Jordvarmelagring kan løse udfordringen med vedvarende energilagring

Energilagring i stor skala er nødvendig

Der er et stigende behov for batterisystemer, der kan lagre store mængder energi i flere timer eller dage. Dette skyldes, at sol- og vindenergi er intermitterende og varierer gennem dagen og fra dag til dag.

Det forværres yderligere i kolde klimaer, hvor energiforbruget ofte stiger, når temperaturerne er særligt lave, for at opvarme bygninger. Så når himlen er overskyet eller solpanelerne er dækket af sne, er energiefterspørgslen på sit højeste.

Brug af lithium‑ion‑batterier som i elbiler er usandsynligt som en løsning, der fungerer i stor skala. De er simpelthen for dyre, ikke holdbare nok og forbruger for meget råmateriale.

Derfor er mange forskellige alternative batterikemiere blevet overvejet til energilagring i forsyningsskala. Vi ser på de fleste af disse muligheder i vores artikel “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech“, herunder lithium‑jern‑fosfat, natrium‑ion, redox‑flow, jern‑luft, smeltet metal, nikkel‑hydrogen, natrium‑svovl osv.

Alle disse batterier lagrer energi i form af elektricitet på den ene eller anden måde, typisk gennem oxidation og reduktion af et metal.

Problemet er, at selv meget almindelige metaller som jern eller aluminium stadig ville kræve omfattende minedrift. Så hvad hvis vi lagrer energi i en anden form?

Lagring af varme

Der findes overraskende mange muligheder for at lagre energi uden at bruge elektricitet som lagringsmiddel. Vi har undersøgt dem nærmere i “Non-Chemical Alternatives To Batteries For The Energy Transition“. Disse muligheder omfatter:

• Komprimeret luft.
• Gravitationsbatterier (sten, pumpet vandkraft).
• Varmebatterier.
• Flywheel‑systemer.
• Termisk solenergi.

Hver af disse muligheder, både batterier og ikke‑batterier, har fordele og ulemper.

Den ideelle energilagringsløsning skulle opfylde nogle få karakteristika:

• Ingen brug for metal og sjældne materialer.
• Langtidsenergilagring, ideelt i flere uger eller måneder.
• Lav pris.
• Let skalerbar uden begrænsninger fra tilgængelige steder eller ressourcer.
• Den kan omdannes tilbage til elektricitet med minimale tab.

For de første 4/5 kriterier ville varmelagring opfylde kravene. Vi har undersøgt noget af den mulige “heat battery”‑teknologi i vores dedikerede artikel “Heat Batteries Rapidly Maturing Without the Need for Mining Metals”.

Dog kræver selv disse løsninger stadig en vis fremstilling af lagringskapaciteten, hvad enten det er kæmpe isolerede siloer fyldt med sand eller blokke af rent kul, opvarmet til 1500°C.

Forskere fra Kaunas University of Technology (Litauen) undersøger nu en anden mulighed: at lagre energien direkte i jorden under bygninger uden behov for ekstra fremstilling.

De offentliggjorde deres resultater i et specialudgave af tidsskriftet Sustainability¹ under titlen “Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation”.

Jordens termiske kapacitet

Da jord indeholder en blanding af mineraler og vand, har den typisk en enorm termisk masse, hvilket er den mængde energi i form af varme, den kan indeholde for et givet volumen eller masse. Jordens natur, såsom dens fysiske struktur, indhold af organisk materiale, tekstur og mineral sammensætning, bestemmer jordens termiske variationer.

På grund af dette har jorden en mere konstant temperatur under en vis dybde (generelt 2-3 meter / 6,5-10 fod), som afspejler den årlige gennemsnitstemperatur i et givet område.

Kilde: MDPI

Det er dette princip, som udnyttes af geotermiske varmepumper, som tager den varme, der er lagret i jorden om sommeren, for at opvarme boliger om vinteren, i stedet for at forsøge at pumpe varme fra den meget koldere overfladeluft. Det kan også fungere omvendt i varme klimaer, hvor jorden forbliver køligere om dagen og om sommeren end overfladeluften. De samme principper anvendes også i geotermiske drivhuse,

Måling af termisk diffusion

Eksperimentelt opsætning

Der er kun udført lidt testning, der har analyseret den termiske diffusion i flere lag af jord og målt den året rundt, hvilket muliggør en korrekt forståelse af jordens potentiale som et praktisk termisk batteri.

