artikel

Op zoek naar energieopslagsystemen

energie

Er worden steeds meer zonne-energiesystemen geïnstalleerd. Om van de energietransitie een succes te maken, is het heel belangrijk dat die zonne-energie ergens opgeslagen kan worden. Maar welke energieopslagsystemen zijn er eigenlijk?

 

Op zoek naar energieopslagsystemen

Door Marion de Graaff

Overdag wekken we met z’n allen heel wat zonnestroom op. ’s Avonds als de zon niet schijnt, gebruiken we stroom van het net. Als we de overdag opgewekte energie nou eens konden opslaan om ’s avonds en op grijze dagen te kunnen gebruiken? Met een energieopslagsysteem zou dat kunnen. Er zijn al wel systemen voorhanden, maar echt op grote schaal energie opslaan en op een later moment beschikbaar maken, dat gaat op dit moment nog niet. Nu geldt de salderingsregeling nog. Als die in de toekomst afloopt, waardoor je minder geld krijgt voor de zonnestroom die je terug levert, zal dat de ontwikkeling van energieopslagsystemen zeker een boost geven. Hier is een inventarisatie van de systemen er al zijn, hoe ze werken, en hoe ze toe te passen zijn.

Oplaadbare batterij of accu

De meest bekende vorm van een energieopslagsysteem is de oplaadbare batterij of accu. Zo’n accu is op zich niet groot. Maar omdat een dergelijk systeem modulair is, kan het op een eenvoudig manier uit worden uitgebreid tot één groot systeem (zie foto). Een accu is een chemische vorm van opslag, waarbij elektriciteit via een elektrochemische reactie wordt opgeslagen en weer vrijgegeven. De deskundigen zijn het er nog niet over eens welke batterijsoort zich het beste leent als basis voor een energieopslagsysteem. Bestaande batterijen zijn bijvoorbeeld de loodaccu en de nikkel-batterij, elk met zijn eigen voor- en nadelen. Tegenwoordig worden vaak Li-ion batterijen gebruikt, maar die bevatten een aantal componenten die flink brandbaar zijn. Daarom is voor een accu op Li-ion basis een goed BMS nodig: een batterijmanagementsysteem.

Superbatterij

Een type superbatterij waar nog mee geëxperimenteerd wordt, is de zogeheten vanadium-redoxflow batterij. Vanadium is een overgangsmetaal. De batterij bestaat uit twee grote vloeistoftanks, waarvan de ene een positief en de andere een negatief elektrolyt bevat. Door die vloeistoffen te laten reageren in de reactor of stack kan energie worden opgeslagen en vrijgegeven. De stroom wordt bepaald door de stack, maar de energiecapaciteit is evenredig aan de grootte van de tanks. Deze technologie is nu nog duur en er is veel ruimte mee gemoeid. Er zijn in Nederland twee boeren die een proefopstelling in een schuur hebben staan, om de grote hoeveelheden zonne-energie die ze opwekken op te kunnen slaan.
De opkomst van de elektrische auto biedt ook perspectieven: die is te beschouwen als een batterij op wielen. In Japan bieden Nissan en Toyota hun klanten aan dat ze overdag op het werk de accu opladen en dan ’s avonds de energie er deels uit kunnen halen voor huishoudelijk gebruik. Dat is een interessante optie.

Water, lucht, en vloeibare lucht

Een voorbeeld van een mechanisch energieopslagsysteem is een waterkrachtcentrale met pompcentrale. Een dergelijke combinatie is onder andere gesitueerd in de Franse Alpen waar water naar beneden raast door een turbine die elektriciteit opwekt. Met een pomp wordt het water terug omhoog gepompt als de elektriciteit van elders goedkoop is. Zo’n pompcentrale met waterkracht werkt efficiënt en heeft een lange levensduur. Het punt is dat je zo’n combinatie niet zomaar ergens kunt bouwen. Met waterkracht kan een grote hoeveelheid elektriciteit opgewekt en opgeslagen worden, maar er is veel ruimte voor nodig. In Noorwegen zijn diverse waterkrachtcentrales in de bergen gebouwd.

