Bruk av batterier i strømnettet

Hvordan skal man integrere batterier i strømnettet på en god måte? Det treårige forskningsprosjektet IntegER støttet av Norges forskningsråd skal finne svarene, blant annet ved å høste erfaringer fra demoprosjekter hos prosjekteier Skagerak Nett og de andre store nettselskapene som deltar i prosjektet (se siste avsnitt).

Medforfattere: Pedro Crespo del Granado, Forsker SINTEF Energi og Idar Petersen

• Denne teksten ble først publisert i Energiteknikk 16 januar. Den er modifisert og gjengitt her med tillatelse fra Energiteknikk.

I første del av prosjektet har det blitt utført en kartlegging av batteriprosjekter over 15 kWh i Norge. Erfaringer rundt det å installere batteri skal høstes fra demonstrasjonsprosjekter og sammenfattes innen prosjektet er ferdig i 2020. I dette blogginnlegget oppsummeres første del av prosjektet, altså innsamling av informasjon om valgt teknologi og erfaringer med batterier.

Flere sluttbrukere ønsker å produsere sin egen energi

Støtteordningene for solcellepaneler har bidratt til en økning av plusskunder både her til lands og i andre europeiske land (1). For mange sluttbrukere produseres imidlertid strømmen i tidsrom hvor forbruket er lavt, og eksempelvis vil mange i perioder på sommeren produsere mer strøm enn de har bruk for. Som plusskunder kan de selge strømmen, men inntekten er som oftest mindre enn kostnaden for å kjøpe strøm, noe som gir et insentiv for å lagre strømmen for senere bruk og dermed øke egenforbruket.

Økende elektrifisering gir utfordringer i strømnettet

Som et ledd i å kutte klimagassutslipp, foregår det en elektrifisering i flere sektorer. Norge er helt i front når det gjelder elbiler, og ifølge Elbilforeningen sto helelektriske biler for 30 prosent av nybilsalget per november 2018.

I tillegg til elbillading trekker mange nye husholdningsapparater, som induksjonskomfyr, høy effekt. Dersom denne utviklingen fortsetter, vil mange husholdninger få en betydelig økning i maksimal effekt de belaster nettet med. Sammen med den nye nettleiestrukturen (avhengig av hvordan den blir seende ut), vil det mest sannsynlig være lønnsomt for forbrukere å gjøre tiltak som jevner ut forbruket i løpet av døgnet.

ifølge Elbilforeningen sto helelektriske biler for 30 prosent av nybilsalget per november 2018.

Enkelte distribusjonsnett har i dag problemer med spenningskvalitet, og det er grunn til å tro at disse problemene vil øke dersom den tidligere nevnte elektrifiseringen fortsetter (2). Tradisjonelt sett har løsningen for nettselskapene vært å oppgradere nettet. Men det er ikke sikkert dette er den mest samfunnsøkonomiske måten å øke kapasiteten og bli kvitt problemer med spenningskvalitet. Dersom slike problemer eller termiske begrensninger kun oppstår i enkelte perioder i løpet av en dag, vil det være nyttig å utforske andre løsninger.

Fordeler med batterier

De tre forrige avsnittene beskriver problemer et batteri kan være med på å løse. Et batteri er et elektrisk energilager som kan lagre strøm og utlade ved senere behov. Det finnes flere typer energilager. Fordelene med batterier er at de kan ha svært mange forskjellige bruksområder og er mobile, noe som betyr at de kan benyttes akkurat der det er behov. Et batteri kan være nyttig både for en sluttbruker, et nettselskap eller en tredjepart. De fleste nettselskap som eier batteri i dag har fått dispensasjon fra NVE for å drifte det.

Det finnes flere typer batterier: blybatterier, litium-ionbatterier, flytbatterier, natrium-svovelbatterier og nikkel-baserte batterier. Litium-ionbatterier (Li-ionbatterier) er mest populært nå for tiden, særlig pga. den høye energitettheten, som gjør de godt egnet til elbiler, i tillegg til at de har høy responstid og synkende kostnad. Ifølge USA Department of Energy sin database om energilager er ca. 60 prosent av registrerte batterier i Europa Li-ionbatterier.

