Saltlager kan kapa effekttopparna – unik pilotanläggning i Göteborg

2019-11-14 06:00  

Energi lagrat i salter ska hjälpa till att kyla ett nytt hus på Chalmers campus i Göteborg. Efter åratal av omfattande forskning blir det här en av de första större anläggningen som använder fasförändringsmaterial i praktiken.

Utifrån är det svårt att förstå saltlagrets storhet. Den anonyma grå lådan är ett par meter hög och flera meter lång och placerad i en gammal returvattenkanal som har använts i forskningssyfte. Inget skvallrar om vad som händer därinne utöver rören som leder vatten in i och ut ur konstruktionen. Men bakom fasaden döljer sig en tank med en projekterad lagringskapacitet på runt 190 kWh. Exakt hur stor vet man först när energilagret är ordentligt inkört och testat.

Det är en av de första storskaliga anläggningarna där fasförändringsmaterial används som energilager. Innanför lådans väggar finns en saltlösning som kan absorbera energi när den stelnar, eller avge energi när går tillbaka till flytande form.

– Tittar du på forskningen kring fasförändringsmaterial finns det jättemånga publikationer. Alla säger att det är ett bra sätt att bygga ett värmelager på, och att det blir mycket mindre än ett vattenbaserat lager. Men tittar du på applikationer finns bara ett fåtal, och ännu färre i full skala, säger Angela Sasic Kalagasidis som är biträdande professor i byggnadsfysik på Chalmers.

Läs mer: Forskare: Om tio år måste elbilsbatterier återvinnas i stor skala

Tekniken bakom saltlagret kallas på engelska för PCM, phase-change materials, och bygger på en enkel grundprincip: när materialet går från en fas till en annan – som när is smälter till vatten, eller vatten fryser till is – frigörs eller absorberas energi.

Saltlösningen i tanken har levererats av tyska Rubitherm och byter fas från flytande till fast när den kyls ned till runt 11 grader Celsius. Genom att kyla ned systemet till en temperatur där saltlösningen stelnar går det att lagra kyla mycket mer effektivt än i en tank fylld med vatten.

I det här fallet sker nedkylningen via det centrala kylsystemet på Chalmers campus i Johanneberg. Det drivs med hjälp av bland annat kylvärmepumpar vid Chalmers kraftcentral.

Uteffekt på runt 40 kW

När behovet av kyla i fastigheten är mindre, som på natten, kan kallt vatten ledas in och med hjälp av värmeväxlare kyla ned saltlösningen så att den stelnar. När behovet av kyla ökar sker det omvända. Varmare vatten leds in i för att kylas ned och slussas sedan ut till byggnadens kylsystem. Saltlagret är dimensionerat för att kunna ge en uteffekt på runt 40 kW under fem timmar.

Läs mer: Därför satsar bolagen på biobränsle

Längre bort i korridorerna under Samhällsbyggnadshuset, i ett avskilt labb, finns en mindre replika av saltlagret. Här går det att få en bättre förståelse för vad som döljs inuti boxen. När Angela Sasic Kalagasidis och doktoranden Pepe Tan har avlägsnat ett lager isolerande frigolit går det att se rakt in i den glasklädda tanken.

Den här typen av energilager, eller PCM-system som de heter på branschlingo, kallas för bulklagring. En blå värmeväxlare av polypropen från tyska Beka och Gefga Energisysteme är nedsänkt direkt i saltlösningen i tanken.

När vi tittar på saltlösningen är den klar i större delen av behållaren, men vitgrumlig i den nedre fjärdedelen av tanken.

– Det vita ni ser är kristaller i PCM-systemet. När det är fulladdat ska det vara vitt upp till ytan, och när det laddar ur sjunker den vita delen nedåt, berättar Angela Sasic Kalagasidis.

I den mindre tanken kan forskarna köra tester, samtidigt som den större tanken är i drift. Här är det enklare att observera vad som händer när materialet laddas ur och laddas upp.

Läs mer: LKAB siktar på el för att bli koldioxidfri

– Här kan vi köra cykler där vi laddar och laddar ur systemet och mäta kapaciteten, säger Pepe Tan.

– Den stora tanken är som en svart låda, så här kör vi samma cykler för att kunna observera och förbättra prestandan, tillägger Angela Sasic Kalagasidis.