Ondergrondse holten

Er is nog een mechanische opslagmethode waar veel ruimte voor nodig is. Daarbij wordt lucht sterk gecomprimeerd en opgeslagen in ondergrondse holten. Deze persluchtopslag werkt volgens het principe van een ballon. Zoals je een ballon opblaast en laat leeglopen, kun je ook een ondergrondse holte volpompen met perslucht. Denk aan een oude mijn, een zoutkoepel of een bestaande geologische structuur. Bij een grote stroomvraag drijft de perslucht turbines aan. Het is duur om ondergrondse ruimtes voor dit doel te gebruiken. Een persluchtinstallatie is net als waterkracht een aantal uren tot dagen in staat om een energie te leveren met een piekvermogen van enkele honderden megawatts.
Er is voor zover bekend nu één bedrijf in de Verenigde Staten aan het experimenteren met het opslaan van energie door middel van liquid air. Daarbij wordt lucht net zolang samengeperst tot het vloeibaar wordt. Om het als opslagsysteem te gebruiken zijn drie componenten nodig: een elektrische compressor die de lucht samenperst, een opslagtank voor de vloeibare lucht, en een turbine waar die gecomprimeerde lucht doorheen kan stromen om vervolgens elektriciteit te leveren.

Beweging

Een ander mechanisch systeem waarmee energie opgeslagen kan worden, is het vliegwiel. Dat werkt met beweging. Als de elektromotor in het vliegwiel elektriciteit krijgt aangeleverd, gaat het sneller draaien. Hoe sneller het vliegwiel draait, des te meer rotatie-energie er opgeslagen is. Wordt het vliegwiel afgeremd, dan levert het elektriciteit. De elektromotor werkt dan als een generator. Bij dit systeem is het relatief eenvoudig om energie op te slaan en het weer beschikbaar te maken. Het leuke is ook dat het op verschillende schalen toegepast kan worden. Er zijn vliegwielen met een diameter van een halve meter die snel draaien tot exemplaren met een diameter van wel vijf meter die relatief langzaam draaien.

Condensatoren en supergeleiding

Condensatoren maken gebruik van directe elektrische opslag. Ze kunnen snel laden en ontladen, omdat er geen chemische omzetting plaatsvindt. Het rendement is hoog, want er is geen omzetverlies.  De nieuwe generatie condensatoren worden wel ultra– of supercapacitors genoemd. Ze kunnen heel goed toegepast worden in een elektrische auto om op te trekken. Dan is voor een korte periode een hoog vermogen nodig. Supergeleiding is mogelijk ook een bruikbare techniek bij het ontwikkelen van een energieopslagsysteem (SMES – superconducting magnetic energy storage). Theoretisch is het veelbelovend, maar het is moeilijk te maken. Tot nu toe lukt het alleen bij bepaalde omstandigheden. De temperatuur moet er laag zijn, zo’n beetje rond −200°C. Ga je tot zover koelen, dan vraagt dat heel veel energie, dus dat is niet lonend. Maar wie weet is het in de toekomst wel mogelijk om deze techniek te gebruiken.

Meest geschikt

Welke techniek het meest geschikt is, hangt af van de toepassing. Er is tot nu toe niet één energieopslagsysteem dat voor alle toepassingen ideaal is. Waarschijnlijk gaan er op termijn verschillende systemen naast elkaar opereren. Voor huishoudelijk gebruik is een accu een goede oplossing, met als overkoepelend systeem de ‘buurtbatterij’ die in z’n eentje de energie in een hele woonwijk opslaat en afgeeft. In fabrieken en mogelijk ook utiliteitsgebouwen is het vliegwiel of de redoxflow-batterij een optie. En in het groot is vanuit overheidswege in te zetten op waterkracht, vloeibare lucht, perslucht of misschien wel supergeleiding. Maar dat zijn allemaal systemen waarvoor een flinke investering nodig is, hetzij om te bouwen, hetzij om nog te onderzoeken en te ontwikkelen.

Met dank aan Jos van der Burgt, consultant en innovator bij DNV GL op het gebied van energieopslag en smart grids.

Leestips:

Installateurs krijgen meer te maken met energieopslag

Verdienmodellen batterijopslag worden snel beter

Energieopslag noodzakelijk onderdeel energietransitie

 

Reageer op dit artikel