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.

Foto: de mechanische batterij van Energy Cache.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

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).

Waterreservoir van een pompcentrale in Duitsland. Foto: Wikipedia Commons.

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.

Grind in plaats van water

Recent doken een aantal innovaties op die minder hoge eisen stellen aan de geografie voor het benutten van de zwaartekracht. De Amerikaanse start-up Energy Cache heeft een methode uitgedacht die geïnspireerd is door de werking van een pompcentrale, maar het water vervangt door grind. Dat materiaal heeft een hogere specifieke zwaartekracht dan water: een kubieke meter grind weegt 1500 tot 1700 kg, terwijl een kubieke meter water duizend kilogram weegt. Dat betekent dat er minder ruimte nodig is voor energieopslag, zodat deze installaties kunnen worden gebouwd op plaatsen waar een pompcentrale niet haalbaar is.

Uiteraard kan grind niet omhoog worden gepompt zoals water, en kan het geen turbine aandrijven als het naar beneden stort. Maar Energy Cache ontwikkelde een aangepast systeem. Als er een overaanbod is van wind- of zonne-energie, dan wordt die energie gebruikt om een motor aan te drijven die het grind via een kabelspoorbaan naar een hoger niveau transporteert. Daar wordt het in een reservoir gekiept. Is er te weinig aanbod van wind- of zonne-energie, dan wordt het grind via dezelfde weg naar beneden getransporteerd, aangedreven door de zwaartekracht. De staalkabel, die verbonden is met een generator, wekt dan elektriciteit op.

De kabelspoorbaan van Energy Cache.

Het laden en lossen van de wagentjes gebeurt volautomatisch en is gebaseerd op technologie uit de mijnindustrie. In deze video is te zien hoe het systeem werkt. Energy Cache heeft een prototype van 50 kilowatt-uur gebouwd in Californië, dat momenteel wordt getest. De volgende stap is de bouw van een groter demonstratieproject dat tussen de 0,5 en 1 megawatt-uur energie kan opslaan. Het is een modulair systeem, dat geleidelijk kan worden opgebouwd. Ook dat is een belangrijk voordeel tegenover een pompcentrale, waar een enorme investering pas vele jaren later een eerste return oplevert.

Een mechanische batterij voor vlak land

Net zoals een pompcentrale heeft het systeem van Energy Cache natuurlijk wel een hoogteverschil nodig. Maar de zwaartekracht kan ook in vlakke regio's gebruikt worden, zoals Vlaanderen of Nederland. 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 wordt het systeem opnieuw afhankelijk van welbepaalde geografische omstandigheden, en zijn we terug bij af.

Illustratie: Rudolf Das.

De zogenaamde "energie-eilanden" (of "valmeercentrales"), die zowel in Nederland als in België werden voorgesteld, zouden volgens een gelijkaardig prinicpe werken en 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.

Cylinder uit de rotsen houwen

Het Amerikaanse bedrijf Gravity Power en het Engelse bedrijf EscoVale Consultancy bedachten een compacter concept voor een vlakke geografie. Het bestaat uit een diepe ondergrondse schacht die wordt gevuld met water. Daar wordt een nauw aansluitende, zware cylinder in geplaatst. Omdat water niet samengedrukt kan worden, en omdat er geen ruimte is tussen de cylinder en de wand van de schacht, "drijft" de cylinder op het water.

Bij een overaanbod van hernieuwbare energie wordt er water onderin de schacht gepompt, waardoor het gewicht naar boven wordt gestuwd. Is er een tekort aan hernieuwbare energie, dan wordt er water uit de schacht -- onder hoge druk -- gelaten om er een generator mee aan te drijven. Het gewicht zakt dan naar beneden. Het circuit wordt eenmalig gevuld met water, daarna wordt het water steeds opnieuw gebruikt.

De mechanische batterij van Gravity Power.

De technologie bestaat voorlopig enkel op papier, er is nog geen prototype gebouwd. De methode bestaat uit veel minder bewegende onderdelen dan de kabelspoorbaan van Energy Cache, waardoor ze wellicht efficiënter kan werken. Ook neemt het systeem bovengronds nauwelijks plaats in en maakt het net als Energy Cache gebruik van bestaande technologie: de machines om dit soort schachten te boren worden al decennia gebruikt in de mijnindustrie.

