Giovanni Perillo har ansvaret for å utvikle det plastliknende materialet som skal forsegle veggene i kommende underjordiske lagre for trykkluft. Dette belegget må tåle store krefter, fordi luften i lagrene vil få et trykk som er fra 36 til 70 ganger høyere enn lufttrykket ved havets overflate. (Foto: Thor Nielsen/Sintef)
Vil bruke luft til å lagre energi
Oppbevaring av trykkluft i nedstengte tunneler og gruver kan bli en av framtidas former for energilagring.
EU-prosjektet RICAS 2020, der SINTEF deltar, skal et stykke på vei realisere en såkalt "adiabatisk prosess".
"Adiabatisk" er et slags synonym for "tapsfri" og betyr "lagring og gjenvinning av energi uten utveksling av varme med omgivelsene".
I teorien kan tre ulike løsninger oppfylle drømmen om tapsfri håndtering av trykkluft:
Se for deg en luftkompressor og luftbeholder (lager) som er ideelt isolert, der luften ikke utveksler varme med noen av delene. Dette vil gi lagret trykkluft med høy temperatur. Kunne du etterpå utnytte luften i en ideelt isolert luftmotor, ville du få ut nesten all den lagrede energien.
Se i stedet for deg at luftens temperatur holdes konstant ved kompresjonen. Da kan du ta ut masse varme som kan brukes til noe fornuftig. Når luften så skal utnyttes, er det lurt å tilføre varme igjen, tilsvarende varmemengden som ble tatt ut. Varmen kan tilføres ved omgivelses-temperatur. Altså nesten gratis. Kunne dette gjøres perfekt, vil du også nå få nesten all lagret energi tilbake.
En tredje mulighet er å gjemme på varmen fra kompresjonen av luften; det vil si: ta vare på varmen til du skal utnytte luften. En tenkbar løsning ville være å la den varme luften fra kompressoren strømme gjennom et kammer fylt med en masse som lagrer varmen.
Det er den tredje veien RICAS 2020-prosjektet har valgt å følge.
Kilde: Den danske teknologen Peter Cordsen og SINTEF
Vindkast og solstråler, to uforutsigbare ressurser, blir stadig viktigere som kraftkilder i Europa. Dette vil i økende grad kreve at vi har energilagre i bakhånd. For om strøm ikke kan utnyttes der og da, må den lagres til den trengs.
Det billigste er å bruke vannkraftmagasin som batterier: Lage strøm av vannet når det kniper og seinere pumpe vannet tilbake til magasinet ved hjelp av vindkraft som er til overs. Men dette er bare mulig der vannreservoar finnes i høyfjellsområder. Som i Norge og en håndfull andre nasjoner.
Men hva om land og regioner som ikke er like heldige, kunne bruke luft som energilager i stedet for vann? I EU-regi jobber fagfolk nå for at dette skal bli en reell mulighet – gjennom forskningsprosjektet RICAS 2020, der Sintef deltar.
Forskerne vil bruke tomme, nedstengte bergrom som lagringsplass for energi.
Noen få steder i verden er løsningen alt tatt i bruk. Den består i å bruke overskuddskraft til å komprimere luft, som så lagres i underjordiske hulrom. Når folk trenger energi, slippes luften ut igjen via en gassturbin som lager strøm. De få anleggene som finnes, brukes ofte til å regulere kraftsystemet som trengs gjennom døgnet.
Fysikken som gjelder når energi lagres i form av trykkluft, springer ut av en naturlov som brukere av sykkelpumper kjenner til: Nemlig at all luft som komprimeres, blir varm.
Sykkelpumper presser luft sammen for å få øke trykket i dekket. Derfor blir de varme når vi bruker dem.
– Jo mer av kompresjonsvarmen trykkluft har i behold når den hentes ut fra et lager, jo mer arbeid kan trykkluften utføre etterpå. Og vi mener at vi skal klare å gjemme på mer av denne varmen enn det dagens lagringsløsninger kan. Dermed kan vi gjøre lagringen mer effektiv, sier Giovanni Perillo, prosjektleder for Sintefs del av RICAS 2020.
Slik virker det: Overskuddskraft fra vindmøller og solceller presser sammen luft. Trykkluften lagres i hulrom i fast fjell. All luft som presses sammen, blir varm. Et eget varmelager i undergrunnen tar vare på varme som luften tilføres ved komprimeringen. Når energien trengs, slippes luften ut igjen via en turbin som lager strøm. Jo mer varme luften tilføres fra varmelagret på veien ut, jo mer strøm blir det – eller med andre ord: jo mer effektiv blir lagringen. (Foto: (Illustrasjon: Knut Gangåssæter/Sintef))
Egne bergrom som varmelager
Verdens to største lager for trykkluft ligger i Tyskland og USA. Dette er underjordiske rom som har latt seg vaske ut i saltformasjoner. Men her går mye av energien i trykkluften tapt. Årsaken er at anleggene ikke har egne systemer for lagring av varmen fra kompresjonen.
