Et massivt tårn i Kina ligner en almindelig industribygning, men indeni omskriver det stilfærdigt spillereglerne for el-nettet.
Mens vindmøller og solcelleanlæg springer op overalt, vokser presset på nettene. Strømmen kommer ofte på det forkerte tidspunkt eller i for store toppe. I den kinesiske kystprovins Jiangsu afprøver en bemærkelsesværdig konstruktion en anden tilgang: ingen kemiske batterier, men et mekanisk system der udelukkende arbejder med masse, højde og tyngdekraft.
En kolos der rager højere end Kheopspyramiden
I Rudong, nord for Shanghai, rager et 148 meter højt tårn op over horisonten. Det er godt ti meter højere end Kheopspyramiden i Giza. Tårnets grundflade minder om en lille byblok, men indeni findes hverken lejligheder eller kontorer. Hele konstruktionen er én stor energilagringsmaskine.
Anlægget kan lagre op til 100 megawatttimer energi. Cirka firs procent heraf står klar til det kinesiske højspændingsnet. Den kapacitet er tilstrækkelig til at oplade omkring 1.500 elbiler eller til midlertidigt at kompensere for et fald i vind- eller solproduktion.
Dette beton-“batteri” fungerer som støddæmper mellem dem der producerer strøm og dem der har brug for den i samme øjeblik.
Hvor klassiske batteriparker bruger rækker af metalcontainere fyldt med lithiumceller, handler det her udelukkende om bevægelse. Bygningen virker som en gigantisk mellemstation: den opsuger strøm når der er overskud, og leverer effekt tilbage så snart udbud og efterspørgsel kommer i ubalance. Uden kritiske metaller, uden elektrolyt, men med kabler, trisser og betonblokke.
Hvordan tyngdekraft omdannes til et brugbart batteri
Fra pumpeværk til betonkran
Grundprincippet er ikke nyt. Vandkraftværker med pumpebassiner har gjort noget tilsvarende i årtier: ved rigeligt med billig strøm pumper de vand op til et højere beliggende reservoir; ved efterspørgsel lader de vandet strømme tilbage gennem turbiner. I Rudong indtager beton vandets rolle.
I tårnet hænger hundredvis af betonblokke, hver af dem adskillige ton tung. Elektriske hejsesystemer flytter disse blokke vertikalt. Når solpaneler eller vindmøller leverer mere strøm end nettet kan absorbere, bruger systemet dette overskud til at hejse blokkene opad.
Den bevægelse lagrer energi i form af potentiel energi: jo højere blokken befinder sig, jo mere lagret energi. Falder produktionen eller stiger efterspørgslen, lader styresystemet blokkene synke kontrolleret. Den faldende masse driver generatorer, som igen leverer elektricitet.
Batteriet oplades når blokkene stiger og aflades når de synker. Tyngdekraften bliver dermed en slags usynlig fjeder.
Effektivitet og levetid
Den schweiziske udvikler Energy Vault, virksomheden bag teknologien, rapporterer en cyklisk effektivitet på over 80 procent. Det betyder at mere end fire femtedele af den tilførte elektriske energi kommer brugeligt tilbage efter lagring. For et storskaleret, mekanisk system uden vandreservoir er det et højt tal.
En anden fordel ligger i levetiden. Tårnet er designet til cirka 35 års drift med begrænset nedgang i ydelse. Der foregår ingen kemiske reaktioner, hvilket reducerer sliddet. Lejer, kabler, motorer og elektronik kræver naturligvis vedligeholdelse, men selve lagringskapaciteten ældes nærmest ikke.
- Ingen brug af lithium, kobolt eller nikkel til selve lagringen
- Lidt temperaturfølsom, anvendelig i forskellige klimaer
- Lang teknisk levetid, sammenlignelig med en bygning eller bro
- Relativt enkelt at genanvende: meget stål, beton og standardkomponenter
Hvad sådan et tyngdekraftsbatteri betyder for el-nettet
En buffer ved vindparker og byer
Rudong-tårnet står tæt ved en stor vindpark og er direkte koblet til det nationale net. Når det blæser kraftigt og efterspørgslen forbliver lav, rammer vindturbinerne ofte deres grænse og nedregulering truer: vindmøller bliver slukket. Tyngdekraftbatteriet overtager da en del af produktionen og gemmer den til senere.
I travle perioder, for eksempel under aftenspidsen i byer som Shanghai, lader operatøren blokkene synke. Den frigivne strøm dæmper spidsbelastningen og mindsker behovet for hurtigt opstartet gas- eller kulkraftværker. Det hjælper ikke bare med at begrænse CO₂-udledning, men også med at holde frekvens og spænding stabil på nettet.
Ved at udjævne toppe og fylde dale får nettet mere råderum og mindre risiko for nedbrud.
