lige så meget el pr. kørt km i en elbil, som man bruger brændstof. ene og alene fordi elmotoren har en effektivitet på 90%, hvor brændstofbilen ligger under 40%... På den anden side så tager beregningerne heller ikke hensyn til sæsonvariation, strøm produceret om sommeren, kan ikke gemmes i et varmelager til om vinteren, uden at det medføre et meget større lager.

  • 1
  • 0

strøm produceret om sommeren, kan ikke gemmes i et varmelager til om vinteren, uden at det medføre et meget større lager

Et sidespor: Norge håber på et 70-1.000 MW datacenter i Nordnorge, 40 km fra Narvik. Kølingen er altid god, og det er jo fint for miljøet at bruge vandkraft. Men der er alt for få fjernvarmeforbrugere i nærheden, så den dejlige strøm bliver bare til varme for fuglene. Her er Danmark lidt længere fremme med planer om at bruge varmen fornuftigt noget af året.

Norge kunne i princippet gemme sommervarmen i fjeldet, og høste den om vinteren. Det kræver at man finder en kombination af optimal geologi nær en større by - sæsonlagring af varme i borehuller findes andre steder i verden. Økonomien kan næppe dække flydende lagermedier, eller konvertering til strøm.

https://www.digi.no/artikler/norge-kan-fa-...

Narviks mange kølehuse bør også kunne gemme sommervarmen i fjeldet til at varme huse om vinteren. Varmen kan evt. forlænge fiskeopdrætsæsonen.

  • 0
  • 0

På den anden side så tager beregningerne heller ikke hensyn til sæsonvariation, strøm produceret om sommeren, kan ikke gemmes i et varmelager til om vinteren, uden at det medføre et meget større lager.


Jeg har svært ved at tro på, at en 100% selvforsyning (hvis det er det, vi her diskuterer?) fra sol, vind og lagring vil komme til at indeholde ret meget sæsonudjævning via ellagre.

Prisen på ellagring skal meget langt ned, før det ikke er en bedre forretning simpelthen at tilføje så meget overproduktionskapacitet, at det gennemsnitlige behov også er dækket på de årstider, hvor der ikke produceres så meget.

  • 2
  • 0

I dag er det meget billigere at lagre varme end at lagre elektricitet.

Ja, det er korrekt - men udfordringen er i lagringen af elektricitet, ikke i lagring af varme.

Så længe det er tilfældet, vil det give mere mening at bygge varmelagre, som man fylder, mens der ikke er mangel på elektricitet. Dette vil være en af de billigste metoder til at tilpasse elforbruget til elproduktionen, så vi ikke behøver så store ellagre.

Det er også korrekt, at vi kan nedsætte behovet for ellagring - men vi kan ikke fjerne det ved at lagre varme.

Det skal også med, at forskellen mellem effektiviteten beskrevet ovenfor og 100% jo kommer ud i form af varme. Man får altså varme som biprodukt af ellagring.

  • 2
  • 0

OK, det var så min fejl at henvise til den forudgående sætning, hvor du omtaler 100% selvforsyning.

Lad mig præcisere: Det er ikke muligt at dække elforsyningsbehovet ved blot at forøge produktionskapaciteten af vind og sol.

Du skriver ganske vist om dækning af "det gennemsnitlige behov". Men problemet er jo, at det ikke drejer sig om dækning af et gennemsnit, men om dækning af det øjeblikkelige behov. Og det er som nævnt ikke muligt uden store udlandsforbindelser og/eller lager.

Hvis man medregner biobrændsler som VE, er det lidt en anden sag, men alligevel ikke let. Man vil nemlig skulle have hurtigt regulerbare anlæg på næsten forbrugsmaksimum stående klar, og de vil på årsbasis have meget lav benyttelsesgrad. Det er ikke nogen god økonomisk løsning.

  • 0
  • 0

Nu fik jeg starten PC, så jeg kan svare lidt mere uddybende end i det foregående indlæg.

Citat Henrik Stiesdal:

Det er også korrekt, at vi kan nedsætte behovet for ellagring - men vi kan ikke fjerne det ved at lagre varme.


Det har jeg heller ikke på noget tidspunkt hævdet. Du er nødt til at læse mit indlæg i kontekst:
Michael Fos skrev et indlæg, hvor han forudsatte,at et ellager vil skulle dimensioneres ud fra, at lageret også skal dække elektricitetsbehovet til varmeproduktion.

Jeg forklarede, hvorfor dette vil være en dårlig ide, hvis det er billigere at producere varmen på andre tidspunkter og lagre denne.

Jeg har altså ikke hævdet, at vi ikke skal have ellagring. Jeg har specifikt udtalt mig om lagring af den del af elforbruget, der skal gå til varmeproduktion.

Citat Henrik Stiesdal:

Det skal også med, at forskellen mellem effektiviteten beskrevet ovenfor og 100% jo kommer ud i form af varme. Man får altså varme som biprodukt af ellagring.

Ja, det har jeg allerede skrevet. Det stod i det afsnit, du klippede ud af dit citat. Så jeg citerer lige mig selv, bemærk teksten i parentes:

Her forudsætter du, at vi overhovedet vil ønske at lagre elektricitet for at producere varme af den (altså ud over overskudsvarmen fra ellageret).

Citat Henrik Stiesdal:

Nej, det er nu ikke korrekt. Det er ikke muligt at opnå selvforsyning blot ved overdimensionering af VE-produktionen.


Jeg synes, du opstiller frygteligt mange stråmænd. Jeg har ikke skrevet, at vi kan opnå selvforsyning blot ved overdimensionering af VE-produktionen. Jeg har skrevet, at vi kan undgå behovet for sæsonudjævning hvis vi i stedet overdimensionerer VE-produktionen.

Vi skal naturligvis have ellagring - masser af ellagring - for at dække produktionshuller inden for sæsonen. Men med de nuværende priser på solceller, vindmøller og ellagring er der ikke grundlag for at bygge ellagre for at flytte el mellem sæsonerne. Et lager, som kan klare sæsonudjævning vil være så dyrt, at det vil være billigere at udbygge VE tilstrækkeligt til, at gennemsnitsproduktionen inden for enhver sæson møder gennemsnitsforbruget inden for samme sæson.

Den påstand fastholder jeg. Og det er ikke bare gætterier - jeg har faktisk simuleret på det ud fra timeproduktionstdata hen over året, hvilket jeg også har redegjort for i andre debattråde her på ing.dk.

  • 3
  • 1

Du skriver ganske vist om dækning af "det gennemsnitlige behov". Men problemet er jo, at det ikke drejer sig om dækning af et gennemsnit, men om dækning af det øjeblikkelige behov. Og det er som nævnt ikke muligt uden store udlandsforbindelser og/eller lager.


For pokker da. Jeg skriver jo ikke, at vi ikke skal have lager. Lageret er nødvendigt for at få tilpasning mellem øjeblikkeligt forbrug og øjeblikkelig produktion inden for sæsonen.

Jeg skriver alene, at lageret ikke skal dimensioneres til, at man kan flytte elektricitet mellem sæsonerne - medmindre forholdet mellem prisen på ellagring og prisen på VE-elproduktion forrykkes væsentligt.

