Lagring av vind kraft



Relevanta dokument
Förnybara energikällor:

Vindenergi. Holger & Samuel

Hållbar utveckling Vad betyder detta?

ENERGIKÄLLOR FÖR- OCH NACKDELAR

Energikällor Underlag till debatt

Lagring av energi. Hanna-Mari Kaarre


söndag den 11 maj 2014 Vindkraftverk

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Energi och effekt. Extra exempel

Lagring av energi från vindkraft

Energibok kraftvärmeverk. Gjord av Elias Andersson

Facit. Rätt och fel på kunskapstesterna.

Vindkraft, innehåll presentation

Instuderingsfrå gor el och energi å k5

Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. Elektricitet

Pumpade Vattenkraftverk

Grundläggande energibegrepp

Hydrolager - en hållbar energilösning?

POTENTIAL ATT UTVECKLA VATTENKRAFTEN - FRÅN ENERGI TILL ENERGI OCH EFFEKT

Vindens kraft. 15 frågor och svar om vindkraft

Repetition energi. OBS. repetitionen innehåller inte allt Mer info finns på

Va!enkra" Av: Mireia och Ida

Grupp : Arvid och gänget. Av: Hedda, Dante, Julia G, William L och Arvid

2-1: Energiproduktion och energidistribution Inledning

Bergvärme. Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. X är värmen i berggrundens grundvatten. med hjälp av värmepump.

Vattenkraft. En oändlig energi.

Koll på NO kapitel 5 Energi, sidan NTA, Kretsar kring el

Spelinstruktioner och material

Räkneövning/Exempel på tentafrågor

ENKEL Geografi 7-9 ~ del 2 25

Biobränsle. Effekt. Elektricitet. Energi. Energianvändning

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

Vindkraften ger systemtjänster, men hur skapas incitamenten?

VINDKRAFT. Alternativ Användning

Varifrån kommer elen?

Energisituation idag. Produktion och användning

TEKNIKER FÖR LAGRING AV STORA MÄNGDER

Solenergi och vindkraft i energisystemet

Vinden. En framtidskraft.

** Bil med bränslecell

Sune Zander Brittedals Elnät ekonomisk förening. Ett medlemsägt företag med eldistribution, elproduktion med vattenkraft samt elhandel.

SOLENERGI. Solvärme, solel, solkraft

1. Riksdagen ställer sig bakom det som anförs i motionen om sårbarhet och systemfel med el för uppvärmning och tillkännager detta för regeringen.

Öresundsverket. Ett av världens effektivaste kraftverk

4. Om dioden inte lyser: Vänd den så att den första tråden rör zinkspiken och den andra tråden rör kopparspiken.

1. Förklara på vilket sätt energin från solen är nödvändig för alla levande djur och växter.

Förnybar energi. vilka möjligheter finns för växthus? Mikael Lantz

Vattenkraft, vågkraft och tidvattenkraft

Hästar, buller och vindkraft. My Helin 15/3-19/ vid PRAO årkurs 8 på ÅF-Ingemansson Handledare Martin Almgren

Vindpark Töftedalsfjället

Bränslecell. Kaplanskolan Klass: EE1B Av: Hannes Laestander

PM - Hur mycket baskraft behövs?

Värmepumpar av. Joakim Isaksson, Tomas Svensson. Beta-verision, det kommer att se betydligt trevligare ut på hemsidan...

Vindkraftens roll i omställningen av energisystemet i Sverige

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Energiförsörjning Storsjö Strand

Checklistor och exempeltexter. Naturvetenskapens texttyper

Körschema för Umeå Energis produktionsanläggningar

Vinden. En framtidskraft.

Enklare vardag Hållbar framtid

El- och värmeproduktion 2010

WORKSHOP: EFFEKTIVITET OCH ENERGIOMVANDLING

Lagring av överskottsel

Simulering av Sveriges elförsörjning med Whats Best

El- och värmeproduktion 2012

Att öka elevernas förståelse för vattenkraft och el-energi i utställningen på ett elevaktivt sätt.

Vindkraft och elbilar på Öland år 2020

Ger vindkraften någon nytta?

