Norge har omtrent 50% av Europas lagringskapasitet i vannmagasiner. Her er Styggevatn øverst i Jostedalen som er hovedmagasin for Jostedal kraftverk. Foto Thomas Welte, SINTEF
Kraft Johan Hustad

En tid for å lade batteriene

Kronikk av NTNU-professor Johan Hustad

Det er mørkt ute nå, og mange av oss gleder oss til noen dager fri i jula for å lade batteriene. Vi bruker ofte det uttrykket når vi snakker om å samle energi som vi kan porsjonere ut ved behov. Det er intuitivt for oss mennesker at ikke all energi kan brukes samtidig som den lages. Og noen ganger er energibehovet ekstra stort.

1
Det er mange måter å lade batterier på, både fysiske og mentale. Sol og vann spiller gjerne en rolle i begge variantene (Foto: Hege Tunstad/NTNU Energi)

For eksempel julaften i timene før julen ringes inn. Hver en komfyr og stekeovn i Norge gløder av innsats for å få ribbe, pinnekjøtt og lutefisk (og muligens noen Grandiosa, juletorsk og andre varianter over julemiddag) på bordet. Tenk på all den strømmen vi bruker samtidig da! Vi er heldige som bare kan skru på ovnene og vite at uansett så er det ren vannkraft som står for julekosen. Sånn er det ikke overalt. Det som er likt er at vi mennesker gjør ting samtidig, tradisjonsbundet og vanepreget. Det som er forskjellig er tilgangen til ren kraft.

I Europa vokser det frem ren fornybar kraft i stormfart (jada, sett inn morsomhet om vindkraft…). Vinden blåser når den blåser, og sola er standhaftig tilstede på dagtid, men ikke på kveld og natt. Fornybar kraft er fantastisk, men den har ikke den egenskapen at den kan porsjoneres ut ved behov. Da må den lade batterier, slik at det er nok å ta av når alle skal lage middag samtidig.

Det er ikke snakk om vanlige batterier, av typen du får kjøpt på Clas Ohlson, eller de som er i mobiltelefonen din. Men de deler noen av egenskapene. Vi har vel alle mobiltelefoner som skulle hatt batterier som varte lengre mellom hver ladning. Problemstillingene for Europas strømnett og mobiltelefonen din har en del til felles. Og har du en EL-bil er du midt i smørøyet for Europas utfordringer. Vi er verdensmestre i å ta i bruk ny teknologi i Norge. El-biler er et godt eksempel.

Kong Olav fikk bil allerede som liten gutt. Ikke hvilken som helst bil heller. Dette er nemlig en tro og avansert kopi av en ordentlig Cadillac fra 1912, men med elektrisk motor.Det ble bygget tre slike biler. Kong Olavs var en julegave fra mormor, dronning Alexandra av Storbritannia, i 1912. Den andre fikk prinsen av Siam og den siste bilen fikk barnebarnet til Cadillacs grunnlegger, Wilfred Leland Jr.Det sies at Kong Olav flittig brukte den lille bilen på Bygdøy kongsgårds mange grusganger. (Foto: A.B. Wilse/Det kongelige hoffs fotoarkiv)
Kong Olav fikk bil allerede som liten gutt. Ikke hvilken som helst bil heller. Dette er nemlig en tro og avansert kopi av en ordentlig Cadillac fra 1912, men med elektrisk motor.Det ble bygget tre slike biler. Kong Olavs var en julegave fra mormor, dronning Alexandra av Storbritannia, i 1912. Den andre fikk prinsen av Siam og den siste bilen fikk barnebarnet til Cadillacs grunnlegger, Wilfred Leland Jr.Det sies at Kong Olav flittig brukte den lille bilen på Bygdøy kongsgårds mange grusganger. (Foto: A.B. Wilse/Det kongelige hoffs fotoarkiv)

Kong Olav var først ute med EL-bil, men det er så lenge siden at det blir bare en fornøyelig anekdote.

Norge var også tidlig ute med å forsøke å produsere elbiler (sikkert alt for tidlig). For 15 år siden ble drømmen om en norskprodusert elbil virkeliggjort. Produksjonen av Think City var planlagt i Aurskog med en årsproduksjon på 7.000 biler. Og etter en vanskelig økonomisk fortid var nye investorer kommet inn.