Deltakerne i RICAS 2020 har en oppskrift på hvordan de skal oppveie denne mangelen i framtidige underjordslager.
Sentralt står en slags ekstrastasjon de har lagt inn i lagringsløsningen sin.
På ferden ned i det underjordiske skal den varme trykkluften føres gjennom et eget utsprengt hulrom som vil være fylt med knust stein.
Luften vil gi fra seg varme til de knuste steinmassene.
Mye av denne varmen vil steinene klare å ta vare på.
Den kalde luften lagres i hovedbergrommet.
Når luft herfra seinere passerer varmelageret på vei ut igjen, for å bli utnyttet til kraftproduksjon, vil luftstrømmen varmes opp av den knuste steinen og dermed bli mer energirik.
Billigere enn batterier
Sintefs prosjektleder forklarer at denne lagringsteknologien, ifølge beregninger, kan ta vare på hele 70 til 80 prosent av energien i trykkluften.
Annonse
Tilsvarende tall for de fleste av dagens lagre er kun 45 til 55 prosent. Det vil si at bare halvparten av energien som ble brukt til luftkompresjonen, i dag lar seg produsere på nytt etter at den har vært lagret.
– Bak prosjektet ligger en tro på at vår løsning vil gi billigere energilagring enn det batterier noen gang kan gi. Det hele fordi levetida blir lenger og fordi kapitalkostnadene per kilowattime lagret energi blir lavere. Samtidig ser vi for oss at løsningen kan brukes nærmest uavhengig av bergforhold, sier Perillo.
Bare ett krav må stilles til stedsvalget, ifølge forskeren: I de aktuelle bergmassene må mennesker allerede ha laget store hulrom. Utsprengning og sikring av nye bergrom blir for dyrt.
Prosjektdeltakerne ser derfor for seg ledige, eksisterende bergrom som lager for trykkluften.
– Vi ser både nedlagte tunneler og nedstengte gruvesjakter som mulige lager, noe Norge har mye av, sier Perillo.
Selv er Perillo materialforsker. I EU-prosjektet har han, på Sintefs vegne, ansvaret for forskning på og utvikling av den forseglende membranen som skal gjøre trykkluftlagrene tette.
I tillegg bidrar Sintefs eksperter innenfor undergrunnsteknologi med beregninger som skal sikre at de foreslåtte løsningene, inklusive tettingsmaterialene, tåler trykket de vil bli utsatt for.
Prosjektet skal munne ut i tekniske spesifikasjoner og grundige kostnadsanalyser. Etablering av et eventuelt pilotanlegg vil stå og falle med utfallet av de sistnevnte beregningene.
Annonse
– Viser det seg at løsningen vår har livets rett, vil nye og spennende muligheter åpne seg. Ikke bare for energilagring, men også for bruk av trykkluft i industrien, sier Perillo.
Matthias Finkenrath, professor og ingeniør ved Kempten University of Applied Sciences i delstaten Bayern, har forsket på bruk av komprimert luft til energilagring gjennom en årrekke.
Han forklarer at lav energiutnyttelse har dempet interessen for de få anleggene som er i drift i dag. I tillegg har industrien brukt mye penger de siste 15 årene på å fram mer energieffektive versjoner av konseptet trykkluftlagring.
Men kombinasjonen store teknologiske utfordringer, lave energipriser og usikkerhet i energimarkedet, gjorde at interessen stoppet opp, ifølge professoren. Derfor ble alle planer om storskala demonstrasjonsanlegg enten utsatt eller forlatt.
Lite ville derfor glede den tyske eksperten mer enn at EU-prosjektet når sine mål.
– Trykkluftlager av den typen som dette prosjektet sikter mot, kan gi langt lavere kostnader, og betydelig større lagringskapasitet enn det for eksempel batterier gir, sier Finkenrath.
– Fører prosjektet til at lagringssystemer kan etableres uavhengig av geologiske forhold, så vil det i seg selv være et betydelig fremskritt. Om prosjektdeltakerne i tillegg lykkes med sine planer om effektiv varmelagring, så kan bruk av trykkluft til energilagring få sitt gjennombrudd, fortsetter han.
