13 juni 2019

Hijskranen slaan straks onze zonne-energie op

Hoe sla je overtollige zonne-energie zo efficiënt mogelijk op voor later gebruik? Als het aan het Zwitserse bedrijf Energy Vault ligt, doe je dat met hijskranen en enorme blokken beton. Eind 2019 moet de eerste installatie in bedrijf zijn.
Energy Vault wil de installatie zo simpel mogelijk houden. Hijskranen tillen met elektromotoren grote betonblokken van 35 ton omhoog en stapelen die op tot toren. Dat kost energie, die geleverd wordt door zonnepanelen. Wanneer er energie nodig is voor huishoudens of bedrijven, laten de hijskranen de betonblokken weer zakken. De elektromotoren werken dan als generatoren, en wekken elektriciteit op. De aanvankelijk te veel geproduceerde zonne-energie wordt dus eerst opgeslagen als potentiële energie (tillen) en vervolgens omgezet in elektriciteit (laten zakken) als er weer meer vraag naar stroom is.

 

Zelfstandige hijskranen

De hijskranen werken volledig automatisch. Ze kunnen in een fractie van een seconde omschakelen van hijsen naar laten zakken. Die keuze maken ze zelfstandig, op basis van de actuele netwerkfrequentie en de historische trends in vraag en aanbod op het netwerk (big data). Daarmee is de installatie dus goed in staat in te spelen op veranderingen in de vraag naar en het aanbod van energie op het elektricteitsnetwerk.

 

Hoog rendement

Energy Vault claimt een berekend rendement van 90% voor de installatie. Dat is hoog, voor opslag van energie. Andere vormen van opslag kampen met rendementsverlies door bijvoorbeeld verdamping (bij opgepompt water in een reservoir), of weglekken (accu's). Wél is de installatie potentiële energie kwijt aan bijvoorbeeld warmte-ontwikkeling in de elektromotoren van de hijskranen, en het horizontaal verplaatsen van de blokken bij plaatsing in de stapel. Al met al beweert Energy Vault dat het de goedkoopste vorm van energie-opslag ter wereld gaat worden.

 

Rekenvoorbeeld

Laat leerlingen berekenen hoeveel energie zo'n installatie kan opslaan. Ga uit van vijf blokken van 35 ton elk, een maximale hijshoogte van 50 meter (we nemen voor het gemak aan dat alle blokken tot die hoogte getild worden) en een rendement van 90% (aangenomen ná het ophijsen van de blokken). De benodigde kracht (F = m.g) is dan 35.000 kg x 9,81 m/s = 343.350 N per blok. De benodigde arbeid (W = F.s) is dan 343.350 x 50 = 17.167,5 kJ. Voor vijf blokken is dat 85.837,5 kJ. Met een rendement van 90% is die potentiële energie om te zetten in 77.253,75 kJ aan elektrische energie.

 

Zelf bouwen

Natuurlijk kun je zo'n installatie ook zelf bouwen. Dat kan complex, met computergestuurde mini-hijskranen, bijvoorbeeld als onderdeel van een langlopend multidisciplinair project. Maar je kunt ook met een betonblok van de bouwmarkt, een touw en een handaangedreven lier in het trappenhuis een experiment doen met je leerlingen. Denk in dat geval wel even aan de veiligheid, en zet het trappenhuis af met een hek en/of lint.