10X Arenas Nyhetsbrev #4 del 1 av 2: Hur vi lagrar kopiösa mängder energi

​

Hej Reader.

​
10X Arena är ett levande labb för aktivt lärande om exponentiell klimatomställning. Detta nyhetsbrev publiceras tio gånger om året och har syftet att sprida kunskap om hur vi som individer och samhälle kan uppfinna den framtid vi vill leva i.

​
Om du inte har läst det första nyhetsbrevet i denna artikelserie så är det bara att klicka här. I det brevet ger vi en överblick på Energi-Triangeln som koncept och belyser värdet med denna strategi för klimatomställning. Om du vill se till att få alla framtida nyhetsbrev rakt in i din inbox, skriv upp dig här.

​
Denna artikel blev väldigt lång, och därför valde vi att dela upp den i två. Vi börjar här med att berätta om olika tekniker för att lagra energi, samt introducera olika affärsmodeller som bygger på detta. I nästa avsnitt av artikeln, som kommer ut om en vecka, kartlägger vi hur Sveriges samlade industrier ställer sig till sina roller i klimatomställningen.

​
Vi önskar dig en framtidsrik stund av läsning.

​
​Konsten att lagra energi: den sista pusselbiten i Energi-Triangeln

​
​Litium-jon batterier

​Litium-jon batterier är ryggraden i all vår mobila digitalisering. Den telefon, surfplatta eller laptop du använder för att läsa detta nyhetsbrev innehåller sådana batterier - i likhet med i princip alla andra apparater i ditt liv som inte har en direkt strömkälla.

Den moderna elbilen hade inte varit möjlig utan denna form av energilagring, som är mycket bra på att snabbt ladda upp och ladda ur stora mängder elektricitet. Tekniken blev kommersialiserad 1991 av Sony och användes i deras bärbara kassettspelare, men bygger på forskning ledd av Nobelprisvinnaren John B Goodenough, som alltjämt vid 98 års ålder är aktiv i att utveckla nästa generations batterier.

Denna teknik är optimal för situationer när du behöver flytta stora mängder energi snabbt. Därför används de i fordon och som backup-system till både enskilda villor och till själva elnätet vid strömavbrott.

Som vi alla har märkt av våra telefoner så förlorar dock litium-jon batterier mycket av sin laddningsförmåga över tid, och historiskt sett har de varit kostsamma att bygga. Anledningen till att det idag finns ytterst rimligt prissatta elbilar att köpa är att denna kostnad sjunkit med över 85% sen 2010.

För de som producerar sin egna förnybara energi ger sådana här batterier dig möjligheten att driva din fastighet med sådan el även när det är natt och vindstilla. Dessutom kan du lagra och sedan sälja denna din egenproducerade el på marknaden när priset är som mest gynnsamt, förutsatt att regelverket tillåter det.

​
​Vätgas

​Vätgas finns det gott om, problemet är att väte är en “klibbig” atom som vill fästa sig på allt. Inte minst syre, vilket tillsammans gör att vi har så mycket vatten (H2O) på vår planet. Ren vätgas är därför en utmaning att framställa då den måste separeras från andra ämnen.

När du väl lyckats sitter du dock på ett ämne som innehåller väldigt mycket energi, som du kan omvandla till elektricitet genom en process kallad omvänd elektrolys (titta på denna ypperliga video från Real Engineering för att förstå hela förloppet) ombord på exempelvis ett fordon.

Det enda utsläppet från en sådan process är vattenånga. Att framställa vätgas går att göra på flera sätt men alla kräver stora mängder energi, vilket inte i sig är en så stor nackdel som många tror, i en framtid som allt oftare präglas av energi-överskott.

​Svensk industri förlitar sig tungt på vätgas för sin klimatomställning, och Trelleborg kommun har utmärkt sig med sin ambition att bli landets nav för produktion av vätgas från förnybara energikällor. 10X Arena anser att vätgas är en mycket bra metod för att lagra stora mängder energi över längre tid (över dagar och veckor, kanske ännu längre), men inte bäst väg framåt för personbilar på grund av energiförlusterna.

Oavsett hur vätgasen skall användas så återstår följande faktum: tekniken för att producera gasen såväl som infrastrukturen för att distribuera den är idag minimal, vilket gör det hela dyrt. För att energilagring i form av vätgas ska bli kostnadseffektiv behöver vi öka produktionen av elektrolysörer, så att kostnaderna sjunker tack vare ökad volym.

Vi rekommenderar den nyfikne läsaren att lyssna på Energistrategipoddens intervju med Björn Aronsson från Vätgas Sverige, där en mycket tydlig bild av läget målas upp.

​
​Komprimerad luft

En i våra ögon både tilltalande och prismässigt redan tillgänglig metod för storskalig lagring av elektricitet är komprimerad luft. Principen är enkel: sug in luft, kyl ner den till en mycket låg temperatur så att gasen omvandlas till vätska (med effekten att luften kräver betydligt mindre utrymme än i gasform) och förvara den i stora ståltankar.

