Tack vare att den använder sig av vanligt vatten som lagringsmedium är den termiska energilagringstekniken PTES ett betydligt billigare alternativ än många av de andra metoder som idag används för att lagra energi. Tidigare har den emellertid lidit av problem med bland annat oönskade värmeförluster. För att göra den till en säkrare investering för energiföretag världen över lanserar Aalborg CSP därför ett nytt specialdesignat lock.
Text: Alarik Haglund
Energilagring är en viktig pusselbit för att säkra en pålitlig och kostnadseffektiv energiförsörjning i framtidens energisystem, där förnybara energikällor med varierande produktion, som solenergi och vindkraft, får en allt större roll. Det finns ett stort antal olika sätt att lagra energi i stor skala. Till exempel går det att använda sig av beprövade metoder som pumpvattenkraft, av bränslen som vätgas eller av batterier. Termisk energilagring bygger på att energi lagras i form av värme eller kyla.
Det danska företaget Aalborg CSP, som är en ledande utvecklare och leverantör av förnybar teknik med erfarenhet från projekt över hela världen, har valt att satsa på den termiska energilagringstekniken PTES, vilket står för Pit Thermal Energy Storage, och har tagit fram en ny och förbättrad version av tekniken, som använder sig av ett specialdesignat lock för att minska värmeförlusterna och öka livslängden.
Billig och skalbar
Energilagringstekniken PTES gör det möjligt att ta vara på såväl överskottsel från solpaneler och vindkraftverk som överskottsvärme från solvärmeanläggningar och industriprocesser genom att lagra energin i form av värme med låg temperatur, som vid behov kan användas som fjärrvärme.
Överskottet av elektricitet och värme utnyttjas för att värma upp vattnet i en stor reservoar till mellan 80 och 90 grader Celsius.
För att hålla värmen inne och förhindra läckage är reservoaren klädd med ett plastfoder och ett värmeisolerande lock som fyter ovanpå vattnet hjälper till att både hålla värmen inne och se till att regnvatten inte tar sig in i reservoaren. När uppvärmningsbehovet ökar leds nedkylt returvatten från fjärrvärmenätet ut i botten av reservoaren och det uppvärmda vattnet högre upp skickas ut till fjärrvärmekunderna.
Tack vare att vatten är ett billigt lagringsmedium med hög värmekapacitet är PTES en av de billigaste energilagringsteknikerna. Det är även en av de mest skalbara eftersom vattenreservoaren kan vara allt från några tusen kubikmeter till över en miljon kubikmeter stor.
I tidigare PTES-projekt har emellertid de värmeisolerande locken givit upphov till tekniska problem, oavsett vilka material och vilken design som använts. Dessa problem har bland annat påverkat lockens värmeisolerande förmåga, vilket lett till oönskade värmeförluster, och deras hållbarhet, vilket i värsta fall har gjort att de gått sönder. Dessutom har det gått åt åtskilliga underhållstimmar varje vecka för att undvika att det samlas vatten ovanpå locken eller fukt inuti locket, vilket bidrar till att locken förlorar sina isolerande egenskaper.
Patenterat lock
För att hitta en kommersiellt gångbar lösning på de problem som uppstått under tidigare PETES-projekt har Aalborg CSP tagit fram ett nytt värmeisolerande lock. Den patenterade designen gör bland annat att man slipper problem som beror på fukt inuti locket eftersom den låter vattenånga lämna toppen av locket genom diskusion i stället för att samlas i isoleringen.
Samtidigt förhindras även problem med vattenansamling ovanpå locket, luftfickor under locket och termisk expansion genom att locket är indelat i kvadratiska sektioner. Tack vare att varje sektion är designad så att den lutar inåt samlas regnvatten i mitten, där det kan pumpas bort. Därmed kan vatten automatiskt avlägsnas från locket på ett säkert sätt, utan att det krävs så mycket underhåll. Sektionernas form gör också att luftfickor, som annars skulle bildas under locket, leds till kanterna av sektionerna, där luften kan tömmas ut med hjälp av ett automatiserat ventilationssystem.
