System för strömförsörjning till industri, handel och bostäder har inte förändrats mycket på lång tid. Nu finns det emellertid nya banbrytande tekniker – hybridisering och kraftomvandling – som kommer att förändra mycket. Stora fördelar hägrar för den som väljer att vara med redan i ett tidigt stadium.
Energi är dyrt, och alla tecken tyder på att energikostnaderna kommer att fortsätta stiga under överskådlig framtid. Inte att undra på att företag anstränger sig allt mer för att hitta sätt att ta kontrollen över och i bästa fall minska sina energikostnader. Det givna valet är att förbättra processeffektiviteten och därmed minska energiförbrukningen. Det är en logisk och berömvärd metodik, i synnerhet eftersom den bidrar till att skydda miljön, men den har också sina begränsningar. Det är oundvikligt att man till sist når en punkt där det inte är realistiskt möjligt att göra en process mer energieffektiv. Vad gör man då?
Om det nu inte är möjligt att minska den energimängd som förbrukas, då återstår bara möjligheten att sänka elräkningarna genom att hitta billigare el. Det är lika bra att vara tydlig – energibolagen kommer sannolikt inte att erbjuda detta – åtminstone inte direkt – så här krävs en mer kreativ lösning. Och denna lösning kallas hybridisering.
Men vad är då hybridisering? I detta sammanhang är det i princip ett kraftsystem som har tillgång till två eller flera oberoende energikällor. I den här definitionen är ordet oberoende viktigt – ett kraftsystem som till exempel kan försörjas från en av två tillgängliga transformatorstationer skulle inte klassas som ett hybridsystem eftersom det bara handlar om två anslutningar till en och samma energikälla – det nationella elnätet. Ett kraftsystem som däremot kan hämta ström dels från nätet och dels från exempelvis en solpanelsinstallation är definitivt ett hybridsystem.
Detta är faktiskt ett riktigt bra exempel. Om man lägger till ett förnybart energislag som solkraft till ett industriellt eller kommersiellt kraftsystem kan man definitivt minska kostnaderna, men lägger man även till energilagring – oftast i form av batterier – kan hybridisering spara ännu mer pengar samtidigt som man kan använda kraftsystemet på ett mycket mer flexibelt sätt.
I vanliga fall används hybridkraftlösningar i tillämpningar ”bakom elmätaren”, och ett bra exempel på detta är peak shaving. Det är en självklarhet att kraftsystemet till en fabrik konstrueras för att på ett säkert sätt klara av anläggningens maxlast. Men det är också mycket sannolikt att detta maximala effektbehov är intermittent – ett fåtal timmar i veckan är ganska normalt. Det innebär också att de transformatorer som levererar ström till fabriken oftast arbetar långt under maximal kapacitet.
Tänk nu på en fabrik som har ett hybridkraftsystem med energilagring. Man kan nu köra de mycket kostsamma transformatorerna på en nivå som klarar genomsnittlig last i stället för topplast, och batterierna används för att kompensera skillnaden under maxlastperioderna. Detta är vad peak shaving går ut på, och tekniken har ännu en stor fördel.
En stor del av kraftförsörjningen till industri och handel debiteras enligt en taxa baserad på maximalt behov, vilket innebär att energibolagen inte bara debiterar användaren för mängden förbrukad energi utan även baserat på den maxlast de innebär för energiförsörjningssystemet. Denna extra avgift är givetvis otrevlig men samtidigt rimlig eftersom energibolagens anläggningar måste kunna klara av toppbehoven, hur sällan de än förekommer. Peak shaving gör att energiförbrukarna kan begränsa sitt maximala effektbehov från nätet genom att täcka en del av sina största energibehov via egna batterier. Detta sänker omedelbart avgifterna för det maximala behovet.
I verkligheten är ovanstående beskrivning av peak shaving bara en av de många fördelar som hybridkraftsystem med energilagring kan erbjuda. En annan tilltalande möjlighet är att använda batterierna för att lagra energi från matarsystemet när priserna är lägre och sedan utnyttja den lagrade energin vid de tidpunkter – vanligen mellan 16:00 och 19:00 – då energipriserna är som högst. Detta kan betraktas som en annan typ av peak shaving och kan sänka energikostnaderna avsevärt. Ännu en möjlighet som vissa hybridkraftsystem erbjuder är förmågan att vid behov producera reaktiv kraft. Denna funktion kan användas för att förbättra effektfaktorn för en anläggning och därmed spara både energi och pengar.
För kraftsystem som omfattar energikällor som inte kan regleras, till exempel sol- och vindkraft, erbjuder hybridkraftsystem enorma fördelar som exempelvis mindre miljöfotavtryck och ökad hållbarhet. Hybridisering gör det möjligt att ha en större andel förnybart i energimixen genom att kompensera effektvariationerna från de intermittenta förnybara energislagen och därmed minska användningen av fossila energislag som härrör från kol- och gaskraftverk. Lyckas man balansera tillgång och efterfrågan på energi förhindrar man spännings- och frekvensfluktuationer och kan erbjuda användarna hög spänningskvalitet.
