• No results found

Framtida  energilagring  till  off-­‐grid  basstationer

I  detta  kapitel  sammanställs  litteraturstudierna  om  energilagringstekniker  och  jämförs   kortfattat.  Likt  kapitel  5  kommer  de  olika  teknikerna  sedan  jämföras  i  en  matris  där  de   mest  lämpliga  energilagringsteknikerna  sedan  undersöks  närmare.    

En  utav  de  viktigaste  faktorerna,  som  påverkar  utgången  för  hur  lyckosam  en  övergång   till  förnyelsebara  källor  blir,  är  energilagringen.  Just  nu  är  ett  av  de  största  problemen   med   nyare   energikällor   att   energin   levereras   oregelbundet,   detta   problem   kan   dock   minskas  med  hjälp  av  energilagring.  (Etsi,  2009)  

I   dagsläget   finns   det   ett   flertal   olika   scenarier   där   energilagring   är   önskvärd.   Dels   i   händelse  av  underhåll  av  eller  vid  fel  på  energihuvudkällan,  en  reservlösning  med  andra   ord.  Dels  kan  energilagring  användas  för  att  öka  kvaliteten  på  energifördelningen  och   användas  som  tillskott  vid  en  högre  efterfrågan.  Det  fall  som  vi  dock  står  inför  här  är,   liksom   ovan   beskrivet,   framförallt   problematiken   med   den   oregelbundet   levererade   energi   som   ofta   är   förknippad   med   förnyelsebara   energikällor.   Något   som   kräver   energilagring   som   kan   fungera   som   buffert   då   energisystemet   ej   levererar   tillräcklig   energi.  (Etsi,  2009)  

Nedan   är   fyra   energilagringstekniker   som   kan   fungera   i   samband   med   basstationer   kortfattat  beskrivna  och  jämförda.  

6.1  Traditionella  blybatteriet.  

I  dagsläget  är  det  vanligaste  sättet  att  lagra  energi  det  traditionella  blybatteriet,  likt  det   som   finns   i   de   allra   flesta   bilar.   Att   tekniken   funnits   sedan   mitten   på   1800-­‐talet   och   därefter  genomgått  kontinuerlig  teknisk  förbättring,  innebär  att  det  är  en  utav  de  mest   mogna   och   billigaste   lösningar   som   finns   på   marknaden   idag   (Leadbetter   och   Swan,   2012).    Det  faktum  att  den  är  väldigt  lättillgänglig  och  modulär,  medför  att  den  därmed   är  enkel  att  integrera  med  basstationers  energisystem.    

Blybatterier   kan   dimensioneras   till   att   passa   basstationer   och   därmed   uppfylla   driftkraven  på  att  försörja  basstationen  med  energi  upp  till  flera  timmar.  Det  är  även   möjligt  att  ladda  batterierna  genom  överskottsenergi  under  användning  av  huvudkällan   till  energi.    

De   negativa   egenskaperna   hos   traditionella   blybatterier   är   i   detta   sammanhang   framförallt   deras   förhållandevis   korta   livslängd   samt   känsligheten   för   höga   och   låga   temperaturer.   Detta   är   något   som   är   problematiskt   i   samband   med   basstationer   då   temperaturerna  kan  variera  kraftigt.  Detta  innebär  att  basstationen  ofta  måste  ha  en   anordning  för  att  reglera  temperaturen,  något  som  i  sig  kan  stå  för  en  ganska  stor  andel   av  energiförbrukningen  (Lubritto,  et  al.,  2010).    

Även   om   tekniken   är   väldigt   mogen   sker   det   ändå   kontinuerligt   små   förbättringar.   (Leadbetter  och  Swan,  2012).    Dessa  förbättringar  är  framförallt  riktade  till  de  brister   som   är   nämnda   ovan   gällande   livslängd   samt   arbetstemperatur,   men   även   till   att   förbättra  batteriets  prestanda.  

6.2  Litiumjonbatteriet.  

Ett  alternativ  som  väntas  ta  allt  större  marknadsandelar  är  litiumjonbatteriet,  mycket   tack  vare  deras  långa  livslängd,  höga  energidensitet  och  effektivitet.  Jämfört  med  det   blyackumulatorn   är   litiumjonbatteriet   förhållandevis   ny   på   marknaden,   vilket   innebär   att  tekniken  inte  mognat  till  fullo  ännu.    

