storing_the_sun_and_the_wind_nl.doc. Auteur: N. Packer, Staffordshire University, VK, april 2011

/home/garfieldairlines/NL/Storing_the_sun_and_the_wind_nl.doc

Zon en wind opslaan Auteur: N. Packer, Staffordshire University, VK, april 2011 Een overzicht De vraag naar elektriciteit wisselt per maand, per dag, per uur, ja zelfs per minuut. Dit is een probleem voor energiebedrijven omdat elektriciteitscentrales op fossiele brandstoffen of kerncentrales niet één-twee-drie in kunnen spelen op de veranderende behoefte omdat dan de stabiliteit van het net in gevaar komt. Bovendien moet er opwekkingscapaciteit beschikbaar zijn om te kunnen voorzien in de piekvraag, die soms maar gedurende een heel korte periode op een dag optreedt. Een van de kritiekpunten op duurzame elektrische energie is dat dit een onbetrouwbare en onvoorspelbare vorm van energie is (met uitzondering van getijdenenergie), die het probleem van de afstemming van vraag en aanbod alleen maar verergert. Een mogelijke oplossing zou de aanleg van superelektriciteitsnetten zijn: netten die een heel continent bestrijken. Een andere oplossing is dat je duurzame energie opwekt op het moment dat deze beschikbaar is en opslaat totdat er vraag naar is.

Waardoor wordt energieopslag gekenmerkt?

> Energiedichtheid

(J/m3), d.w.z de hoeveelheid opgeslagen energie per

opgeslagen volume-eenheid

> Specifieke energie-inhoud (J/kg), d.w.z de hoeveelheid opgeslagen energie per opgeslagen massa-eenheid

> Opslagrendement (%), d.w.z. het percentage opgeslagen energie dat met succes kan worden teruggewonnen

> Terugwinningssnelheid en depletietijd (W, uur), d.w.z. hoe snel en hoe lang de energie-uitwisseling met de opslag in stand kan worden gehouden

> Investerings- en exploitatiekosten (€) en eventueel ingebedde energie (J)

Opslagmogelijkheden

> Hydraulische energie Elektrische energie kan worden opgeslagen door hiermee de potentiële energie van water in een pompopslagsysteem te verhogen. Hiervoor is een


bergachtig terrein nodig, omdat de overtollige energie wordt gebruikt om het water van een laag meer of bekken naar een hoger gelegen meer of bekken te pompen. Zodra de vraag naar elektriciteit toeneemt, laat men het water weer terug naar het lager gelegen bekken stromen via een turbine die is aangesloten op een elektrische generator. Het pompen generatormechanisme zijn meestal in één hydraulische installatie geïntegreerd. De specifieke energie-inhoud is circa 10 J/kg per meter hoogteverschil. Het rendement bedraagt meestal zo'n 80%, waarbij binnen enkele seconden een output van meer dan 100 MW kan worden gegenereerd. Het is mogelijk om deze output een aantal uur achter elkaar in stand te houden, waardoor deze technologie zeer geschikt is om de energietoevoer tot het net te regelen en de fluctuaties in het aanbod van duurzame energie op te vangen. Lager gelegen meer Hoger gelegen meer Opslag Opwekking Pomp/turbine Schematische weergave pompopslag

> Pneumatische energie Energie kan ook worden opgeslagen door de moleculen in een gas te dwingen om dicht op elkaar te gaan zitten, bijvoorbeeld door het gas te comprimeren en de dichtheid te verhogen (CAES – Compressed Air Energy Storage). Wanneer de gasdruk (bij 50 - 70 x atmosferische druk) later wordt teruggebracht, springen de moleculen bij elkaar vandaan, waarbij de opgeslagen energie vrijkomt. –

In de praktijk wordt dit als volgt gedaan: met behulp van de overtollige energie wordt lucht gecomprimeerd door deze in een afgesloten drukvat te persen. Grote drukvaten zijn zeer kostbaar, en daarom worden natuurlijke holle ruimtes (bijv. oude zoutmijnen) gebruikt om de lucht op te slaan. Wanneer de vraag naar elektriciteit stijgt, laat men de perslucht ontsnappen en wordt deze met een beetje aardgas verbrand in een turbine om elektriciteit op te wekken. Hierbij kan de energiedichtheid in het opgeslagen gas wel oplopen tot 18 MJ/m3. Het gegenereerde vermogen ligt tussen 1 en 100 MW, met depletietijden van enkele uren. Het is tamelijk complex om het rendement vast te stellen omdat er ook rekening moet worden gehouden met het koelen, drogen en verwarmen van de lucht. Ook deze technologie is zeer geschikt om fluctuaties op te vangen. Motor/compressor


Turbine/generator Opslag Opwekking Oude mijn Schematische weergave CAES

> Ionische energie Op kleine schaal kan elektrische energie worden opgeslagen in oplaadbare (of secundaire) accu's. In dat geval wordt overtollige elektrische energie omgezet in elektrochemische energie tijdens het opladen, en gebeurt het omgekeerde tijdens het ontladen. Loodaccu's (specifieke energie-inhoud ~ 0,14 MJ/kg) zijn al jaren in gebruik voor toepassingen van <10 MW en hebben een depletietijd van ongeveer een uur. Nieuwere systemen, zoals flow-accu's (waarbij elekrolyten worden rondgepompt – specifieke energie-inhoud ~ 1-3 MJ/kg) laten betere prestaties zien. Met een opgewekt vermogen dat in de Megawatt loopt en depletietijden die kunnen oplopen tot 10 uur, worden de mogelijkheden van deze accu's onderzocht om de energievoorziening te regelen en de fluctuaties van duurzame energie op te vangen. Opladen/ontladen Elektroden Elektrolytreservoirs Schematische weergave flow-accu

