Termisk energilagring

Hvad er termisk energilagring, og hvornår giver det værdi?

Termisk energilagring (ofte forkortet TES) er en metode til at lagre termisk energi som varme eller kulde i timer, dage eller sæsoner, indtil energien kan anvendes, når behovet opstår. I praksis betyder det, at overskudsvarme fra fx industrielle processer, solvarme om sommeren eller perioder med billig elektricitet kan oplagres og udnyttes senere.

Den konkrete værdi opstår, når I kan udligne mismatch mellem produktion og forbrug. Det kan fx være, at I har varme til rådighed, når der ikke er afsætning, eller at I har et senere behov, hvor alternativet er dyrere drift. Det centrale er derfor at kunne flytte energi i tid, uden at løsningen begrænses af for lav temperatur, manglende afsætning eller utilstrækkelig afladningseffekt. I bør tidligt afklare, om jeres udfordring primært handler om energimængde (MWh), effekt (kW) eller temperaturkrav, fordi det styrer både valg af lager og integration.

Termisk energilagring kan integreres med flere typer energisystemer, herunder kraft-varmeværker (CHP), koncentreret solvarme (CSP) og power-to-X løsninger, afhængigt af jeres design og driftsbehov. I praksis er det ofte samspillet mellem styring, varmeveksling og driftsrutiner, der afgør, om lagringen reelt kan udnyttes, når det gælder.

Tre hovedtyper af termisk energilagring: sensibel, latent og termokemisk

Teknologierne inden for termisk energilagring opdeles typisk i tre kategorier. De adskiller sig på modenhed, kompleksitet, pladsbehov og driftskrav. For jer betyder det, at et valg ikke kun handler om lageret i sig selv, men også om, hvor robust løsningen er i hverdagsdrift, og hvor meget dokumentation I kan kræve, før I binder jer.

Sensibel termisk energilagring, hvor varmen lagres uden faseændring

Sensibel lagring lagrer varme uden faseændring, typisk i vand eller sten. Det er den mest udbredte og kommercielt modne løsning og udgør majoriteten af eksisterende installationer. Vandbaserede lagre kan være tryksatte eller trykfri og designes som forskellige tanktyper afhængigt af lagringshorisont og temperaturniveau.

I Danmark er damvarmelagre og store varmtvandstanke udbredt i fjernvarmen til både korttids- og sæsonlagring. I praksis handler et velfungerende sensibelt lager ofte om at bevare temperaturstratificering, minimere varmetab og sikre, at ind- og udtag sker på en måde, der understøtter jeres ønskede drift. Det gør det relevant at tænke lagring, varmeveksling og styring som én samlet løsning frem for som enkeltkomponenter.

Latent termisk energilagring med PCM, når plads og energidensitet er i fokus

Latent lagring anvender faseændringsmaterialer (PCM) og ses typisk i pilot- og udviklingsprojekter. Fordelen er mulighed for højere energidensitet og dermed mindre volumen. Det kan være en fordel, hvis I er arealbegrænsede, eller hvis lageret skal integreres tæt på forbrug eller produktion, hvor pladsen er dyr eller praktisk vanskelig.

Et eksempel fra norsk forskning viser, at salthydrater kan reducere lagerstørrelsen til omkring 25 % af volumenet sammenlignet med konventionelle varmtvandslagre. I en dansk-schweizisk udvikling med salthydrater blev virkningsgraden forbedret fra omkring 65 % til 85 % ved brug af tynde varmeledende lameller af resirkuleret aluminium, samtidig med at opladning og varmeafgivelse blev væsentligt hurtigere. For jer peger det på en vigtig pointe: i latent termisk energilagring er varmeoverførsel og geometri ofte lige så afgørende som selve materialet, fordi det påvirker, hvor hurtigt lageret kan lades og aflades i praksis.

Termokemisk termisk energilagring, hvor dokumentation er en forudsætning

Termokemisk lagring baseres på sorption eller reversible kemiske reaktioner og beskrives som eksperimentel med begrænsede performancedata. Det betyder, at beslutningsgrundlaget ofte kræver tydelige acceptkriterier for dokumentation, test og drift, før teknologien kan vurderes op imod mere modne løsninger.

Hvis I overvejer termokemisk termisk energilagring, bør I derfor være skarpe på, hvad der skal dokumenteres, før løsningen kan indgå i en kommerciel sammenligning. Det kan fx handle om afgrænsede testscenarier, krav til målepunkter og en driftsplan, der gør det muligt at verificere ydeevne uden at kompromittere forsyning eller processtabilitet.

Termisk energilagring i praksis: materialer, energidensitet og pladsbehov

Valg af termisk energilagring påvirker både energidensitet (energi pr. volumen) og pladskrav. De højeste energidensiteter findes ved termokemiske sorptionslagre, efterfulgt af varmtvandslagre, latente organiske PCM-systemer og groplagringsanlæg. Lavere energidensitet ses typisk ved sensible lagre som akvifer- og borehullagre.