Vindkraft. Sara Fogelström

LATHUND olika begrepp som förekommer i branschen

Elförsörjning med hjälp av solceller

Vindkraftverk. Principen bakom vårt vindkraftverk

Bränslecell. Av: Petter Andersson Klass:EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Umeälven. Beskrivning av vattendraget

Klimat- bokslut 2010

Kan vi täcka energibehovet med solceller?

Solceller i dag och i framtiden

Vindkraftutbyggnad. Svensk Vindenergi Tomas Hallberg

Vad är energi? Förmåga att utföra arbete.

Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik & Automation

Fysik: Energikällor och kraftverk

Kraftvärme. Energitransporter MVKN10. Elias Forsman Mikael Olsson

EXPERTSEMINARIUM OM ENERGILAGER DEN 28 SEPTEMBER TEKNIKER FÖR SETT UR ETT SVENSKT PERSPEKTIV

El- och värmeproduktion 2009

Uppgift: 1 På spaning i hemmet.

Vindkraftteknik F1. Disposition. Varför vindkraft

Svar: Extra många frågor Energi

Energi överblick. Begrepp. Begrepp och svåra ord: Övningar

Utbyggnad av solel i Sverige - Möjligheter, utmaningar och systemeffekter

FORMULÄR FOR ELEKTRISKE APPARATER. En del av verktyget:

Vattenkraft. Av: Mireia och Ida

System 800xA Marketing, 2013 Framtidens Automation i det smarta elnät. v 7.5x

Hur kan elmarknaden komma att utvecklas?

Konsekvenser av höjda kvotnivåer i elcertfikatsystemet på elmarknaden

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Hur möjliggörs 100% förnybart till 2040? Möjligheter i Skellefteälven

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Så påverkas energisystemet av en storskalig expansion av solel

André Höglund Energimyndigheten Enheten för operativa styrmedel

Transkript:

Umeå Universitet 2009-03-20 Lagring av vind kraft Av: Ann dberg och rik Wallin Handledare: Åke Fransson och Lars Bäckström 1

Sammanfattning Världens population ökar stadigt och det söks hela tiden möjlighet till att förbättra sin livs standard. Detta medför ett större behov av energi. För att försöka hålla nere utsläppet av växthusgaser så mycket som möjligt måste de förnyelsebara energikällorna börja användas i större utsträckning. De tre största är vatten-, vind- och solkraft. Solkraft behöver sol, något som är bristvara på här i norden under vintern, när det behövs energi som mest. Vattenkraft finns redan utbyggd i Sverige och är till stor del integrerad i Sveriges elnät. Vindkraft tar mer mark för varje år i Sverige, men eftersom elförbrukningen varierar under dygnet och att vindkraft enbart kan producera el vid blåsiga förhållanden medför detta svårigheter till att på stor skala integrera vindkraft i systemet. Detta kan lösas genom att under perioder med låg förbrukning av el lagra undan den energin i lager med kort startperiod för att slippa att starta en gas-, olje- eller kolpanna för att täcka upp vid ökat elbehov. Dessa lager kan exempelvis vara hydrolager, där det pumpas upp vatten till en vatten reservoar på höjd som sedan används som ett vattenkraftverk. ller tryckluftlager som innebär lagring av luft under tryck i stora ihåligheter i marken. Även lagring i batterier som förvaras i lagerhus kan fungera. Hydro- och tryckluftlager kan använda naturliga reservoarer som lager t.ex. en sjö på ett berg eller en använd gruva. Dessa två lagringssätt har även längre livslängd än dagens batterier. De innebär dock en större miljöpåverkan på närmiljön än batterier. I vindkraftsparken i Blaiken som nubörjas bygga kan ett lager hjälpa till att leverera energi till nätet när vindsnurrorna inte kan leverera alls eller för fullt. Den lagrings möjlighet som skulle fungera bäst i Blaiken blir hydrolager eftersom sjön Blaiksjön som ligger precis bredvid vindkraftparken är ett gammalt hydrolager till vattenkraftverket Juktan. Men tryckluft och batteri skulle fungera också fungera väl. 2