Zwaartekrachtlamp

De zwaartekracht kan ook op veel kleinere schaal benut worden. Thuis bijvoorbeeld. Een mooi voorbeeld is het "Gravity Light", of de "zwaartekrachtlamp". Veel ngo's hebben de jongste jaren verlichting op zonne-energie in ontwikkelingslanden geïntroduceerd, als alternatief voor de ongezonde kerosine-lampen. Hoewel dat op zich zonder twijfel een lovenswaardig initiatief is, levert het slechts een tijdelijke oplossing op. Als na twee of drie jaar de herlaadbare batterijen aan vervanging toe zijn, is er ook geen licht meer. Nieuwe batterijen zijn duur en lang niet altijd makkelijk te vinden. Na gebruik komen ze meestal in de natuur terecht.

De zwaartekrachtlamp lost deze problemen grotendeels op. De LED-lamp heeft geen batterij, maar een opslagsysteem dat werkt dankzij de zwaartekracht. Een bijgeleverde, sterke zak wordt gevuld met ongeveer tien kilogram zand of stenen, en dan omhoog getrokken, tot aan het plafond. Het gewicht zakt vervolgens langzaam naar beneden en drijft daarmee een dynamo aan, die elektriciteit produceert en de lamp doet werken. Na 15 tot 30 minuten heeft het gewicht het laagste punt bereikt en hijst de een mens de zak terug omhoog.

De "zwaartekrachtlamp".

De zwaartekrachtlamp is niet afhankelijk van batterijen, en alle nadelen die daarbij horen. Alleen de LED-lamp zelf maakt dat de levensduur van de lamp beperkt is, tot minstens tien jaar als we de fabrikanten van LED-verlichting mogen geloven.

Zwaartekracht thuis

Is de zwaartekracht een realistisch alternatief voor het opslaan van hernieuwbare energie op grote schaal? Dat hangt af van het energieverbruik. De zwaartekrachtlamp werkt, maar er zit een LED-lampje in van 0,1 watt. Voor een gloeilamp van 25 watt zou een gewicht van 1 ton elke 15 tot 30 minuten naar een hoogte van tien meter moeten worden getrokken.

Het elektriciteitsverbruik in een Belgisch of Nederlands huishouden bedraagt ongeveer 9.000 watt-uur per dag. Kunnen we dat opslaan met een micro-pompcentrale? Als we drie zonloze (of windloze) dagen willen kunnen overbruggen, een typisch uitgangspunt bij de berekening van de batterijcapaciteit voor een "off-grid" huis, dan hebben we een capaciteit nodig van 27.000 watt-uur.

Als we de hoogte beperkt willen houden tot een min of meer praktische tien meter, dan is er een gewicht nodig van bijna 1.000 ton (duizend kubieke meter water, of een zwembad van 10 meter lang, 10 meter breed en 10 meter diep). Er is ook een even groot tweede reservoir nodig om dat water op te vangen.

Kleinschalige versies van energieopslag met behulp van kabelspoorbanen of betonnen cylinders, als ze mogelijk zouden zijn, kunnen het volume wat beperken -- maar niet het gewicht.

Energieopslag op grote schaal

Het nadeel van de zwaartekracht als opslagmedium is ook duidelijk op grote schaal. Volgens Gravity Power is er voor een opslagcapaciteit van 40 megawatt-uur (de capaciteit van een kleine pompcentrale) een cylinder nodig met een diameter van 30 meter en een lengte van 250 meter, terwijl de schacht 500 meter diep zou moeten zijn.

Het bedrijf stelt voor de cylinder te vervaardigen uit beton en ijzererts, om een zo hoog mogelijke densiteit te bereiken voor een zo laag mogelijke kost. Gravity Power geeft geen informatie over het gewicht ervan, maar als we uitgaan van de specifieke zwaartekracht van beton, dan weegt een cylinder van 250 meter lang en een diameter van 30 meter (= volume van 176,714 m3) maar liefst 424.000 ton. 

Om een idee te geven: dat is ruim twee keer zoveel als het tonnage dat de grootste containerschepen kunnen vervoeren. Het verbaast dan ook niet dat Escovale Consultancy voorstelt de cylinder dan maar gelijk ter plaatse uit de rotsen te houwen. Als we 30 gigawatt-uur elektriciteit willen opslaan (genoeg voor drie dagen elektriciteitsverbruik in België), dan hebben we 750 van deze cylinders nodig.

Technisch mogelijk? Zeker. Realistisch? Niet echt. Er is te veel plaats en vooral te veel staal en beton nodig. Het voordeel van pompcentrales is dat we de bergen zelf niet hebben moeten bouwen. De systemen die mogelijk zijn in vlakke regio's vragen allemaal een grote input van bouwmaterialen, en dus ook veel geld, tijd en energie.