For jer betyder det, at et teknologivalg ikke kun er et økonomisk spørgsmål, men også et spørgsmål om areal, placering og integration. Et lager med lavere energidensitet kan være fuldt relevant, hvis I har pladsen og har mest værdi i robusthed og enkel drift. Omvendt kan en mere kompakt løsning give mening, hvis layout, bygninger eller sikkerhedszoner gør volumen og placering til den reelle begrænsning.

Det er også praktisk at skelne mellem, hvad lageret skal løse: Skal det primært udjævne døgnvariationer, håndtere spidslast eller flytte energi mellem sæsoner? Den afklaring gør det lettere at vurdere, om I har behov for høj effektudveksling, eller om det er den samlede lagrede energimængde, der er vigtigst.

Termisk energilagring i fjernvarme, hvor fleksibilitet kan planlægges

Termisk energilagring spiller en tydelig rolle i Danmark, hvor omkring 400 fjernvarmeselskaber opererer, og mange har investeret i store groplagringsanlæg. Et konkret eksempel er et groplager i Høje Taastrup på 70.000 m³ varmt vand med en lagringskapacitet på 3.300 MWh. Lageret er koblet til Københavns hovedledning for fjernvarmeoverføring og kan lagre overskudsvarme fra ledningen til brug, når prisen på andre opvarmningsalternativer er høj.

Traditionelt lades groplagre om sommeren og tømmes om vinteren (én cyklus). I Høje Taastrup køres der omkring 30 cykler årligt, hvilket viser, at termisk energilagring også kan bruges til hyppig fleksibilitet – ikke kun sæsonflytning.

For fjernvarme handler implementeringen ofte om at få samspillet mellem produktion, net og lager til at fungere operationelt: hvornår der lades, hvornår der aflades, og hvilke begrænsninger der gælder i ledningsnettet. Når lagringen bliver en aktiv del af driftsplanen (og ikke kun et sæsonlager), bliver tydelige styringsprincipper og klare driftsrutiner en vigtig del af værdien.

Termisk energilagring til køling i datacentre med RTES

En veldokumenteret anvendelse af termisk energilagring er reservoir thermal energy storage (RTES) til datacenterkøling. Her lagres kuldeenergi under jorden og bruges under topbelastning. I en modelleret analyse med fire brønde boret til 275 meters dybde blev performance vurderet over 20 år og sammenlignet med konventionel køling med tørre kølere og damptrykkompressorkølere.

RTES var mindre afhængig af udetemperaturer og viste næsten syv gange højere effektivitet under sommerens spidsbelastning: en virkningskoefficient på 16,5 mod 2,4. Samtidig blev levelized cost of cooling reduceret fra 15 dollar/MWh til 5 dollar/MWh.

I praksis peger eksemplet på, at termisk energilagring til køling især bliver relevant, når I har tydelige peak-perioder, hvor konventionelle systemer typisk bliver mindre effektive eller dyrere at køre. Her kan lagring fungere som en buffer, der aflaster den aktive køleproduktion, så driften bliver mere stabil under spidsbelastning. Det ændrer ikke kravene til driftsovervågning og vedligehold, men det kan ændre, hvornår og hvordan kapaciteten skal leveres.

Økonomien i termisk energilagring afhænger af drift og prisdynamik

Økonomien i termisk energilagring afhænger især af lagringshorisont, prisdynamik (spænd mellem lav og høj pris), pladstilgængelighed, integrationskompleksitet samt drifts- og vedligeholdelsesbehov. For varmeproduktion kan kombinationen af varmepumper og termisk energilagring reducere varmeomkostningerne med op til 15 % sammenlignet med varmepumper alene.

For at vurdere, om casen er robust, bør I se på, om lagringen kan udnyttes ofte nok til at give effekt, og om I har den nødvendige afsætning, når lageret aflades. Det er også relevant at vurdere, om lageret reducerer behovet for spidslast eller giver frihed til at køre andre anlæg på mere fordelagtige tidspunkter. Jo mere jeres drift faktisk kan flyttes i tid, desto mere sandsynligt er det, at lagringen kan bidrage positivt til den samlede økonomi.

Finansiering kan også påvirke business case. For fjernvarmeprojekter, herunder groplagringsanlæg, findes der kommunale kreditfonde med meget lave renter – også under 1 % – til bæredygtige energiløsninger. I den type projekter er det derfor praktisk at tænke finansieringsmuligheder ind tidligt, fordi det kan påvirke både dimensionering og prioritering i projektforløbet.

Regler og rammer for termisk energilagring i EU og Danmark

Termisk energilagring bliver påvirket af både EU- og danske rammer. EU’s energieffektiviseringsdirektiv (EU/2023/1791) gør “energieffektivitet først” til et grundprincip og stiller bindende krav om samlet yderligere reduktion i energiforbruget frem mod 2030. Direktivet skærper også rammerne for opvarmning og køling, herunder definitionen af effektiv fjernvarme og fjernkøling for at understøtte en dekarboniseret forsyning inden 2050.

