Energie opslag

ENERGIE opslag

Wind en zon leveren meer energie dan wij ooit kunnen consumeren. We worden er steeds beter in om deze energie te benutten. Het grootste probleem is op dit moment het fluctuerende aanbod: Als de wind niet waait en de zon niet schijnt is er een probleem. Smart-grids en grote energie-buffers vormen een mogelijke oplossing. Te denken valt aan varianten van het plan Lievense, opslag van lucht onder hoge druk in grote holtes zoals zoutcavernes of Power to Gas.

Plan Lievense: een stuwmeer op zee:
Het valt niet mee om op ons vasteland een gebied te zoeken waar je zomaar een flink stuwmeer kunt creëren. Maar op zee is plaats genoeg. Dit plan behelst een heel groot 'negatief' stuwmeer: een gebied op zee, waar het niet al te diep is (enkele tientallen meters) van bijvoorbeeld 60 vierkante kilometer dat wordt afgesloten met een dijk: op die dijk staan windmolens die geen stroom opwekken, maar die niets anders doen dan de hele tijd het water binnen die dijk weg te pompen. Als het hard waait gaat dat lekker snel, als het windstil is gaat dat heel langzaam of er gebeurt niets. Dat 'meer' zelf loopt met een stabiele snelheid weer vol om op die manier hydro-elektrische energie op te wekken.

Als het meer groot genoeg is vormt het een enorme energiebuffer. Op zee is het nooit zo lang windstil, dus het meer krijgt de kans niet om helemaal weer vol te lopen.Het klinkt heel vreemd, zo'n 'negatief' stuwmeer: lees er meer over op de site.

Zo'n plan kost natuurlijk geld, veel geld. Het zou wind-energie lobbyisten sieren als ze het hiervoor benodigde geld zouden meenemen in hun ambitieuze plannen voor megaparken op zee. Want mét zo'n Lievense-stuwmeer verandert een windmolenpark van een onbetrouwbare piek-dal-centrale in een betrouwbare continue centrale waar we echt wat aan hebben.

Energie kan ook worden opgeslagen in de vorm van perslucht. 

Hierbij wordt een stroomoverschot gebruikt voor het samenpersen van lucht, die vervolgens naar een grote ondergronds ruimte gaat. Dat kan een ruimte zijn van enkele miljoenen kubiek meters, zoals lege zoutcavernes of de ruimte die men voor de opslag van CO2 wilde gebruiken bij Barendrecht. Bij een toenemende vraag kan de perslucht generatoren aandrijven en op die manier weer stroom leveren. (Bron)

De angst voor een grote calamiteit waardoor er zoveel weerstand was tegen het project in Barendrecht speelt hier niet: als de perslucht onverhoopt mocht ontsnappen is er weinig aan de hand: het is immers gewoon samengeperste lucht, Die is niet giftig.

Voorbeeld-berekening: hoe groot?

Misschien wel aardig om te illustreren over welke orde van grootte dit gaat.

Het negatieve stuwmeer: 3 dagen!

We nemen een stuwmeer van 60 vierkante kilometer met een diepte van 40 meter.Het is niet de bedoeling dat het meer helemaal leeg loopt. Om de berekening te vereenvoudigen werken we met een minimale diepte van 10 meter, zodat het hoogte verschil (het val-verschil van het water) gemiddeld 15 meter is en de watermassa 30 meter hoog. De energie-inhoud is de potentiele energie:

E = m x g x h (J)

Waarin m=massa (kg), g = 9,8 (m/s²) en h = hoogte (m). Een kubieke meter water weegt een ton (= 10^3 kg). Uitgewerkt voor ons voorbeeld:

E = (60.000.000m² x 30m x 10^3) (kg) x 9,8 x 15 (m) = 264 x 10^12 (J)
Om te begrijpen hoeveel dit is zetten we het om in kWh: 1kWh = 1000 x 3600 J = 3,6 x 10^6 J
E = (264 x 10^12) / (3,6 x 10^6) = 73 x 10^6 kWh  = 73 GWh

Een modale centrale van 1 GW kan op deze hoeveelheid energie 73 uur draaien. Dat is 3 dagen.

Samengeperste lucht: 3 miljoen kubieke meter perslucht per dag

De holte onder Barendrecht heeft een grootte van vele miljoenen kubieke meters. Die van Slochteren zelfs vele miljarden. Om een idee te krijgen hieronder de berekening voor een miljoen kubieke meter.

Een ruimte met volume V waarin de lucht een factor c is samengeperst bevat een hoeveelheid energie.

E = 10^5 x c x V (ln c – (c-1)/c)) (Bron)

In Barendrecht wilde men voor de gas opslag met een druk van 140 atmosfeer werken. Laten we aannemen dat het voor het systeem beter is om de druk niet helemaal naar nul te laten afzakken. Een ondergrens van 40 atmosfeer is realistisch: dat is de druk die ook gebruikt wordt in de toevoerpijpen vóór de hoofdcompressor die het gas de holte in injecteert. Voor de berekening gebruiken we dus een druk-verschil van 100 atmosfeer :
E = 10^5 x 100 x 10^6 (ln 100 – (99)/100) = 10^13 (4,06-0,99) = 3,07 x 10^13 Joule.
Om te begrijpen hoeveel dit is zetten we het om in kWh: 1kWh = 1000 x 3600 J = 3,6 x 10^6 J
E = (3,07 x 10^13) / (3,6 x 10^6) = 0,85 x 10^7 kWh = 0,85 x 10 GWh = 8,5 GWh

Een modale centrale van 1 GW kan op deze hoeveelheid energie ruim 8 uur draaien. 

POWER2GAS
Onder de noemer ‘Power2Gas’ wordt overtollige duurzame elektriciteit letterlijk via waterstof en CO2 omgezet in aardgas. Het geproduceerde gas is van aardgaskwaliteit en wordt toegevoegd aan het bestaande aardgasnet.

  

VOORBEELD: 
Een windturbine met een vermogen van 2 MW heeft bij een gemiddelde windsnelheid van 7 m/s (laagland West/Midden Nederland) een opbrengst over een heel jaar van ruim 5.500.000 kWh. (Bron)

De calorische waarde voor Nederlands standaardaardgas is 35,2 MJ/m³, wat neerkomt op 9,8 kWh/m³. Voor het gemak ronden we dat af op 10 kWh/m³ (Bron). 

Het omzetten van elektriciteit in Methaan kan tegenwoordig met een rendement van 65%  (Bron)

5,5 miljoen kWh levert dus 3,5 miljoen kWh 'gas-energie'. Ofwel ongeveer 0,35 miljoen m³ aardgas.