Hvordan lagres strøm?

Hvordan lagres strøm? Kjemisk energilagring i batterier

Å forstå hvordan lagres strøm er avgjørende for å utnytte fornybar energi optimalt i hverdagen. Moderne løsninger sikrer stabil strømforsyning ved å ta vare på verdifull restenergi. Lær mer om de teknologiske mulighetene for å unngå energitap og sikre ressursene.

Kjemisk energilagring i batterier

Elektrisk strøm kan ikke lagres direkte som ren elektrisitet i store mengder. Løsningen ligger i å omdanne den elektriske energien til en annen energiform som kan oppbevares over tid. Overskuddsenergi lagres kjemisk i store batteribanker. Strøm brukes til å lade opp batteriene ved hjelp av elektrolyse. Energien lagres kjemisk og kan brukes ved behov. Dette gjør det mulig å fange opp produksjonstopper fra fornybare kilder og bruke strømmen når forbruket er på sitt høyeste.

Fra 2020 til 2025 ble den globale kapasiteten for energilagring i litium-ion-batterier seksdoblet. Denne eksplosive veksten henger tett sammen med behovet for et mer fleksibelt kraftnett. Når sol- og vindkraft produserer mer strøm enn samfunnet trenger, tvinges vi til å lagre energien i stedet for å la den gå til spille. Men hvordan skjer denne forvandlingen egentlig på innsiden av cellene? Det er en kritisk utfordring de fleste overser - men jeg skal forklare akkurat hva som skjer under selve elektrolyseprosessen i avsnittet om kjemiske reaksjoner nedenfor.

Hvorfor litiumbatterier egner seg best til overskuddsenergi

Blant de tilgjengelige teknologiene er det én type kjemisk energilagring i batterier som dominerer fullstendig. Litiumbatterier egner seg svært godt til å lagre overskuddsenergi. De har en unik kombinasjon av høy energitetthet, lang levetid og lav selvutlading. Dette gjør dem ideelle for både småelektronikk og enorme industrielle installasjoner i kraftnettet.

Moderne litium-ion-batterier oppnår i dag en energitetthet på mellom 150 og 300 wattimer per kilo. Det betyr at de kan lagre svært mye energi på liten plass sammenlignet med eldre batterityper som blybatterier. Da jeg jobbet med mitt første energiprosjekt, ble jeg overrasket over hvor kompakte disse modulene faktisk er. Vi installerte en liten modul som erstattet et helt rom fullt av gamle blyceller. Den kjemiske sammensetningen gjør at litiumionene kan bevege seg raskt og effektivt mellom anodene og katodene i tusenvis av sykluser uten vesentlig tap av kapasitet.

Hvordan fungerer batteribanker i praksis

For å lagre strøm i stor skala kobles tusenvis av enkelte battericeller sammen til større moduler. Disse modulene danner igjen gigantiske systemer. Spørsmålet om hvordan fungerer batteribanker handler i stor grad om intelligent styring. Et digitalt batteristyringssystem overvåker spenning, temperatur og ladetilstand i sanntid for å sikre optimal drift.

Et nylig prisfall på batterier på 40 prosent i løpet av ett enkelt år har gjort storskala batteribanker økonomisk lønnsomme for kommersielle aktører. Det betyr at kraftselskaper nå kan installere store konteinere med litiumceller direkte ved solcelleparker og vindkraftverk. Systemene lades opp på dagtid når strømprisen ofte er lav eller negativ, og leverer energien tilbake til nettet under forbrukstoppene på ettermiddagen. Fleksibiliteten reduserer behovet for kostbare oppgraderinger av selve overføringsnettet.

Den kjemiske prosessen bak lagring av overskuddsenergi

Her er den mekanismen jeg nevnte tidligere: Forvandlingen fra strøm til kjemisk energi styres av elektrolyse. Under lading presses elektroner inn i batteriet fra en ekstern strømkilde. Dette tvinger litiumionene til å forlate katoden, vandre gjennom en flytende elektrolytt og en tynn separator, for så å binde seg i den porøse strukturen til anoden.

Selve spenningen i en litiumcelle endrer seg forutsigbart basert på hvor mye energi som er lagret. En fulladet litiumcelle har vanligvis en spenning på rundt 4,2 volt, mens den regnes som tom når spenningen faller til omtrent 3,0 volt. Det krever presis styring. Hvis spenningen presses over 4,25 volt, kan cellen ta varig skade eller i verste fall overopphetes. Prosessen er imidlertid svært effektiv. Virkningsgraden til et moderne litium-ion-batteri ligger ofte på over 90 prosent, noe som betyr at under 10 prosent av energien går tapt som varme under lade- og utladingssyklusen.

I starten av min karriere trodde jeg at all lading skjedde lineært og uten friksjon. Men virkeligheten ga meg en rask leksjon. Under en testfase overopphetet et testsystem fordi vi ikke tok hensyn til den indre motstanden under hurtiglading. Det lærte meg at kjemisk lagring krever dyp respekt for termodynamikk. Man må lade kontrollert - eller rettere sagt, tilpasse strømstyrken dynamisk etter cellenes temperatur og ladetilstand.

Sammenligning av teknologier for energilagring

Litium-ion-batterier

• Ultrahurtig respons på millisekunder, ideelt for frekvensregulering i strømnettet

• Svært høy effektivitet med over 90 prosent av energien bevart gjennom syklusen

• Best egnet for korttidstakting fra noen timer til et par dager på grunn av gradvis selvutlading

Pumpekraftverk

• Noen minutter, da det tar tid å åpne sluser og akselerere store turbiner

• God effektivitet på rundt 75 til 80 prosent ved mekanisk pumping av vann

• Utmerket for langtidslagring over uker og måneder i store vannmagasiner

Hydrogenlagring

• Moderat responstid avhengig av oppstartstid for kompressorer og brenselcellesystemer

• Lav total effektivitet på rundt 35 til 45 prosent på grunn av energitap i elektrolyse og brenselceller

• Ideell for sesonglagring over flere måneder i underjordiske kaverner eller trykktanker

Håvards utfordring med solceller og lokal lagring i Bergen

Håvard, en 42 år gammel ingeniør bosatt i Bergen, installerte et stort solcelleanlegg på taket for å redusere strømutgiftene. Han oppdaget raskt at produksjonen var på sitt høyeste midt på dagen når ingen var hjemme for å bruke strømmen.

Først prøvde han å selge alt overskuddet direkte tilbake til strømnettet. Det viste seg imidlertid at nettleien og de lave spotprisene midt på dagen gjorde at han tjente minimalt på dette salget.

Vendepunktet kom da han innså at han måtte lagre strømmen lokalt. Han investerte i en batteribank basert på litium-jernfosfat-teknologi (LFP) for å samle opp energien til kveldsbruken.

Etter installasjonen sank Håvards strømkjøp fra nettet med betydelige mengder i sommerhalvåret, og han klarte å dekke nesten hele kveldsforbruket med egenprodusert, lagret solstrøm.