Batterier er mer enn kun energilagring

Medforfattere: Raymundo E. Torres-Olguin (forsker) og Jonatan Klemets (forsker)

De er en vei mot et smartere strømnett. Batterier kan tilby fleksibilitet og balanse, og kan være en del av svaret på hvordan vi skal endre og forbedre energisystemet vårt for fremtiden. Men batterier er kostbare, så hva skal til for at de lønner seg? Og hvilke muligheter har vi for å øke lønnsomheten ved bruk av batterier i strømnettet?

Vannkraft gir Norge en stabil, fornybar og ikke minst rimelig energikilde. Men verden endrer seg raskt rundt oss, og betydningen av andre fornybare energikilder, som sol- og vindkraft, øker. Dette gjelder ikke bare de store energiprodusentene, men også husholdninger, bedrifter og lokalsamfunn over hele landet produserer nå strøm i økende grad. Elektrifisering er en viktig drivkraft i den grønne omstillingen av samfunnet. Det blir stadig flere elektriske biler på norske veier, ferjer skal lades, flere apparater krever energi, og industrien er fortsatt en storforbruker av energi. Til sammen gir dette store utfordringer for det eksisterende strømnettet, som ikke er designet for å håndtere så store svingninger i produksjon og forbruk.

Vår generasjon står overfor en energirevolusjon, og vi trenger løsninger som kan hjelpe oss å navigere gjennom den. En av disse løsningene vil være energilagring. Blant alle alternativene for energilagring, kan batterier være en «game changer» i energisektoren.

Batterier i alle former og størrelser

På et grunnleggende nivå er batterier bare enheter som lagrer energi for senere bruk. Det er mange typer batterier; fra de mye brukte og modne teknologiene som Litium-Ion, til teknologier med mye potensial, men som trenger mer utvikling. Disse har noe til felles: de er fortsatt kostbare for mange bruksområder.

Batterier finnes i ulike størrelser for energi og effekt: fra de små du finner i fjernkontrollen din, til de gigantiske som kan lagre energi for en hel bydel. Batterier kan installeres på ulike nivåer i strømnettet – fra store batteriparker som støtter hovednettet, batteripakker for å støtte ferjelading eller industri i grisgrendte strøk, til mindre batteriløsninger i private hjem, hvor de eksempelvis kan lagre overskuddsenergi fra solcellepaneler for senere bruk.

Uavhengig av størrelsen, er batterienes funksjon det samme: å ta imot og lagre overskuddsenergi, og frigjøre denne energien ved behov.

Batterier som fleksible problemløsere i energisystemet

Batteriteknologien har kommet langt de siste årene, spesielt når det gjelder større batterier egnet for bruk i strømnettet. Når vi snakker om batterier i denne sammenhengen, mener vi moderne energilagringsystemer. Slike system består i hovedsak av selve batteriet, et styresystem og en omformer. Styresystemet fungerer som en slags dirigent, som styrer og regulerer energiflyten inn og ut av systemet. Omformeren omdanner kraft mellom nettets vekselspenning og batteriets likespenning. Interessant nok kan omformeren i seg selv bidra til å stabilisere nettet, selv uten at det trekkes mye energi fra batteriet. Dette er et eksempel på hvordan batterisystemene ikke bare er passive lagringsanlegg, men aktive bidragsytere til et mer stabilt og pålitelig strømnett.

Sammen bidrar batteriet, med styringssystemet og omformeren, til å balansere energiforsyningen på en effektiv måte. Disse batteriene er effektive og kan reagere raskt på endringer i energibehovet. De har også blitt mer økonomiske, noe som gjør dem til en realistisk løsning for mange av utfordringene vi står overfor.

Tradisjonell nettforsterkning eller batterier?

Vårt nåværende strømnett er verdens største maskin og består av sammenkoblede systemer som har vokst og utviklet seg over mange tiår. Dette er kritisk infrastruktur, med kabler og transformatorer, som leverer elektrisitet til våre hjem, skoler og arbeidsplasser.

