Forbedring af nets pålidelighed og robusthed med løsninger til netlagering af energi

Hvordan løsninger til netlagering af energi forbedrer nets pålidelighed og robusthed

Energilagringssystemer fungerer nogenlunde som støddæmpere i nutidens elnet, og reagerer næsten øjeblikkeligt, når der opstår spændingsfald eller udstyrsfejl. Disse systemer holder frekvensen relativt tæt på standardmærket på 60 eller 50 Hz, typisk inden for cirka et halvt hertz i hver retning. Dette er vigtigt, fordi vi ellers har oplevet alvorlige problemer tidligere, hvor små problemer eskalerede til massive strømafbrydelser, der påvirkede flere stater på én gang. Det, der gør disse lagringsløsninger så værdifulde, er deres evne til at levere elektricitet tilbage til systemet inden for brøkdele af et sekund, hvilket virkelig hjælper med at stabilisere hele netværket. I perioder, hvor ting går galt i elnettet, bliver denne hurtige reaktionsevne absolut afgørende for at sikre, at hospitaler, nødtjenester og andre afgørende operationer kan fungere uden afbrydelser.

Integration af energilagring med vedvarende energikilder for stabil levering

Energilagring fungerer rigtig godt i kombination med solpaneler og vindmøller, fordi vedvarende energikilder ofte svinger ganske meget igennem døgnet – faktisk omkring 70 % af tiden. Elselskaber kan fortsætte med at levere strøm uden at skulle ty til kul- eller gasanlæg som sikkerhedskilder, hvilket er særlig vigtigt om natten, når solen er gået ned, eller når der ikke blæser i flere dage i træk. Den lagrede energi udligner disse huller, hvor produktionen falder, så folk stadig får stabil strøm fra stikkontakterne. Dette gør det muligt at integrere mere grøn energi i vores elnet i alt, hvilket miljøgrupper har arbejdet for i årevis.

Energilagringsydelser såsom topudjævning og belastningsafbalancering forklaret

• Topudjævning: Lageret afgiver strøm under daglige belastningstoppe (f.eks. kl. 17–20), hvilket reducerer belastningen på transmissionslinjerne og udsætter behovet for kostbare infrastrukturforbedringer
• Belastningsafbalancering: Batterier omdirigerer overskydende energi fra områder med overskud til områder med mangel, hvilket optimerer netværksudnyttelsen og minimerer forsinkelser

Disse tjenester forbedrer effektiviteten og reducerer slid på ældre infrastruktur, hvilket bidrager til langsigtet systempålidelighed.

Dataindsigt: Lagring i elnettet reducerer afbrydelsesvarighed med op til 40 % (U.S. DOE, 2023)

Amerikas energidepartaments (DOE) rapport om resiliens fra 2023 konstaterede, at områder med mindst 500 MW lagringskapacitet genoprettede strømmen 2,3 time hurtigere under storme end netværk uden lagring. Denne 40 % forbedring i afbrydelsesrestitution skyldes lagringens evne til at:

1. Opretholde drift af kritiske faciliteter – hospitaler, datacentre, vandbehandlingsanlæg – under transmissionssvigt
2. Muliggøre hurtigere "black start" genstart af elnettet ved anvendelse af lagrede reserver, hvilket fremskynder fuld genopretning

Denne evne bliver stadig vigtigere, da ekstreme vejrforhold udfordrer elnettets resiliens.

Nødvendige energilagringsteknologier, der driver moderne elnetapplikationer

Oversigt over energilagrings-teknologier og deres klassifikation efter varighed og funktion

Moderne løsninger til lagring af elnetenergi anvender en række teknologier, hvor hver enkelt er velegnet til bestemte varigheder og funktioner:

Teknologitype	Varighed	Nøgleanvendelser
Lithium-ionbatterier	Kort til mellem lang varighed	Frekvensregulering, spidslaststøtte
Flow batterier	Mellem til lang varighed	Lastforskydning, integration af vedvarende energi
Hydraulås	Langsigtede	Masseenergilagring, sæsonbetinget afbalancering
Varmelagring	Kort til lang varighed	Industriel varmestyring, kraftvarmesystemer

Som forskning i bæredygtige energisystemer fremhæver, hjælper denne klassifikation elselskaber med at tilpasse valg af teknologi til driftsmæssige behov – systemer til kort varighed som superkondensatorer håndterer øjeblikkelige ubalancer, mens flowbatterier klarer flertimersforskydninger i produktionen fra vedvarende energikilder.