Sett   till   driftkraven   på   basstationer   är   litiumjonbatteriet   fullt   tillräckligt,   det   har   både   högre   energidensitet   livslängd   och   effektivitet   jämfört   med   blybatteriet   som   i   större   utsträckning   är   det   alternativ   som   används   idag   (Leadbetter   och   Swan,   2012).   Ett   litiumbatteri   klarar   därför   av   både   fler   och   längre   avbrott   än   konkurrenterna.   Likt   Blybatteriet   är   det   också   modulärt   och   enkelt   att   integrera   ett   litiumbatteri   med   ett   större  energisystem.                                                                  

Prestandamässigt  är  därför  detta  alternativ  egentligen  bättre,  det  som  dock  talar  emot   tekniken  i  nuläget  är  dock  priset.    Ett  litiumjonbatteri  kan  idag  kosta  3-­‐4  ggr  mer  än  de   mer  traditionella  alternativen.  Dessa  kostnader  väntas  dock  minska  de  kommande  åren   när   tekniken   mognar   och   produktionsleden   förbättras.   Teknikens   breda   potential   har   lett  till  att  den  i  nuläget  är  den  batteriteknik  som  det  forskas  allra  mest  om  (Leadbetter   och   Swan,   2012).   Forskningen   är   framförallt   inriktad   på   att   minska   kostnaderna,   förbättra  prestandan,  öka  livslängden  samt  förbättra  säkerheten.  Även  om  det  redan  är   en   högpresterande   energilagringsenhet   återfinns   fortfarande   mycket   potential   i   tekniken  som  ännu  ej  har  uppfyllts  (Leadbetter  och  Swan,  2012).    

6.3  Bränsleceller    

Något  som  även  tidigare  diskuterats  i  kapitel  fem,  är  bränsleceller.  I  förra  kapitlet  låg   fokus  framförallt  på  att  utreda  teknikens  potential  att  ersätta  dieselgeneratorn  medan   detta  kapitel  framförallt  undersöker  dess  potential  som  energilagringsenhet.    

I   det   här   avseendet   skulle   huvudkällan   till   energianvändas   för   att   producera   väte   på   plats   genom   exempelvis   elektrolys   av   vatten.   Vätet   utgör   sedan   drivmedlet   till   bränslecellerna.   Då   drifttiden   på   bränslecellerna   är   helt   och   hållet   knuten   till   dess   bränsletillgång   går   det   att   säkerställa   driften   till   basstationer   (Crouch,   2011).   Genom   dimensionering   av   energisystemet   går   det   att   kontrollera   hur   mycket   bränsle   som   produceras  och  därmed  också  hur  lång  tid  basstationen  drivs  av  enbart  bränslecellerna.   Det   här   innebär   att   bränsleceller   har   potential   att   försörja   basstationen   med   energi   under   längre   perioder   jämfört   med   traditionella   batterier   samt   att   driftstoppen   på   basstationer   minimeras   och   tillförlitligheten   på   energisystemet   ökar   (Crouch,   2011).   Inte  enbart  för  att  det  går  att  kontrollera  mängden  tillgänglig  bränsle  utan  även  för  att   tekniken   är   robust   tack   vare   avsaknaden   på   rörliga   delar.   Det   här   gör   även   att   bränsleceller  har  en  väldigt  lång  livslängd  där  effektiviteten  inte  minskar  lika  drastiskt   som  hos  traditionella  batterier.    

