Hvorfor kan brint ikke bare erstatte batterier?

Brintkædens tab betyder ikke kun mindre elektricitet ud. Skal de to lagre levere lige meget, kræver brintkæden væsentligt mere elektricitet. Skal energien desuden lagres inden for det samme tidsrum, kræver brintkæden også større effekt til elektrolysen.

De præcise tab afhænger af anlæggets komponenter og drift. Derfor skal batterier og brint sammenlignes inden for samme systemgrænse – eksempelvis fra elnet til elnet og inklusive konvertering og hjælpeforbrug.

I en teknologivurdering udarbejdet for det amerikanske energiministerium anvendes en round-trip-virkningsgrad på 31 procent som beregningsforudsætning for et 100 MW brintlager med ti timers afladningsvarighed. 

Billig strøm giver ikke nødvendigvis billig brint

Det kan virke oplagt at producere brint, når vind og sol presser elprisen ned. Men billig elektricitet er kun den ene side af regnestykket.

Hvis elektrolysatoren kun kører i få, meget billige timer, skal investeringen fordeles på en begrænset brintproduktion. Flere driftstimer kan sænke kapitalomkostningen pr. produceret enhed, men kan samtidig kræve køb af dyrere strøm.

Det skaber en afvejning mellem elpris, anlægsstørrelse og udnyttelsesgrad. En stor elektrolysator kan producere meget brint i de få timer, hvor strømmen er billig, men kræver en større investering. Et mindre anlæg koster mindre, men skal køre i flere – og muligvis dyrere – timer for at producere den samme mængde brint.

Lagerets driftsmønster afgør samtidig, hvor tungt energitabet vejer. Ved hyppig brug får konverteringstab stor betydning for det årlige elforbrug. Ved sjælden brug fylder anlægsomkostningen pr. leveret MWh mere.

Det gør ikke automatisk brint til den bedste løsning, men flytter vægten fra energitab til prisen på anlæg og lagerkapacitet.

Brints skaleringsfordel afhænger af lagerformen

I et lithium-ion-system kræver større energikapacitet som udgangspunkt flere celler. Effektelektronikken behøver ikke vokse tilsvarende, hvis leveranceeffekten er uændret, men selve energilageret gør.

I et brintsystem kan elektrolysator, lager og elproduktion dimensioneres mere uafhængigt. Det åbner mulighed for at udvide energikapaciteten uden tilsvarende at opskalere konverteringsudstyret.

Men en tryktank og en saltkaverne giver ikke det samme regnestykke. Den tidligere nævnte vurdering fra det amerikanske energiministerium peger på underjordiske saltkaverner som en væsentligt billigere mulighed for lagring af store mængder brint end tryktanke over jorden. Adgang til egnet geologi er derfor en central forudsætning – ikke blot en praktisk detalje.

Påstanden om, at brint er velegnet til meget store lagre, skal derfor følges af et spørgsmål: Hvilket lager kan faktisk etableres og forbindes med produktion og forbrug?

Adskillelsen af effekt og energikapacitet er heller ikke unik for brint. I flowbatterier lagres energien i eksterne elektrolyttanke, så energikapaciteten kan skaleres mere uafhængigt af cellestakkens effekt.

Når slutproduktet er brint, ændres sammenligningen

El-til-el-virkningsgraden er kun relevant, hvis energien skal tilbage som elektricitet.

Brint er allerede råstof i blandt andet ammoniakproduktion og raffinering. Hvis elektrolysen leverer brint direkte til en sådan proces, skal brinten ikke først omdannes tilbage til elektricitet. Tabet ved denne omdannelse indgår derfor ikke i regnestykket.

Her skal løsningen vurderes på, hvordan den leverer den nødvendige brintmængde med den krævede renhed, tilgængelighed og klimapåvirkning. Et batteri kan understøtte elforsyningen, men kan ikke erstatte behovet for molekylet.

Omvendt bør direkte elektrificering indgå som reference, hvor slutprocessen tillader det. Det kan fjerne behovet for brintkonverteringen, men ikke nødvendigvis behovet for lagring: En elektrificeret proces skal stadig håndtere, at elproduktion og forbrug ikke altid falder sammen.

Samme effektbehov giver ikke samme teknologivalg

Tilbage til lageret på 100 MW.

Skal lageret levere strøm fire timer hver aften, er høj virkningsgrad vigtig, fordi tabene gentages næsten dagligt. Skal det derimod dække flere døgn med lav vind nogle få gange om året, skal langt mere energi stå klar, selv om lageret sjældent bruges. Her får prisen på den ekstra lagerkapacitet større betydning, og brint kan komme i spil – hvis der er adgang til et egnet lager og den nødvendige infrastruktur.

Ingen af opgaverne kan afgøres ud fra virkningsgrad alene. Men de kan heller ikke afgøres ud fra en tommelfingerregel om, at batterier er til timer og brint til sæsoner.

Brint kan ikke bare erstatte batterier, fordi samme leverance kræver en anden energikæde, dimensionering og drift. Teknologivalget begynder derfor ikke med lageret, men med det arbejde, lageret faktisk skal udføre.