  • 1
  • 1

Citat Henrik Stiesdal:

Det er også korrekt, at vi kan nedsætte behovet for ellagring - men vi kan ikke fjerne det ved at lagre varme.

Det har jeg heller ikke på noget tidspunkt hævdet. Du er nødt til at læse mit indlæg i kontekst:

Michael Fos skrev et indlæg, hvor han forudsatte,at et ellager vil skulle dimensioneres ud fra, at lageret også skal dække elektricitetsbehovet til varmeproduktion. Jeg forklarede, hvorfor dette vil være en dårlig ide, hvis det er billigere at producere varmen på andre tidspunkter og lagre denne.

Jeg har altså ikke hævdet, at vi ikke skal have ellagring. Jeg har specifikt udtalt mig om lagring af den del af elforbruget, der skal gå til varmeproduktion.

Hej Allan

Du har helt ret - jeg læste dit indlæg mere løsrevet fra konteksten, end du havde tænkt det. Min fejl, beklager!

Jeg er helt enig i det med sæsonlagring. Det bliver alt for dyrt at lagre mellem sæsonerne med et system som dette. Udjævningen mellem sæsonerne skal løses med et andet system end dette. Der er der en del gode, alternative muligheder.

Jeg er dog ikke helt enig i den fundamentale påstand om, at man ikke på kortere tidsrum (af størrelsesordenen dage) skal lagre el for senere at regenerere el fra lageret med henblik på at producere varme. Det giver selvfølgelig ikke mening på et fjernvarmesystem, men for husstande, som ikke kan tilsluttes varme, vil det rent samfundsmæssigt sandsynligvis være alt for dyrt, hvis de hver skal etablere varmelager. Og kombinationen af et central energilager med en virkningsgrad på 50% og en privat varmepumpe med en COP på 3.5 er rent energimæssigt ikke så dårlig endda.

Citat Henrik Stiesdal:

Det skal også med, at forskellen mellem effektiviteten beskrevet ovenfor og 100% jo kommer ud i form af varme. Man får altså varme som biprodukt af ellagring.

Ja, det har jeg allerede skrevet. Det stod i det afsnit, du klippede ud af dit citat. Så jeg citerer lige mig selv, bemærk teksten i parentes:

Her forudsætter du, at vi overhovedet vil ønske at lagre elektricitet for at producere varme af den (altså ud over overskudsvarmen fra ellageret).
også har redegjort for i andre debattråde her på ing.dk.

Indrømmet, du havde det hele med ;-)

Citat Henrik Stiesdal:

Nej, det er nu ikke korrekt. Det er ikke muligt at opnå selvforsyning blot ved overdimensionering af VE-produktionen.

Jeg synes, du opstiller frygteligt mange stråmænd. Jeg har ikke skrevet, at vi kan opnå selvforsyning blot ved overdimensionering af VE-produktionen. Jeg har skrevet, at vi kan undgå behovet for sæsonudjævning hvis vi i stedet overdimensionerer VE-produktionen.

Vi skal naturligvis have ellagring - masser af ellagring - for at dække produktionshuller inden for sæsonen. Men med de nuværende priser på solceller, vindmøller og ellagring er der ikke grundlag for at bygge ellagre for at flytte el mellem sæsonerne. Et lager, som kan klare sæsonudjævning vil være så dyrt, at det vil være billigere at udbygge VE tilstrækkeligt til, at gennemsnitsproduktionen inden for enhver sæson møder gennemsnitsforbruget inden for samme sæson.

Den påstand fastholder jeg. Og det er ikke bare gætterier - jeg har faktisk simuleret på det ud fra timeproduktionstdata hen over året, hvilket jeg også har redegjort for i andre debattråde her på ing.dk.

Fint, som nævnt ovenfor er vi enige, dog med det lille forbehold, at jeg som nævnt mener, det for den del af varmebehovet godt kan give mening at lagre el med henblik på varmeproduktion.

  • 0
  • 0

Det er formentlig et spørgsmål om tid før synthetic biology udvikler sig så man stort set kan bygge de planter man har lyst til. Den videnskab rummer enorme potentialer, men også farer for misbrug.

  • 0
  • 0

Skal vi have stenbunker på 3-4-5 kubikkilometer til at forsyne København i 2100, når alt er elektrificeret og fossile brændstoffer i alle afskygninger er bandlyst?

- et simpelt 'low tech' alternativ:

A California-based company called Advanced Rail Energy Storage (ARES) is using the power of gravity to help renewable energy utilities compete with coal and gas. The idea is to help solve the perennial problem of energy storage. Because wind and solar installations can't always generate energy on demand — sometimes it's cloudy and the air is still — green utilities need a reliable method of storing surplus energy.
There are several ways to do this using high-tech industrial batteries, flywheels, or hydroelectric facilities, but these approaches tend to be expensive and complicated.
ARES's solution? Run some old trains up and down a hill...

https://www.seeker.com/earth/energy/rail-e...

Man skal jo helst have nogle gode bakker - gerne med jernbaneskinner på - hvilket kan være et problem i Danmark; vi har dog til gengæld noget IC4-grej, der måske kunne indgå!? ;)

  • 0
  • 4


Det kiggede vi på for et par år siden her i debatspalterne på ing.dk. Det er cirka lige så realistisk som viggofonen i Korsør.

Der er så forsvindende lille energimængde lagret i en enkelt togstamme, at man ville have brug for nogle enorme arealer til rangering for enderne af strækningen.

  • 4
  • 0

Ja, vi så på det for et par år siden, i relation til denne artikel: https://ing.dk/artikel/togvogne-lagrer-sol...

Jeg havde selv et indlæg i den efterfølgende debat:

Det er svært at få økonomi i at lagre store mængder energi i mekaniske systemer!

Et lille regneeksempel –

Forudsætninger:
• 100 m højdeforskel (vi er i Danmark)
• 1 km2 lagerareal
• Betonklodser b x h = 4 m x 3 m
• 5 m mellem parallelle spor, dvs. 80% arealudnyttelse på lagerarealet
• Massefylde 2500 kg/m3 (lidt højt sat for beton, men så har vi også selve vognenes vægt med)
• 90% virkningsgrad i afladning
• 10 parallelle spor til forbindelse

Kapacitet:
• Volumen = 1.000.000 m2 x 3 m x 80% = 2.4e6 m3
• Masse = 2.4e6 m3 * 2500 kg/m3 = 6.0e9 kg
• Energi = 6.0e9 kg x 100 m x 9.82 m/s2 x 90% = 5.9e12 J = 5.9e9 kJ = 1.5e6 kWh = 1.500 MWh

Middelforbruget i Danmark er ca. 4600 MW. Kapaciteten af lageret svarer altså til ca. 20 minutters middelforbrug.

Sagt på en anden måde, så vil det kræve 72 kvadratkilometers lagerareal i højden og et tilsvarende areal i bunden at lagre et døgns forbrug i Danmark. Det er ganske enkelt ikke en mulighed rent geografisk.

