Jämförelse mellan energilagringstekniker, samt dimensionering av batterier och vätgaslagring i off-grid system med solceller : En mjuk multikriterieanalys, samt skapandet av ett dimensioneringsverktyg som tillämpas på befintliga verksamheter

Sammanfattning: Elsystemet måste vara i balans mellan den el som produceras och den el som konsumeras, i varje sekund året om, för att undvika effektbrist. Risken för obalans i elsystemet ökar dock, delvis på grund av en ökad andel förnybar och intermittent elproduktion. Energilager kan vara avgörande i att balansera produktion och konsumtion, genom att spara energi när det finns överskott och använda den när behovet är större. Energilager möjliggör även att energisystem kan kopplas bort från nätet och verka i så kallade off-grid system. Ett sådant system kan exempelvis bestå av solceller som tillgodoser elproduktion, batterier som möjliggör energilaging på kort sikt, upp till dygn, och vätgaslagring som möjliggör energilagring på längre sikt, över säsonger.  I detta arbete utformades ett tvådelat syfte. Dels syftade det till att undersöka hur olika energilagringstekniker som är kompatibla med solel presterar i förhållande till varandra, dels syftade det till att utforma ett dimensioneringsverktyg för off-grid system med solceller, batterier och vätgaslagring. Med hjälp av verktyget skulle dessutom verkliga verksamheter undersökas.  Insamlad data från flertalet olika studier lade grunden till en mjuk multikriterieanalys som utvärderar 11 olika energilagringstekniker, utifrån en femgradig normativ skala. Dessa mekaniska, elektriska, elektrokemiska och kemiska tekniker utvärderades utifrån 17 olika tekniska, ekonomiska och miljömässiga kriterier. Dimensioneringsverktyget utformades i Microsoft Excel och baseras på produktionsdata från solceller, som erhålls från två standardfall. Genom inmatning av elkonsumtionsdata och optimal solcellsyta genererar verktyget rekommenderade storlekar på batteri och vätgastank. Detta genom att verktyget beräknar alla energiflöden inom systemet på timbasis. Den optimala solcellsytan behöver beräknas fram genom iterativt användning av verktyget, tills inköpt vätgas elimineras. Med hjälp av verktyget undersöktes ett lantbruk, ett gårdshotell och en verkstad utifrån historisk konsumtionsdata. Resultatet från multikriterieanalysen visar att de undersökta energilagringsteknikerna har för- och nackdelar, där ingen teknik utmärker sig som bäst eller sämst i samtliga kriterier. Pumpvattenkraft, tryckluft och vätgassystem har hög effekt- och energilagringskapacitet. Svänghjul, superkondensatorer och SMES har hög round-trip efficiency, effekttäthet och cykelkapacitet. Batterier fick flest medelbetyg, där de undersökta var bly-syra, litiumjon, natriumsvavel, vandain redox och zink-brom. Arbetet har även resulterat i ett användarvänligt dimensioneringsverktyg. Tillämpning av verktyget visar att de undersökta verksamheterna kräver mer elproduktion från solceller än vad den tillgängliga takytan tillåter, för att kunna verka off-grid. Resultatet visar också på behov av stora batterier och vätgastankar, vilket leder till stora kostnader. Då konsumtionsdata från lantbruket modifieras för att exkludera avvikande toppar behövs däremot inte hela takytan, utan mindre system kan erhållas.  Några slutsatser som kan dras från multikriterieanalysen är att vid val av lämplig energilagringsteknik bör hänsyn tas till var tekniken ska implementeras, samt att det kan vara fördelaktigt att kombinera flera olika tekniker för att kombinera deras respektive fördelar. Några slutsatser från användningen av dimensioneringsverktyget är att det krävs ökad elproduktion, minskad elkonsumtion, förbättrad round-trip efficiency på systemet samt lägre kostnader för att dessa system ska bli lönsamma att implementera i liknande befintliga verksamheter.