Think City - et kortlevd norsk el-bil-eventyr (Foto: Wikipedia)
Think City – et kortlevd norsk el-bil-eventyr (Foto: Wikipedia)

Produksjonen av bilene kom for så vidt i gang, men leveransen av batterier fra det amerikanske firmaet Tesla var blitt forsinket. Think ble etter hvert verdenskjent da Ford gikk inn som eier, og kanskje like godt kjent på nytt, da Ford gikk ut og konkursen etter en stund var et faktum. Nå kommer Teslabatteriene med bil rundt ferdig levert fra USA.

Batteri med bil rundt
Høres det rart ut å kalle det et batteri med bil rundt? Når EL-bilen står i ro koblet til strømnettet kan den gjøre mye mer enn å bli ladet. Den er som en bank for strøm, der du eier banken og kan passe på eller låne ut strøm etter behov.

Og har du noen solceller på taket er du raskt på vei inn i fremtiden, der du ikke lenger er en strømforbruker, men også en leverandør. Det er ikke mange i Norge som gjør dette enda, men om et par år er det vanlig. I land der strøm er dyrere enn Norge er folk mer bevisst på kostnader og har lettere for å oppsøke nye muligheter.

Samvirkelag for solstrøm
Et eksempel er selskapet Sonnen som tilbyr kunder i Tyskland muligheten til å eie egen strømforsyning. Det handler om solcellepaneler og et Sonnen-batteri som kan levere rundt 75 prosent av en typisk husholdnings strømforbruk, og resten leveres fra nettet gratis for å balansere tjenester som tilbys.(Jeg skriver ikke dette som reklame, men som et eksempel på hvordan tjensestene koblet til strømsystemet er i endring.)

En fjerdedel av de 15.000 batterisystemene som er installert i Tyskland av Bayern-baserte Sonnen, leverer for øyeblikket frekvensreguleringstjenester til nettet (bruker batteriet ditt som strømbank). Ekstrainntekten betyr at kunder kan få tilgang til nettstrøm gratis når deres solpaneler ikke leverer nok strøm.

Det koster jo litt å kjøpe seg inn i et slikt system, for både solceller og batterier er dyre. Men er du med i et system som Sonnen så reduseres nedbetalingsperioden for å dekke kostnadene for systemet med mellom 2 og 4 år. Foreløpig tar det 11-12 år i nedbetaling i Tyskland, ifølge selskapet.

Det begynner å bli mange batterier koblet til solceller, og de fleste er online. Hos Sonnen er alle koblet sammen via en plattform som kalles Sonnen Community, og over denne plattformen kan kundene dele overskytende solkraft – den strømmen de ikke trenger der og da. Selskapet Sonnen kjøper tilbake overskuddskraft, og selger den rabattert til andre kunder i systemet vi like godt kan kalle sol-samvirkelaget.

Slik illustrerer Sonnen hvordan deres sol-samvirkelag fungerer. (Screengrab fra www.sonnenbatterie.de/en/sonnenCommunity)
Slik illustrerer Sonnen hvordan deres sol-samvirkelag fungerer. (Screengrab fra www.sonnenbatterie.de/en/sonnenCommunity)

Dette er et eksempel på hvordan helt nye forretningsmodeller utvikles samtidig med at ny teknologi blir tilgjengelig og tas i bruk. Det skjer mye raskere lenger sør i Europa, der strømmen er dyrere enn i Norge.

Høsting av vill kraft
Batterier er det nye mellomlageret. Akkurat som frysere har vært i matproduksjon. På samme måte som ikke all fisk kan spises med en gang den er kommet på land, kan ikke all kraft brukes straks den er laget. Ideelt sett hadde det vært sol og vind akkurat når behovet for kraft er der, men sånn er ikke verden. I tillegg er det umulig å spå været perfekt. Å bruke batteri til lagring i elektrisitetsnettet har vakt stor interesse i EU, både hos regulerende myndigheter og i mange Universitets- og forskningsmiljøer. Minst to EU-medlemsstater (Tyskland og Storbritannia) har nylig begynt å skaffe seg mer dedikert lagring for distribusjon på deres elnett, og det forventes mer i perioden frem mot 2030.

Det er to viktige teknologitrender som forklarer hvorfor batterier er blitt så populære nå:

(1) Økt innfasing av variabel fornybar elproduksjon (fornybar – vind og solkraft). Jo mer ukontrollerbar kraft jo større behov for lagringssystemer som er koblet til overføring og distribusjonsnett for å gi kortsiktig fleksibilitet (eksempelvis ta unna når alle lager middag samtidig).