Lithium-ion mod flowbatterier: Ydelse i netdrevne lagerløsninger

Lithium-ion batterier er stort set det foretrukne valg til korte lagerbehov, fordi de har imponerende effektivitet på 90 % til 95 % samt responstider under 100 millisekunder. Men når det gælder løsninger med længere levetid, skiller flowbatterier sig ud. Disse systemer holder typisk 20 til 30 år i modsætning til lithiums almindelige levetid på omkring 10 til 15 år. Desuden kan flowteknologi nemt skaleres op til de 4 til 12 timers afladningscyklusser, der kræves, når de kombineres med vedvarende energikilder som solpaneler eller vindmøller over flere dage. Faktummet, at deres elektrolytter ikke nedbrydes over tid, hjælper faktisk med at reducere de samlede vedligeholdelsesomkostninger, selvom de indeholder mindre energi pr. volumenenhed end lithium-løsninger.

Nye teknologier: Faststof- og tyngdekraftbaserede lagerløsninger

Faststofbatterier kan potentielt indeholde dobbelt så meget energi som almindelige litium-ion-celler, samtidig med at de udgør langt mindre risiko for at tage ild. Det betyder, at de sikkert kan installeres i små rum lige ved byområder uden frygt for eksplosioner. Så har vi tyngdekraftbaserede lagringsløsninger som de store mekaniske tårne fra Energy Vault. De løfter grundlæggende tunge kompositblokke op, når der er ekstra strøm til rådighed, og sænker dem igen, når det er nødvendigt, og derved gemmer energi i årevis. Systemet mister kun cirka 15 % af den energi, det gemmer, hvilket er ret godt i betragtning af, hvor længe disse anlæg holder. Alle disse nye teknologier åbner muligheder i områder, hvor traditionel batteriteknologi simpelthen ikke fungerer godt på grund af sikkerhedsproblemer eller begrænsede materialer.

Trendanalyse: Global skift mod langvarig energilagring (LDES) indtil 2030

Markedsfremskrivninger tyder på, at sektoren for langvarig energilagring (LDES) kunne nå en værdi på omkring 120 milliarder dollar i slutningen af dette årti. Den primære drivkraft kommer fra den stigende efterspørgsel efter systemer, der kan levere strøm i over ti timer i træk, hvilket er afgørende for at reducere kuldioxidudledningen i hele elnettene. Knapt halvdelen af alle nye vedvarende energianlæg indeholder i dag en form for LDES-løsning, især på grund af faldende priser på teknologier såsom jern-luft-batterier og trykluft-lagringsløsninger. Det, vi ser nu, handler ikke længere kun om at holde lyset tændt under korte strømafbrydelser. I stedet begynder virksomheder at tænke adskillige dage fremad – endda måneder – når de planlægger, hvordan deres energilagringssystemer skal håndtere alt fra uger lange hedebølger til hele sæsoner med svingende udbud og efterspørgsel.

Integration i elnettet og driftsperformance for energilagringssystemer

At integrere lagringssystemer (ESS) i dagens elnet er ikke en enkel opgave. Der er mange tekniske udfordringer, der skal overvindes for at opnå den bedst mulige ydeevne fra disse systemer. Nogle reelle hovedbrud opstår på grund af de irriterende spændingstop, der opstår, når batterier oplades og aflades hurtigt. Og så har vi hele rodet med at få strømmen til at flyde begge veje i blandede anlæg med vedvarende energi. Ifølge en undersøgelse offentliggjort sidste år i Journal of Power Sources er der to store problemer, som især stikker ud for dem, der ønsker at installere store batteripakker i ældre netinfrastruktur. Det første er at opretholde frekvensstabilitet, hvilket bliver udfordrende med alle disse batterier, der kommer online og går offline. Det andet er håndteringen af varmeopbygning i disse massive installationer – noget, der bliver stadig sværere, efterhånden som batterirækkerne vokser større over tid.

Tekniske udfordringer ved integration af energilagringsystemer i elnettet

Gamle netdesign har virkelig problemer med at følge med på, hvor hurtigt litium-ion-batterier og flowbatterisystemer kan reagere. At opnå disse ekstremt hurtige responstider i samspil med almindelig spændingsreguleringsudstyr betyder typisk, at der skal udføres større arbejde ved understationerne. Ifølge nogle feltrapporter oplever cirka hver fjerde transmissionsvirksomhed i Nordamerika problemer med invertere, der ikke fungerer korrekt, når de forsøger at modernisere ældre understationer til energilagringssystemer. Dette peger på, hvorfor vi desperat har brug for bedre standardregler for tilslutning af disse nye teknologier til strømforsyningen.

Smarte invertere og avancerede styresystemer, der muliggør problemfri integration af vedvarende energi

Smarte inverters af næste generation hjælper med at opretholde stabilitet i elnettet, fordi de giver energilagringssystemer mulighed for at justere deres reaktive effekt, når der er pludselige stigninger i solproduktionen eller fald i tilgængeligheden af vind. Når disse enheder arbejder sammen med kunstig intelligens-styrede systemer, som kan forudsige kommende ændringer, viste tests en reduktion på cirka 18 procent i spildt vedvarende energi i Midtvesten sidste år. Tag Californias CAISO-system som et godt eksempel. De har implementeret nogle virkelig effektive metoder ved brug af målinger i realtid til at styre koordineringen mellem 3,2 gigawatt batterier og solpaneler. Dette sikrer, at alt fungerer problemfrit, selvom mængden af el, der kommer fra vedvarende energi, hele tiden ændrer sig, og forbrugsmønsterne hos befolkningen også skifter igennem dagen.

