Har du kjent på kraften av vind på en stormfull dag? Det er kanskje ikke vanskelig å se for seg at det er mye energi i vind. Men som du også har opplevd, er de aller kaldeste vinterdagene ofte helt vindstille. Den dagen da det hadde vært mest bruk for energi til oppvarming, er det ingen energi å hente fra vind. Dette er det største problemet med akkurat denne typen energiutnytting. Luft i bevegelse, utjevning mellom lav- og høytrykk eller vind, er en veldig variabel energikilde.

Å bruke været til sin fordel

Før vi går videre med å forklare fenomenet pumpekraft, må man ha en liten forståelse av hvordan værsystemet virker. Du vet fra før at kald luft vil være tyngre enn varm luft. Det vil si at luft som varmes opp vil stige, og det vil oppstå lavtrykk (underskudd av luft). For å opprette balansen blir kald luft hentet fra et område med høytrykk (overskudd av luft). Transporten av luft mellom disse høytrykks- og lavtrykksområdene er det vi kaller vind. Høytrykk og lavtrykk kan oppstå både lokalt og over et større område. Les mer om vind og trykk her (snl.no/vind).

Men hva skal vi gjøre med dette? I noen perioder vil vi altså ha mye vind, mens i andre perioder vil vi ha et stort underskudd. Om ikke energibehovet vårt varierer i takt med vinden, vil altså mye energi forbli uutnyttet. Det er her kombinasjonen av vind og vannkraft kommer inn i bildet. Vann som ligger i et vannmagasin kan anses som lagret energi, eller som et batteri om du vil. Vi kan selv regulere hvor mye energi vi skal hente ut av det ved å åpne og lukke slusene. I perioder med lite etterspørsel lar man mindre vann gå gjennom turbinen, og man produserer mindre elektrisitet.

Når det er mye vind, og lav etterspørsel av elektrisitet har man tilgang på mer energi enn det samfunnet trenger. Denne energien kan lagres ved å pumpe vann opp fra et lavereliggende til et høyereliggende punkt. Den potensielle energien til vannet øker (les mer om fysiske prinsipper ved vannkraft her (ungenergi.no)).  Man reverserer altså vannkraftprosessen. Ved å sende energi inn på generatoren. Istedenfor å la den produsere energi, vil den oppføre seg som en el-motor, og få turbinen til å snurre motsatt vei. Skovlene på turbinen vil på denne måten presse vannet oppover, og vi vil få en pumpeeffekt. Ofte har man slike pumpekraftverk i områder hvor man har to magasiner med en høydeforskjell. Slik har man alltid kontroll på hvor mye vann som er i hvert magasin.Når det er så mye vind at vi ikke klarer å utnytte energien i den til momentan bruk, sender vi altså overskuddsenergien til nærmeste pumpekraftverk. På denne måten vil vi kunne bruke den ved en senere anledning.

Illustrasjon: UngEnergi

Norge som Europas “batteri”

I Norge har vi god kapasitet for vannkraft. Vi har relativt store høydeforskjeller, og gode muligheter for oppdemming. Med en langstrakt og værdhard kyst, har vi også et stort potensiale for vindkraft. Det ligger altså i kortene at vår lille nasjon er veldig godt egnet for å utnytte pumpekraftteknologien, skulle det bli nødvendig i fremtiden. Selv om vi dekker vår egen elektrisitet-og oppvarming med relativt grønn energi, får mange nasjoner i Europa fortsatt energien sin fra atom- og kullkraftverk. Disse har jevn produksjon av strøm som dekker gjennomsnittet av etterspørselen. I noen deler av året går etterspørselen opp og man får underskudd av energi. Energietterspørselen blir større enn energiproduksjonen. Et særlig problem er når det blir kaldt om vinteren. I sentral-Europa legger det seg på vinterhalvåret innimellom et ekstremt høytrykk over store deler av innlandet. Lufta blir stillestående og det blir svært kaldt. Behovet for oppvarming øker. I disse periodene blir etterspørselen av energi større enn kapasiteten de europeiske kraftprodusentene klarer å levere. For å kunne tilfredstille denne etterspørselen av energi blir gasskraftverk brukt. Dette gjør også at luftkvaliteten på den stillestående lufta over sentral-Europa blir veldig redusert.