Innehålsförteckning INLDNING... 4 MTOD... 5 TORI... 6 Vindkraft...6 Hydrolager...7 Luftlager...8 Batterier...10 RSULTAT... 12 Hydrolager...12 Tryckluft...12 Batteri...12 DISKUSSION... 14 Hydrolager...14 Tryckluft...14 Batteri...14 SLUTSATS... 15 RFRNSR... 16 3

Inledning I takt med att världens population expanderar ökar efterfrågan på energi. Länder behöver energi för att kunna utveckla sin produktion och expandera sin egen marknad och export. Att använda fossila bränslen som kol och olja kan ses som enkla, billiga och pålitliga energikällor. Dessa medför dock utsläpp som bidrar till växthuseffekten som redan är ett stort problem. Därför måste länder som Sverige föregå med ett gott exempel och visa att man kan använda andra energikällor. Källor som inte bidrar till en ökning av växthusgaser och som kan regenererar sig själv. Dessa källor kallas för förnyelsebara, och där är tre av de största alternativen sol-, vind- och vattenkraft. I jakten på förnyelsebara energikällor konfronteras vi dock med nya problem för att på stor skala kunna integrera dessa in i våra nuvarande system. Solceller behöver, som man förstår av namnet, sol. Detta kan så klart bli ett problem i ett land där det är mycket mörkt halva året. Vattenkraft behöver ett vattendrag som tillför vattenmassor till verket kontinuerligt. Vindkraft behöver vind, men varken för lite eller för mycket. För lite vind ger inte nog med energi för att producera någon el. För mycket vind medför en finns risk att belastningarna på verket blir för stora och det kan gå sönder. Vattenkraft kan bunkra upp vatten i dammen till viss del, när behovet av el är lägre. Vindkraft och solkraft har dock inte denna lyxutan levererar sin energi direkt in på elnätet. Vid en utbyggnad av vindkraft, som kanske är det mest realistiska alternativet när man tittar på vind alternativ sol uppe i norden, behövs lagringsmöjligheter. Där man kan lagra energi för att inte behöva använda fossila- eller kärnbränslen när vindkraften inte kan generera nog med el för att möta efterfrågan. Dessa lager ska då fyllas på när behovet av el inte mäter tillgången. Möjliga lagringsmöjligheter för vindkraft skulle kunna vara att använda sig av, ett så kallat tryckluftslager. Där el används för lagra luft under tryck i stora ihåligheter i marken och sedan låta luften driva en turbin och generator för att generera el vid ett senare tillfälle. Använda sig av hydrolager, alltså att man pumpar vatten till stora reservoarer placerade på höjd, för att sedan när det behövs använda reservoaren som ett vattenkraftverk. Även lagring i batterier som förvaras i ett eller flera lagerhus som sedan kan laddas ur när det behövs är ett alternativ. 4

Metod ftersom tiden för detta projekt är begränsad är vår tanke att begränsa projektet till att enbart titta på möjligheten att lagra energi från en blivande vindkraftpark på Blaikenfjället. Vi ska där också titta på hur stora lager man skulle behöva för att vid peak- behov kunna bidra med el till nätet och använda lager för att tillföra energi till systemet vid eventuellt stop i vindkraftparkerna. Teori för hur lagringsmetoderna skall tas fram och även exempel på befintliga projekt kring lagringsmetoderna, och utifrån denna information göra en bedömning på hur metoderna skulle fungera för lagring av vindkraft. Det skall undersökas hur stort lager som skulle behövas för att lagra 10 procent av vindkraftparkens förväntade dagliga medeleffekt och med lagret sedan kunna ta vid för elproduktion. De tre olika metoderna för lagring som skall undersökas är luftlager, hydrolager och lagring i batterier. Metodernas föroch nackdelar samt storlekar skall ses över. 5