Og prisen for de 20 minutter?
• 200 km spor i højden + 200 km spor i bunden + 100 km forbindelse = 500 km spor
• 500 km spor á 1 million kr./km = 500 millioner kr.
• 2.4e6 m3 beton á 1500 kr./m3 = 3.6 milliarder kr.
• 200 km jernbanevogne á (rent gæt) 100.000 kr. pr. 10 m vogn = 2 milliarder kr.
• Elsystem og øvrig infrastruktur = 2 milliarder kr.
• I alt 8 milliarder kr. investering

Kobler man en investering på 8 milliarder sammen med en lagerkapacitet på 1.500 MWh, får man ved 50% daglig udnyttelse en energipris på godt 7 kr./kWh, forudsat at man får energien til opladning af lageret foræret til 0 kr./kWh.

Et koncept som dette har ingen gang på jorden. Energitætheden er for lav (det tager alt for meget plads op), og energiprisen er for høj.

  • 2
  • 0

Et koncept som dette har ingen gang på jorden. Energitætheden er for lav (det tager alt for meget plads op), og energiprisen er for høj

- OK, jeg var ikke opmærksom på den tidligere tråd...tak for rekapitulationen! ;)
Jeg er også opmærksom på, at konceptet næppe er anvendeligt i Danmark (= 'pumped storage', iøvrigt).

Om virkningsgrad:

None of this matters unless the system is efficient. Rail energy storage has about an 80 percent efficiency rate, meaning that the descending railroad cars can output 80 percent of the energy that was initially used to get them up that hill.
That's better than pumped-storage hydroelectricity, Kelly noted, which typically runs in the 60 percent range. Batteries can return a higher efficiency, but their capacity degrades over time

Fremtiden (i Nevada):

In April of last year, the Nevada Bureau of Land Management granted environmental approval and a land lease to ARES for its first commercial operation. Construction on the Nevada facility will begin early next year and will initially help local utilities make small adjustments to the regional power grid.
Once the facility is fully operational, it will have a total power capacity of 50 megawatts

  • 0
  • 3

Om virkningsgrad:

“None of this matters unless the system is efficient. Rail energy storage has about an 80 percent efficiency rate, meaning that the descending railroad cars can output 80 percent of the energy that was initially used to get them up that hill. That's better than pumped-storage hydroelectricity, Kelly noted, which typically runs in the 60 percent range. Batteries can return a higher efficiency, but their capacity degrades over time”

Ja, alt afhænger jo af øjnene, der ser …

Efter min mening (eller med mine øjne …) er der flere fejl eller unøjagtigheder i dette.

De burde have skrevet, at ”None of this matters unless the system is COST-efficient …” Det er naturligvis godt at have en høj virkningsgrad, men man kan lave systemer med meget høj virkningsgrad, der er fuldstændig irrelevante til energilagring, fordi investeringerne er alt for høje, hvilket giver en for høj energipris.

Deres definition af virkningsgrad går på afladning alene. Det giver ikke rigtig mening, man er nødt til at se på round-trip virkningsgraden, dvs. med både op- og afladning.

Det er lodret forkert, at pumped hydro typisk har 60% virkningsgrad i afladning. Den er typisk over 90% for store anlæg.

Fremtiden (i Nevada):

In April of last year, the Nevada Bureau of Land Management granted environmental approval and a land lease to ARES for its first commercial operation. Construction on the Nevada facility will begin early next year and will initially help local utilities make small adjustments to the regional power grid. Once the facility is fully operational, it will have a total power capacity of 50 megawatts

Ja, det skal såmænd nok passe, at der rent faktisk bliver bygget et anlæg. Men konkurrencedygtigt på energipris bliver det nu aldrig.

  • 3
  • 0

Deres definition af virkningsgrad går på afladning alene. Det giver ikke rigtig mening, man er nødt til at se på round-trip virkningsgraden, dvs. med både op- og afladning.


Når de skriver:

"the descending railroad cars can output 80 percent of the energy that was initially used to get them up that hill."

... så er der jo netop tale om round-trip virkningsgaden.

Når jeg, sådan lige på øjemål, sammenligner hvert led i de to teknologier, så virker det heller ikke helt ulogisk at de må have omtrent samme totalvirkningsgrad.

Men også her er jeg enig; energitætheden er alt for lav i disse jernbanevogne.

Ganske enkelt fordi det er for svært at oprangere en koncentreret masse af jernbanevogne på toppen af bakken, sammenlignet med vand.

Jernbanevognene stiller også store krav til bakkens hældning og profil. Med et vandrør er det ret ligegyldigt.

Og endelig, så er vand jo nok billigere end jernbanevogne. ;-)

  • 1
  • 0

Lad mig først applaudere dig for dine evner til at google!

Imo burde du nok ofre resultater der ikke helt matcher dine holdninger, en anelse mere opmærksomhed!

Dine one liners, evt. med link, er altid voldsomt biased (tendentiøse).

  • 3
  • 2

Er den virkelig over 90% ?

Jeg troede den lå omkring 82-84% for det bedste, hvoraf 4-5% er tab i motor/generator (hver vej) og resten i turbine og rør.

Nej, den er meget højere.

Nu sammenligner vi jo alene afladning, dvs. kun turbine + generator.

Store vandturbiner (typisk Francisturbiner) ligger nu om stunder over 96%, nogle over 97%. Store, mangepolede generatorer kan laves med virkningsgrader på over 96%. Og selv med lidt tab i rør m.v. havner man på 90+%.

Hvis man tager begge veje med (opladning + afladning), er round-trip virkningsgraden af størrelsesordenen 80%.

  • 2
  • 0

Når de skriver:

"the descending railroad cars can output 80 percent of the energy that was initially used to get them up that hill."

... så er der jo netop tale om round-trip virkningsgaden.

Ja, det må du have ret i ;-) Jeg læste det som, at de regnede med at udnytte 80% af den potentielle energi, men din læsning må være den korrekte.

80% som round-trip virkningsgrad er efter min vurdering højt sat. Det forudsætter, at produktet af virkningsgraden af frekvensomformer * banemotorer * gear (som nok er nødvendige på grund af den lave hastighed) er over 90%, og at man hverken har vindmodstand (det er nok en OK tilnærmelse på grund af den lave hastighed), rullemodstand (det er til gengæld en optimistisk tilnærmelse), tab i lejer (samme) eller ledningstab (ditto). Jeg tror, at lysten går over fornuften, når de kommer med den slags statements.

  • 2
  • 0

A California-based company called Advanced Rail Energy Storage (ARES) is using the power of gravity to help renewable energy utilities compete with coal and gas. The idea is to help solve the perennial problem of energy storage. Because wind and solar installations can't always generate energy on demand — sometimes it's cloudy and the air is still — green utilities need a reliable method of storing surplus energy.
There are several ways to do this using high-tech industrial batteries, flywheels, or hydroelectric facilities, but these approaches tend to be expensive and complicated.
ARES's solution? Run some old trains up and down a hill...

https://www.seeker.com/earth/energy/rail-e...

Man finder på noget der ser godt, grønt og smart ud.

