Hoe gaan we massa's energie opslaan?

Vliegwielen, hete stenen en onder de grond

Hete stenen

Het zijn niet alleen start-ups die nieuwe energieopslagtechnieken ontwikkelen. Siemens Gamesa Renewable Energy, een van de grootste producenten van windturbines, mengt zich ook in de strijd. "Vanwege de klimaatcrisis willen we zo snel en zoveel mogelijk windturbines bouwen, maar we erkennen dat we daarmee wat problemen veroorzaken voor de elektriciteits- en energiesystemen, door de fluctuaties", zegt Maximilian Schumacher, ETES Business Development & Strategy bij Siemens Gamesa. "Daarom gingen we op zoek naar een energieopslagtechnologie waarmee we on demand hernieuwbare energie kunnen leveren."

Het energieopslagsysteem van Siemens Gamesa moest aan een aantal criteria voldoen. De eerste eis is veelzijdigheid, zodat het ingezet kan worden voor verschillende toepassingen en locaties – van industrie op een eiland tot zonneparken in de woestijn. Daarnaast moest het schaalbaar, schoon en veilig zijn. Schumacher: "Ons doel is duurzame energieopwekking. We willen niet dat de opslag vervolgens niet schoon of veilig is. Het gebruik van zeldzame aardmetalen of gevaarlijke materialen is daarom uitgesloten." Ten slotte mocht de techniek niet duur zijn. "Zo kwamen we uit bij hete stenen. Dat is een goedkoop en duurzaam opslagmedium en omdat we niet onder hoge druk werken, is het ergste scenario dat er een scheur ontstaat waardoor een paar hete stenen naar buiten rollen."

In 2011 begon Siemens Gamesa met de ontwikkeling van Electric Thermal Energy Storage (ETES), een systeem waarbij energie kan worden opgeslagen in de vorm van warmte. De opslagunit hiervan bestaat simpelweg uit een ruimte gevuld met vulkanische stenen, zoals basalt. De stenen zijn drie tot vier centimeter groot en kunnen verhit worden tot ruim 800 °C. Om het systeem op te laden, kun je overtollige warmte van industriële processen gebruiken. Als je elektriciteit wilt gebruiken, moet je die omzetten in warmte via een soort grote föhn – een blazer met elektrische verhitting – die warme lucht de opslagruimte in blaast. Als je de opgeslagen energie wilt gebruiken, blaas je lucht door de opslagruimte. De lucht neemt de warmte mee. Die warme lucht kan vervolgens worden gebruikt als warmte, bijvoorbeeld voor industriële processen. Je kunt er ook water mee verhitten om een stoomturbine aan te drijven die weer elektriciteit kan opwekken.

De ETES-technologie is niet geschikt voor snelle ontlading, omdat er een paar stappen nodig zijn om van hete stenen naar stroom te gaan. Het werkt het best voor toepassingen waarbij een ontladingstijd vanaf acht uur gewenst is. Voor seizoensopslag is het minder geschikt, omdat er een verlies is van iets minder dan één procent per dag. Het verlies hangt af van het formaat van de opslag. Hoe groter het volume, hoe kleiner het relatieve oppervlak en dus hoe minder warmteverlies er optreedt.

ETES-demonstratieproject van Siemens Gamesa, met een capaciteit van 130MWh

Energie opslaan in ETES is efficiënt. Bij het omzetten van elektriciteit naar warmte gaat er hooguit 0,1 procent verloren. "Als je er vervolgens warmte uit wilt halen voor gebruik in industriële processen, kan dat met een rendement van ruim 90 procent", zegt Schumacher. Voor elektriciteit ligt dat met ongeveer 40 procent veel lager, vanwege het gebruik van de stoomturbine. "Een batterij met een rendement van 40 procent lijkt slecht, maar als het alternatief is om wind- en zonneparken af te koppelen bij piekproductie, telt elke procent."

Siemens Gamesa heeft in Hamburg sinds 2014 een 5MWh-testproject. Sinds 2019 staat er ook een serieus demonstratieproject met 130MWh opslagcapaciteit, een 5,4MW-‘föhn’ en een stoomturbine die aangesloten is op het net. De resultaten zijn goed en de opslag van hete stenen lijkt robuust. Dit jaar begint het bedrijf met het ontwerpen van een commerciële pilot met een opslagcapaciteit van 100 tot 2000MWh en een vermogen van 10 tot 100MW. De locatie is nog onbekend. Schumacher: "Voor toekomstige ETES-systemen kijken we ook naar het ombouwen van oude fossiele-energiecentrales omdat daarbij veel onderdelen kunnen worden hergebruikt, zoals de stoomturbines, delen van de leidingen, de waterpomp en de netaansluiting."

• Volgende pagina 6. Opslag onder de grond