> Rotatie-energie Elektrische energie kan ook worden opgeslagen door deze in een vliegwiel om te zetten in kinetische rotatie-energie. De hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen, is afhankelijk van de massa van het vliegwiel, de radius in het kwadraat en de rotatiesnelheid in het kwadraat. Een kleine snelheidsverandering zorgt dus voor meer rendement dan een kleine toename in massa. De omtreksnelheid ligt meestal tussen 1500-2000 m/s, de rotatiesnelheid zo rond de 100.000 opm. De maximale hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen, hangt af van de verhouding tussen de sterkte van het vliegwielmateriaal en de dichtheid van het materiaal. In de meest ideale situatie heeft het materiaal een zeer hoge sterkte en een lage dichtheid, dus koolstofvezel (specifieke energie-inhoud ~ 0,77 MJ/kg) is geschikter voor een vliegwiel dan staal (specifieke energie-inhoud ~ 0,17 MJ/kg). Het


opslagrendement (meestal tussen 95% en 98%) wordt beïnvloed door wrijvingverlies; daarom worden vliegwielen meestal op magnetische lagers in een vacuüm gemonteerd. Het opgewekte vermogen is beperkt tot minder dan 1 MW en de energiedepletietijd bedraagt minuten. Hiermee is de geschiktheid van vliegwielen voor het opvangen van fluctuaties in het net nogal beperkt.

> Elektrostatische energie Supercondensatoren en ultracondensatoren (specifieke energie-inhoud van max. 0,03 MJ/kg) zijn elektrische apparaten die net als een accu elektrochemisch worden opgeladen. Condensatoren ontladen echter elektrostatisch. Het opslagrendement is hoog (98%) maar het opgewekte vermogen is minder dan 100 kW en kan slechts een paar seconden in stand worden gehouden. Dat betekent dat condensatoren alleen gebruikt kunnen worden om de kwaliteit van de stroomvoorziening op peil te houden.

> Magnetische energie Bij zeer lage temperaturen worden bepaalde metalen supergeleiders, d.w.z. dat zij geen elektrische weerstand meer hebben. Een stroom die door een supergeleider loopt, produceert een magnetisch veld dat energie kan opslaan. Systemen voor supergeleidende magnetische opslag (SMES) hebben een energiedichtheid van ongeveer 6,5 MJ/m3. Er kan een hoger opgewekt vermogen worden bereikt dan bij condensatoren, maar ook hier bedraagt de energiedepletietijd slechts enkele seconden.

Tot slot Dankzij energieopslagtechnologieën wordt het mogelijk om fluctuaties in de toevoer van duurzame energie en acute, kortdurende variaties in de elektriciteitsvraag op te vangen. Bij hydraulische en pneumatische opslag ligt de uitdaging vooral in het vinden van geschikte locaties.

Eenheden & afkortingen Massa: kg – kilogramVolume: m3 – kubieke meter Snelheid: m/s – meter per seconde Energie:

J - Joule

opm – omwentelingen per minuut

MJ- Megajoule (miljoen joule)

Vermogen: kW (kilowatt) – watt (x1000)MW (Megawatt) – watt (x1.000.000)

Voor meer informatie en onderzoek


Energy Science: principles, technologies, and impacts, J. Andrews en N. Jelley, Oxford University Press, 2007, ISBN 978-0-19-928112-1 Large Energy Storage Systems Handbook, F.S. Barnes en J.G. Levine, CRC Press, 2011, ISBN 978-1-4200-8600-3 A Beginner’s Guide to Energy and Power, N. Packer, Staffordshire University, VK, RETS-artikelen, februari 2011. -{}-www.electricmountain.co.uk http://www.electricitystorage.org/ESA/ home/

/home/garfieldairlines/NL/Storing_the_sun_and_the_wind_nl.doc Neil Packer is Chartered Engineer en Senior Lecturer aan de faculteit Computing, Engineering and Technology aan de universiteit van Staffordshire, VK. Hij doceert al bijna twintig jaar thermovloeistof- en milieutechniek. Daarnaast is hij adviseur op het gebied van CO2-reductie en biedt hij een groot aantal energiediensten aan voor bedrijven, bedrijfstakken en lokale overheden. Contactgegevens: Faculty of Computing, Engineering and Technology Staffordshire University Beaconside, Stafford, ST18 0AD Tel :+44(0)1785 353243 e-mail [email protected]

Deze informatie werd gepresenteerd als onderdeel van het Renewable Energies Transfer System Project (RETS) gesubsidieerd door INTERREG IVC via het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling. Het project loopt van januari 2010 t/m december 2012. Voor meer informatie en voor deelname aan onze online-community, ga naar http://www.retscommunity.eu/


storing_the_sun_and_the_wind_nl.doc. Auteur: N. Packer, Staffordshire University, VK, april 2011

Recommend Documents