Energilagring House of Energy Aalborg Gigantium, 11. oktober 2016 Søren Knudsen Kær Department of Energy Technology Aalborg University
Fremtidens energisystem Energikonvertering og lagring - El - Varme - Gas - Transport
Fremtidens energisystem Kilde: Energikoncept 2030, Energinet.dk, maj 2015 3
Energilagring - baggrund På nuværende tidspunkt udgør det samlede elforbrug omkring ¼ af energiforbruget Frem mod 2050 vil dette stige meget markant når el i stigende grad anvendes til varme og transport Ved storskala udbygning med vindkraft og solceller vil elforbruget ofte være dækket selv ved lav produktion Samtænkning og integration er helt essentielt Hvor lagres energien mest energi- og prisøkonomisk - som el, varme eller gas/brændstof? 4
Pris På hvilken form lagres energien? Konvertering El Lager Varme Konvertering El Varme Lager NB: Globalt udgør varme 50% af det samlede energiforbrug 5
Energilagring - kapaciteter Kilde: Energinet.dk, 2011
Ellagring Batterier Li-ion (og flowbatterier) Svinghjul Komprimeret luft (CAES) Højtemperatur termiske lagre f.eks. med dampturbine 7
Batterier Typisk Li-ion teknologi Høj effektivitet (~80% round-trip) og hurtig respons Ideelt kortidslager (op til nogle timer) Prisen falder hurtigt (ca 190 USD/kWh) Meget store installationer i USA 2016/2017 CA: 20 MW/80MWh NY: 100 MW/400 MWh Lemkær og snart Nordhavnen TRANSPORTSEKTOREN Lithium-svovl batteri ~2 gange højere energitæthed Metal-air batterier 5-15 gange højere energitæthed 8
Svinghjul Hurtigt roterende skive eller cylinder Udvikles især i USA, Beacon Power, Amber kinetics m.fl. Seneste udvikling længere discharge tid (~4 timer) Amber Kinetics Energy Nuevo projekt i Fresno CA, 20MW/80MWh Fordele Meget lav degradering (> 100.000 cykler) Hurtig respons Ulemper Energitab ved langtidslagring Kilde: amberkinetics.com Kilde: beaconpower.com 9
El-til-el, komprimeret luft Funktionsprincip som vandkraft Luft komprimeres og lagres ved el-overskud fx i salthorst Ekspanderes gennem turbine ved el-underskud Teknologien er demonstreret virkningsgrad omkring 40%, Overskudsvarme fra kompression kan lagres og anvendes til genopvarmning ved ekspansion Ekspansion kan foregå i gasturbine ved samtidig afbrænding af eksempelvis naturgas (RE-gas) Teknologien er på tegnebrætter (RWE ADELE koncept) Beregnet virkningsgrad ~70% Kilde: www.bine.info Kilde: www.rwe.com 10
El-til-el termisk energilagring Hamborg Energi og Siemens demoprojekt Første drift medio 2017 1,5MW / 36 MWh ellager 2000 m3 sten ved ~600 C Forventet 25% effektivitet Forventes at nå 50% Kilde: beaconpower.com 11
Varmelagring Termisk masse i fjernvarmevand Termisk masse i bygninger Varmeakkumuleringstanke / damlagre, varmetab i alt ~20-25% Dronninglund Fjernvarme 75.000 m3 (5570 MWh) Gram Fjernvarme 122.000 m3 Vojens Fjernvarme 203.000 m3 Borehulslagre, varmetab i alt ~20-25% Brædstrup (630 MWh) Kilde: Fjernvarmeindustrien.dk 12
Power-to-Fuel Grøn omstilling af energisystemet Konverteringsteknologier til integration af el, varme og gas/brændstof Transportsektoren (el, brint, grønne brændstoffer) Balancering af elnettet Integration med fjernvarme Kilde: Energinet.dk
Power Flexible load Flexible load Cryogenic Carbon Capture and Use (C3U) Power distribution grid O2 Water electrolysis Flue gas H2 Nordjyllandsværket Flue gas Cryogenic Carbon Capture CCC CO2 Transport Fuel Factory Gaseous fuels Liquid fuels Aalborg Portland District heating grid
Summary Energilagring vil være påkrævet i et 100% fossilfrit energisystem Det er vigtigt at overveje på hvilken form energien lagres: El, varme, gas / flydende brændstof -> Konverteringsteknologier er meget vigtige! Ellagring bør så vidt muligt ske i batteribiler Sikrer vedvarende energi i transportsektoren Varmelagring er langt billigere end ellagring og sikrer sæsonlagring (store energimængder) Elektro-fuels skaber den nødvendige fleksibilitet, sikrer transportbrændstof og muliggør langtidslagring Hvis vi skal være fossilfri i 2050 skal vi i gang NU 15