Teknologiene på både produksjons- og etterspørselssiden har endret seg betydelig de siste årene. De vil endre seg enda mer i årene som kommer, for eksempel ved å inkludere rene og distribuerte energikilder og elektrisk transport.

Til tross for at fornybare energikilder eller elektrisk transport er miljøvennlige, kan det å integrere dette i det eksisterende strømnettet være utfordrende. Sol- og vindkraft er variable og uforutsigbare; stor produksjon kan overbelaste nettet, mens lav produksjon kan gi kraftunderskudd. Det kan ta tid å kompensere for slike svingninger.

Med den voksende populariteten til elektriske biler og andre høyforbruksenheter, må strømnettet håndtere store belastningssvingninger på daglig basis. I et aldrende nett kan dette føre til ustabilitet, ineffektivitet og i verste fall strømbrudd.

Nettet har allerede nådd sin grense mange steder. Den tradisjonelle måten å oppgradere nettet på kalles nettforsterkning. Det innebærer i praksis å legge nye kabler og bygge nye transformatorstasjoner, noe som både er kostbart og tidkrevende. Kostnadene for oppgradering av nettet kan være formidable, og tiden det tar å planlegge, godkjenne og bygge nytt strømnett kan strekke seg over flere år. I tillegg må nettet dimensjoneres for den høyeste effekten som kan forventes, et worst case-scenario for årstiden og tidspunktet på døgnet. Dette er i mange tilfeller sløsing med ressurser og unødvendig beslaglegging av natur, spesielt der det finnes alternativer.

Batterier vs. nettforsterkning

Batterier kan tilføre mer fleksibilitet enn nettforsterkning alene. Dessuten, mens nettforsterkning er permanent, kan et batteri flyttes og brukes andre steder etter behov. Batterier er derfor en viktig ressurs i fremtidens energilandskap, som blir stadig mer dynamisk og uforutsigbart. Når vi vurderer batterier versus nettforsterkning, er det flere faktorer å ta i betraktning:

• Teknisk levetid: Batterier kan ha en levetid på opptil 20 år, men må typisk erstattes etter 5 til 15 år, avhengig av bruk. Nettforsterkning har derimot en lengre levetid, gjerne 30 år eller mer.
• Miljøpåvirkning: Batterier har et mer globalt miljøavtrykk fra produksjon, bruk, og avhending. Nettforsterkning har i stedet en større innvirkning på det lokale landskapet og naturen, avhengig av omfanget av utbyggingen.
• Reguleringer og insentiver: Politikk, reguleringer, og støtteordninger kan påvirke lønnsomheten og gjennomførbarheten av begge alternativene. For eksempel kan det være insentiver for å installere batterier, eller restriksjoner på hvor og når nettforsterkning kan gjøres. Nettselskaper har også kun lov å eie batterier som benyttes til nettformål, for eksempel spenningsregulering, og oppfordres i stedet til å kjøpe inn batteri-/fleksibilitetstjenesten fremfor å eie batteriene selv.
• Skalerbarhet: Batterisystemer kan være mer skalerbare, i den forstand at flere enheter kan legges til eller fjernes basert på behovet. Det er utfordrende for nettforsterkning som typisk må designes for et estimert fremtidig «worst-case».
• Strømpris: Strømprisene kan variere i løpet av dagen. Batterier kan lade når prisene er lave, og forsyne nettet når prisene er høye. Dette kan redusere strømregningen og gi avkastning på investeringen over tid.

Det er oftest ikke et klart og enkelt svar på om batterier eller nettforsterking er best. Svaret avhenger av mange variabler, og kan også være en kombinasjon av de to. For eksempel ved å bruke batterier til å raskt møte utfordringer som en midlertidig løsning. Nettforsterkningen kan dermed utsettes, planlegges bedre og legges til et gunstigere tidspunkt.

Kan batterier også løse andre problemer?