Energieverbruik delen door vijftig

Een micro-pompcentrale thuis is bij het huidige energieverbruik dus geen realitsische oplossing voor duurzame energieopslag. Pas als we 50 keer minder elektriciteit zouden gebruiken als vandaag -- 180 watt-uur elektriciteit per huishouden per dag -- dan komen we aan een min of meer haalbaar concept dat met wat goede wil in een eengezinswoning kan worden ingebouwd.

Om drie donkere of windstille dagen te overbruggen, hebben we in dat geval een capaciteit nodig van 540 watt-uur. Dat kunnen we bereiken met een gewicht van 20 ton op een hoogte van 10 meter, of met een gewicht van 40 ton op een hoogte van 5 meter. In dat laatste geval gaat het om een opslagreservoir van 40 kubieke meter, of een zwembad van ongeveer 3,5 meter lang, 3,5 meter breed en 3,5 meter diep. Of, zeg maar, een volledige slaapkamer gevuld met water, en een even groot reservoir vijf meter lager. 

Dezelfde hoeveelheid elektrische energie zou ook in twee laptopbatterijen kunnen worden opgeslagen.

Wat doe je met 180 watt-uur elektriciteit per dag voor het hele gezin? Alleen al het opladen van vier smartphones vraagt zo'n 40 watt-uur per dag. Een miniatuur laptop die 15 watt verbruikt, kan er twaalf uur mee werken -- maar als vier personen zo'n laptop hebben, kunnen ze er elk maar vier uur op werken, en blijft er niets over voor verlichting. Met 180 watt-uur kunnen vier spaarlampen van 10 watt elk iets meer dan vier uur per dag werken. Voor koelkast, wasmachine, strijkijzer en stofzuiger is er niet genoeg elektriciteit. Zelfs een centrale verwarming past niet, want de pomp ervan verbruikt meer energie dan er beschikbaar is.

Hoewel er voor al deze technologie wel degelijk goede lowtech alternatieven bestaan, inclusief de centrale verwarming en de koelkast, zullen weinig mensen in België en Nederland bereid zijn hun elektriciteitsverbruik zo ver terug te schroeven. En zij die dat toch doen, zullen eerder naar de twee laptopbatterijen grijpen.

Kris De Decker

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Verwante artikels:

• Zit er te veel of te weinig olie in de grond? "peakoil" of "global warming", wat is nu eigenlijk het probleem?
• Zo lossen we de energiecrisis (nooit) op: er is meer nodig dan duurzame energie
• Hoeveel olie kost de productie van olie? netto energie analyse
• Moeten we energie rantsoeneren? Een sociaal alternatief voor hogere energieprijzen
• Hernieuwbare energie op grote schaal: zijn er genoeg grondstoffen?
• Energie uit de woestijn: hoe transporteren we de opgewekte elektriciteit?
• Windenergie kan slechts fractie van wereldwijde energieverbruik leveren: als we tenminste het klimaat niet willen ontregelen

• Verwarm je huis met een zonneboiler en een zwembad
• De vergeten toekomst van de fietsmachine: landbouw, industrie en huishoudens op pedaalkracht
• Hightech keuken zonder elektriciteit: koken met een vliegwiel
• Open source energieproductie: de Solar Fire P32
• Een lowtech koelkast voor groenten en fruit
• Van kabelbaan tot RopeCon: de skilift kan alle vrachtwagens van de weg halen en is veel goedkoper dan de trein

Startpagina.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Comments

[Geplaatst door: Dirk]

(1)

Nog een iets andere aanpak:
http://web.mit.edu/newsoffice/2013/wind-power-even-without-the-wind-0425.html

Zelf was ik aan luchtzakken onder water aan het denken. Vol lucht naar boven laten komen en kabel aan generator. Leeg terug naar beneden laten, terug volpompen. Kan mogelijks met minder dure constructie afhankelijk van benodigde verankeringsmethoden.

[Geplaatst door: Paul]

(2)

Door deze zwaartekracht energie opslag te combineren met PV panelen hoeven we deze energieopsag alleen te gebruiken als er geen zonlicht is ('snachts) worden de cijfers heel anders.
'Nachts hoeven we maar heel weinig energie te gebruiken, hooguit de TV,een beetje licht en het koffiezet apparaat. De koelkast hoeft 'snachts geen energie te gebruiken als we van een koude buffer gebruik maken. Enz. enz.

Het hele huis kan als gewicht dienen en een beetje opgekrikt worden, dat hoeft natuurlijk niet een extra gewicht te worden.

Kortom het idee is heel leuk, nu nog wat praktischer uitwerken.