Ytterligare   en   fördel   med   bränslecellerna   är   att   de   ej   är   lika   känsliga   för   temperaturskillnader   (Crouch,   2011).   Förmågan   att   arbeta   under   vidare   temperaturspann   innebär   att   basstationens   temperaturreglage   ej   behöver   nyttjas   i   samma   utsträckning   som   om   traditionella   blybatterier   används   vilket   gör   att  

Det   som   talar   emot   tekniken   är   framförallt   kostnaderna.   Att   producera   väte   på   plats   genom   exempelvis   elektrolys   av   vatten   är   kostsamt,   framförallt   är   det   höga   investeringskostnader   för   att   sådant   system   (Edwards,   et   al.,   2008).     Ytterligare   en   problematik  är  förvaringen  av  väte  på  plats.  Detta  kräver  en  hel  del  utrymme  och  är  i   sig  en  hög  kostnad.  Dessa  kostnader  är  den  största  barriären  för  att  bränslecellerna  ska   kunna  ta  en  större  marknadsandel.  För  att  tekniken  skall  kunna  konkurrera  krävs  det  en   snabbare   utvecklingstakt   än   den   nuvarande,   och   framförallt   en   snabbare   utvecklingstakt  jämfört  med  konkurrerande  tekniker  som  exempelvis  litiumjonbatteriet   (Crouch,  2011).    

6.4  Tryckluft.    

Ytterligare  en  teknik  som  kan  vara  intressant  att  nämna  i  sammanhanget  är  tryckluft.   Energilagring  med  hjälp  av  tryckluft  baseras  på  att  luft  komprimeras  och  lagras  under   högt  tryck  för  att  sedan  användas  till  att  driva  en  turbin  som  i  sin  tur  genererar  energi   (Madlener  och  Latz,  2010).  I  dagsläget  är  tekniken  inte  särskilt  utbredd  och  har  därtill   inte   heller   mognat   tillräckligt   för   att   ekonomiskt   kunna   konkurrera   med   de   andra   alternativen  som  nämnts  tidigare.    

Tryckluft   har   en   väldigt   kort   uppstartningstid,   men   klarar   däremot   inte   av   att   driva   basstationen   under   längre   avbrott,   något   som   innebär   att   tekniken   ej   klarar   av   de   driftkrav  som  ställs  på  energilagringen  hos  en  basstation.  En  intressant  aspekt  är  dock   att  vid  användningen  expanderar  luften  och  kyls  i  och  med  detta  ned  tack  vare  att  gaser   enligt   termodynamiska   lagar   kyls   när   de   expanderar.   Det   här   är   en   aspekt   som   är   intressant  för  basstationer  då  en  stor  del  av  energianvändningen  ofta  går  till  att  kyla  ner   systemet.   Det   är   detta   som   gör   tekniken   intressant,   och   är   ett   exempel   på   hur   tankegångarna  bör  gå  när  energisystemet  till  framtidens  basstationer  utformas.  

Även  om  tekniken  ej  kommer  att  ta  några  större  marknadsandelar  visar  den  ändå  på   hur  energisystemet  kan  integreras  med  basstationen  och  fylla  fler  funktioner  än  en.  I   motsats   till   dess   batterikonkurrenter   klarar   den   av   höga   temperaturer   och   har   dessutom  en  lång  livslängd  om  den  utformas  rätt.  Det  är  dock  en  komplicerad  design   och   det   är   dessutom   komplicerat   att   integrera   tekniken   med   basstationer.   Ytterligare   ett  hinder  är  effektiviteten  hos  tryckluften,  denna  kan  vara  svår  att  få  tillräckligt  hög  för   att  det  ska  vara  ett  gångbart  alternativ  för  energilagring  hos  basstationer.  

6.5  Sammanställning  

Utav  ovanstående  litteraturstudie  i  kapitel  6  har  en  matris  sammanställts  där  de  olika   teknikerna  ställs  mot  krav  och  önskemål  på  egenskaper  energilösningarna  bör  besitta.   Resultatet  syns  i  figur  4.    

 

 

Figur  4:     Sammanställning  av  lagringstekniker  och  deras  egenskaper.  

Som  framgår  i  figur  4  är  traditionella  blybatterier  och  litiumjonbatterier  de  tekniker  som   har  störst  potential  att  i  framtiden  försörja  basstationer  med  energi.  Hur  dessa  tekniker   väntas  utveckla  redovisas  kort  i  nästkommande  kapitel.  