Kostnadene er hovedbarrieren for utvidet bruk av batterier til tjenester i strømnettet. Denne barrieren kan overvinnes ved å bruke batteriet til flere tjenester og flere bruksområder. Men hvilke tjenester kan egentlig leveres av et batteri? Her er noen utfordringer batteriene kan hjelpe oss med:

• Spenningsproblemer: Over- eller underspenning kan skade elektriske apparater. Batterier kan bidra til å stabilisere spenningen ved å levere eller absorbere effekt. Elektriske apparater i for eksempel ladestasjoner og solcelleanlegg kan også forårsake forvrenginger av spenningens form. Hvis lastene mellom fasene er ujevnt fordelt, kan usymmetriske spenninger oppstå. Dette vil påvirke strømkvaliteten negativt. Moderne batterisystemer, med avanserte omformere, kan hjelpe med å korrigere disse problemene.
• Flaskehalser i nettet: Når etterspørselen etter strøm overstiger tilgjengelig kapasitet i nettet, kalles det en flaskehals. Batterisystemer kan forhindre flaskehalser ved å lagre overskuddsenergi når etterspørselen er lav og frigjøre den når etterspørselen er høy.
• Ubalanser i nettet: Forskjeller mellom produksjon og forbruk kan føre til frekvensavvik i nettet. Batterier kan bidra til å opprettholde frekvensstabilitet ved å raskt absorbere eller frigi energi etter behov.

For forbrukerne betyr slike tjenester en mer stabil og pålitelig strømforsyning, noe som innebærer mindre risiko for strømbrudd, bedre strømkvalitet og trolig lavere strømregninger.

Kombinering av tjenester

Hvordan kan ulike parter utnytte hverandres tjenester for å redusere behovet for flere batterier? Batterier er tradisjonelt designet, implementert og optimalisert for å levere én enkelt tjeneste til et enkelt formål. Dette er nå i ferd med å endre seg. Tiden det tar før et batteri lønner seg blir mindre dersom systemet kan brukes til mer enn en ting. Tilbudet av flere tjenester er kjent som «value stacking». Dette er visualisert i figuren nedenfor. En av de største utfordringene ved stabling av tjenester er å velge tjenester som passer sammen og utfyller hverandre. Tjenestene kan planlegges på ulike spenningsnivåer eller bruksområder, i flere tidsskalaer og i ulike handelsmarkeder. Dette er i bunn og grunn et flermåls- og flerskala-optimaliseringsproblem.

El-billading i hytteområder – en energiutfordring i det moderne Norge

Med godt over en halv million elbiler på veiene, har Norge satt seg i førersetet for elektrisk mobilitet på verdensbasis. Med overgangen kommer det også nye utfordringer. Et typisk norsk eksempel på en slik utfordring kan være at du har en elbil og en hytte i et område med et aldrende strømnett. Du vil gjerne lade elbilen, men nettet er ikke robust nok. Hvordan løser vi dette problemet? Og hvordan påvirker løsningen både nettselskapene og forbrukere som deg?

Nettselskapets perspektiv: Nettforsterkning eller batterier? Nettselskapet er ansvarlig for å sikre pålitelig strømleveranse. Dette kan være en utfordring i hytteområder hvor nettet kan bli overbelastet i høysesonger. De står da mellom å begrense hvor mye effekt kundene kan bruke, bygge ut nettet, eller finne alternative løsninger, som batterier. Sistnevnte er en mer fleksibel løsning som kan gjennomføres raskere og enklere enn nettforsterkning. Dessuten, hvis behovene i området endres, kan batteriene flyttes eller erstattes med større eller mindre enheter.

Forbrukerens perspektiv: Anleggsbidrag eller batterier? En forbruker som ønsker å øke kapasiteten i nettet vil kunne måtte betale dyre anleggsbidrag til nettselskapet. Ved å selv installere batterier, kan forbrukeren redusere avhengigheten av nettet, og slippe anleggsbidraget. Batteriet kan lade opp i perioder med lav etterspørsel (for eksempel om natten) og brukes til å lade bilen når det er behov for det. Dette reduserer belastningen på nettet, reduserer behovet for nettforsterkning og reduserer effekten som forbrukeren må betale for.

