Energilagring: allt du behöver veta

Både ett växande energibehov totalt sett och en ökad medvetenhet om klimatförändringar driver på utvecklingen mot allt större elförbrukning, medan användningen av andra energikällor förväntas minska, som fossila bränslen.

Prognosen från Energimyndigheten är att elförbrukningen kommer att fördubblas redan till 2035. Det innebär att produktionen av el måste öka radikalt. Det pågår redan och återspeglas i en snabb utbyggnad av vindkraft och solkraft, men även i diskussionen om ny kärnkraft.

Energilagring för att minimera överföringskapaciteten

Men ökad elanvändning kommer även att kräva större kapacitet i elnätet, för att mer ström ska kunna överföras på samma tid, alltså högre effekt. Det handlar alltså om överföring mellan produktionsanläggningar och konsumenter, till exempel från vattenkraftverken i Norrland till hushållen i Stockholm. Men att bygga ut vårt vidsträckta elnät så att det får högre överföringskapacitet är väldigt dyrt. Dessutom är effekttopparna ofta kortvariga, kanske bara några timmar per dygn. Det innebär att det dyra elnätet kommer att stå outnyttjat en stor del av dygnets timmar. Den ökande kostnaden belönas inte med en motsvarande ökad nyttjandegrad. Som tur är finns det en billigare lösning, nämligen energilagring. 

Knepet är att föra över mer el än vad som behövs när elförbrukningen är låg och elnätet inte går på full kapacitet. Den överförda energin lagras lokalt. När effekttoppen sedan kommer (till exempel på kvällen när alla hushåll ska laga mat, dammsuga, tvätta kläder och ladda bilen), används den lagrade energin för att matcha denna kortvariga effekttopp utan att man behöver överföra all el i samma ögonblick som den ska användas. På så sätt kan man kapa de värsta effekttopparna i elnätet, och man kan nöja sig med ett billigare elnät som inte har lika stor kapacitet. För att minska kraven på elnätets överföringskapacitet behöver vi alltså öka lagringen av energi lokalt. 

Energilagring för att matcha intermittenta energikällor

Idag möter vi det ökande energibehovet med en kraftig utbyggnad av förnybara energikällor som vindkraft, solkraft och vågkraft. En utmaning med de här energikällorna är att de inte kan slås av och på hur som helst. När det inte blåser snurrar inte vindsnurrorna, solen skiner inte när det är mulet, och det blir ingen fart på vågorna när havet ligger som en spegel.

Genom att lagra energi kan vi övervinna utmaningarna med dessa ”intermittenta” energikällor och säkerställa en jämn tillgång till energi även när produktionen inte är konstant. Genom att använda energilagring kan vi maximera effektiviteten i våra energisystem, stötta de förnybara energikällorna och minska beroendet av icke-förnybara energikällor. Energilagring kan alltså bidra till att minska vårt beroende av fossila bränslen och därmed minska koldioxidutsläppen.

Typer av energilagring

Energi kan lagras på olika sätt. Ett av de mest använda energilagringssystemen är batterier. Batterier lagrar elektrisk energi i form av elektroner som är redo att rusa i väg genom ledningen och sätta fart på maskiner och lampor. Batterier används i allt från telefoner och bärbara datorer till elbilar och andra mer storskaliga energilagringssystem. Batteriteknologin har utvecklats avsevärt under de senaste åren, vilket har lett till förbättrad prestanda och minskade kostnader. Det skriver vi mer om det i vår artikel om batterilagring. 

Men det finns också andra sätt att lagra energi, som kanske är lite mer oväntade. Vattnet i en damm innehåller energi som kan omvandlas till kraft i ett skovelhjul eller elektrisk ström i en turbin. Bensin och dieselolja innehåller kemisk energi som kan omvandlas till rörelse i en bilmotor. Energi kan lagras i vätgas eller i en tyngd som hissas upp. Alla sätt att lagra energi har sina fördelar och är lämpliga för olika tillämpningar.

Lagra energi genom att fylla på vattenmagasinen

Under tider på dygnet när man producerar ett överskott av el, kan man använda el till att pumpa upp vatten från en lägre belägen reservoar till en högre belägen reservoar. I stället för att passivt vänta på att magasinen ska fyllas på av nästa års vårflod, eller stora regn, använder man alltså sitt elöverskott för att fylla dem lite i taget, då och då. Om elproduktionen vid ett senare tillfälle inte räcker för att täcka det aktuella elbehovet, låter man helt enkelt vattnet forsa ner genom turbinerna för att generera elektricitet efter behov.