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(3)

@ Dirk:

Je kan inderdaad argumenteren dat die methode werkt op basis van de zwaartekracht, maar ik heb ze onderverdeeld bij de technieken die gebruik maken van samengedrukte lucht. Die opslagmethode komt in een volgend artikel aan bod.

@ Paul:

Dat klopt. Maar dan heb je wel meer zonnepanelen nodig, afgestemd op de somberste dag van het jaar. Er is een omgekeerd evenredige relatie tussen de omvang van de energiecentrale en de omvang van de energieopslag.

Het opkrikken van het huis is een interessant idee. Of misschien zelfs het opkrikken van een individuele kamer. Het blijft wel een ambitieus project...

[Geplaatst door: Niobos]

(4)

Kris,

Leerrijk artikel.

Wel een opmerking: Je vermeld regelmatig dat er een aantal kW of GW wordt opgeslagen. Ik vermoed dat je kWh en GWh bedoeld. (Een vermogen kan je niet opslaan, enkel energie kan je opslaan).

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(5)

Niobos: daar is het artikel inderdaad niet consequent in. Is aangepast nu, bedankt.

[Geplaatst door: Rens Verpaalen]

(6)

't Lijkt me 'n uitstekend idee om ook de haalbaarheid van minder voor de hand liggende oplossingen te onderzoeken.
Op 't eerste gezicht - ik ben geen techneut! - lijkt me de zwaartekracht in dit verband alleen voor heel grootschalige (en 'centralistische') situaties geschikt.
Ben dan ook bijzonder nieuwsgierig naar het artikel over mogelijkheden rond samengedrukte lucht.
Perslucht bij voorkeur NIET via elektrische, maar 'directer' via mechanische energie te produceren. Met name te leveren door windmolens?
Eerder wees Kris me er al op dat die optie erg veel problemen zou opleveren door de grote opslagvolumes die noodzakelijkerwijs erg veel ruimte zullen innemen.
(Hoeveel is TE veel?)

[Geplaatst door: Gabriel Van Soest]

(7)

Als voorbeeld voor een mechanische opslag kan men ook denken aan een vliegwiel. Een groot vliegwiel van enkele ton dat men met overschot van energie kan laten roteren aan hoge snelheid moet volgens mij veel energie kunnen leveren wanneer dat nodig is. Maar ik laat berekeningen en afwegingen over aan de wijsheid van dit forum.

[Geplaatst door: Gabriel Van Soest]

(8)

Mijn vorige mail ging over energie opslag in en vliegwiel. Als ik mij niet vergis dan heeft zoiets al bestaan om passagiersbussen aan te drijven in Antwerpen.

[Geplaatst door: roland]

(9)

".. goed voor 99% van de opslag van elektriciteit wereldwijd - totaal 127 gigawatt-uur"
Noorwegen waterkracht=120 TWh 1000GW = 1TW
http://nl.wikipedia.org/wiki/Waterkrachtcentrale
Overtollige zon-windenergie kun je omzetten in waterstof en bijmengen in het bestaande aardgasnet. Zonodig kan waterstof verder omgezet worden in aardgas, duurzaam gas voor verwarming.

Is het rendement van de grindkabelbaan bekend? Groot nadeel is de onderhoudsgevoeligheid.
Een teveel aan windenergie kan benut worden voor de nieuwe duinzandaanvoer voor de kustversterking

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(10)

Roland: je link gaat naar een pagina over waterkrachtcentrales. Een waterkrachtcentrale is niet hetzelfde als een pompcentrale. Alle pompcentrales zijn ook waterkrachtcentrales, maar lang niet alle waterkrachtcentrales zijn ook pompcentrales.

[Geplaatst door: M.J. Godschalk]

(11)

Een andere mogelijkheid voor de opslag van energie is het veersysteem. M'n moeder heeft bv. een deurbel die middels een opgewonden veer werkt.
Ik denk ook aan hoe diverse mechanische klokken werken.
Dan zou dus ieder elektrisch systeem een dusdanige veer moeten krijgen, zodat het een zekere periode van schaarste kan overbruggen.

In plaats van grind zou men ook natuurlijk zware elementen van bv lood of een ander zwaar materiaal kunnen gebruiken. Dan is er meer capaciteit bij gelijke hoogte of gelijke capaciteit bij minder hoogte.

[Geplaatst door: Koen Vandewalle]

(12)

Energie opslaan in zwaartekracht-systemen, of meer uitgebreid naar aantrekkingskracht-systemen, kan waarschijnlijk beter op moleculair niveau of met nano-structuren gebeuren.
Zo schijnt de techniek met grafeen supercondensatoren veelbelovend (krachtig, efficient en goedkoop) te zijn.