Hva er dagens status i Norge?

Batterier blir også alt mer vanlig i Norge, med flere ulike batteriprosjekter og installasjoner som vil eies av nett- eller energiselskaper, kommuner og private bedrifter. Hovedmålet med batteriene er ofte å redusere strømkostander, øke egenprodusert strøm, og/eller tilgjengeliggjøre mer kapasitet. For eksempel kan batterier som blitt installert på hurtigladestasjoner gi lavere kostnader samtidig som det muliggjør at flere kan lade samtidig uten at det overbelaster det overordnete nettet.

Batterier er testet for å forbedre nettspenning blant annet ved Ims i Sandnes og i nærheten av Lierne i Trøndelag. Resultatene fra batteriinstallasjonen i Lierne viste at det klarer både å forbedre spenningskvalitet og redusere tap i nettet. Utnyttelse av batterier til flere formål har også blitt demonstrert ved Skagerak Arena i Skien. Der ble det demonstrert at et batteri i tillegg til reserveforsyning kan leverer hurtig effektreserve (Fast Frequency Reserves, FFR) til Statnett for å forbedre nettfrekvensen. Et annet eksempel er Campus Evenstad i Innlandet der batterier brukes for å redusere effekttopper og få bedre utnyttelse av fornybar energi samtidig som de tilbyr strøm ved strømavbrudd.

Regulering og politikk gir både hindringer og muligheter

Selv om batteriteknologi åpner opp for mange løsninger på utfordringene i strømnettet, er det også viktig å ta hensyn til de juridiske og politiske aspektene som påvirker denne utviklingen. Det å løse tekniske utfordringer er kun halve kampen; det er også avgjørende å forstå og navigere i det regulatoriske landskapet for å kunne utnytte batterienes potensiale fullt ut.

I dag står vi overfor en situasjon der nettoperatører ikke har lov til å tjene penger på kjøp og salg av kraft. Nettoperatører har heller ikke uten videre lov til å eie batterier til flaskehalshåndtering. De kan kjøpe dette som en tjeneste, eller søke om tillatelse til å drifte selv, om tjenesten ikke er tilgjengelig.

Dette åpner opp for nye forretningsmodeller, der andre aktører kan tilby batteritjenester til nettoperatører, som å løse flaskehalser eller forbedre spenningsproblemer. Samtidig vil de selv kunne utnytte hele spekteret av tjenester som batterier tilbyr, som å tjene penger på kjøp og salg av energi. Det regulatoriske landskapet bør også oppdateres for å holde tritt med teknologiske fremskritt. Endringer i lovgivningen kan fasilitere de nye mulighetene som teknologiske fremskritt bringer, og stimulere til fortsatt utvikling og innovasjon. Batteriteknologi vil være en viktig muliggjører i veien mot det grønne skiftet. Vi trenger derfor et gunstig politisk og juridisk miljø for å realisere dette potensialet fullt ut.

På vei mot et smartere og mer robust strømnett

Vi står foran en teknologisk revolusjon i måten vi produserer, distribuerer og forbruker strøm på. Mens strømnettet vårt en gang var statisk og forutsigbart, blir det nå stadig mer dynamisk og komplekst. Fremveksten av distribuert produksjon, fornybare energikilder og elektriske kjøretøyer skaper nye utfordringer, men også nye muligheter.

Batterier, og spesielt batterisystemer med moderne styring og omformere, står i sentrum for denne endringen. Med sin unike evne til å lagre energi og utløse den raskt når det er behov for det, kan de bidra til å løse noen av de største utfordringene vi står overfor. Batterier tilbyr en verktøykasse av løsninger, som å fikse flaskehalser i nettet, sikre stabil og pålitelig strømforsyning og balansere produksjon og forbruk av strøm. Disse mulighetene har vi bare så vidt har begynt å utforske.

href=»https://blogg.sintef.no/sintefenergy-nb/bruk-strommen-smart-for-a-redusere-stromregninga/»>ønsker nettselskapene å samarbeide med kundene om en bedre utnyttelse av strømnettet.