Sesonglagring av energi

Et kraftsystem bygget på sol og vind har en grunnleggende utfordring: produksjonen svinger ikke bare fra time til time, men også med årstidene. I Norden er det mye sol om sommeren og lite om vinteren, samtidig som strømbehovet er størst når det er kaldt og mørkt. Sesonglagring handler om å flytte energi over måneder – fra overskudd om sommeren til underskudd om vinteren. Det er teknisk mulig på flere måter, men foreløpig dyrt og tapsutsatt, og er en av de viktigste uløste brikkene i et fullt fornybart system.

Hvorfor årstidene er problemet

Det er forskjell på å jevne ut svingninger over et døgn og over et år. Solceller produserer mest midt på sommeren, men i Norden er produksjonen om vinteren bare en brøkdel. Samtidig topper strømforbruket seg nettopp i de kaldeste vintermånedene, til oppvarming og belysning. Mismatchet mellom når kraften produseres og når den trengs blir derfor størst på de høyeste breddegradene. I land nærmere ekvator er forskjellen mellom sommer og vinter mindre, og behovet for sesonglagring tilsvarende lavere. For Norden og Norge er dette derimot en av de mest grunnleggende utfordringene i et fornybart energisystem – og en av grunnene til at vannkraften er så verdifull.

Hvorfor batterier ikke holder

Vanlige litiumbatterier er gode til å lagre energi over timer og noen dager – de jevner ut forskjellen mellom dag og natt eller mellom vindstille og full storm. Men å lagre energi i måneder med batterier ville krevd astronomiske mengder og blitt urimelig dyrt. Sesonglagring krever derfor andre prinsipper, der man godtar lavere virkningsgrad mot at lagringen kan vare lenge og romme svært mye energi. Hvordan korttidslagring fungerer, kan du lese om i artikkelen om batterier og energilagring. Det avgjørende skillet er ikke bare hvor mye energi en teknologi kan lagre, men hvor lenge den kan holde på den uten store tap – og hvor mye det koster per lagret kilowattime over en så lang periode.

De viktigste metodene

Pumpekraft er i dag den klart største formen for energilagring i verden. Vann pumpes opp i et høytliggende magasin når det er kraftoverskudd, og slippes ned gjennom turbiner når man trenger strøm. I Norge har vannkraftmagasinene allerede en naturlig sesonglagring: de fylles av smeltevann og regn og tappes gjennom vinteren. Dette er en stor norsk fordel.

Hydrogen og ammoniakk kan lagre energi kjemisk. Overskuddskraft brukes til å lage grønt hydrogen ved elektrolyse, som lagres og senere brennes eller brukes i brenselceller. Virkningsgraden er lav – mye energi går tapt i omdanningen begge veier – men hydrogen kan lagres i store mengder og lenge, og kan i tillegg brukes som industriråstoff og drivstoff.

Termisk lagring lagrer energi som varme, for eksempel i store vanntanker, i berggrunn, i smeltet salt eller i sand. Dette egner seg særlig for å lagre varme til oppvarming, som det er stort behov for om vinteren. Noen anlegg lagrer sommervarme i bakken via borehull og henter den ut gjennom vinteren med varmepumper. Fordi en stor del av energibruken i kalde land går nettopp til oppvarming, kan termisk sesonglagring være svært kostnadseffektivt der det passer.

Hva sesonglagring kan gi

• Gjør det mulig å bygge kraftsystem på variabel sol og vind.
• Reduserer behovet for fossil reservekraft om vinteren.
• Norsk vannkraft gir et naturlig fortrinn for sesonglagring.
• Hydrogen kan kobles til industri og transport samtidig.

Begrensningene

• Lav virkningsgrad – mye energi går tapt, særlig med hydrogen.
• Pumpekraft krever egnet topografi og store inngrep.
• Kostnaden per lagret kilowattime er fortsatt høy.
• Teknologiene er umodne i stor skala, unntatt vannkraft.