Få nogle til at smide penge i projektet.
Hæver en pænt god løn de næste 5-10 år og brænder alle investorernes penge af på projektet, alt imens man kæmper for at overbevise dem om at sende flere penge med argumentet:

"Nu har vi lavet en funktionel prototype 1.0 der virker, den skal bare lige opgraderes til version 1.21"
"Nu virker 1.21 nu er det tid til storskala test, send flere penge så vi kan lave en 2.0."
"Beklager 2.0 havde en fejl, men den kan vi løse med en version 2.31"
..
.

  • 0
  • 3

Store vandturbiner (typisk Francisturbiner) ligger nu om stunder over 96%, nogle over 97%. Store, mangepolede generatorer kan laves med virkningsgrader på over 96%. Og selv med lidt tab i rør m.v. havner man på 90+%.


Er turbinen 97%, generatoren 96%, og 3% tab (turbolens) i rør og sluse, så er den samlede virkningsgrad 90,3% i hver retning, dvs 81,6% round-trip.

Så nej, virkningsgraden er næppe meget højere end de 82-84% for de allermest optimerede, som jeg skrev.

Og her er vi allerede på et stadie af optimering, som ikke er helt fair at sammenligne med en ny teknologi.

Er der behov for at kunne variere effekten på den enkelte turbine, kræves enten variable guide vanes, eller variabelt omdrejningstal, hvilket kræver invertering, som begge koster tab (det første nok mindst), eller hvis faldhøjden varierer meget, så skal der regnes med yderligere et par % i motor og/eller inverter, hver vej.

Jeg tror vi er enige heri.

80% som round-trip virkningsgrad er efter min vurdering højt sat. Det forudsætter, at produktet af virkningsgraden af frekvensomformer * banemotorer * gear (som nok er nødvendige på grund af den lave hastighed) er over 90%
og at man hverken har vindmodstand (det er nok en OK tilnærmelse på grund af den lave hastighed), rullemodstand (det er til gengæld en optimistisk tilnærmelse), tab i lejer (samme) eller ledningstab (ditto). Jeg tror, at lysten går over fornuften, når de kommer med den slags statements.


Ja - rail cars har flere mekaniske tab end vandturbiner. Jeg tror dog du stærkt overvurderer disse, sammenlignet med vandmodstanden i et hydro-system.

Vi kan nok hurtigt blive enige om at 10 tons skib bevæger sig betydeligt langsommere end 10 tons jernbanevogn, på en vandret strækning, med samme effekt, uanset hvor optimalt du udformer skibet ift strømningsmodstand og turbolens.

Luftmodstand er, som jeg fornemmer du selv erkender, negligibel ved de hastigheder vi taler om. Ellers ville man blot overveje en aerodynamisk udformning af ballasten, men det er næppe overvejelsen værd.

Vindmodstand er måske en anden sag, men den er jo både gunstig og ugunstig, afhængig af vindretning.

  • 2
  • 0

The company currently runs two facilities, a testbed operation near their headquarters in Santa Barbara, Calif., and a new installation outside the town of Pahrump, Nevada

og man tør vel antage, at de har samlet nogle erfaringer/data derfra?

Ja, det har du naturligvis ret i.

Når det er sagt, så er det klassiske udviklingsforløb fra skalamodeller af den slags systemer, at man ekstrapolerer til fuldskala, også hvad angår virkningsgrader. Skalamodeller har som regel relativt dårlige virkningsgrader, bl.a. fordi små motorer ikke har så gode virkningsgrader som store, og som udvikler kan det være fristende at forblive optimistisk og med det, man somme tider kalder "willful blindness" se bort fra faresignaler.

Men når alt det er sagt, så er det helt korrekt, at et system med eldrevet skinnedrift nok har så god mulighed for høj round-trip virkningsgrad, som det er muligt at opnå med mekaniske systemer, hvis ikke man skal over i noget med vakuum og avancerede PM maskiner m.v.

  • 2
  • 0
  • 2
  • 0

Dine one liners, evt. med link, er altid voldsomt biased (tendentiøse)

- tjaeh, det er vel i bund og grund en skønssag? Og såfremt kommentarens substans kan rummes på én linie, skriver jeg naturligvis ikke mere - men jeg synes nu ikke, det sker specielt ofte.

Men det er da festligt, at dette - ret knastørre - emne i dén grad bringer et par debattøreres p...i kog! :)

Det drejer sig jo om et projekt, der implementeres i en anden verdensdel, således at hverken danske eller EUropæiske interesser på nogen måde kan være truet; så hvorfor ikke bare nysgerrigt følge det og se, hvorledes det spænder af?

Der inviteres sågar til debat om sagen:

What do you think of ARES’ proposal for an alternative to energy storage? Can you see any potential pitfalls with the system? Have you seen any similar systems that could be deployed on a micro-scale? Let’s start a conversation

http://www.aresnorthamerica.com/article/10...

Så det er vel bare at skrive til dem og forklare dem, at deres idé ingen gang på Jorden har, således at de ikke spilder mere energi (sic!) - og flere penge - derpå!? :)

  • 0
  • 2

Det betyder bare ikke rigtig noget i forhold til strømningen i vandkraftværker. Her er strømningsmodstanden som regel beskeden.


Det er den mekaniske modstand i en jernbanevogn bestemt også.

Det er korrekt at der nok skal mere end én hånd til at ophæve den statiske friktion i en jernbanevogn, men her er vi nede i en størrelse effekt, der ligeledes negligibel ift til det samlede system.

Den statiske friktion betyder bare at effekt(tabs)kurven ikke starter ved 0, men lidt højere oppe ad y-aksen, men jo højere effekt systemet yder, jo mere vinder jernbanevognen, fordi den mekaniske effekt fortrinsvis er statisk, mens strømningsmodstanden stiger eksponentielt.

Og ja, strømningsmodstanden er beskeden, fordi man har brugt over 100 år på at optimere den, men den er bestemt ikke negligibel.

Overordnet set, består problematikken i følgende:

For at yde en konstant effekt, skal vandmasser konstant accelereres fra stilstand til bevægelse.

For skibet består det i at vandet, fra at stå stille, mere eller mindre pludseligt skal vige for skibets fortrængning.

Dette sætter de før stillestående vandmasser i en bevægelse. En bevægelse, som fortsætter længe efter skibet er passeret.

Dette sker ikke uden kamp, hvilket ses i form af turbolens, både omkring stævnen, langs skroget, og ikke mindst omkring skruen, og turbolensen ses især efter skibet (det vi søfolk kalder "kølvandet").

Når vi ser bort fra en smule luftmodstand, er det er alene denne bevægelse af vandmasser, skibet bruger sin motorkraft på at igangsætte, selvom skibet bevæger sig med jævn fart.

Det samme er tilfældet i et vandkraftanlæg. Her skal vandmasserne konstant acceleres fra at stå stille i magasinet, til at bevæge sig med en vis hastighed gennem røret og turbinen.

Det sker ligeledes ikke uden kamp, som ses i form af turbolens, der starter et godt stykke inde i magasinet, og fortsætter længe efter vandet har forladt turbinen.