Se nå for deg at store deler av Europa vil gå over til mer miljøvennlige energiformer. Det er store muligheter for utbygging av vindkraft i Nordsjøen, både på norsk og internasjonal sokkel. En tenkt vindmøllepark i Nordsjøen vil kunne produsere nok energi i gjennomsnitt til å forsyne store deler av Europa. En slik vindmøllepark vil selvfølgelig være utsatt av varierende vindstyrke. På grunn av at vindintensiteten endrer seg såpass mye, er det nødvendig å kunne lagre overskuddsenergien, og kunne sende den ut på el-nettet igjen når det er behov for den, som for eksempel på de kaldeste og mest vindfattige dagene på vinteren. Dette kan for eksempel gjøres med å innføre pumpekraftteknologi i norske vannkraftverk.

En tenkt situasjon med vindkraft i Nordsjøen vil kreve lagringskapasitet på 5 TWhEn terrawattime er et mål på en energimengde. Tilsvarer 1 milliard kWh. (5 000 000 000 kWh) for å kunne lagre energi fra en uke med mye vind, til å bruke i en uke hvor det er lite vind. For å gi et bilde over hvor mye energi som må lagres kan du se for deg at vi skulle lagret all denne energien i batteriene til el-biler. En Tesla model S har en batterikapasitet på 85KWt, og for å lagre energien av en ukes overskuddsenergi fra Nordsjøen måtte vi hatt nesten 59 millioner slike biler stående (uten å kunne utnytte dem som kjøretøy!). Det er altså et mye bedre alternativ å lagre energi i vannreservoarer.

Et slikt internasjonalt samarbeid vil føre til en økt nødvendighet for å flytte strøm over landegrensene. Det krever et bedre system med kraftlinjer enn det vi har i dag, noe som er et kontroversielt tema. Ofte vil fornybar energiproduksjon være plassert der ressursen er. Det vil si at for eksempel vindmøller må stå der det er vind, ofte ute til havs, og vannkraftverk trenger å ligge der det er nok vann og høydeforskjell. Den største tettheten av forbrukere finner vi innenlands i Tyskland og Frankrike, og for å koble disse sammen med energiproduksjonen må det bygges flere og større kraftlinjer. Dette er ikke nødvendigvis  populært i samfunnet, både av estetiske og økonomiske grunner.

Miljø

Pumpekraftverk har, i likhet med alle andre energiutvinnere, fordeler og ulemper. Vannkraftverk krever som kjent et inngrep i naturen: et landareal må avsettes til magasinet. Dette magasinet vil ha variabel vannstand, som vil si at høyden på vannoverflaten kan variere (ofte med flere meter), som vil si at det vil bli umulig for planteliv i vannkanten. Fisk og andre organismer kan også ta skade av slike brå endringer, og er nødt til å ta hensyn til ved utbygging. Et pumpekraftverk vil føre til større endringer i vannstanden, og vil føre til en enda større endring i lokalmiljøet. Fordelene og ulempene må diskuteres hver gang det skal bygges nytt. Les mer om vannkraft og fremtiden her (ungenergi.no).

Vi har allerede godt utbygd infrastruktur rundt vannkraft. Ved å satse på å utnytte denne til energilagring for Europa vil det kreve mye mindre naturinngrep enn ved bygging av nye damsystemer lengre ned på kontinentet. Hvis vi slipper å bygge nye damanlegg, og heller utnytte den kapasiten vi har her til lands, kan vi både hindre nye naturinngrep, og skape vekst i norsk energieksport. Dette er nettopp enda en grunn til at vi i Norge kan utnytte denne teknologien for fullt.

Teknologi

I et pumpekraftverk bruker man såkalte pumpeturbiner. Dette er en Francisturbin som fungerer som en pumpe om man snur retningen den snurrer. Det som skiller pumpekraftverksturbinen fra vanlige Francisturbiner er at den har færre skovler. Dersom vi hadde hatt en Francisturbin med 12 skovler, ville en pumpeturbin med samme størrelse hatt mellom 3 og 4. Les mer om turbiner her (ungenergi.no)