Ik verduidelijk even welk verband ik daar zie met het artikel: Mocht de zwaartekracht van de aarde 1.000.000 keer groter zijn, dan zou je om 10 kilogram op te heffen tot een hoogte van 1 meter een energie van 100 MegaJoule nodig hebben. Om een idee te hebben: de meest courant gebruikte voertuigbrandstoffen hebben een verbrandingsenergie van om en bij de 40 MJ per kilogram.

Of het nu elektrische-, magnetische-, of zwaartekracht-aantrekkingskrachten zijn, ze zijn altijd omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de beide aantrekkingspolen. Dus half zo ver, is vier maal harder aantrekken.

Vandaar de grote hoeveelheid energie die vrijkomt als kleine voorwerpen zoals moleculen of atomen met mekaar een chemische reactie uitvoeren en daarbij wat "dichter" bij mekaar komen.

Dus een aantal energievormen die we kennen als opslag, gebruiken een vorm van aantrekkingskracht om de energie te stockeren.

Sommige moderne nanotechnieken zijn er dan ook op gebaseerd om met die kleine structuren vaak klassieke mechanische of elektrische systemen te maken die qua energie een dichtheid en een efficientie halen die we ons nauwelijks kunnen inbeelden vanuit de ervaring die we in de macro-wereld opdoen.
De efficientie is meestal hoger omdat er niets meer bestaat als wrijving, luchtverplaatsing, stromingsverliezen etc... die in de macrowereld bij elke beweging voor rendementsverlies zorgen. Zo heb je in een pompcentrale allerlei verliezen, zowel bij het vullen als bij het laten leeglopen van het reservoir. Een klassieke batterij laden en ontladen heeft doorgaans een rendement in de grootte van 70% Etc...

Als dus energieopslag in grote constructies niet realistisch is, zoals heel erg blijkt uit dit artikel, dan zullen we in de andere richting moeten zoeken, ofwel heeeeeeeel er zuinig moeten leren worden.

Excuses als dit wat off-topic lijkt. Niets vervelender dan commentaar die niet ter zake doet. Maar ik denk dat dit net nog kan.

[Geplaatst door: Stormbeest]

(13)

Waar bij geen van de genoemde methodes om energie op te slaan met zwaartekracht iets over gezegd wordt, is het laad-ontlaadrendement. Want het omzetten van stroom in de beweging van een pomp of motor, die kracht gebruiken om water, grind of een grote cylinder omhoog te krijgen, dit vervolgens al vallend een generator laten aandrijven en die beweging ten slotte weer in elektriciteit omzetten, al deze stappen gaan gepaard met verlies. Ik wil wel eens weten hoeveel % van de stroom die in deze mechanische batterijen gepompt wordt, uiteindelijk weer beschikbaar komt.

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(14)

@ Stormbeest

Een pompcentrale heeft een rendement van 70 tot meer dan 80 procent. Het rendement van de andere technieken is nog niet gekend omdat ze nog niet worden gebruikt.

Energy Cache test een prototype, dus wellicht weten we binnenkort meer. Maar kabelspoorbanen werden vroeger ook gebruikt om energie te transporteren, en daarvan was het rendement over relatief korte afstanden (tot 1 km) zeer groot (>90%). Als je er elektriciteit mee wil opwekken komt daar nog het verlies van de generator bij, maar dan nog blijft het rendement hoog.

Van het systeem met de cylinders is nog geen prototype gebouwd, maar in feite gaat het hier om gigantische hydraulische accumulators, die een efficiëntie hebben van ongeveer 95 procent.

Ik denk dus niet dat het laad-ontlaadrendement een probleem zal vormen. Het fundamentele probleem van energieoplsag met zwaartekracht is dat de techniek gigantische bouwwerken vereist. Daar zit het rendementsverlies, want de constructie ervan kost natuurlijk veel energie.

[Geplaatst door: Johan G.]

(15)

volgens mij waren de menhirs ooit ook zulke centrales ... ooit : hangend aan H2 balonnen, op en neergaand afhankelijk van beschikbare energie en variabele vraag ... tot ze naar beneden kwamen ;)

alle gekheid op een stokje : kan dus veel goedkoper : hang betonnen blokken aan vlotters (10m onder de zeespiegel om minder last te hebben van hoge golfslag) in vb de golf van Biskaje en je kan ze enkele kilometers laten zakken en optillen. moet je ook geen gat boren.
wapeinzde ?
(als de kabels het dan begeven en de zeebodem wordt binnen onafzienbare tijd land, dan kunnen verre nazaten zich interessante vragen stellen over het nut van netjes gerangschikte rijen menhirs ;)

[Geplaatst door: Marc Schelles]

(16)

Indien er voldoende stuw capaciteit is kan men bij bijna elke waterkrachtcentrale (macro of micro) een gedeelte water terug pompen van het lager naar hoger niveau. Zo'n installatie is niet ingewikkeld, is zelfs mogelijk met een industriële dompelpomp (sommige hebben een vermogen tot 750 KW). Wat je wel nodig hebt is een centrale sturing van die systemen. (PS: er staat deze maand in KIJK magazine ook een interessant artikel over energie opslag).

