Lagring av termisk energi

Det finns tre huvudtyper av lagringsmetoder för termisk energi:

  • Sensibel värmelagring
  • Latent värmelagring 
  • Kemisk värmelagring

Sensibel lagring innebär att ett medium lagrar energi utan att genomgå en fasomvandling. Latent lagring innebär att ett medium lagrar energi och därigenom genomgår en fasomvandling. 

Vid kemisk värmelagring upptas energi genom endotermiska reaktioner. Energin avges igen som värme när reaktionerna reverseras.

Jämförelse av de olika metoderna:

 
Värmelagringsmetod Kapacitet Effektivitet Kostnad
Sensibel värmelagring 10 - 20 kWh/ton 50 - 90% 0,1 - 10 €/kWh
Latent värmelagring ≤ 100 kWh/m3 75 - 90% 10 - 50 €/kWh
Kemisk värmelagring ≤ 250 kWh/m3 75 - 100% 8 - 100 €/kWh
 


Sensibel värmelagring

Sensibel värmelagring är den vanligaste och mest utvecklade metoden. Den är både billigare och enklare än latent och kemisk lagring. Det medium som används väljs beroende på lagringstemperatur och bör ha hög värmekapacitet för att minimera lagringsvolymen.

Understiger temperaturen 100 °C används vanligtvis vatten. För temperaturer upp till 540 °C kan blandningar av smält salt användas och för temperaturer upp mot 1000 °C är eldfasta stenar ett alternativ.
 

Fluider som lagringsmedium 

Är lagringsmediet en fluid används framförallt ackumulatorer, akviferer eller bassänger som lager:
 

Ackumulatorer

En ackumulatortank fungerar ungefär som en termos. Innerst finns en behållare där vätskan hälls. Denna är isolerad med exempelvis glasfiber- eller mineralull. Utanför isoleringen finns ett hölje av exempelvis stål, betong eller fiberglas.

Istället för att isolera tanken kan den grävas ner i marken som då får fungera som både isolering och hölje. Nackdelen med att gräva ner tanken är att uppvärmningen av marken givetvis förbrukar energi, som då går förlorad. 

Det finns främst två typer av ackumulatorer:

  • trycksatta
  • ej trycksatta

Ej trycksatta tankar är billigare per volymenhet, vilket oftast gör dem mer ekonomiska. En trycksatt tank har högre kapacitet men dyrare konstruktion och större värmeförluster.

Svenska företag som tillverkar industriackumulatorer:

Flamco

Husqvarna Tanksvets

Rodoverken
 

Akviferer

En akvifer är ett naturligt befintligt, underjordiskt och vattenfyllt rum. Det existerande grundvattnet i rummen ersätts med varmt vatten och temperaturen hålls relativt konstant året om. Detta gör att akviferer lämpar sig för långtidslagring av värme. Eftersom rummet redan finns blir investeringen låg.

Exempel på byggbolag som deltagit i projekt i Sverige:

PEAB

Skanska
 

Bassänger

Då en bassäng används täcks den med ett isolerande lock. Ju större volymen bassängen har i förhållande till sin mantelarea, desto mindre blir förlusten. 

Vatten har hög specifik värmekapacitet, är lättillgängligt och billigt. Därför är vatten det vanligaste lagringsmediet. Vatten orsakar dock vissa problem så som korrosion, frysning och kokning men problemen kan oftast lösas med olika kemiska tillsatser.
 

Solider som lagringsmedium 

Är lagringsmediet solitt lagras det vanligtvis i borrhålslager eller sten- och grusbäddar:

Värmekapaciteten för solider är lägre än för vatten vilket innebär att en större lagringsvolym krävs för att erhålla samma kapacitet. Fördelen med stenar är dock att de är billiga och ger låga värmeförluster.

Exempel på eldfasta material som är lämpliga för högtemperaturslagring är magnesium-, aluminium- och kiseloxider.
 

Borrhålslager

Hål på mellan 50-200 meters djup borras och varmt eller kallt vatten får sedan cirkulera i hålen för att värma upp, alternativt kyla ner marken runt dem. Ju fler hål desto mindre blir den relativa värmeförlusten.

Den största kostnaden för ett borrhålslager är själva borrningen. I Sverige är konkurrensen bland företag ganska stor, vilket håller priserna nere.

Företag med borrkunskaper i Sverige:

Styrud

Xylem
 

Sten- och grusbäddar
Vatten eller luft cirkuleras genom ett utrymme i marken fyllt med sten eller grus för att lämna eller hämta upp värme.
 

Latent värmelagring

Vid latent värmelagring genomgår värmelagringsmediet en fasomvandling. Latent värmelagring kan lagra 5-14 gånger mer energi per volymenhet än sensibel värmelagring och detta utan att temperaturen varierar speciellt mycket. Det beror på att mediet använder energin för att byta fas istället för att stiga i temperatur.

Latent värmelagring lämpar sig främst då hög energidensitet, litet lagringsutrymme eller konstant temperatur är ett krav.

Vid latent värmelagring används exempelvis paraffiner, smälta salter, metaller och eutektiska legeringar som värmelagringsmedium. Mediet kan lagras på samma sätt som vid sensibel värmelagring. Det går även bra att lagra kyla med latent värmelagring. Ett exempel är is som sparas på vintern och som sedan används för att kyla under sommarmånaderna.

Praktiskt exempel på lagring och transport av värme
 

Kemisk värmelagring

Kemisk lagring innebär att energin upptas genom kemiska reaktioner, vanligtvis genom absorption eller adsorption. Värmen avges igen då reaktionerna reverseras. Det finns ännu inga metoder som gör denna värmelagring kostnadseffektiv.

Företag verksamma inom inom lagring av kyla och kemisk värmelagring: 

Climator

Climatewell