Som du selv ved alt om, så koster al turbolens effekt, og den turbolens vi her taler om, er alene skabt af effekt, som tabes ift at lagre og genvinde energi.

Turbolens kan også udnyttes mekanisk, hvorfor man har brugt 99% af kræfterne i de 100 år, på at optimere selve turbinen. Men det er og bliver en svær opgave at få mekanik til at følge vands bevægelser, så derfor går en mindst ligeså stor del af effekten tabt i selve turbinen, som det tab man kan iagttage i form af turbolens, før og efter systemet.

Strømningstab er altid ekstremt komplekst at regne på, men når vi ved at motor/generator står for 3-4% tab i systemet, så består resten af tabet ned til de 90-91% jo udelukkende af strømningstab - altså 6-7% - hvilket jo gør "beskedent" til et ret relativt begreb.

Jeg tror bestemt at det mekaniske tab i et optimeret system med jernbanevogne, kan holdes langt under 6-7%. Jeg tror endda fordelen er stor nok til at rumme tabet i både invertering og variabel motorhastighed.

Og det er jo ingenlunde givet at invertering og variabel motorhastighed er nødvendig. Et rail car system har jo ikke faktorer som varierende faldhøjde i ligningen, så der er jo ikke tale om varierende moment, såfremt stigningen er jævn, og effekten kan eksempelvis reguleres trinvis vha flere parallelle spor og vogne.

Et hydrosystem kan, i en vis udstrækning, erstatte invertering og variabel speed vha variable guide vanes, men disse medfører i sig selv strømningstab.

Så jeg fastholder altså stadig min betragtning af at et railcar-system ikke bør være mindre energieffektivt end et hydro-system. ;o)

Om det så også er ligeså kosteffektivt, er jo en helt anden sag - og vi er jo helt enige om at jernbanevogne og -spor, næppe hverken er optimalt ift hverken CoE eller energitæthed, sammenlignet med hydro.

  • 1
  • 0

Så det er vel bare at skrive til dem og forklare dem, at deres idé ingen gang på Jorden har, således at de ikke spilder mere energi (sic!) - og flere penge - derpå!? :)


HHH - det er bestemt ikke givet, at de ikke allerede ved, at deres idé ingen gang på jorden har.

Om de alligevel fortsætter, kan i ligeså høj grad afhænge af, hvis penge der spildes.

Har du selv styr på hvis penge, der finansierer disse rail car systemer?

Er det private investorer (som f.eks. Google), der ser en mulig business case i idéen, eller er det offentlige midler, der er afsat til forsknings- og udviklingsprojekter, efter fastlagte regler, som ikke nødvendigvis kræver at projektet skal have "gang på jord" - eller måske endda afsat af naive lokal-politikere (a la: Energipark Korsør), som er tilfredse hvis blot intentionen kan få dem til at se "smarte og grønne" ud?

  • 1
  • 3

Strømningstab er altid ekstremt komplekst at regne på, men når vi ved at motor/generator står for 3-4% tab i systemet, så består resten af tabet ned til de 90-91% jo udelukkende af strømningstab - altså 6-7% - hvilket jo gør "beskedent" til et ret relativt begreb.

Vi taler måske lidt forbi hinanden her. Jeg redegjorde ovenfor for to specifikke elementer i et vandkraftværk, der giver anledning til tab, nemlig turbinen og generatoren. Turbinen i et stort vandkraftværk vil normalt have en virkningsgrad
på mindst 97%, og generatoren har typisk en virkningsgrad på 96-97%. Vi taler altså tab af størrelsesordenen 6-7%. I sammenligning med dette er de øvrige strømningstab i in- og outflow efter min vurdering beskedne, når man tager i betragtning, at store vandkraftværker som regel ligger over 90% i total virkningsgrad, dvs. forholdet mellem leveret elektricitet og afgivet potentiel energi.

Det lyder lidt, som om du tager turbinetabene med under "strømningstab", og så ændrer sammenligningen sig naturligvis.

Jeg så lige efter på nettet og kan se, at EURELEC opgiver virkningsgrader på 90-95% for store vandkraftværker. Så 90% er måske endda konservativt.

Jeg tror bestemt at det mekaniske tab i et optimeret system med jernbanevogne, kan holdes langt under 6-7%. Jeg tror endda fordelen er stor nok til at rumme tabet i både invertering og variabel motorhastighed.

Ja, det er så der, vi nok er mere uenige. Jeg tror ikke, at motorvirkningsgraden i middel er over 96%. Dertil kommer omformertabene, transformeren osv., og oven i det jo altså rullemodstanden. Men jeg må klart erkende, at jeg ikke har forstand på jernbanedrift, der som bekendt i øvrigt er svær at kontrollere ;-)

Og det er jo ingenlunde givet at invertering og variabel motorhastighed er nødvendig. Et rail car system har jo ikke faktorer som varierende faldhøjde i ligningen, så der er jo ikke tale om varierende moment, såfremt stigningen er jævn, og effekten kan eksempelvis reguleres trinvis vha flere parallelle spor og vogne.

Jeg har nu ikke tænkt på variabel hastighed som noget, der skulle bruges til effektregulering, men alene som et værktøj til at få de store masser i gang og opbremset igen. Men det kan måske gøres på anden måde end med omformere. Det er dog omformere, man er endt med på konventionelle, elektriske lokomotiver.

Et hydrosystem kan, i en vis udstrækning, erstatte invertering og variabel speed vha variable guide vanes, men disse medfører i sig selv strømningstab.

Jeps - men de er dog ikke større, end at man altså har de ovenfor nævnte 90-95%.

Så jeg fastholder altså stadig min betragtning af at et railcar-system ikke bør være mindre energieffektivt end et hydro-system. ;o)

Alt i alt - det kan sagtens tænkes, at du har ret!

  • 3
  • 0

Vi taler måske lidt forbi hinanden her.


Egentlig ikke (tror jeg).

Jeg flyttede bare skillelinjen, så vi havde al strømningstab i systemet (inklusiv det i turbinen) på den ene side, og generatortabet på den anden side.

Da vi er ret enige om generatortabet, som er ca 3%, og at de mekaniske tab i hydrosystemet, alene ligger i generatorakslens lejer*, og dermed indgår i generatortabet, ved vi jo at det samlede strømningstab så må ligge omkring 6-7%

Derefter er det jo let at tage generatorerne ud af sammenligningen, og overveje om ikke jernbanevognens mekaniske tab bør kunne ligge indenfor disse 6-7%.

Min formodning, uden at have konkret kendskab til mekanikken i det givne projekt, er at det bør de kunne.

*(Generatorakslen, som typisk er i ét med turbineakslen, indholder ofte et turbineleje og en tætning, som bidrager til mekanisk tab, udover selve generatorlejerne - men det anser jeg som negligibelt i sammenhængen)

Ja, det er så der, vi nok er mere uenige. Jeg tror ikke, at motorvirkningsgraden i middel er over 96%.


Som udgangspunkt er der jo tale om en sammenligning mellem anlæg med lige stor effekt, og derfor lige store og lige effektive generatorer.