Forskningen oprettede derfor et eksperimentelt opsætning med flere målinger på forskellige dybder. De tilføjede en elektrisk modstand for senere at måle varmediffusionen. Den eksperimentelle forskning i varmedissipation i jorden startede i december og blev afsluttet i juli.

Kilde: MDPI

De eksperimentelle målinger blev sammenlignet med en digital simulering af varmediffusionen i jorden, hvor begge gav lignende resultater, hvilket bekræfter simuleringens gyldighed.

Kilde: MDPI

“De årslange målinger afslørede naturlige sæsonmæssige mønstre i jordtemperaturen og gjorde det muligt for os at identificere flere tendenser. Vi fandt, at selv den passive brug af et isoleret jordvolumen under en bygning kan reducere varmetab og øge dens energieffektivitet.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Vandenergilagring

Forskerne vidste allerede, at jordens vandindhold samt luftlommer påvirker hastigheden af termisk diffusion i jorden og dens termiske masse markant. Efterhånden som dybden øges, øges også akkumuleringstiden, så jorden kan lagre varme langsommere og i længere perioder.

Vandets aktivitet blev også opdaget som en nøglefaktor i varmediffusion i jorden, da vand kan transportere varmen mellem jordlag såvel som lateralt.

I en test blev jorden opvarmet til det punkt, hvor fugtigheden begyndte at fordampe – hvilket udløste en faseovergang, hvor flydende vand bliver til damp. Denne “faseovergang” fra flydende vand til damp absorberer en betydelig mængde varme, hvilket øger jordens samlede kapacitet til at holde på varmen, samtidig med at fordelingen ændres.

“Faseovergang kan være en effektiv måde at lagre varme på. Der kan lagres betydeligt større mængder energi i jorden.

Efterhånden som dampen bevæger sig gennem jorden, fordeler den varmen over et bredere område. “Vi bemærkede en skarp temperaturstigning, hvor dampstrømmen nåede. Det betyder, at energien bevæger sig og kan kontrolleres.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Praktiske anvendelser

Gør hver grund til et batteri

Da hver bygning har et betydeligt fodaftryk, vil udnyttelse af jorden til både strukturel stabilitet og varmelagring ikke kræve ekstra indsats, især ved nye bygninger, hvor varmeudvekslingen installeres under opbygningen af bygningens fundament.

Det samme kan siges om store overflader med beton eller asfalt.

“Et sådant system kan hjælpe med at balancere fjernvarmenetværk eller lindre belastning under overbelastning af elnettet. Det er også muligt at installere termiske akkumulatorer til individuel brug – under boliger, gader eller parkeringspladser.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Ideen er at bruge overskuddet af strøm i solrige timer og dage eller på blæsende dage til at opvarme jorden som et kæmpe varmbatteri. Den største mængde energi var nødvendig for at opvarme den omgivende jord i starten.

I det eksperimentelle opsætning tog det omkring en uge med kontinuerlig varmestrøm for at nå en stabil ligevægt, hvor der ikke kunne tilføjes mere varme til jorden uden at den løb ud.

Decentraliserede net & varme

En vigtig fordel ved denne teknologi er, at den nemt kan udnytte den decentraliserede karakter af solproduktion, både i landlige og urbane miljøer.

Det kan forårsage problemer, da elnettet ikke er designet til at håndtere bredt svingende belastninger i løbet af dagen, hvor der tidligere kun var et relativt stabilt forbrugspunkt. I den henseende hjælper batteriparker kun lidt, da elnettet stadig har brug for en opgradering for at forsyne batterierne.

I stedet kan overskuddet af solproduktion i en given bygning sendes lokalt som varme ind i jorden og genbruges senere om natten eller efter flere dage for at opvarme den. På denne måde overbelastes det lokale net ikke i de solrigeste timer.