[Geplaatst door: Seur]

(17)

Wel veel verfrissende reacties.
Voor leken misschien niet allemaal even goed te volgen, maar...soit!
Is deze discussie puur gericht op de technische haalbaarheid rond verschillende vormen van energieopslag?
Of spelen bij de beoordeling van de verschillende systemen ook zaken van sociale en/of duurzaamheidswaarde?
Dit is een zomaar open vraag.....
Veel plezier en succes!
Seur

[Geplaatst door: Piet Trompenaars]

(18)

Leuk artikel...
Maar ik mis een bespreking van het 'Plan Lievense'.

[Geplaatst door: Sandrine]

(19)

Ooit eens dit gehoord:
als te veel elektriek geproduceerd is in kerncentrale (nacht bv), wordt dit gebruikt om water naar boven te pompen, in waterkrachtcentrale.

[Geplaatst door: Sandrine]

(20)

Bij elk artikel (op andere sites ook) die van energie spreekt, kom ik altijd op dezelfde conclusie: minder energie gebruiken is het belangrijste.

[Geplaatst door: Cees Postma]

(21)

Ik lees op http://www.davdata.nl/energie.html onder meer het volgende;

Om per huishouden voor één dag elektrische energie (10kWh) in voorraad te houden volstaat een
van de volgende alternatieven:

- 150 blokken beton, elk 10 meter opgetild

- Een cilinder met perslucht, ruim 2 meter lang, diameter 0,5m, druk 200 atmosfeer

Met als toevoeging, dat bij een druk van 350 atmosfeer deze afmetingen nogal kunnen krimpen.

[Geplaatst door: Dutch John]

(22)

Maakbaar is tegenwoordig alles; haalbaarheid is heel wat anders. In de geschiedenis golft het denken over alternatieve opslagmogelijkheden om de zoveel tijd weer omhoog. Alleen het stuwmeer dat al een een passende omgeving ligt, doorstaat de tand des tijds. Die EROEI lijkt nog enigszins acceptabel. Weinig slijtdelen en onderhoud, relatief goedkoop te bouwen.
Hoe wanhopig zijn we. Op het moment dat we 80% van de tijd en grondstoffen moeten investeren om de laatste 20% te kunnen winnen, lijkt het me raadzaam om ons als mensheid te gaan beraden waar we mee bezig zijn. Ik sluit mij aan bij Sandrine: de meerwaarde in de toekomst zit vooral in minder en eenvoud.

Groet,
DJ

[Geplaatst door: Leen van Doorn]

(23)

En nog een interessante variant op pumped hydro (dus ook niet zo geschikt voor platte landen): www.youtube.com/watch?v=OE92_Ds6XvI
Even googlen op Maglev Energy Storage geeft direct ook een aantal artikelen met technische en financiële onderbouwing.

[Geplaatst door: Piet]

(24)

Het oplossen van energiebuffering zal van de politiek moeten komen.

Zolang hoogopgeleid zijn geen ander verband heeft dan psylogica/sociologica/geschiedenis-memoristisch toproofdier ipv passie voor de mensheid mbv (buitenlandse!) technologie, zullen deze plannen nooit goedgekeurd worden door de lobbyisten van de door ons gekozen loopjongens van de VVD, CDA of PVDA (ABN-AMRO-Zalm, Shell-W.Kok etc, etc.).

Nederland word steeds slimmer
(in de context van een roofeconomie).

[Geplaatst door: Bert]

(25)

Reactie op reactie nr 7 en 8 van Gabriel:
Opslag van energie met behulp van een vliegwiel wordt al wel gedaan. Het bedrijf Beaconpower in de VS heeft een systeem hiervoor ontwikkeld. Kijk maar eens op de site van hen.
Verder wil ik graag benadrukken dat er aan de energie uit zwaartekracht een heel groot pluspunt zit t.o.v. veel andere alternatieve energiebronnen. Zwaartekracht is er nl. altijd en overal. Dag en nacht, 24 uur per etmaal en altijd is de kracht constant. Dat kun je van b.v. zonne-energie en windenergie niet zeggen. Wellicht is het daarom zinvol om verder te onderzoeken hoe deze energie is te gebruiken. En ik begrijp wel dat daar alle benodigde energie niet mee opgewekt kan worden, maar het zou een mooie, schone aanvulling kunnen zijn voor andere alternatieven.