Teori Vindkraft Riksdagens mål är att Sverige skall producera 10 TWh vindkraft senast år 2015, vilket motsvarar 7 procent av dagens elanvändning [1]. Vindkraftverk som byggs idag kan ha en effekt på upp till 6 MW men i Sverige är de vanligaste storlekarna 850 kw till 2 MW och det största verket i Sverige är på 3 MW. I årsskiftet till 2009 fanns drygt 900 aggregat i Sverige med en sammanlagd installerad effekt på 800 MW och under 2008 gav vindkraften ca 2 TWh. Vilket är en ökning med 0.6 TWh från året innan [2]. tt av de stora problemen med vindkraften och dess utbyggnad är att man inte kan påverka när vindkraftverken kan producera el. Även om variationen av årsproduktionen från vindkraften överensstämmer någorlunda med variationen av elförbrukningen över ett år så finns det stora olikheter mellan dessa under veckor och framför allt dagar. Figur 1. Produktionsmönster för vindkraft emot förändringen av elförbrukning månadsvis under ett år [3] För att möjliggöra en ännustörre utbyggnad av vindkraften behöver man komma runt detta problem. Som ett komplement till en vindkraftspark skulle man därför gärna vilja lagra energin för att vid ett senare tillfälle använda den. xempelvis när behov på elnätet är stort eller när vindkraftverken står stilla. Vindkraft går teoretiskt att lagra i alla typer av lager som kan återproducera elektricitet. Sedan är effektiviteten på lagren, kostnader och hur området för lagret som ser ut som är mer avgörande för val av lagringsmetod För närvarande genomför Skellefteå Kraft förarbetet för att bygga en stor vindkraftspark i Blaiken i Västerbottens län (mellan Sorsele och Storuman). Vindkraftsparken skall bestå av 100 vindkraftverk med en total effekt på ungefär 300 MW och årsproduktionen beräknas till ca 800 GWh. Området är sedan tidigare exploaterat i och med att vattenkraft och gruvverksamhet är stora aktörer i området. Detta gör också att infrastrukturen där är väl utbyggd [4]. 6

Om man ska lagra 10 procent av den dagliga medelproduktionen från Blaikens vindkraftspark till senare behov, Blaikens vindkraftspark förväntas ha en årlig produktion 800 = 800GWh daglig = 2, GWh (1) 365 årlig 2 så blir 10 procent av den dagliga medeleffekten från vindkraftverken = α = 2200 0.1 = MWh (2) lager daglig 220 där α motsvarar de 10 procent av den dagliga medeleffekten som lagret förväntas kunna lagra. Lagret skall alltså kunna producera 220 MWh el. Hydrolager tt hydrolager fungerar som ett vattenkraftverk, den enda skillnaden är att man i ett hydrolager pumpar upp vatten till ett lager som ligger på höjd när det finns ett överskott av energi på elnätet eller under en lågkostnadsperiod, t.ex. under natten. Detta lager kan antingen vara en naturlig sjö eller en utgrävning som möjliggör lagring av vatten. Vattnet används sedan som i ett vattenkraftverk när behovet på energi är hög och resterande system inte riktigt klarar av att möta behovet. Genom att pumpa upp vattnet på höjd ökar man vattnets lägesenergi vilket kan beskrivas genom [ J ] lager = mgh (3) där är energi, massan m, gravitationskonstanten g samt fallhöjden h. Så mängden energi som ett hydrolager kan lagra beror på massan vatten samt fallhöjden, självklart också på utrustningen som används. Förluster finns överallt, i pumpen, turbinen, i höjd- och tryckskillnaden, i motorn och i generatorn. Hur stora respektive förlust är skiljer sig för varje hydrolager men en genomsnittlig cykelverkningsgrad kan ligga på ungefär 70 procent [5], alltså η Overall = P P ut in 70 o o (4) Med detta menas att om man använder t.ex. 1000 kwh kan man senare ta ut 700 kwh från lagret när det behövs. ftersom det sker förluster vid genereringen av el behövs det tas fram hur mycket energi lagret måste innehålla för att man skall kunna erhålla önskade mängden energi ut på nätet. Detta fås från genom lager = η ut generering = mgh m vatten = η ut generering g h [ Wh] (5) Därifrån kan det härledas fram ett utryck för hur stor massa vatten som kommer att krävas. V vatten 3 [ m ] mvatten ut = = (6) ρ η g h ρ vatten generering vatten 7

