Categorie:

Zonne-energie opslaan in decentrale netwerken

Zwaartekracht batterij

De variabele stroomproductie van zonnepanelen en windmolens is momenteel de achillespees van duurzame, lokale energie. Het is een welkom excuus voor centraal elektronisch toezicht (slimme meters en smartgrid ) op het energieverbruik- en de opwek. De fossiele energiesector gebruikt het als argument om financiële steun van de overheid af te dwingen, voor hun stijgende exploitatieverliezen…

De overgang naar een robuust en decentraal duurzaam energie netwerk, staat of valt de komende jaren met de invoering van slimme opslagmethoden voor de lokaal opgewekte duurzame stroom. Op veel plekken op de wereld wordt hier al hard aan gewerkt en gelukkig wordt er naast de chemische batterijen, ook gekeken naar geheel andere oplossingen. Ik heb hier een tijd geleden een overzicht van artikelen uit Trouw (Vincent wil Zon) over gemaakt: Zonne-energie opslaan in decentraal netwerk. En nu komt Low-Tech magazine met een prachtige special, waarvan hieronder de intro.

met dank aan Vincent Dekker
en Low Tech Magazine,
Adri Ros

De mechanische batterij: duurzame energie opslaan met de zwaartekracht

Zonnepanelen en windturbines leveren elektriciteit op die veel duurzamer is dan de elektriciteit van fossiele brandstoffen of van kernenergie. Maar we hebben nog geen duurzame manier gevonden om die energie ook op te slaan. Dat is nochtans essentieel, want in tegenstellling tot fossiele brandstoffen en atoomenergie zijn hernieuwbare energiebronnen niet op afroep beschikbaar.

In dit artikel verkennen we een eerste mogelijkheid van energieopslag: de mechanische batterij. Energie opslaan als zwaartekracht werkt met bestaande technologie en is geheel onschadelijk voor mens en milieu. Een aantal recente innovaties opent nieuwe mogelijkheden. Maar de nabijheid van een bergketen is wel handig, zoniet komen er grote bouwwerken aan te pas.

Het kan in principe ook thuis, bijvoorbeeld in combinatie met de zonnepanelen op het dak. Maar zelfs als we 50 keer minder elektriciteit zouden verbruiken dan vandaag, dan nog zou een mechanische batterij een aanzienlijk deel van het huis innemen.

De energiedensiteit van de zwaartekracht is zeer laag in vergelijking met andere vormen van energieopslag. Als we de energie uit een typische AA-batterij (3 watt-uur) willen opslaan door middel van de zwaartekracht, dan zouden we een gewicht van honderd kilogram tien meter hoog moeten optillen. De energie die door de zwaartekracht kan worden opgeslagen, kan als volgt worden berekend:

massa x hoogte x zwaartekracht (10 m/s2) = energie in Joule.

Een massa van 1 ton (één kubieke meter water) op een hoogte van 10 meter geeft een potentiële energie van 100.000 Joule, of 27 watt-uur. Daar kan je ongeveer een uur lang een laptop of een ouderwetse gloeilamp mee laten werken. Dat is veel moeite voor weinig energie, maar toch wordt de zwaartekracht succesvol gebruikt om energie op te slaan, zowel op kleine als op grote schaal.

Pompcentrales

Pompcentrale in duitsland
Waterreservoir pompcentrale in Duitsland

Eerst de grote schaal. Een pompcentrale is al meer dan honderd jaar de meest efficiënte en economische methode voor het opslaan van elektriciteit. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de zwaartekracht. Als er veel wind of zon is, dan kan het overschot aan hernieuwbare energie worden gebruikt om water van een lager naar een hoger gelegen spaarbekken te pompen. Volgt er een periode van windstilte of duisternis, dan worden de sluizen opengezet en drijft het vallende water generatoren aan.

De eerste pompcentrales werd gebouwd aan het einde van de negentiende eeuw en vandaag zijn ze goed voor zowat 99 procent van de opslag van elektriciteit wereldwijd (in totaal ongeveer 127 gigawatt-uur).