Din sammenligning med "Store vandturbiner (typisk Francisturbiner)", er derfor ikke helt fair, med mindre vi regner med meget store, super-optimerede jernbanevogne.

Derfor regner jeg som udgangspunkt med samme generatortab som i hydrosystemet.

Man kan så vælge at køre med lavere rpm på generatoren, for at spare noget friktion i gearkassen, eller sågar montere ringgeneratorer i hjulene, for helt at undgå gear.

Dermed taber generatoren jo lidt mere (alt andet lige - herunder PM), til gengæld for den effekt man sparer effekt på gearet.

Men det er jo et rent optimeringsspørgsmål, som jeg ikke er sikker på om man har afklaret i vindmølleindustrien. ;o)

Jeg har nu ikke tænkt på variabel hastighed som noget, der skulle bruges til effektregulering, men alene som et værktøj til at få de store masser i gang og opbremset igen.


Her kommer meget jo an på forholdet mellem højden og massen, og du har naturligvis ret i at i rail car systemet, skal hele massen flyttes på én gang, mens der i hydrosystemet kun flyttes en lille del ad gangen.

Det er igen sådan en faktor, som får større eller mindre betydning, alt efter hvor ofte vognene skal bremses, samt over hvor lang tid energien aflades.

Endvidere kan man jo udnytte bremseenergien, f.eks. til at pumpe vand op i et pumpekraftværk. ;o)

Dertil kommer omformertabene, transformeren osv., og oven i det jo altså rullemodstanden. Men jeg må klart erkende, at jeg ikke har forstand på jernbanedrift, der som bekendt i øvrigt er svær at kontrollere ;-)


Jeg tror ikke man på nogen måde skal sammenligne rail car konceptet med jernbanedrift - og da slet ikke den jernbanedrift, vi kender alt for godt, her til lands. ;o)

For det første har jernbanedrift formål, der er højere prioriteret end energieffektivitet, at tage hensyn til - herunder køreplaner, personsikkerhed osv. Det ses bl.a. ved hvor ofte et tog benytter sine friktionsbremser, og dermed smider store mængder energi ud.

For det andet har bl.a. debatten om batteritog givet mig et indtryk af at jernbaneindustrien generelt tænker ufatteligt konservativt, for ikke at sige bagstræberisk, især når det kommer til energisystemer.

For det det tredje er der jo ingen der siger at de dimensioner, herunder masser, sporvidde, motoreffekt osv, der passer sig for jernbanedrift, er de optimale for et energilagringssystem.

Jeg tror heller ikke vi skal regne med at ret mange komponenter fra jernbaneindustrien, herunder generatorer, bortset fra at forsyningskæden sikkert er oplagt at anvende til de første forsøgsanlæg, da teknologien ikke har sin egen forsyningskæde.

Det eneste fra jernbanedriften, der er relevant at forholde sig til, er at jernbaner - dvs stålhjul mod stålskinner - har ekstremt lav rullemodstand.

En rail car, dimensioneret optimalt til et energilager, kunne eksempelvis være 3 gange så stor på alle leder, og veje 50 gange så meget, som et godslokomotiv, og således have 5 gange så stor motoreffekt ved 1/10 af lokomotivets hastighed.

Dermed taler vi jo om vogne på 12 MW og 5.000 tons, som passende kunne forsynes med 4 stk af Siemens 3 MW DD-generatorer som hjul. ;o)

Vognen ville så kunne bevæge sig med 11 km/h ved 15 rpm i snit, og dermed kunne aflade 12 MWh over en time, hvis bakken er 11 km lang og 1 km høj.

(Den potentielle energi af 5.000 tons, får jeg til 13,6 MWh, hvilket nogenlunde matcher 12 MW over en time, med ca 10% tab)

Husk; det med energitætheden er vi stadig helt enige om - men ovenstående design har ingen strømningstab, og kun mekaniske tab i form af ren rullemodstand, såfremt den kan undgå hjulslip.

I denne rapport regner man på s. 20 med at de mest optimale tog, har en rullemodstand på ca 0,008 MJ/ton/km, ved hastigheder under 20 km/h.

Det svarer til ca 0,12 MWh/5.000 ton/11 km, eller ca 1% af 12 MWh.

Med 1% rullemodstand, og DD-generatoren blot kan klare 93% i snit, så er dette system jo mere effektivt end hydro - også selvom den skal bruge en % eller to på at bremse og accelerere.

  • 1
  • 0

Jeg flyttede bare skillelinjen, så vi havde al strømningstab i systemet (inklusiv det i turbinen) på den ene side, og generatortabet på den anden side.

Jeg forstår naturligvis godt din tilgang. Den er lidt usædvanlig, fordi man normalt betragter turbinen og dens tab som adskilt fra det øvrige system (tilløb, afløb m.v.) og de tilhørende tab, men for diskussionen er det en udmærket logik.

Da vi er ret enige om generatortabet, som er ca 3%, og at de mekaniske tab i hydrosystemet, alene ligger i generatorakslens lejer*, og dermed indgår i generatortabet, ved vi jo at det samlede strømningstab så må ligge omkring 6-7%

Her skrider det så lidt. Turbinen har separate lejer, som er meget større og har større tab end generatoren ville give anledning til. Men lad os igen acceptere det for diskussionens skyld

Derefter er det jo let at tage generatorerne ud af sammenligningen, og overveje om ikke jernbanevognens mekaniske tab bør kunne ligge indenfor disse 6-7%. [...] Som udgangspunkt er der jo tale om en sammenligning mellem anlæg med lige stor effekt, og derfor lige store og lige effektive generatorer.

Nej, her hopper kæden af. Du kan ikke sætte tabene i en stor (hundreder af MW) generator i et vandkraftværk lig med tabene i et stort antal, meget mindre (hundreder af kW) banemotorer. Sidstnævnte kan ikke udføres med samme virkningsgrad. Desuden vil man sandsynligvis på grund af den lave hastighed i et togbaseret energilager være nødt til at have gearing på banemotorerne med de tilhørende ekstra tab.

Man kan ikke bare ”snyde” og bruge et færre antal, større banemotorer, for på grund af den lave friktionskoefficient mellem skinner og hjul er man nødt til at fordele trækket på mange hjul.

Man kan så vælge at køre med lavere rpm på generatoren, for at spare noget friktion i gearkassen, eller sågar montere ringgeneratorer i hjulene, for helt at undgå gear.

Jeg tror, at du undervurderer virkningen af den lave hastighed. Hvis man skal lagre energi til timers forbrug og skal have et system med rimelig geografisk udstrækning, taler man hastigheder på max. 10-20 km/h. Og så taler vi store momenter.

Jeg tror ikke man på nogen måde skal sammenligne rail car konceptet med jernbanedrift […] Der er jo ingen der siger at de dimensioner, herunder masser, sporvidde, motoreffekt osv, der passer sig for jernbanedrift, er de optimale for et energilagringssystem. Jeg tror heller ikke vi skal regne med at ret mange komponenter fra jernbaneindustrien, herunder generatorer, bortset fra at forsyningskæden sikkert er oplagt at anvende til de første forsøgsanlæg, da teknologien ikke har sin egen forsyningskæde.