Därifrån kan sedan volymen vatten beräknas genom att använda ett approximativt värde på vattnets densitet. n typsnittlig genererings verkningsgrad är ungefär 85 procent [5]. Då är turbin samt generator förlusterna och tryck- och fallhöjdsförlusterna inräknade. Densiteten för vatten vid 20 ºC tas fram till [6] kg ρ vatten = 998.2 m3 (7) Precis bredvid vindkraftparken i Blaiken finns sjön Blaiksjön. Denna sjö användes redan tidigare som ett hydrolager till det nu, tillsvidare, stängda pumpkraftverket Juktan. Om Blaiksjön skulle återupptas som hydrolager till kraftverket i Juktan, så är det intressant att se hur mycket energi kan sjön lagra. Blaiksjön har en magasin volym på 40 miljoner m 3 [7]. Medelfallhöjden mellan Blaiksjön och Storuman är [7] hmax + hmin 270 + 247 h medel = = 258 2 2 [ m] (8) Med detta kan ekvation 6 modifieras till blaiken [ Wh] = V η g h ρ (9) vatten generering medel vatten För att få veta hur stor del detta är gentemot den dagliga medeleffekten som vindkraftsparken förväntas leverera sätts sambandet β = blaiken vindkraftspark (10) där β är hur många procent den lagrade energin i Blaiksjön är i jämförelse med den som dagligt genereras i vindkraftsparken. Luftlager tt sätt att lagra energi för elproduktion är i tryckluftslager. I dessa använder man överskottsproducerad el, för att driva en motor för att pressa ner luft i ett lufttätt hålrum i marken för att vid ett senare tillfälle låta luften frigöras genom expansion i en turbin som kan producera elektricitet via en generator. Detta kallas på engelska Compressed Air nergy Storage och förkortas därför ofta CAS. Denna metod gör att man kan producera el under lågkostnadsperioder, lagra den, och sedan släppa ut den på nätet vid högkostnadsperioder. ftersom hög- och lågkostnadsperioder infaller när efterfrågan på el är låg respektive hög så kan man på detta sätt också utjämna elproduktionen. CAS skulle då i teorin fungera som en bra lagringsmetod i samband med vindkraft eftersom det är en elproducent som inte producerar en jämn kvot utan är beroende av vinden. När då vindstyrkan och till följd, elproduktionen är hög kan man använda en del av den producerade energin för att pressa ner luft i marken för lagring och sedan kan denna nyttjas när vindstyrkan och till följd elproduktionen är låg. 8

Figur 2. tt CAS tryckluftsystem med värmeåtervinning. Den elektricitet som produceras och inte behövs på elnätet används alltså för att driva kompressorer. Dessa kompressorer trycker ner luft till en oisolerad reservoar där luften lagras vid högt tryck och vid omgivningens temperatur. Vid kompressionen kyls luften som skall tryckas ner i reservoaren med hjälp av värmeväxlare och efterkylare. Detta görs för att öka verkningsgraden på kompressorerna, reducera lagringsvolymen och minimera slitage på lagrets väggar. Trycket i lagret ligger ofta mellan 20 till 60 bar [8]. När det sedan behövs mer el så kan luft från lagret driva turbiner för ytterligare elproduktion. Innan luften går in i turbinerna så värms den. Detta sker ofta genom att man bränner naturgas och det görs för att öka kapaciteten och effektiviteten samt för att anordningen skall fungera optimalt. Om man skulle expandera luften vid lagringstemperaturen behövs ett mycket större luftflöde för att nå samma uteffekt i turbinen, dessutom leder en låg temperatur på luften till frysrisk på turbinbladen. För att öka effektiviteten på hela systemet kan man låta bli att bränna naturgas för att värma upp luften innan turbinstegen och istället använda värme från lågtrycksturbinen för att förvärma luften med hjälp av en värmeväxlare. Det finns flera sätt att beräkna verkningsgrader hos dessa system beroende på vilka faktorer man vill ha med. Den beror bland annat på om man räknar med förvärmning av gas eller inte. På grund av detta faktum är det svårt att jämföra och räkna på verkningsgrader för CAS system. Systemets förmåga att lagra energi beror på storlek och effektivitet av turbiner och kompressorer, storlek på lagret (alltså hålrummet i marken) och hur uppvärmning av luften sker. För att förenkla detta kan man jämföra med befintliga anläggningar för att få rimlig storlek på ett lager för att lagra energi från vindkraften [8]. tt exempel på energilagring genom komprimerad luft är USA:s första CAS anläggning i Alabama s McIntosch saltgruva. Där driver en 20 miljon kubikfot gruva en 26timmars, 110 MW generator. Det första tryckluftslagret av sitt slag i världen konstruerades av KBB i Huntorf, Tyskland. Här lagras luft i två 10 miljoner kubikfot saltgruvor och driver en 2 timmars, 290 MW generator [9]. Vid dessa två lager är det dock inte vindkraft som är ursprunglig el-källa utan kärnkraft och kolkraft. 9