Kina tæller nu over tyve millioner elektriske køretøjer. Alle disse biler kræver ladeinfrastruktur, ofte samtidigt i aftentimerne. Store batterisystemer ved nettets knudepunkter, som i Rudong, gør det lettere at håndtere denne ekstra belastning uden massiv opgradering af kabler og transformere.
Led i den kinesiske klimastrategi
Den kinesiske regering betragter i stigende grad storskaleret lagring som fast bestanddel af nye energiprojekter. Nye vind- og solparker får oftere kravet om at blive koblet til en buffer, hvad enten det er i form af lithiumbatterier, vandbassiner eller tyngdekraftsystemer.
For projekter som Rudong cirkulerer planer om at gentage konceptet i andre provinser. Især regioner med meget havvind eller udstrakte solmarker i det indre kommer i betragtning. Målet: integrere mere vedvarende strøm uden at miste tillid hos brugerne på grund af ustabil levering.
Hvordan forholder dette sig til andre lagringsteknologier?
| Teknologi | Typisk skala | Lagringstid | Vigtigste fordel |
|---|---|---|---|
| Lithium-ion batterier | kW til hundredvis af MW | Minutter til få timer | Hurtig respons, kompakt |
| Pumpeværker (vand) | Hundredvis af MW til GW | Timer til dage | Meget afprøvet teknologi |
| Tyngdekraftsbatteri (beton) | Titusinder kW til hundredvis af MW | Timer til mere end en dag | Få kritiske råstoffer |
Tyngdekraftbatteriet udfylder således et hul mellem hurtig, kompakt lithiumlagring og enorme vandkraftprojekter der kræver meget geografi. Tårnet kan stå i flade områder, tæt på industrielle zoner, hvor der ikke er bjerge eller dybe dale til rådighed.
Teknologien har naturligvis grænser. Et tårn forbliver synligt i landskabet og kræver et solidt fundament. I tætbebyggede bycentre ligger en sådan konstruktion mindre for. Også støj og bevægende masser kræver opmærksomhed omkring sikkerhed og miljøtilladelser.
Hvad betyder dette for Danmark og Belgien?
I et land uden bjerge og med en tætbefolket kystzone lyder et tyngdekraftsbatteri uventet relevant. Nordsøen leverer stadig mere vindstrøm, mens det indre kæmper med netbelastning. En række vertikale lagringstårne ved store transformerstationer eller havne kunne skabe ekstra kapacitet i nettet.
For lavlandet spiller også fysisk planlægning og folkelig opbakning med. Et betontårn på næsten 150 meter rejser spørgsmål om synsvinkler, skyggevirkninger og industriel påvirkning. Mindre varianter, integreret i eksisterende havnekomplekser eller industriområder, ligger sandsynligvis tættere på det realistiske her.
Spørgsmål om omkostninger, materialer og risici
Opførelsen af et sådant anlæg kræver meget beton og stål. Det koster råstoffer og CO₂-udledning under bygningsfasen. Projektudviklere skal derfor dokumentere at tårnet i løbet af sin levetid erstatter tilstrækkeligt mange fossile spidsenheder til at kompensere for denne indledende klimapåvirkning.
Dertil kommer et økonomisk spørgsmål. Forretningsmodellen afhænger af prisforskelle på el-markedet: købe billigt når der er overskud, sælge ved knaphed. Jo mere vedvarende produktion, desto mere uforudsigelige bliver priserne, og desto mere interessant bliver lagring. Regulering og nettariffer vil være med til at afgøre om denne type projekter forbliver rentable.
Hvad angår sikkerhed går opmærksomheden primært til mekanisk pålidelighed. Blokke på titusvis af ton skal forblive kontrollerede under alle omstændigheder. Multiple bremsesystemer, redundante kabler og kontinuerlig overvågning udgør kernen i designet. I den henseende ligner teknologien mere en kombination af kranteknik og svævebane end et klassisk kraftværk.
En anden måde at se energi på
Tårnet i Rudong viser at energilagring ikke altid behøver at komme fra en battericelle. Ved intelligent brug af højde, tyngdekraft og masse flyttes en del af problemet ind i verden af løftekraner, byggematerialer og industriel styringsteknik.
For ingeniører, beslutningstagere og netoperatører åbner det nye tankeretninger. Skal lagring nødvendigvis være usynlig i en container, eller kan en by også leve med funktionelle, høje konstruktioner der bidrager til strømforsyningen? Kan gamle mineskakter, havnekraner eller industrielle bygninger nogensinde spille samme rolle som det kinesiske tårn, men tættere på hjemmet?
Den der ser på el-nettets fremtid, støder stadigt oftere på kombinationer: kemiske batterier til sekunder og minutter, tyngdekraft og vandkraft til timer, og måske brint til årstider. Det kinesiske tyngdekraftsbatteri leverer frem for alt et konkret eksempel på at dette led ikke forbliver teoretisk, men allerede kører i det virkelige net.
