I ett energisystem baserat på förnybara och hållbara källor blir olika modeller för energilagring helt avgörande för en stabil försörjning till konsumenterna. En möjlig lösning är tryckluftslagring – Isothermal Compressed Air Energy Storage, I-CAES – som skulle kunna fungera som en buffert för varierande produktion. Detta har Ilmatars sommarpraktikant 2023, Linnea Karsten, skrivit sitt kandidatarbete om.
UndersökningHållbarhet
Energilagring med tryckluft – framtida möjlighet vid havsbaserade vindkraftsparker
Under det senaste åren har energi- och elpriserna återigen blivit en fråga av allmänt intresse på grund av energikrisen i Europa. Världsläget och en plötslig brist på bland annat naturgas har lett till att energiproduktionen alltmer inriktas på förnybara energikällor, inklusive vindkraft. Att ett lands energisystem blir mer beroende av till exempel vindkraft gör det mer sårbart för väderförändringar som påverkar marknaden och elpriserna. För stabilisering behöver den överflödiga energiproduktionen kunna flyttas till timmar med större förbrukning. En möjlig lösning är isotermisk tryckluftslagring – Isothermal Compressed Air Energy Storage, I-CAES – som skulle kunna fungera som en buffert för varierande produktion.
Ladda ner rapporten i sin helhet
Rapportens slutsatser
För att våra framtida energisystem skall fungera på förnybara energikällor är det klart att väderberoendet måste minskas. Baserat på detta arbete minskar ett undervattenstryckluftslagringsystem bevisligen belastningen på stamnätet som orsakas av variationerna i energiproduktionen från en timme till en annan. Att jämna ut energiförsörjningen på en månatlig eller årlig nivå kräver dock orimligt stora förråd av denna energilagringsmetod, speciellt inom Bottniska vikens förutsättningar. I-UWCAES är alltså inte den fullständiga lösningen på de framtida energisystemens utmaningar men har definitivt potentialen till att bidra till den.
Tryckluftslagring till havs erbjuder däremot en ny och intressant synvinkel till så väl det finska energisystemet som det nordiska samt en möjlig metod för peakhour-hantering och för att motverka extrema elpriser. Tryckluftslagring för dessa användningsändamål förutsätter dock vidare undersökning och utredning av systemets lämplighet.
I sin helhet kan man baserat på det gjorda arbetet konstatera att havsbaserad tryckluftslagring har potential att fungera i Bottniska viken, samt över lag i Östersjön.
Som tidigare konstaterat är lösningen ung och inte ännu tillgänglig på marknaden. I och med utvecklingen av systemet finns behovet för nya utredningar av dess potential i Bottniska viken. Specifikt för Ilmatars projekt Norrskär är denna lösning inte nödvändigtvis lönsam men i och med påvisad potential kan installationen av I-UWCAES-system beaktas vid planering av ytterligare vindkraftparker där förhållandena är mer lämpliga och energilagringen därmed mer lönsam och fungerande.
Så fungerar I-CAES – En behållare utrustad med en pump för laddning och en turbin för urladdning fylls med luft och placeras på havsbotten. Systemet laddas genom att havsvatten från det omgivande havet pumpas in i behållaren då överskotsenergi genereras av vindturbinerna. När behållaren fylls tvingas befintlig luft in i en mindre volym.
Lagringssystemet laddas ur genom att tryckluften tillåts expandera till sin ursprungliga volym i behållaren samtidigt som havsvattnet pressas tillbaka ut i havet, genom en turbin som omvandlar energin tillbaka till elektricitet.
Metoden kan jämföras med pumpkraftverk där vatten pumpas från en lägre reservoar till en högre för lagring när energipriserna är låga, alltså när vi har lägre förbrukning än produktion. Skillnaden mellan de två är dock att I-CAES inte är beroende av höjdskillnader i miljön.
Linnea Karsten har en kandidatexamen i energi- och miljöteknik vid Aalto-universitetet. Hösten 2023 påbörjar hon sina magisterstudier i värme- och kraftteknik för en dubbel magisterexamen vid Aalto-universitetet och Chalmers tekniska högskola.