Figur 3 Schematisk bild över den planerade CAS anläggningen i Iowa. I Iowa, USA, har Iowa Association ofmunicipal Utilities börjat projektera för en vindkraftpark i kombination med ett CAS lager, Iowa stored energypark (ISP). Här kommer den komprimerade luften att lagras i porös sandsten långt ner i jordskorpan. Detta blir då den tredje CAS anläggningen i världen men den första som använder sig av sandsten och som är direkt kopplad till vindkraft [10]. Batterier tt konventionellt batteri består av en anod, oftast gjord i någon metall samt en katod, oftast en metalloxid av någon sort. Dessa är sedan nedsänkta i en elektrolyt, som är ett material som leder elektricitet bra, t.ex. en saltlösning. Genom att sluta kretsen med en yttre belastning kopplar vi ihop anoden och katoden. Det börjar då vandra elektroner från anoden igenom belastningen till katoden och på så sätt driver vi belastningen som kan vara t.ex. en glödlampa, fjärrkontroll eller en brandvarnare. Figur 3. Illustrativ överblick av en battericell. 10

Materialet i anoden och katoden kan variera. Beroende på vilken metall respektive metalloxid man använder så får batteriet olika egenskaper. genskaper som kan variera är livslängd, strömuttag, antal laddningscykler och hur väl batteriet fungerar vid lägre temperaturer [11]. I USA har ett projekt startats för att lagra energi från vindkraft i batterier. I ett samarbete mellan Xcel nergy, UniversityofMinnesota, National Renewable nergylaboratory, och Great Plains Institute and Minwind nergy, LLC har ett projekt startats i Luverne, Minnesota, där batterier skall kopplas till en närliggande vindkraftpark som producerar 11 MW [12]. Batterierna är av typen natrium-svavel batterier. 20 stycken batterier á50 kw kommer att väga närmre 86 ton. Batterierna skall kunna lagra 7.2 MWh el, med en laddnings/urladdnings kapacitet på 1 MW. Batterierna uppges ha en livslängd på 2500 livscykler. n cell på 40 batterier kommer kunna leverera 12 000 kwh [13]. Batterierna beräknas tas i bruk i oktober 2008. Inga resultat från projektet går att hitta i dagsläget. På ön King Islands vid Australien har man utvecklat en metod för att lagra energi från vindkraftverk i batterier. Ön har tidigare fått cirka 18 procent av sin elproduktion från vindkraftverk men ofta var produktionen större än behovet. För att kunna ta tillvara på denna energi så installerades ett stort elektrokemiskt batteri på ön. Batteriet består av tankar fyllda med 70000 liter vanadiumsulfatlösning. Vanadium kan, tack vare sina många valenser, bilda olika typer av kemiska bindningar till andra atomer. Detta ger metallen förmågan att lagra elektrisk energi som kemisk energi. n liter vanadium sulfat kan innehålla tillräckligt med energi för att få en 25 W glödlampa att lysa i en timme [14]. Alltså kan en liter producera 25 watt-timme. Detta ger att 70 000 liter lösning kan producera 1750000 Wh, 1,75 MWh. Förlusterna är relativt låga, endast ca 20 procent. Denna förlust går förlorad som värme i bland annat pumpar [14]. Dessutom är vanadium ogiftig och lösningen har många livcykler och så är batteriet lätt att dimensionera om vid behov. Tack vare detta batteri är och ett par nya vindkraftverk täcker vindkraften nu 40 procent av öns elförsörjning. 11

