Alla är bekanta med batterier, de flesta använder dem varje dag i sitt liv. De finns i alla typer av hemelektronik från klockor, bärbara datorer och mobiltelefoner. När de flesta tänker på ett batteri kommer ett vanligt kemiskt AA-batteri att tänka på, den sorten du kan lägga i en ficklampa eller en fjärrkontroll till tv. Men denna typ av teknik är mycket mer utbredd än så. Batterier kan komma i många former och används flitigt inom kraftgenererings- och lagringsindustrin för att hantera elkraft inom nät. Faktum är att batteriteknik sannolikt kommer att vara nyckelfaktorn i utvecklingen av teknik för förnybar energi under de kommande åren.
Detta är ett resultat av en egenhet i samband med förnybar energi. Till skillnad från andra kraftkällor som kan slås på och av allteftersom de behövs, är förnybar energiproduktion beroende av vädret, om väderförhållandena är dåliga genereras ingen el. Detta gäller särskilt solenergi som bara genererar energi på dagen och ingen på natten. Detta leder till ett problem med energibalansering, elektricitet används hela dagen och natten så måste genereras av nätet för att möta efterfrågan.
Ett helt förnybart system skulle inte uppfylla detta krav eftersom energiproduktion kommer och går. Det krävs ett system för att samla in den energi som genereras under dagen och distribuera den vid behov. Det är här batterierna kommer in. Stora batterier kan lagra elen och släppa ut den vid behov. System av denna typ används redan idag. Stora litiumjonbatteribanker har konstruerats som en del av det australiensiska nätet för att lagra överskottsström. Bankerna är för närvarande i sin provperiod för att testa sin effektivitet.
Litiumjonbatterier är för närvarande den mest populära formen av batterier inom industrin, de är de batterier som vanligtvis används i mobiltelefoner, hemelektronik såväl som elfordon. Detta beror på att de för närvarande är den bästa lösningen för dessa applikationer som finns tillgängliga. De har dock några nackdelar, särskilt när du vill använda dem på storskalig ellagring i nätet, som vi tittar på idag. Materialet som krävs för att producera batterierna är svårt att få tag på eftersom de mestadels bryts i afrikanska länder med dåliga etiska arbetsmetoder, vilket leder till en stor exploatering inom litiumgruvindustrin.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
Dessa materialförsörjningsproblem leder också till att litiumjonbatterier är dyra att tillverka, så enheten för ellagring per spenderat pund, med andra ord kostnadseffektiviteten, är låg. Slutligen kan dessa batterier ha vissa stabilitetsproblem med flera batterier som orsakar storskaliga bränder i australiensiska batteritestcenter när batterierna har överhettats. Så även om dessa batterier är bra för ett antal elektroniska konsumentenheter, är de inte så bra för storskalig ellagring.
Så vilken typ av alternativ finns där ute? Det finns naturligtvis det traditionella sättet att lagra el... vatten! Vattenkraftsdammar finns över hela världen och en beprövad metod för att lagra och frigöra elektricitet. Under toppeffektproduktion pumpas vatten in i en reservoar och när elektricitet behövs frigörs vattnet från reservoaren och passerar genom en turbin och genererar elektricitet. Detta system har använts i hundratals år i en eller annan form, så det är ett mycket tillförlitligt sätt att lagra stora mängder ström. Det har dock en stor nackdel, nämligen det utrymme och de investeringar som krävs för att bygga ett så stort projekt. Denna typ av projekt är också begränsad till en viss geografi som kräver stora höjder och bergiga landskap.
Vad batteritekniken behöver är innovation, som tur är är ett antal nya batteriteknikidéer under utveckling för att försöka fylla denna lucka på marknaden. En spännande ny Edinburgh-baserad startup har utvecklat teknologi på samma sätt som de gravitationsdrivna vattenkraftverken vi just diskuterade och lyfter en tung vikt i stället för vattnet. Gravitricity har byggt en testbädd för denna nya teknik i Prince Albert Dock, Forth till lovande resultat! Företagets slutmål är att bygga om de nedlagda kolgruvorna i Storbritannien som långa schakt för att höja och sänka stora vikter för att lagra och frigöra elektricitet.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
Nu till en annan typ av energi... Termisk! Forskare vid många institutioner runt om i världen undersöker utvecklingen av termiska batterier. Dessa batterier värmer upp material när det finns överskott av el och omvandlar samma värme till elektrisk energi för användning när det finns mindre energi tillgänglig. Högspecifika versioner av denna teknik använder smälta salter, uppvärmda till över 1000 grader Celsius som värmelagringsmaterial. System som detta har sett mycket lovande som en energilagringsmetod men har fortfarande problem med att flytta de smälta salterna för att generera elektricitet från dem.
En version med lägre specifikationer av denna teknik har installerats i Finland. Systemet, i samarbete med en lokal by, värmer vanlig sand till 500 grader Celsius med förnybara energikällor. Denna lagrade energi kan sedan användas året runt för att konsekvent värma lokala hem (en särskilt viktig faktor under kalla finska vintrar). Denna pilotanläggnings proof of concept är särskilt spännande eftersom det är ett extremt billigt sätt att lagra el och lätt kan integreras i lokala samhällen, vilket ger en möjlighet att utveckla lokala mikronät.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
Förhoppningsvis kan du nu se hur viktig batteritekniken är för jordens gröna framtid och hur olika tekniker är under utveckling för att säkerställa att förnybar energi är effektivare och billigare än någonsin!