(2) Økning i små lagringssystemer som vil bli installert i distribusjonsnettet når forbrukerne (hovedsakelig husholdninger) investerer i solkraft pluss batterisystemer for økt selvforbruk. Slik som eksempelet Sonnen i Tyskland.

Milliarder av Teslaer i en innsjø.
Så kan man spørre seg om batterier i hver kjeller egentlig har noen stor betydning. Og om bruk av EL-biler som mellomlager for strøm monner. Når de nye strømmålerne kommer er det rom for å tenke seg smarte løsninger og styringssystemer som utnytter kapasiteten godt. Men Norge ligger likevel an til å sakke akterut siden vi er altfor privilegerte. I Norge har vi jo vannkraft som via turbiner og generatorer produserer fornybar elektrisitet som distribueres til forbrukerne. Lagring av vann i dammer gir store lagerkapasiteter. For eksempel kan vannlageret Blåsjø tilsvare 1,3 milliarder Tesla-biler (Tesla har jo også løftet batteriet ut av bilen og laget en husversjon). Da snakker vi massive batterier.

Blåsjø er mer enn bare en vakker innsjø. Den er et energilager som tilsvarer 1,3 milliarder Tesla-biler. (Foto: Statkraft)
Blåsjø er mer enn bare en vakker innsjø. Den er et energilager som tilsvarer 1,3 milliarder Tesla-biler. (Foto: Statkraft)

Men ikke alle batterier er like gode til all bruk. For det er ikke slik at batterier kan lagre all mulig energi. Lagring av energi kan karakteriseres i sekunder, minutter, timer, dager og lengre. I tillegg er det svært viktig hvor man «plasserer» et lager. Batterier lagrer jo elektrisitet og avhengig av hvor i verdikjeden fra produksjon av elektrisitet via overføring til sluttbruker er det mulig å bruke batterier?

Hvis batteriet bor hjemme hos hver av oss, og er kombinert med solkraft, trenger batteriet stort sett å kunne utjevne effekttopper (høyt forbruk), og bruk når det ikke er sol. Slike batteri kan typisk ikke håndtere mørketid eller lengre kuldeperioder, og vil kunne levere sin effekt typisk i maks 10 timer slik at annen back-up for lengre varighet er nødvendig. Kombinasjonen batterier, vannkraft og muligens fossil kraft blir da nødvendig i overskuelig fremtid. For industri er det ikke enklere, men både batterier og forretningsmodeller rundt ny teknologi gjennomgår en revolusjon nå, så hva vi får se i nær fremtid er vanskelig å spå.

Mer enn mellomlager
Energiregulering er imidlertid bare en liten tjeneste fra et lagringssystem. I en Rocky Mountain Institute studie på økonomien av energilagring, har forskere etablert 13 grunnleggende tjenester.

Rocky Mountain Institute sin studie på økonomien av energilagring peker på 13 grunnleggende tjenester for tre ulike målgrupper. (Grafikk: Rocky Mountain Institute)
Rocky Mountain Institute sin studie på økonomien av energilagring peker på 13 grunnleggende tjenester for tre ulike målgrupper. (Grafikk: Rocky Mountain Institute)

De fleste energilagringssystemer håndterer en eller flere av tre oppgaver:

  1. reduksjon i etterspørsel av toppeffekt
  2. reservekraft
  3. økt selvforbruk

Dette resulterer i at batterier sitter ubrukte eller passive i godt over halvparten av systemets levetid. For eksempel brukes et energilagringssystem utelukkende for reduksjon av etterspørsel av toppeffekt for bare 5 til 50% av levetiden. De fleste batterier leverer en enkelt primær tjeneste. Likevel kan kundeorienterte, flerbruksbatterier levere de fleste tjenester og verdier til kunder og nett.

Stormakter kjemper kraftkamp – EU sakker akterut
Det er sterk konkurranse om å bygge de beste batteriene nå. Og om å ha de største fabrikkene.

