Wind en zon leveren heel onregelmatig vermogen. Een ramp voor de netbeheerders, zij moeten de pieken en dalen opvangen. Tot nu. Een Amerikaanse startup zou wel eens de oplossing hebben kunnen ontwikkeld. Eindelijk een massale doorbraak van wind en zon?
Vermogenspieken nekken alternatieve energie
Windmolenparken zijn berucht door de vermogenspieken die ze opleveren. Als het hard waait, leveren windturbines extreem veel energie (deze energie neemt met de derde macht met de windsnelheid toe). Als het windstil is, is de energie nul. Zonne-energie is regelmatiger dan wind (ook bij een bewolkte dag leveren zonnepanelen nog de helft). Ook voor zonne-energie geldt dat de zon alleen overdag schijnt en er in de winter maar 10% zoveel zonneschijn is al in de zomer. In de praktijk moeten netstroombeheerders daarom gascentrales als backup gebruiken. Als er te weinig vermogen door de leidingen stroomt, kan de gascentrale snel inspringen. Het omgekeerde betekent helaas vaak dat windmolens afgekoppeld moeten worden. En dus dat er veel stroom verloren gaat.
Kortom: er moet een goedkope en effectieve manier komen om elektriciteit op te kunnen slaan. De bestaande alternatieven zijn duur en niet erg effectief. Het startende Californische bedrijfje Primus lijkt nu een goed en goedkoop alternatief te hebben ontwikkeld. Hierbij maken ze gebruik van een flow batterij.
Hoe werkt een flow battery?
Een batterij met een pomp in plaats van groeiende en krimpende polen. In een flowreactor verandert niet de elektrode, maar de samenstelling van de elektrolyt.
Een normale batterij werkt met twee elektrodes (gewoonlijk bestaande uit verschillende metalen, bijvoorbeeld koper en zink) en een ionenrijke oplossing: de elektrolyt. Als de batterij energie levert, slaan (in dit voorbeeld) koperionen neer op de positieve elektrode en nemen elektronen op. Bij de negatieve elektrode gaat zink in oplossing en staat hiervoor zijn elektronen af. In de elektrolyt worden zo langzamerhand de koperionen vervangen door zinkionen. Als alle koperionen neergeslagen zijn, is de batterij leeg. Er ontstaat zo een elektrische stroom waar apparaten op werken.
Flow batteries (1) werken anders, namelijk met twee elektrolyten die gescheiden zijn door een doorlaatbaar membraan. Bij de zink-broom flow battery, bijvoorbeeld, wordt bij het opladen aan de positieve pool broom afgezet en aan de negatieve pool tegelijkertijd zink. Aan de elektrodes worden deze stoffen niet opgeslagen, maar afgevoerd met de stroom. Dus aan de zink-kant veranderen zinkionen in vast zink (bekend van de dakgoot), aan de broomkant veranderen bromide-ionen in vloeibaar broom (een bruin, uiterst onaangenaam ruikend goedje). Daarom kan de capaciteit van de flow batterij ook enorm groot zijn.
Flow batteries zijn doorgaans enorme tanks van tien tot twintig meter groot. Tot nu toe zijn flow batteries nog niet erg populair, omdat ze vanwege hun enorme formaat op maat gebouwd moeten worden (dus erg duur zijn) en hun efficiëntie laag, rond de zestig tot vijfenzeventig procent.
Massa-productie van kleine cellen
Primus Power heeft nu een flow battery ontwikkeld die ongeveer zo groot is als een badkuip. Dit maakt de technologie ook voor toepassing op kleinere schaal interessant. Omdat deze mini flow batteries naar wens op elkaar gestapeld kunnen worden, is maatwerk niet meer nodig en kan de fabriek een automatische productielijn voor tienduizenden mini-flow batteries ontwikkelen. Bestuursvoorzitter Tom Stepien verwacht op deze manier de kosten te kunnen drukken tot vijfhonderd dollar per kilowattuur opslagcapaciteit. Dat is maar de helft van de kosten van een lithium-ionbatterij (2). Primus werkt op dit moment ook aan een batterij die slechts voor honderd dollar per kilowattuur stroom kan opslaan. Wordt deze limiet bereikt, dan is het in ieder geval in Californië zelf zonder subsidie goedkoper om deze batterijen te plaatsen, dan om een nieuwe fossiele centrale neer te zetten om de pieken op te vangen. Het is dan echt einde oefening voor fossiel in zonnige en/of windrijke gebieden. En dat zijn er behoorlijk veel. Nederland, Spanje en Denemarken, bijvoorbeeld.
Dit zijn echt goede ontwikkelingen. ben benieuwd hoe energie wordt geleverd over 10 jaar.
maar ik heb nog wel een vraag waarvan ik het antwoord niet terug kan vinden. Ik heb geen natuurkunde gehad op school, maar snap wel sommige principes. 1 van die principes is behoud van energie.
Maar hoe zit dat met een groot windmolen park. Als de wind daar langs komt, is de wind dan sterker aan het begin van het windmolen park dan aan het eind? De wind geeft dan zijn energie af aan de molen die het omzet in electriciteit. Zou je ook theoretisch een complete storm zijn kracht zo kunnen ontnemen?
Of ben ik nu de noob van natuurkunde die er echt niets van snapt?
Inderdaad zal wind als deze door het windmolenpark waait, behoorlijk in snelheid afnemen. Als de windmolens sterk genoeg zijn om de storm te overleven en voldoende in aantal, dan zou je hiermee in principe inderdaad de storm kunnen reduceren tot een bries.
Dit zijn echt goede ontwikkelingen. ben benieuwd hoe energie wordt geleverd over 10 jaar.
maar ik heb nog wel een vraag waarvan ik het antwoord niet terug kan vinden. Ik heb geen natuurkunde gehad op school, maar snap wel sommige principes. 1 van die principes is behoud van energie.
Maar hoe zit dat met een groot windmolen park. Als de wind daar langs komt, is de wind dan sterker aan het begin van het windmolen park dan aan het eind? De wind geeft dan zijn energie af aan de molen die het omzet in electriciteit. Zou je ook theoretisch een complete storm zijn kracht zo kunnen ontnemen?
Of ben ik nu de noob van natuurkunde die er echt niets van snapt?
Inderdaad zal wind als deze door het windmolenpark waait, behoorlijk in snelheid afnemen. Als de windmolens sterk genoeg zijn om de storm te overleven en voldoende in aantal, dan zou je hiermee in principe inderdaad de storm kunnen reduceren tot een bries.