Elektricitet er som bekendt ganske flygtigt og det har altid været en udfordring at gemme energien så den kan tappes efter behov. Problemet bliver endnu større med de mange nye bæredygtige energikilder som vindkraft, bølgeenergi og solpaneler, hvor produktionen svinger ganske voldsomt - på nogle tidspunkter er der for meget energi, på andre tidspunkter er der slet ikke noget. Det kræver at energien kan mellemlagres et sted - men hvordan?
Her er der brug for energilagring i en helt anden størrelsesorden end de lithium-ion-batterier, som vi alle sammen har i vores mobiltelefoner, kameraer og musikafspillere. Denne udfordring kendes fra elbiler, hvor det største problem også er at udvikle et batteri, der er let, har stor kapacitet og kan oplades eller udskiftes hurtigt.
Der tales blandt andet om at bruge batterier i elbiler til at lagre energi og føre det tilbage til elnettet når der er brug for det.
Men det kan vise sig, at løsningen på fremtidens energiproblemer er en helt klassisk mekanisk indretning - svinghjulet. Princippet er velkendt. Svinghjulet er i stand til at bevare kinetisk energi i rotation. Jo mere energi der bliver tilført, jo hurtigere drejer svinghjulet. For at hente energien tilbage, bliver motoren stillet om, så den fungerer som en generator og skaber elektricitet, der føres tilbage. Samtidig bliver svinghjulet langsommere.
De nye modeller bruger magnetiske ringe i stedet for kuglelejer. Det er med til at reducere det naturlige energitab - og dermed gøre svinghjulene mere effektive.
Bruger svinghjul til dynamisk UPS
KMD er en af de virksomheder i Danmark, der har investeret i teknologien i sit datacenter. Den er valgt frem for for den almindelige, statiske UPS. I et almindeligt nødstrømsanlæg tager batterierne over, hvis strømmen svigter. Med en rotor-baseret, dynamisk UPS sørger svinghjulet for at levere strøm, indtil en diesel-generator kan tage over.
"En af fordelene i forhold til en statisk UPS er, at du sparer omkring halvdelen af pladsen. Men den største fordel er, at vedligeholdelses-omkostningerne reduceres, da batterierne typisk holder 6-8 år før de skal skiftes," siger Alexander Zoffmann Jessen, der er forsyningsansvarlig i den byggetekniske afdeling hos KMD.
Han fortæller at dieselgenerator og UPS-anlægget har en samlet vægt på ca. 20 tons, hvoraf svinghjulet vejer 3 t og roterer med 3.300 o/min. Anlæggene som KMD anvender er leveret af Piller Danmark.
"Svinghjul er en gammelkendt teori og der er sådan set ikke noget revolutionerende i den overhovedet. Men man har løbende forbedret teknologien og det seneste er de magnetiske lejer, hvor du ikke har det samme energitab som ved kuglelejer. For eksempel ved opstart, hvor svinghjulet skal bringes til rotation, så reduceres lejebelastningen med ca. 70 pct. af vægten, da et magnetfelt løfter svinghjulet," siger han.
Beacon Power gik konkurs
I USA har flere firmaer arbejdet med at udnytte svinghjuls-teknologien til mellemlagring af energi over korte tidsrum. Et af dem er Beacon Power, der solgte den såkaldte Smart Energy 25 enhed med 16.000 omdrejninger i minuttet.
Ved den maksimale hastighed kan svinghjulet lagre 25 kWh energi - det betyder at enheden roterer med en hastighed på Mach 2 eller mere end 2.000 km/t. Derfor er svinghjulet placeret i et vakuum for at reducere gnidningsmodstanden, og rotoren hænger i en elektromagnetisk anordning, ligesom en magnet-svævebane.
Beacon Power har også solgt en såkaldt Matrix løsning med 10 Smart Energy-enheder, der kan absorbere flere megawatt energi, lagre det og frigive energien igen på et senere tidspunkt. Svinghjulet kommer dermed til at fungere som en form for støddæmper, der udligner svingninger i elforsyningen.
Men Beacon Power har ikke haft held til at markedsføre sine produkter og firmaet gik konkurs i slutningen af oktober. Firmaet havde ellers modtaget en lånegaranti på mere end 200 millioner kroner fra det amerikanske Energiministerium i 2009. Pengene blev brugt til at konstruere et anlæg på 20 megawatt i Stephentown i staten New York - og dette anlæg kører stadig.
I USA har svinghjuls-teknologien (på engelsk flywheel) haft svært ved at klare sig i forhold til batterier, hvor der er investeret enorme summer i udviklingen af nye teknologier.
Men det gammelkendte mekaniske princip bliver alligevel spået en stor fremtid. På den norske ø Utsira bliver et svinghjul brugt til at lagre overskydende vindenergi. Franske Alstom har udviklet et regionaltog, der bruger et svinghjulslager, og det britiske Formel-1-hold Williams har udviklet et såkaldt Kinetic Energy Recovery System, der også bruger et svinghjul.
Komprimeret luft
Der er endnu mere radikale forslag på bordet når det gælder om at lagre energi i stor målestok. Pacific Gas & Electric i Californien vil gemme energien fra vindmøller i form af komprimeret luft i undergrunden. Det forudsiges at projektet kan levere 300 megawatt energi i 10 timer. Luften pumpes ned i huler om natten, hvor forbruget er lavere, og hentes tilbage om dagen, hvor luften så passerer gennem en turbine, der genererer elektricitet.
SustainX arbejder med et lignende koncept med komprimeret luft, men her gemmes luften i metaltanke og energien lagres og udvindes gennem et hydraulisk system.
I andre projekter arbejdes der med helt nye batterityper med kemiske blandinger, der skal mangedoble kapaciteten i forhold til de nuværende batterier. Et af projekterne vil bruge gamle udtjente bilbatterier til at levere energi.
Den klassiske metode til at lagre energi udnytter vand, der pumpes op til en højere placering og så flyder tilbage og driver turbiner, når energien skal hentes tilbage. Men her er geografien en afgørende begrænsning, for det fungerer bedst i bjergrige egne.