I Nevada i USA bygger Tesla batterier, I Kina bygges Mercedes sine, mens Opel har valgt Sør-Korea. Majoriteten av batteriproduksjonen skjer i Asia. Investeringene øker, kapasitetene øker, prisene går ned, hvor skal dette ende? En annen ting er at materialkostnadene utgjør 70% av batterikostnadene, og disse øker (f.eks. Litium +30%, Nikkel +20% siste året) slik at industrien er tilbakeholdne på å satse. Kina har 121000 MWh i produksjon og planer mens USA har 36000 MWh, Europa er fraværende på ren batteriproduksjon men har noe kapasitet på systemer (sette ting sammen) i Polen. I Trondheim har vi nå to batterifabrikker, Siemens og PBAS. De er vel strengt tatt mer monteringsfabrikker, men likevel eksempel på noe sjeldent i Europa.

Jeg var nylig på en SET-plan (SET=Strategisk Energi Teknologi) konferanse i Bratislava. Der var batterier et «hot» tema og mye diskutert. Oppsummeringen for EU er at batteriforskningen er i verdenstoppen, men produksjon av batteriteknologi er helt fraværende. Industrien har vært skeptisk til om dette er et marked, så EU kommisjonen har lansert et batteri-initiativ for å se hva som må gjøres. Pierre Blanc (Chief Technology Officer, temporary working group on batteries for e-mobility and stationary storage) oppsumerte viktige områder for videre batteriforskning og produksjon:

  • Materialteknologi (andre enn Litium)
  • Produksjonsteknologi
  • Hurtiglading
  • Resirkulering av materialer

Åpning av SET Plan årskonferanse og 10 års Jubileum. Dominic Ristori, Director General Directorate General for Energy European Commision innleder. (Foto: Johan Hustad/NTNU Energi)
Spesielt det siste handler om sirkulær økonomi og bærekraft. Evnen til å gjenvinne materialer er svært viktig mht bærekraft. På produksjonssiden er det også viktig hvilken energikilde som brukes. For eksempel vil batterier produsert i Kina med kullkraft ikke være miljøvennlige, og i et livssyklus perspektiv ikke være veien å gå. Analyser frem mot 2020 tilsier likevel at Kina vil dominere vesentlig med 62% av markedet for mobil transport (biler i hovedsak), mens andre land som USA tar 22% av markedet, Sør Korea 13% og Polen 3%.

Florence Lambert, som representerer CEA i Frankrike som den eneste store Forskningsinstitusjonen, sa at Europa må samarbeide og samhandle over landegrensene. Når vi vet at Panasonic har 5000 forskere på batteriteknologi – hvordan kan vi konkurrere uten samarbeid i Europa? Spørsmålet blir nå hvordan vi kan lage en «fast track to innovation» i Europa som kan konkurrere med Asia og USA. Det sies at det ikke mangler penger, men gode ideer og systemer for håndtering av disse i EU.

Så, hva betyr dette for Norge? Hva skal Europa gjøre?
Jeg ser flere mulige områder vi kan gjøre en forskjell i et europeisk energisystem av sterkt økende andel av uregulert kraft:

  1. Videreutvikle Norges kompetanse innen lagring i Vannkraftanlegg og forsyning til Europa (Sjekk ut prosjektet Hydroflex for eksempel)
  2. Synliggjøre og teknisk etablere naturgass og på sikt karbonfri hydrogen fra naturgass som back-up og storskala lager for Europa
  3. Norge er verdensledende i å ta i bruk ny teknologi (tenk EL-biler). Vi produserer ikke batterier men bruker de, og er dermed en stor kilde til kunnskap og senere mulig utvikling og industriell bruk av ny teknologi. Vi er et levende laboratorium, og må høste mer av den kunnskapen og utvikle nye tjenester og forretningsmodeller for å ta ut kommersiell verdiskaping.
  4. Vi har en fremoverlent maritim og offshore industri som allerede ser mulighetene av å utvikle karbonfrie løsninger som kan skape et stort internasjonalt potensiale for næringsutvikling

Hva venter vi på?
Vi har jo alle natur-ressursene! Vi har Vannkraften, vi har gassressursene, vi har verdensledende lettmetallindustri både på produksjon og miljø. Vi har kunnskapen og kompetansen i over 40 år med forskning og forskningsbasert utdanning! Vi skal jo inn i fremtiden uansett, det er bedre å definere den og skape nye muligheter enn å tilpasse oss den uten muligheter for Norsk verdiskaping.

Kronikken ble opprinnelig publisert på Forskning.no. Gjengitt med forfatterens tillatelse.

Annonse
Ads banner