Tillsammans minimerar dessa unika funktioner värmeförlusterna från PTES-systemet, vilket gör att systemets verkningsgrad och pålitlighet förbättras och att priset per levererad megawattimme blir lägre. Dessutom gör indelningen i sektioner också att skalan på Aalborg CSP:s lösning enkelt kan anpassas efter projektets skala.
– Tekniken för effektiv och billig energilagring är redan här och den är dansk och matchar både vårt och hela Nordeuropas energisystem. I årtionden har pionjärer i Danmark arbetat med PTES-tekniken och bidragit till att vi idag har en väl beprövad grund för långsiktiga investeringar i energi.
Det nya locket ersatte det befintliga PTESsystemets ursprungliga lock, som hade skadats på grund av fukt i lockets konstruktion och inte längre kunde hålla värmen inne. Locket, som är 10 000 kvadratmeter stort, består av totalt 12 sektioner och har därmed 12 vattenpumpar. Det gamla locket hade bara två pumpar, placerade i mitten av locket, vilket inte räckte till för att pumpa bort allt vatten när det regnade. Förutom att minska värmeförlusterna har det nya locket därför resulterat i att anläggningen kunnat göras helt automatisk och endast kräver minimalt med underhåll och tillsyn.
– På Marstal Fjernvarme är vårt mål att 55 procent av den årliga värmetillförseln ska täckas av solvärme. Med det gamla locket var den högsta möjliga andelen solenergi 45 procent, men med det nya locket närmar vi oss 55 procent. Redan sex månader efter att det nya locket installerades kunde vi se att det har mycket bättre uppvärmning såväl som betydligt lägre värmeförlust, och att det inte har samma problem med regnvatten, säger Lasse K. Larsen, Operation, som är driftschef på Marstal Fjernvarme.
Sektorkoppling
I november 2020 fick Aalborg CSP även en order på ett 11 000 kvadratmeter stort lock till ett nytt PTES-system som byggs i Høje Taastrup, utanför Köpenhamn. PTES-systemet, som byggs av Høje Taastrup Fjernvarme och VEKS, har en volym på 70 000 kubikmeter och ska fungera som ett termiskt batteri med en lagringskapacitet på 3 300 megawattimmar. Projektet är ett exempel på sektorkoppling mellan el och fjärrvärme och vattnet i reservoaren värms upp med hjälp av överskottsel från elnätet och skickas sedan vid behov ut på fjärrvärmenätet. Med andra ord lagras värme när den är billig att producera och den lagrade värmen utnyttjas när den är dyr att producera.
Locket till PTES-systemet i Høje Taastrup kommer att vara indelat i 10 sektioner och ska säkerställa pålitlig drift under hela projektets livstid.
– Det är första gången denna typ av lagring används i ett av de mycket stora fjärrvärmenäten i Danmark. Projektet är ett utvecklingsprojekt. För att ytterligare optimera lagringens hållbarhet och livslängd har vi arbetat med olika typer av tekniska lösningar när det gäller bland annat materialval. Vi valde den nya lösningen för PTES-lock från Aalborg CSP eftersom vi tror att det är en pålitlig lösning som hjälper till att säkerställa en låg värmeförlust, säger Astrid Birnbaum, som är vd på Høje Taastrup Fjernvarme.
Certifi ering
En viktig milstolpe för den nya tekniken för PTES-lock nåddes också i maj 2021 då den certificerades av Lloyd’s Register. Certifieringen betyder att tekniken uppfyller kraven för design och funktionalitet. Bland annat innebär det en livslängd på minst 25 år, en värmeförlust på maximalt 10 procent och 100 procents tillgänglighet, utan risk för avbrott. Dessutom är minst 90 procent av de material som används återvinningsbara.
För att validera tekniken har Lloyd’s Register granskat och utvärderat alla tekniska lösningar, kritiska komponenter och beräkningar. De har också inspekterat det lock som installerats vid Marstal fjärrvärmeverk och granskat de tester som gjorts på PTES-systemet för att bekräfta lockets funktionella prestanda, hållbarhet och kvalitet.