Dette kan også i nogen grad fungere til køling, da jorden kan lagre kulde såvel som varme.

Yderligere forskning

Der skal foretages en dybere vurdering af systemets økonomi, som integrerer priser på anvendt udstyr og byggeomkostninger, besparelser på netopopgraderinger og hvor længe jorden kan holde på varmen økonomisk.

Indtil videre ser det ud til, at dette bør være et bedre system til at balancere energiefterspørgslen i dag‑nat‑cyklussen eller over et par dage end fler‑måneders og sæsonmæssig balancering.

En anden ting, der skal undersøges, før en praktisk anvendelse af teknologien kan implementeres, er hvordan den kan benytte eksisterende standardløsninger, som allerede anvendes i den geotermiske industri.

“Vores umiddelbare mål er at integrere eksisterende løsninger, såsom borehuller, pæle og andre underjordiske varmeudvekslingsteknologier, i et system der kan gavne både industri- og boligsektoren.”

Prof. Ždankus – Professor at the Kaunas University of Technology

Investering i geotermisk energi

Sektoren er stadig relativt lille sammenlignet med andre vedvarende energikilder og udvikler sig hurtigt teknologisk. Vi diskuterede den i detaljer i “Geothermal Power: Green Energy That is Red-Hot“.

Det betyder, at mange af de mest avancerede startups i sektoren stadig er private. For eksempel lukket‑loop geotermisk energi Eavor, superkritisk geotermi Quaise, eller fonde kun tilgængelige for akkrediterede investorer som Baseload Capital.

Det betyder også, at nogle avancerede geotermiske virksomheder, som Iceland Drilling, kun kan være en lille del af en meget større olie‑ og gasboringsvirksomhed (Archer Wells – ARCH.OL i dette tilfælde).

Alligevel er nogle virksomheder børsnoterede og tilgængelige for detailinvestorer. Du kan investere i geotermirelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan finde vores anbefalinger til de bedste mæglere på dette websted i USA, Canada, Australien, Storbritannien, og mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke virksomheder, kan du også kigge på ETF’er som Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) eller ALPS Clean Energy ETF (ACES) for at drage fordel af væksten i den geotermiske energisektor.

Geotermiske virksomheder

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat er verdens største ejer og operatør af geotermisk energi. Virksomheden har aktiver i USA, Kenya, Indonesien og Centralamerika + Caribien med en kapacitet på 1,5 GW, svarende til 10 % af den globale geotermiske energiproduktionskapacitet, med 253 MW tilføjet i blot 2024.

Kilde: Ormat

Virksomheden sigter mod en kraftig vækst i produktionskapaciteten, med mange nye borehuller, især i Nevada, Utah og Californien. I alt bør den nå 2,6‑2,8 GW i produktionskapacitet inden 2028.

Kilde: Ormat

Ormat træder også ind på energilagringsmarkedet med 290 MW i drift. Yderligere 385 MW lagringskapacitet er under udvikling, med et langsigtet potentiale på 2,9 GW.

Kilde: Ormat

Den er også leverandør af geotermisk teknologi og bidrager med sin ekspertise til 74 % af binære anlægsprojekter, som overfører varmen fra jorden til en anden væske; binære anlæg udgør 61 % af det globale geotermiske energimarked, hvilket betyder, at Ormat kontrollerer 45 % af det globale marked.

Kilde: Ormat

Geotermisk energi er i øjeblikket en hurtigt voksende sektor, men også en, der stadig er meget konservativ på grund af manglende kendskab til teknologien hos de fleste forsyningsselskaber og industrivirksomheder.

I den henseende gør dette Ormat godt positioneret til at udnytte den stigende efterspørgsel, samtidig med at den er en af de mest etablerede aktører i branchen og leverer baseload vedvarende energi, noget som andre grønne teknologier stadig kæmper for at opnå.

Seneste om Ormat Technologies

Studierreference:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Forskning i at øge bygningens energieffektivitet ved at bruge jorden under den til termo‑akkumulering.Integration af vedvarende energi og anvendelse i bygninger for CO₂‑neutralitet, 2. udgave https://doi.org/10.3390/su17010262}