Virkningsgrad mot kapasitet – en avveining

Et gjennomgående mønster er at lagringsformer med høy virkningsgrad (batterier) er dyre å skalere til store mengder og lang tid, mens former som tåler store mengder over lang tid (hydrogen) taper mye energi underveis. For hydrogen kan rundturen – strøm til hydrogen og tilbake til strøm – ende på 30–40 prosent virkningsgrad, altså at over halvparten av energien går tapt. Det betyr ikke at hydrogenlagring er nytteløst, men at det bare gir mening når man har rikelig billig overskuddskraft som ellers ville gått til spille. Avveiningen mellom tap og kapasitet er kjernen i hvorfor det ikke finnes én enkelt løsning på sesonglagring.

Hvor mye trengs egentlig?

Hvor stort behovet for sesonglagring blir, avhenger av hvordan systemet ellers bygges. Et tett sammenkoblet europeisk nett, mye havvind (som blåser mest om vinteren), fleksibelt forbruk og smarte strømnett reduserer behovet, fordi overskudd og underskudd kan utveksles over store områder. Også stabil kjernekraft kan dempe behovet for lagring ved å levere jevn grunnlast. Likevel mener IEA og forskningsmiljøene at langtidslagring blir nødvendig i et nær fullstendig fornybart system, særlig på høye breddegrader der forskjellen mellom sommer og vinter er størst.

Kortlagring og sesonglagring spiller sammen

Det er nyttig å skille mellom tre tidsskalaer som alle må dekkes. Korttidslagring over minutter og timer håndteres best av batterier, som jevner ut raske svingninger og topper. Mellomlang lagring over dager til uker tar pumpekraft og store vannmagasiner seg av. Sesonglagring over måneder er den vanskeligste og krever enten store vannmagasiner, hydrogen eller termiske løsninger. Et velfungerende fornybart system bruker alle tre i samspill, slik at hver teknologi gjør det den er best til. Det er sjelden snakk om enten-eller, men om en portefølje der batterier, vannkraft og kjemisk lagring utfyller hverandre. Denne lagdelingen er grunnen til at debatten om «hvilken lagringsteknologi som vinner» ofte er feil stilt – svaret er at de løser ulike problemer.

Mekanisk og kjemisk lagring i nye former

Ved siden av de etablerte metodene utforskes en rekke nyere ideer. Trykkluftlagring komprimerer luft ned i fjellhuler eller tanker når det er kraftoverskudd, og lar lufta drive en turbin når man trenger strøm. Gravitasjonslagring løfter tunge masser opp når det er overskudd og henter energien ut når de senkes. Flytende luft kjøles ned til væske, lagres, og fordamper for å drive en turbin. Felles for disse er at de fortsatt er i en tidlig fase og foreløpig ikke kan konkurrere med vannkraft i pris og skala – men de kan bli aktuelle i regioner uten egnet topografi for pumpekraft. Mangfoldet av løsninger illustrerer at lagring ikke har én vinner, men trolig blir et lappeteppe tilpasset lokale forhold.

Hvorfor lagring er en forutsetning, ikke et tillegg

Det er fristende å se på lagring som et ekstra «påheng» på et fornybart system, men det er mer presist å si at lagring og fleksibilitet er selve forutsetningen for at sol og vind kan bli ryggraden i kraftforsyningen. Uten måter å flytte energi i tid på, ville et system med mye variabel kraft enten måtte overdimensjoneres kraftig eller falle tilbake på fossil reservekraft i mørke, vindstille perioder. Derfor henger sesonglagring tett sammen med smarte strømnett, fleksibelt forbruk og god utveksling mellom land. Jo bedre disse fungerer sammen, desto mindre dyr lagring trenger man – og omvendt.

En manglende brikke som modnes

Sesonglagring er en av de tekniske utfordringene som må løses for at sol og vind skal kunne dekke mesteparten av energibehovet året rundt. Norge står i en gunstig posisjon takket være vannkraften, men også her er det grenser, og tørrår minner om sårbarheten. Sammen med fornybar energi og fleksibelt forbruk er lagring en forutsetning for omstillingen. For det store bildet, se oversikten over fremtidens klimaløsninger.