Mer förnybar energi kräver ny lagring

Andelen förnybar el, främst producerad med sol-, vind- och vattenkraft, ökar i världen. Det är också ett centralt mål i många länders energipolitik. Men el från sol- och vindkraft produceras och konsumeras i stunden och inte alltid när den behövs. Därför ökar behovet av att kunna lagra elenergin från en dag till en annan, eller ännu längre tid. Och därmed behöver teknikerna för ellagring utvecklas.

Störst kapacitet att lagra energi på den globala marknaden har dock vattenkraften. I pumpvattenkraftverk lagras vatten i dammar för senare omvandling till el. Andra storskaliga lagringstekniker är ”power-to-gas, tryckluft och svänghjul (se ruta), men som komplement behövs energilagring i form av batterier. Inte minst för begränsade utrymmen.

Ännu så länge är litium-jonbatterier den bästa tillgängliga teknik för ellagring, eftersom dessa kan lagra mycket energi i en liten volym, enligt batteriforskaren Kristina Edström, professor i oorganisk kemi vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala.

Ur ett ekonomiskt perspektiv finns det mycket att vinna på nya batterier. Marknadspotentialen för lagringstekniker kommer att öka med minst 300 gigawatt (effekt) fram till år 2030, enligt prognoser från bland andra konsultbolaget Boston Consulting Group.

Ett rejält kliv framåt togs nyligen av energibolaget Southern California Edison som förra hösten investerade i ett batterisystem med effekten 20 megawatt (80 megawattimmar el). Det blir därmed ett av de största lagren i världen med litium-jonbatterier.

När batterisystemet är fulladdat förväntas det kunna lagra energi för 2 500 hushåll under en dag. Det ska användas som back-up för elkunder i Kalifornien, och blev nödvändigt sedan en lagringsanläggning för naturgas stängts efter en stor läcka.

Jämna ut effektbehovet med kompletterande lagring

Kristina Edström är en av många experter som spår att batterier för ellagring i hushållen kommer att bli vanligare även i Sverige.

– I så kallade smarta städer kommer back-up-lagring av el i byggnader att bli vanligt. Det passar bra i kombination med exempelvis solceller, säger hon.

Enligt en studie gjord av elkraftbranschens intresseorganisation Power Circle räcker det med förhållandevis små batterier för att jämna ut effektbehovet i fastigheter. För villor med fjärr- eller bergvärme är batterier med lagringskapacitet på mellan fyra och nio kilowattimmar tillräckligt för att minska effekttopparna med 40 procent.

Förväntningarna på litium-jonbatterier är stora och det spekuleras ofta kring hur mycket energimängden kan öka i batterierna. Ett mål är batterier med tio gånger högre energidensitet än idag, vilket skulle motsvara energidensiteten i bensin och öka räckvidden hos elbilar rejält.

Men det kan bli svårt att nå dit, menar Kristina Edström.

– Batteriernas kapacitet kan vara fördubblad om fem år, men knappast mer, säger hon.

Nya effektivare batterier

Mycket forskning och utveckling satsas därför på att ta fram nya, mer effektiva batterier.

En sorts batteri som visat sig lovande är så kallade litium-luftbatterier. Mängden lagrad energi per volymenhet kan här bli fem till tio gånger högre än i konventionella litium-jonbatterier.

Litium-luftbatterierna måste dock bli mer robusta och tillförlitliga innan de kan börja användas i elbilar eller i anslutning till vindkraftverk.

Detsamma gäller det så kallade hybridbatteriet som egentligen är en sorts mellanting mellan superkondensator och ett litium-jonbatteri som förbättrats med kolmaterialet grafen på anoden. Några fördelar med hybridbatteriet är att det kan laddas mycket snabbt och får lång livslängd.

Utveckling av batterier handlar mycket om att pröva nya kombinationer av material. En variant är det litium-metall-polymer-batteri som används i franska elbilsprojektet Bluecar sedan 2011. Elbilarna som säljs eller leasas ut sägs ha en räckvidd på 25 mil på en enda laddning.

Även gammal beprövad batteriteknik kan fortfarande ha en roll när behovet av energilagring ökar i världen. Både blybatterier och natriumbaserade batterier kan med fördel användas i sammanhang där utrymmet inte är avgörande, till exempel vid vindkraftverk.

Störst fokus inom energilagring ligger på att lagra el, men det finns också behov av att lagra värme i många sammanhang. Geoenergi som berg- och markvärme bidrar redan i dag till stora energibesparingar, och allt fler satsningar görs på att lagra solvärme i exempelvis fasändringsmaterial.

– Det är jätteviktigt att även forska kring värmelagring, säger Kristina Edström.

Text: Marie Granmar, på uppdrag av forskning.se