Energilagring för reservkraft - Flödesbatterier och metallförbränning som energilagring för bergrum

FOI har studerat och utrett två energilagrings och energiutvinningssystem för bergrumsapplikationer åt Fortifikationsverket. De två studerade systemen är flödesbatterier och metallförbränning. Kravspecifikationen var ett system som ska kunna leverera 100 kW i 24 h, FOI skulle även utreda robusthet, redundans, uppstartstid, beräkna kostnad och underhåll av system med mera. För flödesbatterisystemet dras slutsatsen, efter att ha genomfört omvärldsanalysen, att det vanadinbaserade flödesbatteriet är det mest lämpliga för applikationen med dagens underlag. Omvärldsanalysen genomfördes med fokus på typ och kemi av olika flödesbatterier. En omvärldsanalys av kommersiella producenter genomfördes även. Beräkningar för dimensionering och underhållskostnadsanalys av system utfördes likväl. Det framkom därmed att kostnaden för att köpa ett kommersiellt tillgängligt vanadinbaserat flödesbatteri är cirka 1,2 miljoner euro. FOI har beräknat kostnader för att köpa in komponenter till ett vanadinbaserat flödesbatteri varvid summan blir cirka 7,4 miljoner SEK (~ 720 000 euro). För flödesbatteriet definierar elektrolytvolymen systemets kapacitet och totalarean på cellerna definierar systemets effekt. Utifrån beräkningar baserade på data från den danska tillverkaren Visblues system ger 2×1000 dm3 elektrolyt 50 kWh, d.v.s. 25 Wh/dm3. För att erhålla 2400 kWh behövs 48 gånger elektrolytvolymen jämfört med 50 kWh-systemet. Totala volymen för 2400 kWh blir därmed 2×48 000 dm3. Beroende på inbördes placering av elektrolytbehållarna kan area och volym, dvs installationens upptagna utrymme optimeras. Flödesbatteriet har en kort uppstartstid vilken ligger i millisekundspannet. Utifrån hur man designar sitt system kan systemet starta och drivas utan extern strömkälla. FOI bedömer vanadinflödesbatteriet som säkert och robust. Elektrolyten är vattenbaserad och därmed inte brandfarlig. Systemet är även enkelt att underhålla och underhållet kräver ingen specialistkunskap. Metallförbränning är en teknik där kommersiella system ännu inte finns tillgängliga. Forskare och ingenjörer hos Eindhoven tekniska universitet och företaget Metalot anses ligga i framkant gällande metallförbränning och har satt ihop en pilotanläggning för kommersiellt bruk. Vid diskussion med deras representanter jämfördes metallförbränningsprocessen med kolkraftsprocessen. De stora skillnaderna mellan de två processerna är att metallen i metallförbränningsprocessen brinner vid en högre temperatur, än den temperatur som används i kolkraftsprocessen och att metallförbränningsprocessen har partiklar med sig under hela förbränningsförloppet. Verkningsgraderna antas vara liknande varandra, verkningsgraden för ett modernt kolkraftverk ligger runt 45 %. De metaller som utreds för processen i denna rapport är järn och aluminium. För att tillmötesgå kravspecifikationen, 2400 kWh, krävs ett metallpulverlager med antingen 319 dm3 (2222 kg) järn eller 227 dm3 (620 kg) aluminium. Själva elproduktionen kan ske med olika tekniker men de två mest attraktiva är med en stirlingmotor eller ångproduktion med rankinecykel. Ett projekt där FOI skulle köpa in komponenter och bygga en 100 kW pilotanläggning skulle kosta runt 8-12 miljoner SEK. Lagerhållningen för metallpulver bedöms underhållsfri, billig och robust.