Effektreduktion på 25 procent

En innovation som har tillkommit efter forskarnas observationer är att ett förtjockningsmedel har adderats till saltlösningen. Det är något som redan är implementerat i huvudtanken, och inom kort också ska ingå i den mindre testanläggningen.

– Utan förtjockningsmedlet kan vi inte få ut samma kapacitet ur tanken. Då blir det mer vatten i toppen och mer salt i botten av vätskan, och det fungerade inte som det skulle. När vi lägger till förtjockningsmedlet kan saltet inte röra sig neråt längre och vi kan utnyttja tankens kapacitet bättre, säger Angela Sasic Kalagasidis.

Läs mer: Lista: Här kostar solelen under 25 dollar per MWh

PCM-systemet är till för att avlasta kylsystemet i Akademiska Hus nybyggda kontorshus A Working Lab som haft inflyttning under hösten. Precis som med många andra typer av energilagring ska saltlagret fungera som en slags buffert, i det här fallet för att minska effekttopparna i byggnadens kylsystem.

Ambitionen är att nå en effektreduktion på 25 procent.

– Hela fastighetsbranschen förbereder sig för ett läge där effektkostnaden ökar. I ett läge där effekttaxan höjs kan vi ha en lösning i den här typen av lager, säger Per Löveryd som är energiingenjör på Akademiska Hus och innovationssamordnare för Chalmers testbädd.

Eftersom saltlagret är ett pilotprojekt har inköpskostnaden varit hög. Systemet har delfinansierats av forskningspengar via bland annat Energimyndigheten och EU-projektet Iris Smart Cities där Göteborg är en av tre europeiska städer som medverkar. Samma parter har också varit med och finansierat delar av det närliggande kvarteret BRF Viva.

Läs mer: Strängnäs får Sveriges största solcellspark på 20 MW

På sikt finns både ambition och plats att utöka energilagret med fler tankar för att ytterligare kunna minska effekttopparna.

– Eftersom det är ett pilotprojekt kostar det mer. Men om lösningen kommersialiseras kommer kostnaderna att gå ned, konstaterar Per Löveryd.

Ekonomiskt lönsamt i framtiden

I en framtid med en energimix med mer förnybar energi och högre effekttaxor skulle ett saltlager också gå att räkna hem rent ekonomiskt jämfört med en konventionell kylanläggning.

– När vi pratar om effektbrist pratar vi också om hur man kan lagra energi i vatten, i batterier eller i husets stomme. PCM-system blir ytterligare ett alternativ som kan passa in när elproduktionen börjar variera mer. Det blir nog lättare för en sådan här produkt att slå igenom nu, än innan effektavgifterna, säger Peter Karlsson som är innovationsledare på Akademiska Hus.

Läs mer: Malmö vill utnyttja importerade elbilar som energireserv

En del av doktoranden Pepe Tans arbete går också ut på att kalibrera systemet så att det laddas upp och laddar ur vid rätt tillfällen.

Finns det en punkt där lösningen kommer att vara billigare än en konventionell kylanläggning?

– Det beror på hur systemet driftsätts. Vi försöker optimera systemet för maximal kostnadsbesparing, så att det kan vara i drift när elpriserna är som högst, säger Pepe Tan.

En förhoppning är att energilagret på Chalmers ska bli en förebild för andra som vill testa liknande metoder. På sikt kan PCM-systemet i den gamla returvattenkanalen bli en föregångare om saltlager ska kommersialiseras.

– Vi har inte sett något liknande samarbete mellan akademi och näringsliv. Hittills har vi bara sett småskaliga forskningsprojekt där allt stannar på labbet, helt frånkopplat verkligheten, och det fåtal projekt som finns har byggts utan att några forskare varit inblandade. Vi ville testa om det verkligen kommer att fungera bra – eller om det är dags att tänka om, säger biträdande professor Angela Sasic Kalagasidis .

Läs mer: Komplicerat tunnelarbete när vattenkraftsdamm rustas för mer regn

Varför finns det inte fler sådana här system i drift?

– Det är en fråga vi ställt oss i projektet. Jag tror inte att kunskaperna från akademin överförts ordentlig till praktiken, och akademikerna var sannolikt inte medvetna om alla praktiska utmaningar med att installera en sådan här tank. Det är det kunskapsgapet vi försöker fylla.

Känns det som att den här typen av energilager har en framtid?

– Vi har inte alla svar ännu, men om det visar sig att vi får den kapacitet som vi satt som mål är svaret ja. Nästa steg blir en kostnadsfråga.

Simon Campanello

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt