Batteri i form av vatten
Vad är ett vattenbatteri
Ett vattenbatteri är en typ av energilagringsenhet som använder vatten som lagringsmedium. Syftet med ett batteri är att ha möjlighet att skilja på tidpunkten för energiproduktion och konsumtion (energiomvandling). I ett vattenbatteri sparas energin antingen i form av potentiell energi, termisk energi men även ”agrar-/jordbruksenergi”. Den senare har säkert annat namn men är helt enkelt bara ett sätt att kunna bedriva jordbruk under torra perioder. Exempel på detta är Sri lankas uråldriga bevattningsanläggningar.
Potentiell energi innebär vanligtvis att fördämma vatten eller att pumpa vatten uppför till en reservoar när överskottsenergi finns tillgänglig, och sedan släppa ut vattnet genom en turbin för att generera elektricitet när det behövs. Vattnet i reservoaren fungerar som ett ”batteri” genom att lagra energi i form av potentiell energi. Denna typ av energilagring kan användas för att jämna ut fluktuationer i förnybara energikällor som sol- och vindkraft.
Termisk energi innebär att vattnet värms upp av t.ex solen. Denna värme lagras i vattnet längre tid än i t.ex luft. Den termiska energin kan antingen användas för just uppvärmning eller för att omvandlas till främst el.
Vattenbatteri är en del i ett system
Ett batteri är ju en del i ett system eftersom funktionen är att öka flexibiliteten mellan produktion och konsumtion (omvandling) av energin i det.
Att fylla (ladda) ett vattenbatteri kan göras på olika sätt. De vanligaste är:
- Elektriskt: En eldriven pump pumpar upp vatten till en reservoar.
- Fysiskt: Ett vattendrag fyller en damm/reservoar/fördämning. Markens lutning leder vattnet och ingen annan kraft behövs.
- Mekaniskt: En mekanisk pump som drivs av muskelkraft, strömmande vatten eller vind fyller vattenbatteriet.
- Termiskt: Solfångare eller annan värmekälla värmer vattnet. Vattnets förmåga att behålla värmen medför att värmen kan användas under längre tid eller vid annan tidpunkt. Beroende på hur värmen lagras varierar tiden hur länge värmen kan lagras.
Att använda vindkraftverk och solpaneler i kombination med ett vattenbatteri (men även andra typer av batterier) är ju ett självständigt och förnyelsebart energisystem.
Exempel på (storskaliga) vattenbatterisystem
Storskaliga vattenbatterisystem kan hittas på en mängd olika platser och i olika former:
- Vattenkraftverk: Många vattenkraftverk använder en damm för att lagra vatten i en reservoar, som sedan kan släppas ut genom en turbin för att generera elektricitet efter behov.
- Pumplagrade vattenkraftverk: Dessa kraftverk använder elektricitet för att pumpa vatten från en nedre reservoar till en övre reservoar, och släpper sedan ut vattnet genom en turbin för att generera elektricitet vid behov.
- Tidvattenkraftverk: Dessa kraftverk använder energin från tidvattnet för att pumpa in vatten i en reservoar under högvatten, och släpper sedan ut vattnet genom en turbin för att generera elektricitet under lågvatten.
- Flytande system till havs
Det är värt att notera att medan vissa av dessa system är mer utvecklade och i kommersiellt bruk, är andra fortfarande i forsknings- och utvecklingsstadiet.
Kan vattenbatterisystem även användas i liten skala?
Ett vattenbatterisystem i liten skala (småskaligt) används främst för bostäder eller kommersiella tillämpningar. Som tidigare skrivits så jämnas skillnaden mellan tidpunkten då energi finns tillgänglig från väderberoende eller förnybara källor som nederbörd, solpaneler eller vindturbiner, till dess att energin ska användas.
Ett exempel på ett småskaligt men ofta även mellanstort vattenbatterisystem är ett vattenkraftsystem med pumpning. I denna typ av system pumpas vatten från en nedre reservoar till en övre reservoar när överskottsenergi finns tillgänglig, och släpps sedan ut genom en turbin för att generera elektricitet när det behövs. Dessa system kan utformas för att vara relativt kompakta, vilket gör dem lämpliga för små till medelstora byggnader eller samhällen. På kanarieöarna används detta upplägg och i relativt stor skala.
Ett annat exempel på småskaligt vattenbatterisystem är att använda vatten som medium för att lagra termisk energi. Vatten värms upp med solenergi under dagen och värmen lagras i en tank. Solfångare används i många sammanhang för att värma upp vatten som sedan leds till t.ex. en ackumulatortank. Denna ackumulatortank är ju ett vattenbatteri. Det varma vattnet kan sedan användas för uppvärmning av radiatorer eller golvvärme. Ett annat sätt att värma upp vattenbatteriet/ ackumulatortanken är ju t.ex. vedeldad panna eller vattenmantlad eldstad.