Ett hybridkraftsystem med energilagring kan sänka investeringskostnaderna för utrustning som till exempel transformatorer och reducera energikostnaderna genom att minska den maximala efterfrågan, förbättra effektfaktorn och minska energianvändningen vid toppbelastning, men faktum är att det kan åstadkomma mer än så. Batterierna kan säkra strömförsörjningen till anläggningen om strömavbrott inträffar i det nationella nätet. I dessa fall kan hybridsystemet i princip fungera som en UPS-enhet och i vissa fall göra att man slipper installera separata UPS-enheter för att säkra strömförsörjning till kritisk eller känslig verksamhet.
Ännu en värdefull funktion hos hybridkraftsystemen är deras förmåga att leverera energi från batterier, solpaneler eller andra lokala kraftkällor tillbaka till nätet. Eftersom energibolagen betalar för denna energi är det här ett mycket effektivt sätt att minska energikostnaderna. Ett hybridkraftsystem kan dessutom ge ännu större intäkter från nätoperatören genom att erbjuda tjänster som t.ex. fast frekvenssvar som underlättar vid balansering av tillgång och efterfrågan i nätet.
Förhoppningsvis har hybridenergisystem nu börjat låta verkligt tilltalande, men vad behöver man då för teknik? Faktum är att den redan finns och är lättillgänglig.
De batterier som används för energilagring har utvecklats enormt de senaste åren, och litiumjontekniken är i nuläget det mest populära alternativet, i synnerhet när det gäller snabba reaktioner för kortvariga behov. Elon Musk har konstruerat och börjat använda ett 100 MW-batteri av denna typ i Australien, men de flesta användare av hybridkraftsystem kommer att behöva teknik som fungerar endera under kortare eller längre tidsperioder. Dessa användare kan tänkas bli nöjda med batterier av annan typ – till exempel flödesbatterier som kan användas i upp till fyra timmar.
Batterier och vissa förnybara energikällor som t.ex. solpaneler producerar emellertid likström, medan elnätet och nästan alla industriella och kommersiella kraftsystem kräver växelström. Lyckligtvis finns en lättillgänglig lösning på problemet, även om den möjligen kan låta märklig. Den går ut på att helt enkelt använda vanliga växelriktare, det vill säga frekvensomriktare. En frekvensomriktare tar emot växelströmmen med den frekvens den har vid produktionen, omvandlar den till likström (via den så kallade DC-bussen) och konverterar sedan likströmmen till växelström igen med den frekvens som krävs för att styra motorn.
Men för DC-bussen spelar det ingen roll varifrån strömmen kommer, så matningen kan lika gärna komma från ett batteri som en solpanel, och därefter omvandlas likströmmen till växelström vid en frekvens som passar nätet och kan synkroniseras med det. De växelriktare som används i hybridkraftsystem är fullständigt dubbelriktade, och kan därför även hämta ström från nätet och utnyttja den för att ladda batterierna.
Vid första anblicken kan det verka som om den växelriktarutrustning som krävs för hybridtillämpningar skiljer sig från den som används i vanliga frekvensomriktare, men så behöver det inte vara. Danfoss växelriktare för hybridkraftsystem innehåller precis samma komponenter som frekvensomriktarna, men den inbyggda programvaran är – som förväntat – utformad för att erbjuda andra funktioner. Det faktum att komponenterna är desamma är en stor fördel eftersom hybridtillämpningarna kan dra nytta av produkter som redan testats otaliga gånger och används i bokstavligt talat tusentals frekvensomriktarsystem jorden runt.
Med detta sagt får man inte tro att man bara kan köpa ett antal standardkomponenter och följa installationsanvisningarna för att bygga ett pålitligt och effektivt hybridkraftsystem! Expertkunskap krävs för att bygga ett optimerat system, och den som funderar på att investera i hybridkraft bör kontakta leverantörer med verifierade kunskaper inom detta relativt nya teknikområde. Danfoss är en av dessa leverantörer som erbjuder hybridlösningar som följer internationella nätnormer – ett grundläggande krav för att en hybridlösning över huvud taget ska kunna anslutas till elnätet. Företagets utrustning har visat sig värdefull och hundratals hybridkraftsystem erbjuder redan i dag stora besparingar.
Så kallade banbrytande tekniker har fått stor uppmärksamhet den senaste tiden, men det är knappast så att all teknik som kallas banbrytande faktiskt är det. Hybridisering är däremot solklart banbrytande. Hybridkraftsystem skiljer sig radikalt från tidigare varianter, och som vi redan berättat kan de erbjuda enorma fördelar i form av kostnadsbesparingar och minskad miljöpåverkan.
Faktum är att hybridiseringen erbjuder så stora fördelar att det inte vore en överdrift att säga att hybridkraftsystemen inom en inte alltför fjärran framtid kommer att bli dominerande. Men varför vänta? Du kan dra nytta av hybridisering redan nu, så varför inte sätta igång redan i dag genom att kontakta en ledande teknisk växelriktarexpert med beprövad sakkunskap inom hybridområdet.
