PCM-basert termisk batteri kan redusere effekttopper opptil 40 prosent

I en Rema-butikk i Mjøndalen har Trondheimsfirmaet Cartesian installert et termisk batteri basert på faseendringsmateriale (PCM). Enheten reduserer energi- og effektbehovet til kjøling, slik at kuldeanlegget kan gå på 60-70 prosent istedenfor opptil 100 prosent på den tiden av dagen kjølebehovet er størst.

Cartesian er et spin-off-selskap fra SINTEF Energi, og ble startet i september 2023. Selskapet utvikler og leverer modulbaserte termiske containerbaserte energilagringsløsninger for varme og kjøling til næringsbygg, næringsmiddelindustri og kjøling i butikker.

– Vi har utviklet en arkitektur som gjør at vi ved å bytte ut hvilket PCM vi putter opp i boksen, kan lagre varme og kjøling på forskjellige temperaturer. I konkurranse med batterier for lagring av elektrisitet, regner selskapet med å komme ned på halvparten til en fjerdedel av prisen med et PCM-lager, og en ROI nedbetalingstid på fem år, sier Chief Project Officer Håkon Selvnes i Cartesian.

Rema-butikken i Mjøndalen er selskapets andre pilotprosjekt, som for første gang kobler PCM-lageret direkte på et kuldeanlegg. Piloten startet i juni for å teste hvor mye man kunne kutte effektbruken på kjøleanlegget i løpet av sommersesongen.

- I Remaanlegget er faseendringsmaterialet vann som fryser til is. Batteriet er koblet på Carrier-anlegget i butikken, men det kan enkelt kobles på hvilket som helst kjøleanlegg. Nå skal vi finregne på hva dette betyr for økonomien til kjøpmannen. Kuldeanlegget er den største strømforbrukeren i dagligvarebutikker og står typisk for 30-50 av energibruken, med denne løsningen tror vi det er mulig å spare 10 prosent av energibruk som går til klimakjøling i butikken, sier Selvnes.

‍

Fleksible løsning

Et PCM-lager kan du plassere hvor som helst.

– De løsningene vi leverer i markedet nå kan plasseres både inne i bygg og utenfor bygg, og de kan graves ned under bakken. Man har stor fleksibilitet for hvordan man kan plassere containerenanlegget. Det eneste man trenger er et varme- eller kjølesystem i bygget som er basert på væske eller et kuldemedium som for eksempel CO2, sier Selvnes.

Lagringsenheten har ingen bevegelige deler og er bygget i rustfritt stål. Formatet Cartesian har levert så langt kan lagre inntil 1 MWh med varme. Bruker man vann og is kan det lagres opp til 2 MWh kjøling i samme format. Den har en størrelse som tilsvarer en 20 fots container, men den kan også bygges i mindre størrelser.

- Nå er vi i gang med å tilby enheter designet som moduler, på ca. en pallestørrelse, som enkelt kan transporteres inn i bygg/tekniske rom og skaleres opp etter behov og byggets størrelse, sier Selvnes. Responsen fra markedet er at dette er en veldig spennende og lovende teknologi.

- Vi er i dialog med flere interessenter med ulike innfallsvinkler, som ønsker å lære mer og høre hva de kan oppnå med teknologien, det er elrådgivere, driftere og tekniske entreprenører. Vi opplever at mange forstår verdien av produktet, de er spente på ideen og på driftsdata fra de første fullskalaanleggene. Veien videre er å fortsette med å rigge oss for serieproduksjon, for å svare opp interessen vi opplever fra markedet. Vi har en spennende periode foran oss, sier han.

‍

Pilotanlegg Rema-1000

En dag i sommer, hvor det var 27 grader, sammenliknet Cartesian butikken med det termiske batteriet, med en referansebutikk som lå i geografisk nærhet.

– I butikken uten installert kjølelager, var det full rulle på kjølemaskinen fra cirka kl.12. Den gikk på opp mot hundre prosent effekt. Da bruker den veldig mye strøm, til ventilasjonskjøling, frys og kjøling av matvarer. I butikken med vårt kuldelager, bruker vi kuldeanlegget til å lade kuldelageret om natten. Når det er behov for klimakjøling på dagen, henter vi kjøling fra kuldelageret. Da ser vi at energiforbruket på kjølemaskinen er mye lavere, den går på 50-60 prosent i stedet for 100 prosent, sier Selvnes. I tillegg til effektreduksjonen er strømprisen også stort sett lavere om natta, enn den er på dagen da kjølebehovet er størst.

– Vi mener vi skal oppnå å ta minst 20 prosent av kjølebehovet på dagtid når det verste trykket står på. Det øker effektiviteten på kuldeanleggene, slik at de bruker mindre strøm, sier han.

‍

Fire pilotanlegg

• Hittil harCartesian Thermal Box vært i drift ved et pilotanlegg i Trondheim, i ZeroEmission Building (ZEB-bygget), hvor SINTEF og NTNU holder hus. VedZEB-laboratoriet er det plassert en stålcontainer med en bio-basert voks somgår over til flytende form når temperaturen blir høyere enn 37 grader. Pilotenhar gått i tre år og er første verifikasjon på teknologien.
• I Rema-butikken i Mjøndalen er det kulde som lagres og vann som er faseendringsmateriale. 
• I sommerleverte Cartesian et termisk energilager til Arkeon Energy i Frankrike på omtrent 400 kWh. Dette anlegget skal brukes sammen med en varmepumpe, utviklet av kunden Arkeon Energy, for å levere varme som tjeneste til et større leilighetsbygg i nærheten av Lyon.
• Nestepilotanlegg er et stort anlegg termisk energilager på KLPL sitt 19.000 kvadratmeter store kontorbygg i Trondheim. Anlegget er nesten på størrelse med en 20 fots container og skal jevne ut driften på varmepumpen og kutte bruk av fjernvarme etter samme prinsipp som i Rema-butikken.Dette er Cartesian sin første kommersielle leveranse.

‍

Om forskningen

I ti år har SINTEF holdt på med forskning på, og utvikling av, et eget system for termisk energilagring. At man kan lagre energi i faseendringsmaterialer, er ikke nytt, men kunnskapen ligger i å forstå hvilke materialer som egner seg, og hvordan man skal designe den termiske boksen. Nå står det nystartede selskapet Cartesian AS på terskelen med en teknologi som er på full fart inn i markedet. Også Forskningsrådet er begeistret for jobben som er gjort og bevilget nylig 7,2 millioner kroner til selskapet for å jobbe med videreutvikling av teknologien. Optimismen dreier seg altså rundt hvordan man effektivt kan lagre og hente termisk energi ut fra faseendringsmaterialene (PCM – Phase Changeing Materials). For ulike formål, i ulike klimasoner, vil det være ulike materialer som kan passe til å lagre energi i overgangen mellom flytende og fast form.

‍

Faseendringsmaterialer (Phase Change Materials, PCM)

PCM er materialer som absorberer eller avgir varme ved omtrent konstant temperatur når de endrer fase (smelter eller størkner). Faseovergangen krever mye energi og PCM er derfor effektive til å holde på varme eller kulde.

Kilde: Cartesian AS

‍