Batteri kan göra reserv­kraft mer effektiv

Dieselaggregat är den vanligaste metoden för att driva reservkraft. Men verkningsgraden kan bli betydligt bättre med hjälp av ett batteri, enligt en grupp forskare på FOI.

Om det vanliga elnätet slutar fungera eller inte är tillgängligt behövs system med reservkraft för att driva verksamheter som sjukhus eller militära anläggningar. Idag består reservkraftsystemen ofta av dieselaggregat, som är ganska ineffektiva när det gäller bränsleförbrukning.

Nu har en grupp forskare på FOI på uppdrag av Fortifikationsverket börjat undersöka hybriddrift i reservkraftsystem.

– När man köper in sitt dieselaggregat måste man titta på anläggningens förbrukning, vad den maximalt kommer dra i ström, så att man köper en tillräckligt kraftfull generator för att kunna driva allt som behövs, säger Elias Lallo som är forskningsingenjör på avdelningen Vapen, skydd och säkerhet vid FOI:s anläggning i Grindsjön.

Men anläggningen förbrukar sällan sin maximala kapacitet annat än korta stunder, vilket gör att generatorn under en stor del av tiden arbetar vid väldigt låg belastning. Elias Lallo och hans fyra forskarkollegor misstänkte därför att sådana dieselaggregat har låg verkningsgrad.

Mätte bränsle vid olika belastning

Forskarna gjorde experiment för att se om det går att få bättre verkningsgrad genom att koppla ihop ett batteri med ett dieselaggregat. En dieselmotor har i optimala fall en verkningsgrad på uppåt 40 procent, vilket betyder att man får ut 40 procent av den tillförda energin – dieseln – i användbar energi från motorn. Resten försvinner i värme.

I experimentets första del använde forskarna ett dieselaggregat som de lånat från Försvarsmakten och ett kraftfullt batteri som bland annat används på byggarbetsplatser. De mätte först med en våg hur mycket bränsle som gick åt vid olika belastning på dieselmotorn jämfört med hur mycket energi de fick ut från aggregatet, för att se verkningsgraden.

– Verkningsgraden kan variera beroende på dieselmotorns belastning. Vi såg att när vi närmar oss dieselmotorns maxbelastning har vi en verkningsgrad på cirka 40 procent. Men när vi ligger på låg belastning och använder 10–20 procent av motorns maxkapacitet, så sjunker verkningsgraden till närmare 20 procent, säger Elias Lallo.

Därefter gjorde forskarna samma sorts experiment med batterisystemet. Batterier har generellt betydligt högre verkningsgrad än förbränningsmotorer, och verkningsgraden varierar inte heller lika mycket beroende på belastning.

Kan spara en fjärdedel av bränslet

Utifrån mätningarna såg forskarna att det skulle gå att spara upp till 25 procent av bränslet genom att koppla ihop dieselaggregat och batteri. De undersökte även elkvalitet i form av frekvensstabilitet och harmonisk distorsion, och kom fram till att elkvaliteten var bättre från batterisystemet än från dieselverket.

Baserat på data från experimenten gjorde forskarna sedan en simuleringsmodell av hur en hybridlösning skulle kunna fungera.

– Idén är att batteriet huvudsakligen försörjer anläggningen med ström och att dieselmotorn huvudsakligen används vid optimal verkningsgrad i korta intervall för att ladda upp batteriet. Det är lite samma princip som de första hybridbilarna, för att minska bränsleförbrukningen totalt, säger Elias Lallo.

– Det är väldigt positiva värden initialt. Nästa steg är att koppla ihop allting och verifiera i praktiken.

Den främsta nackdelen med att använda sig av batterier i reservkraftsdrift är enligt Elias Lallo brandrisken som kommer med den aktuella batteritypen, litium-jonbatterier, och det extra utrymme som krävs.

– De har utvecklats mycket, och innehåller mycket energi jämfört med tidigare, på en liten yta. Det innebär att det kan uppstå en kraftig brandutveckling om oturen är framme. Därför är det viktigt att dimensionera utrymmet där batteriet står för det så att man kan få ut brandgaser och kan släcka batteriet. Vill man ha något säkrare, kan en annan batterikemi vara intressant. Men det är en avvägning.

Många krav på nya batterier

Utvecklingen på batteriområdet går just nu i en rasande fart. Att få fram ett batteri som har allt från lång livstid till hög säkerhetsnivå, snabbladdning och mycket energi på liten yta är något av en helig graal, enligt Elias Lallo.

– Det tror jag är svårt att nå inom en rimlig framtid. Vi tittar på vilka egenskaper som är mest prioriterade för tillämpningen, och anpassar batterivalet efter det. Batteriet ska kunna köras så länge som möjligt, men det är också otroligt viktigt att det sker på ett säkert sätt, säger Elias Lallo.