[Geplaatst door: Renaat]

(26)

@ Bert,

wat bedoel je met energie uit zwaartekracht halen? Zwaartekracht bevat immers geen energie maar biedt enkel de mogelijkheid om potentiële energie om te zetten in kinetische energie. Dat is hetgeen reeds gebruikt wordt bij waterkrachtcentrales (waarbij men al dan niet water oppompt naar boven als men over een overschot aan elektriciteit beschikt) of bij de systemen die hierboven nog genoemd wordt. Maar in bijna al die gevallen is er dus slecht sprake van 'opslag van energie' en niet van het omzetten van 'zwaartekracht in energie'. Kan je dit verduidelijken, want ik krijg de indruk dat je het concept van zwaartekracht niet helemaal begrijpt.

[Geplaatst door: Brecht Schatteman]

(27)

Nou, die energie eilanden krijgen precies veel tegenkanting hier in België? dus denk ik net dat dat er gaat komen... Spijtig, want zo blijven we afhankelijk van al die andere vervuilende bucht zoals kernenergie en batterijen. Dat zien de tegenstanders van de energieeilanden niet, ze denken van "wat, een eiland voor de kust, stromingen creëeren door er water in en uit te laten lopen? Onverantwoord!" Maar anderzijds zeggen ze "kernafval moet weg, kerncentrales weg, ...". Ik kan me best voorstellen dat ze het niet tof vinden dat er zomaar een eilandje komt voor de kust. En dat die zeestromingen kan veroorzaken is ook waar, maar als die kan lijden tot het wegwerken van kernenergie vraag ik me af waar de prioriteiten liggen? De ontginning en transport van al dat kernmateriaal is ook ongezond voor het milieu. Het gebruik van al die fossiele brandstoffen hebben ook al zovele ecosystemen verwoest. Als je het mij vraagt, heb ik,liever dat eilandje voor de kust dan dat er nog zoveel commotie is rond de kerncentrales. Dan is er eens een alternatief voor de kerncentrales, dan schieten ze het toch wel af zonder er eens deftig over na te denken.
En anderzijds, in de Alpen zijn er zoveel stuwmeren die ook via een pompysteem overproductie bufferen. Die zijn ook groot in omvang en hebben ook een groot areaal aan natuur in beslag genomen, maar het werkt en dat compenseert.
Er zijn nog zoveel andere manieren, maar als men elk alternatief begint af te schieten, vraag ik me toch af wat hun bedoeling is?
Nu, indien het mogelijk zou zijn, zou ik wel een grote vijver in men tuin aanleggen met zo een energieeiland in. Al os het maar om een paar kilowatt in te kunnen opslaan, het zou dan een paar batterijen minder kunnen betekenen voor het off the grid leven.

[Geplaatst door: p.a van duijn]

(28)

ik had zelf een idee,om een reservoir gevuld met water te laten zakken ,en er zo perslucht mee te genereren,als het reservoir beneden is,loopt het water er uit ,en gaat het door middel van een tegen gewicht,zonder de zuiger van de compressor in beweging te zetten weer omhoog!.

[Geplaatst door: Mattias]

(29)

Gepost door Kris als link in 'No Tech Reader #19', maar past ook hier bij: "Stacking concrete blocks is a surprisingly efficient way to store energy" Zie https://qz.com/1355672/stacking-concrete-blocks-is-a-surprisingly-efficient-way-to-store-energy/ voor meer tekst en video.

[Geplaatst door: Rob De Schutter]

(30)

Kijk eens aan een startup die Lowtechmagazine heeft begrepen :)
https://energyvault.ch/

[Geplaatst door: Herman]

(31)

Bij grote daken kan het regenwater opgevangen worden in een lichtgewicht opvangton net onder de afvoer van het dak en als deze vol is kan het dalen starten dmv ontgrendeling met vlotter.

Een tweede opslagvat wordt dan gevuld terwijl het eerste vat daalt en energie opwekt met een dynamo. Bij het bereiken van het laagste punt automatisch lozen met ontgrendelingspal .