Det konkrete koncept, vi diskuterer her, er nu netop baseret på genbrug af konventionelt jernbanemateriel. Prøv at se deres hjemmeside.

En rail car, dimensioneret optimalt til et energilager, kunne eksempelvis være 3 gange så stor på alle leder, og veje 50 gange så meget, som et godslokomotiv, og således have 5 gange så stor motoreffekt ved 1/10 af lokomotivets hastighed.

Dermed taler vi jo om vogne på 12 MW og 5.000 tons, som passende kunne forsynes med 4 stk af Siemens 3 MW DD-generatorer som hjul. ;o)

Vognen ville så kunne bevæge sig med 11 km/h ved 15 rpm i snit, og dermed kunne aflade 12 MWh over en time, hvis bakken er 11 km lang og 1 km høj.

Nej, det er af flere årsager ikke realistisk (selv om jeg jo bliver blød, når vi taler 3 MW generatorer … ).

1250 tons pr. hjul kan man ikke køre på skinner og underlag af bare nogenlunde realistiske dimensioner, heller ikke selv om hjulets diameter er 4.2 m. Man vil være nødt til at have mange flere hjul og dermed mange flere, mindre motorer / generatorer.

Man har i øvrigt slet ikke friktion nok mellem skinne og hjul til en stigning på 10%, selv om man har træk på alle hjul

Med 1% rullemodstand, og DD-generatoren blot kan klare 93% i snit, så er dette system jo mere effektivt end hydro - også selvom den skal bruge en % eller to på at bremse og accelerere.

En DD generator har højere virkningsgrad end 93% - men du skal lige huske, at den så også skal have en frekvensomformer, som giver anledning til et tillægstab af størrelsesordenen 3%.

Jeg tror derfor stadig ikke, at det er rimeligt at antage, at man kommer højere op end 90% som totalvirkningsgrad for hhv. op- og afladning.

Alt i alt er det nok rimeligt at antage, at man havner på nogenlunde samme round-trip virkningsgrad som pumped hydro.

  • 3
  • 0

Her skrider det så lidt. Turbinen har separate lejer, som er meget større og har større tab end generatoren ville give anledning til.


Derfor min "*"
.

Nej, her hopper kæden af. Du kan ikke sætte tabene i en stor (hundreder af MW) generator i et vandkraftværk lig med tabene i et stort antal, meget mindre (hundreder af kW) banemotorer.


Lige præcis derfor skrev jeg:

Din sammenligning med "Store vandturbiner (typisk Francisturbiner)", er derfor ikke helt fair, med mindre vi regner med meget store, super-optimerede jernbanevogne.

Den størrelse pumpekraftanlæg, som det konkrete forsøgsanlæg, bestående tog-komponenter, kan sammenlignes med, kan heller ikke udføres med samme virkningsgrad som anlæg med +100 MW Francis-turbiner.

Derfor flyttede jeg kæden over på en anden klinge, for at lave en fair sammenligning. ;-)

Pumpekraftanlæg, hvor <1 MW turbiner indgår, kender jeg slet ikke virkningsgraderne på, så jeg kan i realiteten ikke modsige dem, når de siger "typisk 60%".

Har du konkrete tal på sådanne anlæg?
.

Man kan ikke bare ”snyde” og bruge et færre antal, større banemotorer, for på grund af den lave friktionskoefficient mellem skinner og hjul er man nødt til at fordele trækket på mange hjul.


I det konkrete projekt, er stigningsprocenten 7,2%, men det tror jeg nu er betinget af det givne terræn, snarere end af den mekaniske grænse.

Litra MY er dimensioneret til at kunne accelerere sig selv plus 800 tons vognvægt på en mindst 1% stigning, som svarer til stigningen fra Middelfart St. til Lillebæltsbroen.

Med træk på 4 ud af 6 aksler, og et maksimalt akseltryk på 18 tons, er den således dimensioneret til at trække 12,5 gange det samlede akseltryk (72 tons), på de trækkende aksler.

Den burde således have adhession til 72 tons på mindst 12,5% stigning.

Den vejer selv 102 tons, hvoraf de sidste 30 tons er fordelt på de to ikke-trækkende aksler, så den klarer måske ikke de 10% - men den ville kunne, hvis den havde træk på alle aksler, og akseltrykket var fordelt helt ens.

Det er nemlig ikke et spørgsmål om at have mange hjul, når bare den har træk på alle dem man har, og vægten er fordelt ens på dem alle.

Men grænsen flytter sig selvfølgelig ift hvor hurtigt man vil kunne accelerere.

Endelig kan man jo øge grebet, ved at tilføje fortanding på skinnerne. Det øger selvfølgelig det mekaniske tab, men ikke med mange procent.
.

1250 tons pr. hjul kan man ikke køre på skinner og underlag af bare nogenlunde realistiske dimensioner


Er du nogensinde, siden 1980, kommet til at sige noget lignende om vindmøller på over 10 MW? ..... ;o)

Alt kan dimensioneres, og "realistiske dimensioner" er et meget vidt begreb - spørg bare kineserne - men hvor omkostningerne løber hen, i det tænkte eksempel, tør jeg da slet ikke tænke på.

Men når vi nu er enige om (og derfor ikke behøver diskuttere) den sidstnævnte side af sagen, så er det da spændende at filosofere over en sådan ny teknologi, i dimensioner hvor virkningsgraden kan sammenlignes med 100 MW Francis-turbiner.

... og du gav jo selv bolden op. ;o)
.

En DD generator har højere virkningsgrad end 93% - men du skal lige huske, at den så også skal have en frekvensomformer, som giver anledning til et tillægstab af størrelsesordenen 3%.


Danfoss laver 3-fasede invertere helt ned til 3,7 kW, med 98% virkningsgrad.

http://mediacache5.supplier.lemu.dk/v-6362...

Den 45 kW VLT vi bruger i vore E-PTO har mere end 98% virkningsgrad, såfremt udgangsfrekvensen holdes over et vist minimum.

  • 1
  • 1

Hvad er pointen med den jernbane ide? Det kan næppe være dyrere at anlægge en rørledning i stedet for jernbaneskinner. Herefter er det bare to kunstige søer i hver ende. Stationær elektronik, pumper og så videre. Alt er mere simpelt og billigere i en klassisk pumped storage løsning. Søerne kan helt sikkert også billigt graves store nok til at opbevare meget mere energi.

  • 0
  • 0

Du har jo helt ret i, at man skal have lov at tænke frit - og at jeg selv gav bolden op ;-)

Angående et par af detaljerne -

Din sammenligning med "Store vandturbiner (typisk Francisturbiner)", er derfor ikke helt fair, med mindre vi regner med meget store, super-optimerede jernbanevogne.

Den størrelse pumpekraftanlæg, som det konkrete forsøgsanlæg, bestående tog-komponenter, kan sammenlignes med, kan heller ikke udføres med samme virkningsgrad som anlæg med +100 MW Francis-turbiner.