Energilagring med komprimerad luft

Energilagring med komprimerad luft är en annan teknik som används för att lagra energi. I detta system används överskott av energi för att komprimera luft och lagra den i en behållare. När man senare behöver energi, släpps luften ut och driver en turbin för att generera elektricitet. Detta system kan vara särskilt användbart i områden där det finns tillgång till naturliga underjordiska behållare för att lagra den komprimerade luften.

Energilagring med svänghjul

Ett annat intressant energilagringssystem är användningen av svänghjul. Detta system använder ett tungt hjul som roterar med hög hastighet för att lagra energi. När man har överskott på energi använder man den till att få svänghjulet att rotera, eller rotera snabbare. Svänghjulet lagrar alltså energi genom att vara i rörelse, så kallad kinetisk energi. När man behöver energi kan man frigöra den lagrade energin genom att bromsa hjulet och överföra rörelseenergin till en elektrisk generator som tillverkar elström. Energilagring med svänghjul kan vara särskilt användbart för kortvariga energibehov och snabba effektleveranser. Vanliga användningar är i fordon som spårvagnar och elbilar (kallas då regenerering), men även i kärnkraftverken finns stora svänghjul som spelar en roll för stabiliteten i elsystemet (svängmassa).

Hissa upp en tyngd (mekaniska batterier, gravitationslagring)

Att lyfta vikter är inte bara träning för kroppen, det är också en fiffig och innovativ lösning för att lagra och omvandla energi. I ett mekaniskt batteri använder man tyngdkraften för att lagra och frigöra energi. När det finns el i överskott kan man använda den till att lyfta en väldigt tung vikt. Elenergin omvandlas till så kallad potentiell energi. När man behöver energi, släpper man ner vikten (sakta och kontrollerat) och låter den sätta fart på en generator som genererar elektricitet. Med sensorer som övervakar energinivåer och intelligent styrning kan mekaniska batterier erbjuda en pålitlig och hållbar energilösning för olika tillämpningar.

Mekaniska batterier har flera fördelar. För det första kan de lagra stora mängder energi och frigöra den vid behov, vilket gör dem till en pålitlig energikälla. För det andra är de relativt enkla att underhålla och kräver inte komplicerad teknik för att fungera. De är också en hållbar och miljövänlig lösning, eftersom de inte använder några farliga kemikalier eller andra ämnen som kan skada miljön.

Exempel på vikter kan vara en hisskorg fylld med sten som hissas upp och släpps ner efter behov, en linbana som fraktar grus till en plats på hög höjd och sedan fylls på och åker ner, eller en stor stenskiva som skruvas uppåt och nedåt på en stor gänga inuti ett torn. Men forskare och ingenjörer arbetar med att förbättra energilagringen, effektiviteten och hållbarheten hos mekaniska batterier, och vi får säkert se nya innovationer framöver.

Lagring av termisk energi

Energi kan även lagras i form av termisk energi, eller värme, genom användning av värmelagringssystem. Värmelagringssystem kan lagra överskott av värmeenergi och frigöra den när det behövs mer energi. Det kan vara användbart för att värma upp byggnader eller generera ånga för industriella processer.

Fördelar och nackdelar med olika energilagringstekniker

Varje energilagringsteknik har sina fördelar och nackdelar. Batterier är flexibla och har snabb respons, men de kan vara dyra och har begränsad lagringskapacitet. Pumpad hydroelektricitet (vattenkraft) är kostnadseffektiv och har lång livslängd, men kräver specifika topografiska förhållanden och ofta stora ingrepp i miljön. Energilagring med komprimerad luft kan vara kostnadseffektivt och har hög lagringskapacitet, men kan vara ineffektivt på grund av energiförluster. Energilagring med svänghjul har hög effektivitet och snabb respons, men har begränsad lagringskapacitet.

Slutord

Sammanfattningsvis är energilagring en viktig komponent för att möjliggöra en pålitlig och effektiv energiförsörjning. Genom att använda olika energilagringstekniker kan vi maximera användningen av förnybara energikällor, minska beroendet av fossila bränslen och bidra till en hållbar energiframtid. Energilagring har dock sina egna utmaningar och kostnader, men forskning och utveckling har banat väg för innovativa system och tekniker för effektiv energilagring. Att förstå hur energilagring går till och vilka fördelar det har är avgörande för att bygga en hållbar energiframtid.