Resultat Hydrolager För att beräkna volymen vatten som hydrolagret måste innehålla för att kunna leverera den förväntade mängd energi använder vi ekvation 6. Densiteten för vatten tas från ekvation 7 och vatten volymen beräknas nu till V vatten 220000000 3600 = 1000000 0.85 9.81 100 998.2 3 [ m ] vilket motsvarar hur stort lager den skulle behövas för att kunna lagra 10 % av den dagliga medeleffekten. Om man nu tittar till hur stor effekt som skulle kunna lagras i Blaiksjön används ekvation 8 40000000 0.85 9.81 258 998.2 blaiken = 2. 39GWh 3600 Detta kan nujämföras med den dagliga medeleffekten från vindkraftsparken och detta görs genom att använda ekvation 9 β = blaiken vindkaftspark 2.39GWh = 109% 2.2GWh Tryckluft Lagret i Alabama, USA, kan lagra 110 MW över 26 timmar, alltså 2860MWh. Lager i Huntorf, Tyskland, kan lagra 290 MW 2 timmar, alltså 580 MWh Lagren är lika stora nämligen 20 miljoner kubikfot. Detta är lika med 566000 kubikmeter. (20 kubikfot är 0,566 kubikmeter) Om det då ska lagras 220 MWh från vindkraftparken och man använder sig av samma utrustning som i Alabama, som är det just nunyaste fungerande CAS lagret i världen, skulle man behöva 43538,5 kubikmeter. 566000 3 m = 197,9m 3 / MWh 2860MWh 3 3 197,9m / MWh 220MWh = 43538,5m Batteri För att kunna lagra undan de 220 MWh som man vill kunna göra med lagret innebär det att det behövs 12

n = lager batteri 220 = 18st 12 där n är antalet celler med 40 x50 kw batterier av typen NAS, samma typ som i Minnesota. Nu blir den totala vikten för batterierna m batteri = 172 n 3096ton Om man skulle använda vanadiumsulfatlösning som på King Islands och från lager producera 220 MWh behövs då 8800000 liter vanadiumsulfatlösning. Förutsatt att en liter vanadiumsulfatlösning kan producera 25 Wh. 220MWh = 8800000liter 25Wh / liter 13

Diskussion Hydrolager Med hjälp av den nuvarande kraftstationen med ett redan färdigt hydrolager i form av Blaiksjön finns goda möjligheter att jämna ut eventuella fluktuationer från vindkraftparken på Blaikenfjället. Resultatet visar att lagret skulle kunna ge ut lika mycket energi som parken under en heldag. Vilket skulle vara perfekt vid vindstilla dagar. Lagret kan ju även användas när vindkraftparken har svårt att leverera fullt ut som vid dagar med svag vind. Att konstruera och bygga ett hydrolager medför stora kostnader men i ett system med problem att effektreglera kan ett hydrolager medföra att man slipper överdimensionera systemet eller att ha onödig start och stop på eventuella gas-, olja eller kolkraftverk. På så sätt kan man inte bara minska utsläppet av växthusgaser utan även minska eventuella underhållskostnader som kan uppstå vid förhöjd start och stopp frekvens eller vid ständig reglering av effektuttag. Vattenkraft är dock en energikälla som kan regleras till viss del för att efterlikna behovet och är något som Sverige har stor utbyggnad av, vilket resulterat i en flexibilitet i elnätet. Detta medför att ett hydrolager inte riktigt behövs förutom som backup om andra el-genererande system ejskulle kunna leverera energi eller sluta fungera. Tryckluft Idag finns endast två tryckluftlager i bruk i världen. Detta i sig kan ses som bevis på att det finns en hel del problematik kring dessa anläggningar. Den främsta nackdelen kring dessa lager är dess höga anläggningskostnader och det faktum att det är svårt att hitta berggrunder som passar för tryckluftslagring. Att lagra just el från vindkraft i tryckluftslager bör fungera lika bra som att lagra el från annan källa i tryckluftslager. Om man ser till vindkraftsparken i Blaiken bör möjligheten till tryckluftslagring i alla fall undersökas eftersom området har gruvverksamhet sedan tidigare och dessutom ligger parken en bit ifrån bebyggelsen vilket gör att ytor för stora anläggningar finns. Men man skall komma ihåg att det ställs stora krav på berggrundens kvalitéoch grundliga förundersökningar måste genomföras innan man kan säga att tryckluftslager är ett alternativ. Det krävs stora volymer för att det skall kunna lagras tillräckligt med energi för att lagring skall anses nödvändigt. Anläggningen i USA lagrar betydligt mer energi per volymenhet än lagret i Tyskland. Detta har säkert flera anledningar men en av dem bör vara att anläggningen i USA är modernare och alla delar av lagringsprocessen har en högre verkningsgrad. Tekniken går ständigt framåt och det är troligt att lagren som projekteras nu (ibland annat Iowa) kommer att ha en ännubättre verkningsgrad. Batteri Lösningen med batterier medför minst inverkan på den närliggande miljön, särskilt eftersom miljön återgår till den ursprungliga när lagringen upphör och batterierna förs bort. Dock kan batterier innehålla ämnen som kan orsaka skador på miljön vid läckage. Det som behövs är en plats där man kan lagra de 18 battericellerna. Samt att transportmöjligheten till denna plats är god eftersom cellerna är stora. Lösningen är fullt igenomförbar eftersom det tack vare den redan befintliga gruvverksamheten finns god infrastruktur kring Blaiken och platsen ligger långt ifrån bebyggelse så plats för batterierna finns. Dock är antalet livscykler klart mindre än för hydro- eller tryckluftlagret. Batterier kan vara en bra kortsiktig lösning, säg ca 7 år, förutsatt att batterierna laddas i och ur en gång om dagen. 14