Derfor flyttede jeg kæden over på en anden klinge, for at lave en fair sammenligning. ;-)

Nu var det sådan set de andre, som begyndte ...

Jernbanefolkene blev citeret for, at pumpekraftværker kun har 60% virkningsgrad. Det var uden nogen indskrænkning til bestemte størrelser. Og denne påstand er, i sin generaliserede form, ganske enkelt forkert.

Pumpekraftanlæg, hvor <1 MW turbiner indgår, kender jeg slet ikke virkningsgraderne på, så jeg kan i realiteten ikke modsige dem, når de siger "typisk 60%". Har du konkrete tal på sådanne anlæg?

Nej, det har jeg ikke. Jeg tror slet ikke, at nogen laver pumpekraft til så lave effektniveauer.

Man kan ikke bare ”snyde” og bruge et færre antal, større banemotorer, for på grund af den lave friktionskoefficient mellem skinner og hjul er man nødt til at fordele trækket på mange hjul.

I det konkrete projekt, er stigningsprocenten 7,2%, men det tror jeg nu er betinget af det givne terræn, snarere end af den mekaniske grænse.

Ja, det har du nok ret i. Men jeg tror nu, at rutinerede jernbanefolk vil være ret bekymrede for stigninger af denne størrelse, eller de 9%, du havde i dit eksempel.

Det er nemlig ikke et spørgsmål om at have mange hjul, når bare den har træk på alle dem man har, og vægten er fordelt ens på dem alle. Men grænsen flytter sig selvfølgelig ift hvor hurtigt man vil kunne accelerere. Endelig kan man jo øge grebet, ved at tilføje fortanding på skinnerne. Det øger selvfølgelig det mekaniske tab, men ikke med mange procent.

Jeg tror nok, at fjedrene sørger for, at kraften er nogenlunde ligeligt fordelt. Underlaget er jo vældig jævnt.

Jeg tror ikke, at man vil ønske sig fortanding, det giver for meget vedligeholdelse.

"1250 tons pr. hjul kan man ikke køre på skinner og underlag af bare nogenlunde realistiske dimensioner"

Er du nogensinde, siden 1980, kommet til at sige noget lignende om vindmøller på over 10 MW? ..... ;o)

Alt kan dimensioneres, og "realistiske dimensioner" er et meget vidt begreb - spørg bare kineserne - men hvor omkostningerne løber hen, i det tænkte eksempel, tør jeg da slet ikke tænke på.

Ja, det har du sådan set ret i ... men alligevel. 1250 tons er en meget stor punktlast, sådan cirka 100 gange højere end punktlasten fra MY-lokomotivet ovenfor.

"En DD generator har højere virkningsgrad end 93% - men du skal lige huske, at den så også skal have en frekvensomformer, som giver anledning til et tillægstab af størrelsesordenen 3%."

Danfoss laver 3-fasede invertere helt ned til 3,7 kW, med 98% virkningsgrad.

http://mediacache5.supplier.lemu.dk/v-6362...

Den 45 kW VLT vi bruger i vore E-PTO har mere end 98% virkningsgrad, såfremt udgangsfrekvensen holdes over et vist minimum.

Ja, jeg tror såmænd godt, man kan lave frekvensomformere med højere virkningsgrad end 97%, men nu skrev jeg jo sådan mere generelt om tillægstab. Der kommer nemlig ekstra tab til i reaktor og filtre, og derudover switchtabene i selve generatoren, som godt kan løbe op i hele procenter.

  • 0
  • 0

Ja, det har du sådan set ret i ... men alligevel. 1250 tons er en meget stor punktlast, sådan cirka 100 gange højere end punktlasten fra MY-lokomotivet ovenfor


Helt præcis 34,7 gange så meget pr hjul - men MY-lokomotivet er dimensioneret til at køre på to ret tynde stålskinner, monteret på en træsvelle pr 62 cm, og lagt ud på en nivelleret bunke sten, ovenpå jorden.

Mon ikke der er realistisk at lave en stålarmeret betonkonstruktion, der er 35 gange mere solid end det ?

Banen skal jo trods alt kun være 11 km lang.

  • 0
  • 1

Hvad er pointen med den jernbane ide? Det kan næppe være dyrere at anlægge en rørledning i stedet for jernbaneskinner. Herefter er det bare to kunstige søer i hver ende. Stationær elektronik, pumper og så videre. Alt er mere simpelt og billigere i en klassisk pumped storage løsning. Søerne kan helt sikkert også billigt graves store nok til at opbevare meget mere energi.

Ja, alt er simplere og billigere i en klassisk pumped storage løsning. Udstyret er kendt og effektiviteten er høj (men nok, som Søren Lund har redegjort for, ikke højere end for jernbaneløsningen), så umiddelbart forekommer det som noget, man lige kan gå til.

Det kan man bare ikke i praksis, af den simple årsag, at det er meget vanskeligt at få lov til at anlægge nye hydroprojekter. I det vestlige USA, hvor jernbaneideen kommer fra, er det ganske enkelt ikke muligt, i hvert fald ikke i en skala, der batter noget. Der vil det trods alt (og på sin vis underligt nok) være mere sandsynligt, at man kan få lov til at lave nogle jernbanespor.

Dertil kommer, at man mange steder ikke vil få lov til at etablere et nyt vandforbrug af den størrelsesorden, der bliver nødvendigt til et nyt pumped storage anlæg på et sted, hvor der ikke i forvejen er en sø. Man skal nemlig regne med en del vandtab til fordampning og nedsivning.

  • 1
  • 0

Hej Henrik, jeg så desværre ikke der omsider var kommet liv i tråden før nu , og tak for en positiv feedback/vurdering på min fikse ide. Som sagt var det mest et tanke eksperiment og jeg er enig i at der nok er bedre og billigere ideer . jeg er også enig i at Stirling maskiner har "bedraget" stort set alle der har forelsket sig i dem, dog opfølgende:
1. den brugte Alu har jo nok samme skrotværdi som indkøbsværdi såfremt den processeres under inert gas ,så det reducerer jo afskrivninger .
2. Stirling maskiner snyder ofte fordi man bruger forbrænding og derfor har et skorstens tab. Det nævnte anlæg ville kun have varmetab i en brugbar temperaturgradient til opvarmningsformål, når ses bort fra isoleringstab.
Jeg mener at i et land med en fyringssæson på næsten 12 måneder:-) er et energitab pga kontrolleret bortledning til opvarmning ingen katastrofe, blot man tager hånd om at redde så mange kwh som muligt så billigt som muligt tilbage fra lageret til elnettet.
Udover det ,det er altid interessant at læse dine blog .

  • 2
  • 0

I Californien kan de bare pumpe havvand op. De har nogle enorme højderygge helt tæt på havet, så det ligger lige til højrebenet.

Ja, det skulle man måske tro, men sådan er det slet ikke i virkeligheden. Det vil efter min vurdering være helt umuligt at få tilladelse til at anlægge en ny saltvandssø noget som helst sted i Californien. Man vil løbe ind i modstand fra alskens sider, herunder fra de store miljøorganisationer, og det vil være en kamp, man ikke kan vinde.

  • 0
  • 0