Effekten som fossila bränslen har på klimatkrisen driver en internationell strävan att använda energikällor med låga koldioxidutsläpp. Just nu, de bästa alternativen för att producera koldioxidsnål energi i stor skala är vind- och solkraft. Men trots förbättringar under de senaste åren av både deras prestanda och kostnader, ett betydande problem kvarstår:vinden blåser inte alltid, och solen skiner inte alltid. Ett elnät som är beroende av dessa fluktuerande källor kämpar för att ständigt matcha utbud och efterfrågan, och så förnybar energi går ibland till spillo eftersom den inte produceras när den behövs.

En av de viktigaste lösningarna på detta problem är storskalig ellagringsteknik. Dessa fungerar genom att ackumulera el när utbudet överstiger efterfrågan, sedan släpper den när motsatsen händer. Dock, ett problem med denna metod är att den involverar enorma mängder el.

Befintlig lagringsteknik som batterier skulle inte vara bra för denna typ av process, på grund av deras höga kostnad per energienhet. För närvarande, över 99 % av storskalig ellagring hanteras av pumpade vattendammar, som flyttar vatten mellan två reservoarer genom en pump eller turbin för att lagra eller producera kraft. Dock, det finns gränser för hur mycket mer pumpad vattenkraft som kan byggas på grund av dess geografiska krav.

Ett lovande lagringsalternativ är pumpad termisk ellagring. Denna relativt nya teknik har funnits i ungefär tio år, och testas för närvarande i pilotanläggningar.

Pumpad termisk ellagring fungerar genom att omvandla el till värme med hjälp av en storskalig värmepump. Denna värme lagras sedan i ett varmt material, som vatten eller grus, inuti en isolerad tank. När det behövs, värmen omvandlas sedan tillbaka till elektricitet med hjälp av en värmemotor. Dessa energiomvandlingar görs med termodynamiska cykler, samma fysiska principer som används för att driva kylskåp, bilmotorer eller värmekraftverk.

Känd teknik

Pumpad termisk ellagring har många fördelar. Konverteringsprocesserna bygger mest på konventionell teknik och komponenter (som värmeväxlare, kompressorer, turbiner, och elektriska generatorer) som redan används i stor utsträckning inom kraft- och processindustrin. Detta kommer att förkorta tiden som krävs för att designa och bygga lagring av pumpad termisk el, även i stor skala.

Lagringstankarna kan fyllas med rikliga och billiga material som grus, smälta salter eller vatten. Och, till skillnad från batterier, dessa material utgör inget hot mot miljön. Stora tankar för smält salt har framgångsrikt använts i många år i koncentrerade solkraftverk, som är en förnybar energiteknik som har vuxit snabbt under det senaste decenniet. Koncentrerad solenergi och pumpad termisk ellagring delar många likheter, men medan koncentrerade solkraftverk producerar energi genom att lagra solljus som värme (och sedan omvandla det till elektricitet), pumpade anläggningar för lagring av termisk el lagrar el som kan komma från vilken källa som helst – solenergi, vind eller till och med kärnkraft, bland andra.

Lätt att installera och kompakt

Lagringsanläggningar för pumpad termisk el kan installeras var som helst, oavsett geografi. De kan också enkelt skalas upp för att möta nätets lagringsbehov. Andra former av bulkenergilagring begränsas av var de kan installeras. Till exempel, pumpad hydrolagring kräver berg och dalar där betydande vattenreservoarer kan byggas. Lagring av tryckluftsenergi bygger på stora underjordiska grottor.

Lagring av pumpad termisk el har en högre energitäthet än pumpade vattendammar (den kan lagra mer energi i en given volym). Till exempel, tio gånger mer elektricitet kan återvinnas från 1 kg vatten som lagras vid 100°C, jämfört med 1 kg vatten lagrat på en höjd av 500 meter i en pumpad vattenkraftanläggning. Detta innebär att mindre utrymme krävs för en given mängd lagrad energi, så anläggningens miljöavtryck är mindre.

Långt liv

Komponenterna i lagring av pumpad termisk elektricitet håller vanligtvis i årtionden. Batterier, å andra sidan, försämras med tiden och behöver bytas ut med några års mellanrum - de flesta elbilsbatterier är vanligtvis bara garanterade i cirka fem till åtta år.

Dock, även om det finns många saker som gör pumpad termisk ellagring väl lämpad för storskalig lagring av förnybar energi, det har sina nackdelar. Den största nackdelen är möjligen dess relativt blygsamma effektivitet – det vill säga hur mycket el som returneras under urladdning, jämfört med hur mycket som lagts in under laddningen. De flesta pumpade termiska ellagringssystem strävar efter 50-70 % effektivitet, jämfört med 80-90% för litiumjonbatterier eller 70-85% för pumpad hydrolagring.

Men vad som utan tvekan betyder mest är kostnaden:ju lägre den är, desto snabbare kan samhället gå mot en framtid med låga koldioxidutsläpp. Lagring av pumpad termisk el förväntas vara konkurrenskraftig med andra lagringstekniker – även om detta inte kommer att vara känt med säkerhet förrän tekniken mognar och är helt kommersialiserad. Som det står, flera organisationer har redan arbetat, verkliga prototyper. Ju tidigare vi testar och börjar distribuera pumpad termisk ellagring, desto snabbare kan vi använda den för att hjälpa övergången till ett energisystem med låga koldioxidutsläpp.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.