Exempel på avvändning av vattenbatterier?
På Kanarieöarna pågår ett projekt där vatten pumpa vatten mellan två reservoarer som bildas av Chira- och Soria-dammarna. Enligt uppgifter (El Periódico de la Energía) kommer 3,5 GWh potentiell energi att kunna lagras. Då energibehovet är lågt används överskott från vind och sol för att pumpa vattnet. På detta sätt minskas behov av fossilt importerat bränsle.
När vindkraftverk eller solpaneler genererar mer el än vad som behövs kan överskottsenergin användas för att pumpa vatten från en nedre reservoar till en övre reservoar. Detta skapar potentiell energi i form av vatten på högre höjd. När elektricitet behövs släpps vattnet från den övre reservoaren och rinner tillbaka ner genom en turbin och genererar elektricitet, som sedan kan användas för att driva byggnader eller skickas tillbaka till elnätet då efterfrågan på el är högre.
Vattenbatterisystemet kan användas för att jämna ut fluktuationer i elektriciteten som genereras av vindkraftverk och solpaneler, vilket gör strömmen de producerar mer konsekvent och tillförlitlig. Det kan också bidra till att minska behovet av fossilbränslebaserade kraftverk som ska användas som reservkraft under perioder med låg förnybar energiproduktion.
Ett annat sätt är termisk lagring i en ackumulatortank. Göteborg energi byggde en 60 m hög ackumulatortank , https://www.goteborgenergi.se/i-var-stad/artikelbank/darfor-byggde-vi-goteborgs-storsta-termos. En annan liknelse de gör med ackumulatortanken är att jämföra den med ett batteri. För att när efterfrågan på fjärrvärme är lägre kan man ladda upp tanken med värme (max 1000 MWh) och spara den till senare när den verkligen behövs. De ser följande fördelar:
- Ekonomiska vinster genom färre antal start och stopp av produktionsenheter, vilket förlänger anläggningarnas livslängd och minskar underhållskostnaderna.
- Miljömässiga vinster genom mindre antal start och stopp av produktionsenheter.
- Leveranstrygghet genom att man med tanken klarar kortare produktionsstörningar.
- Genom att hålla en jämnare produktion och undvika laständringar skapas bättre förutsättningar till låga emissioner.
Ett vattentorn är ju ett storts vattenbatteri. Det förknippas inte med uppgiften att lagra energi till elproduktion utan snarare ett sätt att centralt tillföra lägesenergi i form av att lyfta vattnet till en högre höjd. På detta sätta kan konsumenter av vatten nyttja lägesenergin för att ha ett konstant tryck i vattenledningarna utan att decentraliserade vattenpumpar behöver samverka för att leverera lämpligt tryck. Vattentorn är en vanlig metod i våra samhällen. Samma teknik används ju i mindre skala, t.ex. vattentorn i kombination med en vindsnurra som fungerar som pump.
I bevattningssystem används ofta dammar för att samla vattnet. Det uppsamlade vattnet används varken för elproduktion eller termisk lagring utan helt enkelt för att kunna bevattna odlingar under perioder av bristande vattentillgång. Vattenbatteriet i from av dammar förskjuter tidpunkten av uppladdning till senare en senarelagd konsumtion.
Vad kan vi lära oss av detta?
- Vatten är livsviktigt men också väldigt praktiskt. Det finns i riklig mängd även om det inte alltid är av tillräcklig kvalitet. Vi kan använda vattnet för väldigt många tillämpningar. På denna sida har vi tangerat hur vatten används som ett batteri. Det är viktigt att inte begränsa oss att tänka på ett batteri för bara elektricitet. Vattnets egenskaper som värmebärare, vikt, vätska gör det lämpligt till betydligt mer än vad vi tänker på. Hur kan vi använda vattnet i ännu fler tillämpningar och samtidigt uppskatta dess rätta värde?
- Vattenbatterier är oftast ett miljövänligt alternativ. Att skapa dammar på bekostnad av naturen kan ju så klart diskuteras hur miljövänligt det är.
Vill du läsa mer
Det finns en hel del att läsa om vattenbatterier. Exempel på sökningar:
- pumped storage hydropower
- water battery
Läsvärt
- 10 Reasons to Love Water Batteries
- Canary Islands begins work on €400m “state of the art” hydro battery
- Construction begins on 3.5GWh Gran Canaria pumped hydro plant; progress on 18GWh more PHES
- Energy storage in the Canary Islands
- Revolutionary new Swiss ’water battery’ will be one of Europe’s main renewable sources of energy
- Tiny Spanish Island Nears Its Goal: 100 Percent Renewable Energy
- This Island Will Charge Its Lake-Sized Batteries with Wind Power
- What Are Water Batteries and How Do They Work?
- Youtube: Storing Solar Power on my ROOF!!!
- De vill lagra energi i nedlagda gruvor: ”Siktar på att vara de första”
