Energilagring

Stort set al den energi, der får det moderne samfund til at fungere, kommer som enten elektricitet eller som kulstof.

  • Elektriciteten er tilgængelig via el-nettet og kan umiddelbart benyttes til opvarmning (el-radiatorer) og til at drive computere, mobiltelefoner og alle andre elektriske apparater og el-motorer i husholdninger, institutioner, industri, sundhedsvæsen og trafiksystemer. Hovedparten af den elektriske energi i verden produceres fortsat af olie, kul eller gas. Vind og sol leverer en stadigt større del af energien til el-nettet, men disse vedvarende kilder fungerer ikke døgnet rundt eller lige godt hele året.
  • Kulstof (kul, olie, gas, bioenergi) kan ud over elektricitet også benyttes som en direkte varmekilde (kul-oliefyr og gasfyr). Men det er navnlig som brændstof til transportsektoren, at olie hidtil har været en overlegen energikilde. I modsætning til vind, sol og vandkraft kan olie umiddelbart lagres og efter behov benyttes til at drive vores fly, biler og skibe. Ydermere giver kulstof os produkter som asfalt og plastik, og kulstof er et centralt element i mange lægemidler, kosmetik og beklædning.

Artikel om danske forskeres bud på fremtidens energilagring

Energilagre i mange former

Eksempelvis sol og vind er nærmest uudtømmelige energikilder, men for at energi kan bruges, skal den være til stede i en tilgængelig form, og den skal kunne lagres. Fossilt kulstof (olie, kul og gas) er enestående ved både at være energikilde og energilager. Derimod vil fremtidens energisystem formentligt i højere grad blive to adskilte systemer, når vedvarende energi og andre energikilder afløser de fossile brændstoffer.

Vindkraft, solenergi, biomasse, vandkraft og geotermisk energi vil hyppigt omdannes til andre energiformer inden de bliver lagret og anvendt. Der findes en række forskellige metoder til at lagre energilagring med hver sine fordele og ulemper. To af de i dansk sammenhæng mest interessante er opstillet i tabellen:

Kategori Funktion og produktion Anvendelse Fordele Ulemper
Batterier

(herunder kondensatorer, brændselsceller, flowbatterier og bilbatterier)

 Omdanner oplagret kemisk energi til elektrisk energi Utallige elektriske apparater og instrumenter, centrale delelementer i elnettet og i et stigende antal transportmidler. Batterier og brændselsceller er rene og effektive energilagre, der kan levere energien omgående og præcist dér, hvor energibehovet er til stede. Måske kan batterierne i elbiler benyttes som et selvstændigt energilager. Om natten kan vindproduceret strøm oplade elbilen. Når elbilen ikke er i brug og den er koblet til elnettet kan den afgive sin energi til systemet. Hvis elbiler bliver almindelige, vil den samlede bilpark fungere som et fleksibelt og intelligent energilager. Batterier er ikke på niveau med fossile brændstoffer, når det gælder energitæthed og effektivitet. Et batteri har kort ”levetid” inden det skal udskiftes eller oplades og elbiler har derfor begrænset rækkevidde. Det tager langt længere tid at oplade en elbil end at optanke en benzinbil. For at elbiler skal kunne erstatte traditionelle transportmidler skal der investeres massivt i højeffektive ladestationer.
Brint Brintproduktion er en lovende teknologi til energilagring. Både solceller og vindmøller kan producere den strøm, der danner brint ved elektrolyse af vand. 2H2O → 2H2 + O2 Brint der afbrændes i brændselsceller kan være fordelagtig især i transportsektoren, hvor det er vanskeligt eller umuligt at benytte almindelige batterier. Brint kan i princippet drive både fly, lastbiler og containerskibe. Brint er en vigtig kemisk byggesten, der både indgår i alt organisk materiale, og ikke mindst i vand. Brint kan fungere både som energilager og energikilde.

I moderne elektrolyseanlæg er det muligt at nå helt op på at omdanne 80 % af den elektriske energi til kemisk energi i brintmolekylerne.

 Fri brint findes ikke som tilgængelig energikilde i naturen, og det skal derfor udvindes fra forskellige udgangsstoffer. Elektrolysen er forbundet med energitab. Selv om gasformig brint i princippet kan opbevares, er det særdeles upraktisk at gøre dette i meget stor skala.

Nogle undersøgelser påpeger endvidere, at elprisen er alt for høj til at produktion af brint i større skala er realistisk.

 

Andre energilagre er:

Superledere (SMES). Når man sætter jævnstrøm gennem en superledende spole kan energien opsamles og lagres i spolens magnetfelt.