När du behöver elen igen är det bara att låta utomhustemperaturen värma upp vätskan, varpå den snabbt omvandlas till gas. Gasbildningen driver en turbin som skapar elektricitet. Detta är en alltigenom mekanisk process som inte kräver några kemiska komponenter eller exotiska material, den bygger på känd teknik och är okomplicerad att bygga.

Förutsatt att elen som krävs för att driva en sådan anläggning kommer från förnybara källor så blir detta ett alltigenom koldioxidneutralt sätt att lagra stora mängder el på. Highview Power är ett företag som redan idag bygger dessa installationer runt om i världen, och som dessutom som ett led i processen renar luften de använder både från föroreningar och koldioxid.

Titta gärna på denna intervju med Highview Powers VD, Javier Cavada. Detta är hur elnät skall balanseras!

​
​Gravitation!

I Sverige har vi redan enorma batterier. Under 2020 lagrade vi 71 TwH, vilket motsvarar 45% av vår totala energiförbrukning. Vi talar förstås om våra vattenkraftverk, som är den äldsta och absolut största formen av energilagring i världen.

Dammarna som håller tillbaka vattnet är gravitationsbatterier. Energin alstras när tyngden (i detta fall vatten) släpps fri och som genom gravitationskraften faller nedåt och driver en turbin som alstrar energi. Vattenkraftverk är dyra att bygga och innebär en omfattande negativ miljökostnad, och kräver att du har ett högt berg och en flod att jobba med.

Det finns dock alternativ som erbjuder långt billigare och mer flexibla former av gravitationslagring. Brittiska Gravitricity bygger batterier i gamla övergivna kolgruvor, där en tyngd hissas upp i schakten när det råder överskott på energi och sedan släpper ner den när elen skall alstras.

Schweiziska Energy Vault gör något liknande men annorlunda - deras teknik innebär att en enorm robot-lyftkran bygger Tetris-liknande staplar av betongblock beroende på elpriset. Dessa och andra aktörer tillhandahåller mekanisk och billig (när de väl kommer upp i större tillverkningsvolymer) energilagring som bygger på den enkla principen att det som kommer upp måste också komma ner.

​
​Affärsmodeller för batterier

Vi behöver inte ha tagit examen från Handels för att veta den som kan köpa något billigt för att sedan sälja när det är dyrt tjänar mycket pengar. Tillgång och efterfrågan är ofta det som avgör priset.

När det kommer till Energi-Triangeln innebär det att den som har access till mycket förnybar energi vill kunna spara den i någon form av batteri för att sedan sälja den på elmarknaden när tillgången går ner och efterfrågan går upp - ofta i skymningen när alla sätter på TV:n.

Som vi skrev om i en tidigare artikel så är förnybar el den billigaste formen av elektricitet, men med utmaningen att solen inte alltid skiner och vindarna mojnar. Ibland har vi för mycket sol- och vindkraft än vad vi kan använda i den stunden, och ibland råder det ett underskott.

Batterier och andra tekniker för att lagra el gör det möjligt att fånga överskottet och använda det i de stunder då det råder brist, med resultatet att elanvändningen blir både billigare och mer förnybar.

Så hur ser elbranschen på batterier, och hur formulerar de behovet för energilagring?

​
​Elnätsbalansering

I Sverige har vi ett elnät byggt för att transportera stora mängder energi från vattenkraftverken i norr till söder, samt från kärnkraftverken ut till alla elanvändare. Det är ett system som byggts kring idén om att energi produceras centralt på ett fåtal orter och sedan skickas ut genom en väv av ständigt avsmalnande ledningar för att nå mottagare på andra sidan.

Detta elnät är inte byggt för att elektricitet ska kunna produceras var som helst, såsom från vind- eller solkraftverk, och sedan skickas inifrån och ut samt hit och dit inom små regionala elnät. Systemet är verkligen inte byggt för att enskilda villor ska kunna producera ett eget litet överskott av energi, skicka ut det på elnätet via sin smala elnätsanslutning och sedan sälja det på marknaden.

Effekten är att det svenska elnätet blir alltmer instabilt, med höga toppar och djupa dalar vilket inte bara har en effekt på priset men också innebär en stor påfrestning på den tekniska infrastrukturen. Utbyggnaden av förnybar elproduktion gör detta problem värre då det skapar flaskhalsar.

Om det produceras mer och mer el ute på kanterna av elnätet där kablarna inte är dimensionerade för det så blir påfrestningarna på nätet större och större, tills det brister.

En lösning på detta är att balansera nätet genom att ha depåer av energilager placerade på strategiska platser för att vidga flaskhalsarna och undvika strömavbrott, samt för att kunna garantera mer jämna elpriser. Batteribanker som lagrar överproduktionen från förnybara källor (allt från vindkraftverk längs kusterna till solceller från villatak) under dagen och sedan distribuerar den till närområdet under kvällen och natten.

