Pumpkraftverk nyckeln till stabil och hållbar el i framtidens energisystem

Ett pumpkraftverk fungerar som ett enormt uppladdningsbart batteri som lagrar energi i form av vatten. När elen är billig pumpas vatten upp till en högre nivå. När elbehovet ökar släpps vattnet ner igen genom turbiner som producerar el. På så sätt jämnas svängningar i elnätet ut och mer sol- och vindkraft kan användas utan att äventyra driftsäkerheten.

I dag står pumpkraft för merparten av världens lagrade energi. Tekniken är beprövad, har lång livslängd och mycket låg lagringskostnad per kilowattimme. Samtidigt utvecklas nya lösningar, som underjordiska pumpkraftverk i gamla gruvor, som kan minska miljöpåverkan ytterligare och utnyttja befintlig infrastruktur på ett smart sätt.

Hur ett pumpkraftverk fungerar i praktiken

Ett modernt pumpkraftverk bygger på en enkel princip: energi lagras som lägesenergi i vatten. Trots den enkla grundidén krävs noggrann ingenjörskonst för att få en anläggning att bli både effektiv och lönsam.

En typisk anläggning består av:
– en övre reservoar
– en nedre reservoar
– rör eller tunnlar mellan reservoarerna
– pumpar, turbiner och generatorer
– styr- och reglersystem

När elen i nätet är billig eller det finns överskott från exempelvis vindkraft används pumparna för att föra vatten från den nedre till den övre reservoaren. Energi parkeras då i form av vatten på högre nivå. När elpriset stiger eller belastningen på nätet är hög vänds flödet. Vattnet släpps ned genom turbinerna, driver generatorerna och omvandlas tillbaka till el.

Verkningsgraden för ett väl utformat pumpkraftverk ligger ofta runt 75 procent. Det innebär att ungefär tre fjärdedelar av energin som används vid pumpning kan tas tillbaka vid elproduktion. I jämförelse med många andra lagringstekniker är det mycket bra, särskilt med tanke på att anläggningar kan ha en livslängd på 5060 år eller mer.

En viktig styrka är skalbarheten. Pumpkraftverk kan utformas för att leverera effekt från några megawatt upp till flera gigawatt. De kan byggas för att klara korta toppar i elförbrukning eller för att leverera energi under många timmar, ibland upp till flera dygn. Därför passar de väl i elsystem där andelen förnybar energi växer snabbt och behovet av flexibilitet ökar.

Underjordiska pumpkraftverk och användning av gamla gruvor

I traditionella pumpkraftverk byggs reservoarerna ofta på markytan genom dammar i bergsområden. Den lösningen fungerar bra på vissa platser, men medför ibland stora ingrepp i naturmiljön. Här blir underjordiska lösningar ett intressant alternativ.

Genom att placera reservoarer i gamla gruvor eller andra underjordiska utrymmen kan flera fördelar uppnås:

– Mindre miljöpåverkan: Befintliga schakt och hålrum används i stället för att nya dammar byggs i orörd natur. Markanvändningen ovan jord blir begränsad.
– Lägre kostnader för reservoarer: Mycket av det tunga bergarbetet är redan gjort. Det reducerar investeringskostnaden för lagringsvolymen.
– Hög säkerhet och stabilitet: Berggrunden ger naturligt skydd och stabilitet. Vattenvolymerna hålls i ett slutet system, vilket minskar risken för påverkan på ytvatten och ekosystem.
– Närhet till befintlig infrastruktur: Många gamla gruvor har redan vägar, elanslutningar och annan grundläggande infrastruktur, vilket underlättar projektering och byggnation.

I ett sådant underjordiskt system leds vatten genom korrosionsbeständiga rör och tunnlar mellan en övre och en lägre reservoar inne i berget. Tekniken bygger fortfarande på samma fysik som traditionell pumpkraft, men kombineras med smart styrning och avancerad mjukvara.

En central del i moderna lösningar är förmågan att optimera driften utifrån elmarknadens signaler. Med hjälp av simuleringar av framtida elpriser och behov av stödtjänster kan varje anläggning få ett eget körschema. Vattnet pumpas upp när priserna är låga eller när nätet behöver balansstöd, och släpps ned när efterfrågan och priserna är högre. På så sätt maximeras nyttan både för ägaren och för elsystemet i stort.

Underjordiska pumpkraftverk i gruvor kan också fungera som långtidslagring. När perioder med låg vind och lite sol inträffar, den så kallade mörka och vindstilla vinterveckan, kan lagrad energi bidra till att undvika både elbrist och extrempris. Samtidigt är responstiden snabb nog för att stötta frekvensreglering och kortsiktiga svängningar.

Roll i energiomställningen och vägen framåt

Elektrifieringen av industri, transporter och uppvärmning går snabbt. Prognoser pekar på att elproduktionen behöver fördubblas inom 1015 år i många länder för att klara omställningen. Samtidigt ökar andelen väderberoende elproduktion från sol- och vindkraft.

Utan effektiv lagring leder det här lätt till:
– hög prisvolatilitet
– större risk för kapacitetsbrist vissa timmar
– ökat behov av reservkraft från fossila källor

Storskalig energilagring med pumpkraftverk kan dämpa alla dessa problem. Genom att ta vara på överskottsel och göra om den till lagrad vattenenergi jämnas produktionskurvan ut. Det blir lättare att använda mer förnybar energi utan att tappa kontroll över stabiliteten i nätet.

För energibolag, industri och större fastighetsägare kan pumpkraft också öppna nya affärsmöjligheter. Intäkter kan komma från:
– elhandel, genom att köpa lågpris-el och sälja när priset är högt
– stödtjänster till elnätet, som frekvensreglering och effektreserver
– minskade kostnader för effekttoppar och nätavgifter

Samtidigt uppfyller tekniken många krav som ställs på framtidens lagringslösningar:
– lång livslängd
– hög verkningsgrad
– låg klimatpåverkan
– möjlighet till många laddnings- och urladdningscykler
– konkurrenskraftig kostnad per lagrad kilowattimme

För att utnyttja potentialen fullt ut behövs aktörer som förstår både tekniken och elmarknaden. Här har företag som sens, med fokus på underjordisk pumpkraft i gruvor och avancerad optimering av driften, en tydlig roll. Genom att kombinera ingenjörskunskap, mjukvarumodeller och praktisk erfarenhet av energimarknaden kan de utforma anläggningar som passar lokala förutsättningar och framtida behov.

Den som vill fördjupa sig i hur underjordiska pumpkraftverk kan byggas i gruvor, hur affärsmodellerna ser ut och vilka tekniska lösningar som används, kan med fördel ta del av mer information från sens eller via sens.se.