Eksternt link om energilagring med superledere

Komprimeret luft. Compressed Air Energy Storage-anlæg (CAES) er et lager af luft under højt tryk (komprimeret luft), der kan placeres under jorden. Der er anvendt strøm til komprimeringen, og når man igen skal bruge strømmen leder man den komprimerede luft gennem en turbine, der danner elektricitet.

Link fra Energifokus om lagring af vindenergi

Syntesegas. Brint og CO er gasser, der ved elektrolyse er omdannet fra vand og CO2. Elektrolysen kan gennemføres med energi fra vedvarende energikilder. Syntesegas kan ved hjælp af katalysatorer efterfølgende omsættes til brændstof som diesel, metan, benzin, metanol og benzin.

Mere om energilagring – engelsk link

Svinghjul. Et svinghjul er en mekanisk konstruktion, der opsamler og lagrer bevægelsesenergien i rotation. Et avanceret svinghjulsbatteri (f.eks. Rumfartsorganisationen NASAs Flywheel Energy Storage) kan fungere i 15 år. Den er ophængt på friktionsløse magnetiske lejer, der ikke skal smøres. Dette svinghjul kan oplades og aflades 100.000 gange med omkring 90 % opladningseffektivitet.

Link til artikel fra Ingeniøren om svinghjul

Link til engelsk artikel om det samme

Dæmninger. Vandmængden bag dæmningen er et stort lager af potentiel energi. Vand kan aktivt pumpes op til et højere liggende reservoir for at fungere som energireserve. Når vandet efterfølgende ledes gennem en vandturbine omdannes potentiel energi til mekanisk energi, der kan producere elektricitet. Dæmninger som energireserve anvendes i stort omfang i USA.

Hvordan virker det? – engelsk link

Batterier og brændselsceller

Brug af et batteri er den traditionelle metode til at omdanne oplagret kemisk energi til elektrisk energi. Batteriets består grundlæggende af en elektrokemisk celle (galvanisk celle) med en positiv pol (katode) og en negativ pol (anode). Når batteriet aktiveres, bevæger en strøm af elektroner sig fra anoden til katoden og frigiver dermed energi.

Ud over klassiske batterier hvor den elektrokemiske energi (elektrolytten) er f.eks. nikkel/kadmium, litium eller kalium, kan batterier også være i form af kondensatorer eller brændselsceller. Sidstnævnte fungerer i princippet som et almindeligt batteri, men i modsætning til et batteri løber den ikke tør for energi, og den skal ikke genoplades, da brændselscellen konstant får tilført brændsel og forbrændingsluft.

Brændselscellen kan sammenlignes med en bilmotor, der blot fungerer med brint (H2) som brændsel i stedet for benzin eller diesel. Ved processen frigøres energi i form af elektrisk strøm og varme. Brint er både det simpleste brændstof, der findes, og det indeholder desuden en mængde kemisk energi. Brint fremstilles fortsat primært fra fossile kulstoffer (naturgas), men nye teknikker er under udvikling.

 

 

I filmene nedenfor fortæller lektor Johan Hjelm fra DTU Energi om batteri lagring, almindelige,-  samt flow batterier:

 

Artikel om Teslas nye batterier

Brint som energilager

Brint har den store fordel, at det kun kan reagere med luft ved at brænde luftens ilt til helt uskadeligt vand (oxidation). Processen frigiver ganske meget energi (120 kJ/g H2). Brændværdien af benzin er eksempelvis blot 42,7 kJ/g. Forbrænding af brint giver både forureningsfri energi samtidig med at energitætheden er stor. Når oxidationen foregår i brændselsceller, kan der udnyttes en meget stor del af den kemiske energi.

Hvis man spalter vand til vandets grundelementer brint (H2) og ilt (O2) kan man opnå CO2-fri lagret kemisk energi, der kan udnyttes ved afbrænding af brint. Energien er lagret i bindingerne mellem brintatomer og oxygenatomer, og når brinten afbrændes (f.eks. i en brændselscelle) frigives energien.

Elektrokemisk spaltning af vand (elektrolyse) er en besnærende tanke, da langt det meste af jorden er dækket af vand. Spaltning af vand er desværre meget energikrævende, men hvis elektriciteten bliver leveret af vind, solceller eller vandkraft og teknikken til at lagre brint udvikles yderligere er der et stort potentiale for massevis af ren CO2 – neutral energi.

Læs mere på DTUs hjemmeside

Et billede af Teslas kommende lastbil, som er førerløs, eldrevet og som formodentlig vil ændre transportsektoren mange steder i verden.