Det betyder i praksis, at dokumentation, planlægning og prioritering af energieffektive løsninger får større vægt i beslutningsprocesser. For jer kan det gøre det relevant at beskrive termisk energilagring som et konkret driftsgreb: hvad lagringen optimerer, hvilke tab der accepteres, og hvordan løsningen understøtter et mere effektivt system på tværs af produktion og forbrug.

Nationalt fastsætter Elforsyningsloven, at elforsyningen skal planlægges med hensyn til klima, miljø, forsyningssikkerhed, forbrugerbeskyttelse og samfundsøkonomi – og den fremmer bl.a. effektiv energianvendelse og fleksibilitet i energisystemet. I praksis gør det det relevant at tænke termisk energilagring ind som en fleksibilitetskomponent, der kan udnytte perioder med lavere elpriser eller høj vedvarende produktion, når det passer til jeres driftsrammer.

Risici og faldgruber i termisk energilagring og sådan reducerer I dem

Termisk energilagring kræver styr på både teknik og drift. Der er også trade-offs mellem stor energimængde (MWh) og høj afladningseffekt (kW) i praksis. I bør derfor behandle risici som en del af design- og driftsgrundlaget, ikke som en eftertanke.

Her er de typiske risikopunkter, og hvad I konkret kan bruge dem til i jeres kravspecifikation og driftsplan:

• Varmetab: Skal håndteres i design og drift, især ved længere lagringshorisonter. I praksis bør varmetab indgå i dimensioneringen og i forventningen til, hvor længe energi kan “stå” på lager uden at miste værdi.
• Materialer og tryk: Sensible lagre kræver fokus på korrosion, trykforhold og materialevalg, der tåler cykliske temperaturændringer. Det er vigtigt, at materialevalg, svejsninger og trykdesign matcher de reelle driftscykler, ikke kun et teoretisk scenarie.
• Korrosion under isolering (SRC): Isolering kan fange fugt mod tankoverfladen, især hvis metalkappe eller tætning kompromitteres. Uden regelmæssig inspektion kan kritiske tegn overses, hvilket øger risiko for lækager og nedetid. Det kan derfor være relevant at planlægge inspektionspunkter og adgangsforhold allerede i layoutfasen.
• PCM-krav: Latent lagring stiller højere krav til materialestabilitet og temperaturinterval, fordi faseændringen skal rammes for at give effekt. I praksis betyder det, at driftsstrategien skal kunne holde lageret inden for det relevante temperaturvindue, ellers falder den forventede nytte.
• Teknologirisiko: Termokemisk lagring har manglende effektivitetsdata og kræver typisk pilotresultater og driftsdata før kommerciel sammenligning. Her bør I definere, hvilken dokumentation der er “god nok”, før I accepterer skalering.

Samlet set bliver de bedste projekter typisk dem, hvor risici oversættes til konkrete krav: hvilke målinger der skal være, hvilke driftsscenarier der skal kunne håndteres, og hvilke vedligeholdelsesrutiner der kræves for at fastholde performance.

Sådan planlægger I et projekt med termisk energilagring trin for trin

Et termisk energilagringsprojekt bør struktureres, så I minimerer risiko og får et realistisk beslutningsgrundlag. Det handler især om at få de rigtige afklaringer på plads, før I låser jer fast på teknologi og dimensioner.

En enkel og praktisk proces kan se sådan ud:

1. Behovsafklaring: Temperaturkrav, driftsscenarier, lagringshorisont og eksisterende infrastruktur. Sørg for at beskrive, hvornår behovet opstår (døgn, uge, sæson), og om det er effekt eller energimængde, der er den primære begrænsning.
2. Systemdesign og dimensionering: Fokus på varmetab, materialer, trykdesign og – vigtigt – den ønskede afladningseffekt i drift. Her er det afgørende at dimensionere til den reelle driftsadfærd, så lageret ikke bliver stort, men langsomt, eller hurtigt, men for lille i energimængde.
3. Integration: Dimensionering af varmevekslere og driftsprotokoller, så opladning sker når elpriser er lave eller vedvarende produktion er høj. Integration handler også om grænseflader: hvem styrer hvad, og hvilke setpunkter der gælder i normaldrift og ved afvigelser.
4. Test og optimering: Mange starter med pilotinstallationer for at validere performance før fuld skalering og bruger driftsdata til at justere styring. Formålet er at sikre, at den forventede fleksibilitet kan leveres i praksis, og at driftsteamet har et enkelt beslutningsgrundlag, når der skal lades eller aflades.

Hos XOLTA arbejder vi løsningsorienteret med energiprojekter, hvor tekniske valg, integration og driftssikkerhed skal hænge sammen i praksis. For termisk energilagring betyder det, at I får en klar proces for afklaring, dimensionering og risikostyring, før I binder jer til en teknologi. Det gør det lettere at sammenligne løsninger på et ensartet grundlag og at skabe en implementering, som kan drives stabilt over tid.