Figuren over viser kostnader for Li-ionbatterier de sju siste årene, som er estimert til å fortsette å synke de neste ti årene. Dette er kun for batteripakker uten kostnad for omformere samt batteristyringssystem og installasjon. Innenfor Li-ionbatterier er det mange forskjellige teknologier, avhengig av hvilke grunnstoffer som brukes som katodemateriale: f.eks. kobolt, mangan, jern eller titan. Disse forskjellige teknologiene gir batterier med forskjellig energitetthet, pris og levetid.

Stadig flere batterier i strømnettet

Batterier har økt i popularitet de siste årene. Figuren under viser installert batterikapasitet (GWp) i verden siden 2006, hentet fra USA Department of Energy sin database. Databasen er ikke fullstendig, men viser trenden de siste årene. Veksten som har skjedd de siste fem årene, er hovedsakelig på grunn av prosjekter i USA, Sør-Korea og Japan. I Europa er det registrert omtrent 200 batterier, der Tyskland har flest. Det finnes også batterier registrert i Finland, Sverige, Danmark og på Færøyene. Hovedbruksområdet til batteriene registrert i Europa er å hjelpe integrasjon av fornybar energi, oftest batterier tilknyttet solcellepaneler eller vindkraft.

I første del av IntegER-prosjektet ble det gjennomført en kartlegging av batteri i Norge over 15 kWh, basert på informasjon fra nettselskap, informasjonssøk og samtaler med batterileverandører. Batteriene over 15 kWh vises i tabellen under. Tabellen viser navn på prosjekt, størrelse på batteri i kWh, størrelse på inverter i kW , idriftssettelsesår og type batteri.

17 batteriprosjekter i Norge

Kartleggingen fant 17 batteriprosjekter i Norge over 15 kWh. Alle batteriene er nettilknyttet, bortsett fra batteriet i Kjøladalstunnelen, som brukes sammen med solcellepanel til å belyse tunnelen. Minst fem av batteriene har fått støtte fra Enova. Svært mange av batteriene er tilknyttet solcellepaneler, men batteriene har ofte ikke optimal størrelse i forhold til solcelleanlegget og/eller last, noe som gjør at batteriet har en begrenset nytteverdi. Dette er ofte fordi batterikostnaden er svært høy, samt at lasten ikke er blitt analysert godt nok før batteriet installeres.

Batteriene eies av private bedrifter, nett-/energiselskaper, kommuner, Statens vegvesen og fergerederi. Batteriene har svært varierende styre-/kontrollsystemer. Enkelte har sanntidsstyring, hvor batteriet styres etter hvor mye strøm som går gjennom måleren i sanntid. Noen batterier styres av en algoritme, som bestemmes ut fra solprognoser og antatt forbruk. Andre har et styresystem som er forhåndsprogrammert fra strømforbruket som ble målt året før.

Nye planlegges

Det er også flere planlagte batteriprosjekter i Norge: Skagerak Energi skal installere et 1 MWh-batteri på Odd stadion kalt Skagerak EnergiLab (som også er et demonstrasjonsbatteri i IntegER-prosjektet). I tillegg skal bl.a. Flakk-Rørvik-sambandet og Orkla City installere batterier.

Videre i IntegER-prosjektet så skal erfaringer fra de ulike batteridemonstrasjonene dokumenteres og publiseres. Kost-nytte-analyser vil bli gjennomført for forskjellige case. Resultater fra demonstrasjonene skal også sammenlignes med tester utført i SmartGrid-laben, eid av SINTEF Energi sammen med NTNU. Prosjektet skal, basert på erfaringer med batterier, resultere i en veileder for hvordan batterier i norske distribusjonsnett bør installeres.

Om IntegER-prosjektet

IntegER-prosjektet er finansiert av ENERGIX og eies av Skagerak Energi. SINTEF Energi leder prosjektet. Følgende virksomheter er partnere i prosjektet:

• Agder Energi Nett
• BKK Nett
• Eidsiva Nett
• Hafslund Nett
• Helgelandskraft
• Lyse
• NTE
• Energi Norge
• Smartgridsenteret
• NVE

(1) Solenergiklyngen, «Solcellesystemer og sol i systemet,» 2018.

(2) H. Seljeseth, K. Sand, and T. Solvang, «TR A7203 Håndtering av utfordrende elektriske apparater som tilknyttes elektrisitetsnettet,» SINTEF Energi, 2012.

(3) Bloomberg New Energy Finance, «New Energy Outlook 2018», 2018.