Slutsats Samtliga tre lagringsmetoder har goda möjligheter att lagra vindenergi i rimliga storlekar med bra expansionsmöjligheter. Tryckluft och hydrolager medför en långtidsinvestering medan batterier är ett mer kortsiktigt alternativ. De ekonomiska aspekterna har ejtagits i något större beaktande men troligt är att tryckluft samt hydrolagret behöver dimensioneras upp för att vara lönsamma. För vindkraftverken i Blaiken är området bra för alla tre alternativ men tack vare en tidigare utbyggnad av Juktans vattenkraftverk är ett hydrolager mest rimligt. Dock finns även gruvverksamhet i området vilket skulle möjliggöra uppsättningen av ett tryckluftslager. Batterier går alltid att använda så länge det finns förvaringsmöjligheter. 15

Referenser [1] Svenska nergimyndigheten, http://www.energimyndigheten.se [2] Svensk nergi, http://www.svenskenergi.se/sv/ [3] Vindforsk, Vindstatistik, årsrapport 2007, http://www.vindenergi.org/vindstatistik/arsrapp2007.pdf [4] Skellefteå Kraft, http://www.skekraft.se/default.aspx?di=3534 [5] Power technology, http://www.power-technology.com/projects/tianhuangping/ [6] Carl Nordling och JonnyÖsterman, Physics Handbok for Science and ngineering, 8:e utgåvan, s.38. [7] LeifKuhlins hemsida om vattenkraft, http://www.kuhlins.com/umealven/juktan.html [8] Princeton nvironmental Institute, Princeton University, nergysystem analysis group, Compressed Air nergystorage: Theory, Resources, And Applications For Wind Power, 8 April 2008 bysamir Succar and Robert H. Williams http://www.princeton.edu/~cmi/research/capture/papers/succarwilliams_pi_cas _2008April8.pdf [9] PB energystorage Services, Inc. http://www.pbenergy.com/caes.htm. [10] Iowa Association ofmunicipal Utilities, Informer, volume 1, Issue12, September 12, 2008. http://www.iamu.org/informer/2008/iamu%20informer%20sept%202%2008.pdf [11] Batteriföreningen, http://www.batteriforeningen.a.se/battericellens_uppbyggnad.htm [12] Xcel nergy, News Releases 02/28/08 http://www.xcelenergy.com/company/newsroom/news%20releases/pages/xcel_ne rgy_launches_groundbreaking_wind_to_battery_project.aspx [13] NGK Insulators, LTD, products NAS Batteries http://www.ngk.co.jp/english/products/power/nas/index.html [14] Illustrerad Vetenskap Nr 17 2007 s. 54-55, http://www.illvet.se/polopoly.jsp?d=147&a=4380 16