Detta kallas ibland för “virtuella kraftverk”, då dessa stora depåer av batterier går att likna vid ett klassiskt kraftverk sett från elnätets perspektiv med skillnaden att strömmen redan finns och bara väntar på att skickas ut igen.

​
​Vehicle To Grid, V2G: Bilar som balanserar elnätet

Denna affärsmodell bygger också på att balansera elnätet, men nyttjar batterierna i utspridda elfordon istället för att använda stora batteribanker. Fordonsägare (privatpersoner såväl som ägare av exempelvis bussar) får betalt för att upplåta sina batterier till elnätets behov under vissa givna tider.

Rent praktiskt innebär detta att fordonen ansluts till nätet med sin laddningskabel via en smart elmätare som kommunicerar med elnätet, och som automatiskt laddar in eller ur elektricitet beroende på hur balansbehovet ser ut.

För den enskilde bilägaren innebär detta ett sätt att tjäna lite extra på sitt fordon när det ändå står och laddar, och för elnätsoperatören innebär det att de får tillgång till stora mängder lagringskapacitet utan att behöva bygga en egen batteribank. Förutsatt att tillräckligt med anslutna elbilar finns att tillgå, det vill säga.

Bland biltillverkarna är det Nissan som har ledningen inom denna teknik och bland elbolagen är brittiska Octopus Energy det främsta exemplet på hur denna idé som funnits länge nu är en faktisk verklighet ute hos kunder.

​

Flexibilitetsmarknader

En flexibilitetsmarknad är ett statligt reglerat marknadsutrymme där privata aktörer kan erbjuda tjänster till elnätsbolag och elhandelsbolag för att på olika sätt göra elnätet mer flexibelt. Syftet är att bättre utnyttja den infrastruktur som redan finns genom olika former av effektiviseringar och optimeringar, för att både hålla energipriserna nere och reducera belastningen på elnät och fjärrvärmekraft.

Flexibilitet är i detta sammanhang ett brett begrepp och kan innefatta allt från elnätsbalansering till smart styrning av kunders förbrukning (exempelvis att din elbil laddar när det är mest gynnsamt för nätet). Detta är väsentligt för Energi-Triangeln då flexibilitetsmarknader är relativt nytt för Sverige. Regeringen, Energimyndigheten och andra organ vill skapa incitament för att göra el- och energiförsörjningen mer robust samt miljövänlig.

Hellre än att, som tidigare, fortsätta bygga ut elnätets kapacitet och förlita sig på att vatten- och kärnkraftverken levererar nog med ström så syftar dessa nya regler till att skapa mer regionala och rent av lokala lösningar på problemet med obalans och ökad elanvändning.

Detta ger oss, åtminstone i teorin, både det lagliga och ekonomiska utrymmet för att större investeringar i energilagring skall kunna göras med en nivå av trygghet. Vi går en elmarknad till mötes som är decentraliserad och med hög variation från region till region.

​
​Nya regler, möjligheter och hot

I denna artikel har vi berättat om en handfull tekniker för att lagra energi och hur de kan användas rent affärsmässigt i elförsörjningens tjänst. Den sammanfattande slutsatsen är att tekniken finns för att lagra stora mängder elektricitet, men att detta är ett relativt nytt faktum och det är först nu som regelverk och de stora energijättarna börjar anamma denna nya verktygslåda.

Lagstiftningen både i Sverige och i EU har på kort tid ändrat på vad som är tillåtet att göra inom den hårt reglerade energibranschen, och vad det innebär samt hur svensk industri förhåller sig till berättar vi mer om nästa vecka.

​
Vi har observerat att den begränsande faktorn inte är bristen på tekniska lösningar, och via EU:s Gröna Giv-paket så kommer det inte inte att råda underskott på pengar att omsätta i klimatomställning. Vad som, enligt vår analys, krävs för att mobilisera elbolagen till att bygga Energi-Trianglar är trygghet i att göra nya saker som de inte har tidigare erfarenhet av.

Den nya tekniken, de nya reglerna och de nya behoven är alla hot mot hur saker och ting görs idag. För att dessa hot skall kunna upplevas som möjligheter behövs tongivande exempel på hur man går från att vara förvaltande till att bli lärande organisationer.

I Helsingborg, Trelleborg och Jämtland finns just sådana förebilder och frågan är vilken stad eller samhälle som väljer att utmärka sig härnäst med att bli bäst på batterier.

​

---

​
I denna första del av artikeln har vi berättat om tekniker och modeller för att lagra energi. Nästa del beskriver hur Sveriges samlade industrier förhåller sig till klimatomställning och vad de tror är tekniskt möjligt att uppnå. Vi hörs den 17:e maj!

​
​

- Sebastian & Fredrik

www.10xarena.com

​
​