Case Study: Californias store batteriinstallationer, der understøtter overskydende solenergi

I maj 2024, da solstrøm nåede rekordniveauer, optog Californiens samling af 4-timers lithium-jern-fosfatbatterier omkring 1,7 gigawattimer ekstra el, der blev produceret på midt på dagen. Det er nok til at forsyne cirka 125 tusind husholdninger faktisk. Den lagrede energi dækkede næsten 89 procent af den store stigning i elforbruget om aftenen. Dette viser, at når energilagringsystemer (ESS) placeres, hvor de virkelig er nødvendige, omdanner de al den overskydende strøm, som ellers ville gå til spilde, til noget nyttigt og pålideligt. Ved at gøre dette reduceres spild af energi, samtidig med at man bliver mindre afhængig af de dyre naturgasværker, der tages i brug i topbelastningsperioder. Både økonomien og miljøet drager fordel af denne fremgangsmåde.

Økonomiske og miljømæssige fordele ved nettilsluttede energilagringsløsninger

Reducering af nedregulering gennem integration af energilagring med vedvarende energikilder

Lagring af energi reducerer spild af vedvarende energi ved at opsamle overskydende sol- og vindkraftproduktion i perioder med lav efterspørgsel. I 2023 reducerede Californien spildet med 34 % gennem målrettet indsats med batterier. Ved at frigive den lagrede energi i perioder med høj efterspørgsel maksimeres udnyttelsen af vedvarende energi og minimeres afhængigheden af fossile spidsbelastningsanlæg, hvilket forbedrer elnettet bæredygtighed og omkostningseffektivitet.

Nedsættelse af lagringsprisniveau (LCOS) driver grøn energiudbredelse

Forbedringer inden for batteriteknologi samt større produktionsløb har siden 2018 reduceret den gearede lageromkostning (LCOS) for lithiumion-systemer med cirka 52 %. El-virksomheder anvender i stigende omfang energilagringsløsninger ikke kun til at opretholde netstabilitet, men også til at sikre en pålidelig strømforsyning, når det er nødvendigt, og ofte til omkostninger, der faktisk kan være lavere end dem, som naturgasværker kan tilbyde. En nylig rapport fra MIT fra 2023 antyder, at forbedringerne vil blive endnu større, og forudsiger, at LCOS for systemer med en lagringsvarighed på fire timer kan falde under 50 USD per megawatttime inden årtiets udgang. En sådan udvikling fremskynder bestemt vores overgang til renere el-net, som kan håndtere alle former for udfordringer.

Miljøpåvirkning: Hvordan energilagring understøtter decarboniseringsmål

Lagringsløsninger for elnettet hjælper med at integrere flere vedvarende energikilder i vores strømsystemer, hvilket hvert år i USA alene reducerer udledningen af kuldioxid med cirka 12 til 18 millioner ton. Denne teknologi mindsker afhængigheden af metanrige gasturbiner, når der er belastning på elnettet. Kombiner denne lagringskapacitet med hybridfaciliteter baseret på vedvarende energi, og vi står over for reel fremgang mod det ambitiøse mål om en 72 % reduktion af udledningen fra elproduktion, som mange klimamodeller anfører er nødvendigt inden for rammerne af Paris-aftalen. Sådanne lagringsløsninger er derfor afgørende elementer i ethvert alvorligt forsøg på at reducere drivhusgasudledninger globalt, samtidig med at en stabil strømforsyning opretholdes.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er rollen for energilagringsystemer i stabiliteten af elnettet?

Energilagringsystemer fungerer som støddæmper, der hurtigt reagerer på spændningsfald eller fejl i udstyret for at stabilisere elnettet og sikre, at kritiske tjenester forbliver kontinuerligt forsynet med strøm.

Hvordan integreres energilagringssystemer med vedvarende energikilder?

Energilagringssystemer opsamler overskydende strøm, der genereres af vedvarende energi, og afhjælper svingninger og sikrer en stabil strømforsyning, også når produktionen fra vedvarende energi falder.

Hvilke typer services leverer energilagringssystemer i elnettet?

Disse løsninger tilbyder spidsbelastningsreduktion ved at frigive energi i perioder med høj efterspørgsel og lastbalancering ved at omfordele overskydende energi fra områder med overskud til områder med mangel.

Hvad er de økonomiske fordele ved energilagringssystemer?

Energilagringssystemer reducerer den løbende lagringsomkostning (LCOS), mindsker afhængigheden af kraftværker, der bruger fossile brændstoffer, og begrænser spild af vedvarende energi, hvilket fører til omkostningseffektive og bæredygtige elnet.