[Geplaatst door: Mattias]

(32)

Kris zijn artikel vermeld "Energy Cache", maar de website bestaat ondertussen niet meer en het bedrijf is helaas niet verder geraakt dan de demo. [1] Energy Vault (https://energyvault.com/) waarover Rob De Schutter #30 bericht is blijkbaar opgericht door dezelfde persoon als Energy Cache: Aaron Fyke. Het artikel [2] van 14 november 2018 vermeldt een full-size system in 2019, maar daarover heb ik nog niets teruggevonden.

Interessant concept, maar net zoals Kris al vermeldde is ook bij de Energy Vault een behoorlijke structuur nodig en als je de video bekijkt: in de onderste betonblokken zit minder potentiële energie dan in de bovenste. Ik ben benieuwd naar de toekomst.

Kris, de links naar artikels bij "energie-eilanden" doen het helaas niet meer. Als je zoekt naar recente artikels, dan vind je deze [3][4], maar het "valmeercentrale" komt daar niet (meer) in voor.

[1] https://fortune.com/2015/07/01/clean-energy-thermal-revolution/
[2] https://www.greentechmedia.com/articles/read/energy-vault-stacks-concrete-blocks-to-store-energy
[3] https://www.hln.be/wetenschap-planeet/visionair-plan-bouw-energie-eilanden-als-stekkerdoos-voor-windmolenparken-op-zee~aced6790/
[4] https://www.nieuwsbladtransport.nl/offshore/2019/07/10/aanleg-reeks-energie-eilanden-in-noordzee-is-haalbaar/?gdpr=accept

[Geplaatst door: Harry van der Velde]

(33)

Nog één Kris:
https://energyvault.com/

[Geplaatst door: Mattias]

(34)

@Harry: Ivm Energy Vault: zie mijn reactie net voor de jouwe

N.a.v. een Tweakers.net-artikel [1] vond ik nog enkele links naar zaken die passen bij de mechanische batterij, zoals Gravitricity [2] en zware wagons een berg te laten oprijden [3].

De conclusie blijft dat het er simpel uitziet, maar toch ook zijn nadelen heeft.

[1] https://tweakers.net/nieuws/163972/windparken-op-noordzee-moeten-waterstoffabriek-in-groningen-voeden.html
[2] https://www.youtube.com/watch?v=U7a_LMM2_fE&feature=youtu.be
[3] https://www.youtube.com/watch?v=RHrlnnbJuDg

[Geplaatst door: Mattias]

(35)

Gravitricity zou ondertussen kijken om een demoproject in Schotland bouwen. In oktober zouden ze starten, om in december hopelijk klaar te zijn. De demo is boven de grond en als alles goed loopt zou het later de bedoeling zijn om oude mijnschachten te gebruiken.

Zie https://www.solarpowerportal.co.uk/news/gravitricity_to_build_1_million_demonstrator_for_gravity_based_storage_syst

[Geplaatst door: Theo van den Elzen]

(36)

Voor het opslaan van 1 kWh energie moet men een massa van 1000 kg 367 meter naar boven brengen.
Of 367 000 kg massa naar een hoogte van 1 meter.
Dan gaan we uit van een rendement van 100%

Het dag gebruik van een doorsnee gezin is 8,5 kWh
Dus 8500 kg naar 367 meter hoogte.

[Geplaatst door: Kees Burger]

(37)

Bedankt Kris. Liep al een tijdje te filosoferen of dergelijke mechanische opslag van energie een oplossing zou kunnen zijn. Een schacht van een paar meter doorsnee in je tuin een diepte van 100m en een automatisch slim stapelsysteem van betonnen donutsen, zo iets als Energy Vault. Windmolen er boven op.. Zelf te lui geweest om door te rekenen. Jouw inschattingen (2013!) maken wel duidelijk dat hier te weinig energie opgeslagen kan worden. Wind, zon lijken ook te weinig, zeker als we de complete realisatie en live cycle energie meenemen. Toch steken we er miljarden in.. plaatjes en percepties maken veel goed. Kernenergie lijkt dichterbij te komen, al willen we niet.

[Geplaatst door: Theo van den Elzen]

(39)

In een volgelopen Limburgse mijn kunnen we in de mijngangen luchtballonnen plaatsen.
Stel dat we op een diepte van 1100 meter een mijngang hebben met een doorsnede oppervlak van 3 m2 en een lengte van 50 m vormt dat een volume van 150 m3
Door de ballonnen met lucht vol te pompen wordt er 150 m3 water naar een hoogte geperst van 1100 meter.
150 ton * 1100 m = 165 150 tonmeter potentiële energie.
Dat komt overeen met 450 kWh elektrische energie.
De wanddikte van de ballonnen hoeft niet dik te zijn, de druk is binnen en buiten de ballon nagenoeg gelijk.