5.7  Djupare  jämförelse  mellan  Blybatterier  och  litiumjonbatterier.  

Även   om   det   i   det   aktuella   läget   står   klart   att   det   bästa   nuvarande   alternativet   för   energilagring   till   basstationer   är   det   traditionella   blybatteriet   (se   figur   4),   finns   det   indikatorer  som  pekar  på  att  litiumjonbatterier  kan  komma  att  konkurrera  med  dessa   redan   om   ett   par   år.   De   faktorer   som   framförallt   är   intressanta   att   titta   på   är   den   tekniska   utvecklingen   hos   de   båda   teknikerna   samt   den   spådda   ekonomiska   utvecklingen.    

Båda  teknikerna  genomgår  teknisk  utveckling  som  framförallt  riktar  sig  till  att  förbättra   prestandan  och  livslängden.  I  figur  5  framgår  ungefär  hur  egenskaperna  och  prestandan   hos  blybatteriet  samt  litiumjonbatteriet  ser  ut  i  dagsläget.  

   

  Bly  Ack.   Li-­‐pol.   Bränslecell   Tryckluft  

Driftkrav   X   X   X    

Uppladdningsbara   X   X   X   X  

Ej  kräva  omfattande  

underhåll   X   X   (X)   X  

Kostnadseffektiva   X   (X)      

Lång  livslängd     X   X   X  

 

Egenskap   Bly  ack.   Li-­‐pol  

Livslängd  (antal  cykler  vid   80%  SOC)  

200-­‐1800   3000+  

Systemkostnad  (US$/kwh)   200-­‐600   600-­‐1200  

Energidensitet  (Wh/l)   50-­‐80   200-­‐500  

 

Figur  5:      Egenskaper  och  prestanda  hos  blybatterier  och  litiumjonbatterier.   Även   om   blybatteriet   har   funnits   länge   på   marknaden   sker   det   fortfarande   forskning   som  har  potential  att  förbättra  både  prestandan  och  livslängden.  Det  här  talar  för  att   blybatteriet  kan  komma  att  konkurrera  även  med  framtidens  energilagringstekniker.  Ett   exempel   på   detta   är   bly/kol-­‐batteriet   vilket   spås   förbättra   livslängden   betydligt   (Leadbetter  och  Swan  2012).  Denna  teknik  är  långt  ifrån  kommersialiserad,  blybatteriet   har   de   senaste   decennierna   hållit   en   jämn   utvecklingskurva   och   några   revolutionära   genombrott  är  inte  att  vänta  för  en  sådan  mogen  teknik.    

Litiumjonbatteriet  är  idag  den  teknik  som  det  forskas  mest  omkring.  Även  om  det  sker   forskning  riktad  till  att  förbättra  dess  prestanda  är  den  framförallt  koncentrerad  till  att   minska   kostnaderna   (Leadbetter   och   Swan   2012).   I   figur   5   framgår   det   att   litiumbatteriet  prestandamässigt  är  att  föredra  framför  det  traditionella  batteriet.  Det   som  talar  emot  tekniken  är  framförallt  de  höga  kostnaderna.  I  takt  med  att  tekniken  tar   större   marknadsandelar   kommer   dock   produktionskostnaderna   minska   i   takt   med   att   volymen  ökar.  I  figur  6  framgår  att  systemkostnaderna  väntas  falla  med  upp  till  65  %   från  2009  till  år  2020  (Dinger  et.  Al,  2010).  Detta  är  till  stort  ett  resultat  av  att  tekniken   mognar  vilket  i  sin  tur  innebär  att  produktionsleden  förbättras.  I  dagsläget  är  77%  av   kostnaderna  direkt  påverkade  av  produktionsvolymen,  i  samband  med  att  tekniken  tar   större   marknadsandelar   och   produktionen   ökar   kommer   dessa   kostnader   minska   per   enhet  (Dinger  et.  Al,  2010).  Vid  detta  läge  kan  priserna  vara  så  pass  låga  att  de  utgör  en   allvarlig  konkurrent  till  de  i  dagsläget  dominerande  blybatterierna.  

 

 Figur  5:     Kostnadsprojektioner  för  litiumjonbatterier  (Dinger,  et  al.,  2010)  

 

 

 

0  

500  

1000  

1500  

2009   2020  

US$/kwh  

År  

Ej  

Related documents