Het probleem is dat pompcentrales niet overal kunnen worden gebouwd. Omdat de energiedensiteit van water beperkt is, kan de methode alleen maar werken met twee grote plassen water en een groot verschil in hoogte. Pompcentrales hebben dus veel plaats nodig en kunnen alleen maar rendabel gebouwd worden in de bergen. Bovendien zijn zelfs daar zowat alle geschikte locaties al ingenomen.

Een mechanische batterij voor vlak land

Maar de zwaartekracht kan ook in vlakke regio’s gebruikt worden. Eén manier is het benutten van het hoogteverschil met een ondergronds waterreservoir, bijvoorbeeld een leeg gasveld of een uitgeputte mijn. Het principe is verder gelijk aan dat van een gewone pompcentrale. Maar daarmee is het systeem wel afhankelijk van bepaalde geografische omstandigheden ter plekke.

De zogenaamde “energie-eilanden” (of “valmeercentrales”), die zowel in Nederland als in België werden voorgesteld, kennen dit probleem niet. Er wordt een eiland gebouwd in de zee, met daarin een groot meer. Bij een overschot aan elektriciteit wordt zeewater uit het meer in de omringende zee gepompt, bij een tekort stroomt zeewater het meer in terwijl een generator wordt aangedreven. Dit idee gaat uiteraard goed samen met windturbines op zee.

Lees verder >> De mechanische batterij: duurzame energie opslaan met de zwaartekracht…

6 gedachten over “Zonne-energie opslaan in decentrale netwerken”

  1. Er is een betere, goedkopere en effectiever manier voor het opslaan van decentraal gewonnen energie.

    Het splitsen van water in waterstof en zuurstof en het daarna weer omzetten in energie dmv een brandstofcel kan dankzij dr. Daniël Nocera nu zeer goedkoop en dus bereikbaar voor iedereen worden toegepast. Uit iedere waterbron kan naast energieopslag ook schoon drinkwater gewonnen worden.

    Dé oplossing van hedendaagse problemen en een hoopvol vooruitzicht op de toekomst.

    • Bedankt voor de tip Jos :-) Op site van Dan Nocera staat (helaas) niet dat dit inderdaad mooie principe, al in productie is. Het laatste nieuws daar is de ontwikkeling van een water-batterij: http://www.technologyreview.com/view/512071/sun-catalytix-seeks-second-act-with-flow-battery/. Tot die tijd richten wij ons op bewezen technologie omdat A – Er vreselijk veel uitgevonden wordt waarvan nog maar moet blijken of het op de markt komt en B – Vanwege de urgentie hebben we behoefte aan betaalbare en uitvoerbare techniek die nu geleverd kan worden. Maar het principe is prachtig, zeker!

      • Het betreft een bewezen technologie,zeker geen pseudowetenschap. India is waarschijnlijk het eerste land wat dit krijgt aangeboden. Tata (industrieel magnaat) is een vriend van professor Nocera en zal dit project mede financieel dragen.

        Het systeem voor de rijkere landen zal wat trager gaan lopen, omdat de noodzaak hier wat anders ligt. Wij hebben immers al een netwerk van kabels, onderstations en centrales, die niet 1,2,3 weg te denken zijn.

        De derde wereld is de proeftuin voor de toekomst op het gebied van schone energie, schoon water en dus ook voedsel.

        Nocera geeft lezingen op universiteiten en deze zijn via Youtube te volgen. Zijn laatste lezing was op Harvard University, waar Tata ook aan verbonden is.

        • Je zou me een groot plezier doen wanneer je linkjes geeft van pagina’s waarop bewijzen staan hiervan. Ik denk trouwens niet aan pseudo-wetenschap, maar het is een feit dat er veel meer uitgevonden wordt, dan dat er werkelijkheid wordt, om tal van redenen.

  2. Wij hebben een oude watertoren hier in Culemborg, naast eco-wijk Eva Lanxmeer. Zij zoeken nog een bestemming voor. Zou het kunnen functionieren zoals in het artikel boven?

Reacties zijn gesloten.