Nieuws uit de sector

GridScale: hernieuwbare energie opslaan in stenen in plaats van lithiumbatterijen

2021-06-16
ONDERWERPEN:
Aarhus University, batterijtechnologie, energie, groene energie, populair
Door AARHUS UNIVERSITY 6 MEI 2021



Wanneer er een overschot is aan elektriciteit uit wind of zon, wordt de energieopslag in rekening gebracht. Dit wordt gedaan door een systeem van compressoren en turbines die warmte-energie pompen van een of meer opslagtanks gevuld met koele stenen naar een overeenkomstig aantal opslagtanks gevuld met hete stenen. Hierdoor worden de stenen in de koude tanks erg koud, terwijl het in de hete tanks erg heet wordt, tot wel 600 graden. Krediet: Claus Rye, Stiesdal Storage Technologies

Met de bouw van de demonstratie-installatie GridScale is het concept van het opslaan van duurzame energie in stenen een stap dichter bij realisatie gekomen. De centrale wordt de grootste elektriciteitsopslagfaciliteit in Denemarken, met een capaciteit van 10 MWh. Het project wordt gefinancierd door het Energy Technology Development and Demonstration Program (EUDP) van het Deense Energieagentschap.
Stenen ter grootte van een erwt, verwarmd tot 600°C in grote, geïsoleerde stalen tanks, vormen de kern van een nieuw innovatieproject dat een doorbraak wil bewerkstelligen in de opslag van intermitterende wind- en zonne-elektriciteit.

De technologie, die elektrische energie als warmte in stenen opslaat, heet GridScale en zou een goedkoop en efficiënt alternatief kunnen worden voor het opslaan van energie uit zon en wind in op lithium gebaseerde batterijen. Terwijl lithiumbatterijen alleen kosteneffectief zijn voor de levering van energie voor korte periodes tot vier uur, zal een GridScale-systeem voor elektriciteitsopslag kosteneffectief de elektriciteitsvoorziening ondersteunen voor langere periodes - tot ongeveer een week.

“De enige echte uitdaging bij het tot stand brengen van 100 procent duurzame elektriciteitsvoorziening is dat we de opgewekte elektriciteit bij winderig en zonnig weer niet kunnen opslaan voor gebruik op een later tijdstip. Vraag en productie volgen niet hetzelfde patroon. Commerciële oplossingen voor dit probleem zijn er nog niet, maar we hopen dit te kunnen leveren met ons GridScale energieopslagsysteem”, zegt Henrik Stiesdal, oprichter van klimaattechnologiebedrijf Stiesdal Storage Technologies, dat achter de technologie zit.

Kort gezegd gaat de GridScale-technologie over het verwarmen en koelen van basalt dat is vermalen tot kleine steentjes ter grootte van een erwt in een of meer sets geïsoleerde stalen tanks. De opslag wordt opgeladen via een systeem van compressoren en turbines, die warmte-energie pompt van een of meer opslagtanks gevuld met koele stenen naar een vergelijkbaar aantal opslagtanks gevuld met hete stenen, wanneer er sprake is van overtollige stroom van wind of de zon.

Dit betekent dat de stenen in de koude tanks erg koud worden, terwijl ze in de hete tanks erg heet worden; in feite tot 600oC. De warmte kan vele dagen in de stenen worden opgeslagen en het aantal sets met stenen gevulde tanks kan worden gevarieerd, afhankelijk van de benodigde opslagduur.

Als er weer vraag naar elektriciteit is, keert het proces om, zodat de stenen in de hete tanks kouder worden terwijl ze warmer worden in de koude tanks. Het systeem is gebaseerd op een goedkoop opslagmateriaal en volwassen, bekende technologie voor laden en ontladen.
“Basalt is een goedkoop en duurzaam materiaal dat in kleine ruimtes grote hoeveelheden energie kan opslaan en dat bestand is tegen talloze ladingen en ontladingen van de opslagfaciliteit. We ontwikkelen nu een prototype voor de opslagtechnologie om de weg vooruit te laten zien bij het oplossen van het probleem van de opslag van hernieuwbare energie - een van de grootste uitdagingen voor de ontwikkeling van duurzame energie wereldwijd", zegt Ole Alm, hoofd ontwikkeling bij de energiegroep Andel, die ook deel uitmaakt van het project.

Het GridScale-prototype wordt de grootste opslagfaciliteit in het Deense elektriciteitssysteem en een grote uitdaging zal zijn om de opslagflexibiliteit op de elektriciteitsmarkten beschikbaar te maken op een manier die de best mogelijke waarde biedt. Dit zal dan ook onderdeel uitmaken van het project.

De exacte locatie van de prototype-opslagfaciliteit moet nog worden bepaald. Het zal echter zeker in het oostelijk deel van Denemarken in Zuid- of West-Zeeland of op Lolland-Falster zijn, waar met name de productie van nieuwe grote PV-units sneller groeit dan het verbruik kan bijhouden.
De volledige naam van het innovatieproject is ‘GridScale– kosteneffectieve grootschalige elektriciteitsopslag’, en het heeft een looptijd van drie jaar met een totaal budget van DKK 35 miljoen (4,7 miljoen euro). Het project wordt gefinancierd met DKK 21 miljoen (2,8 miljoen EUR) uit het Energy Technology Development and Demonstration Programme (EUDP).

Naast de bedrijven Stiesdal en Andel bestaat de partnergroep uit Aarhus University (AU), de Technical University of Denmark (DTU), Welcon, BWSC (Burmeister Wain Scandinavian Contractor), Energi Danmark en Energy Cluster Denmark.

De partners zullen een energiesysteemanalyse en ontwerpoptimalisatie voor een steenopslagfaciliteit leveren, evenals de technische concepten optimaliseren en de GridScale-technologie uitgroeien tot een kant-en-klare schaalbare oplossing.

Zo wordt het door AU ontwikkelde Europese energiesysteemmodel gecombineerd met het door DTU ontwikkelde model voor het optimaliseren van turbines om inzicht te krijgen in de mogelijke rol van de steenopslag in Europees verband en om het ontwerp te optimaliseren:

“De overgang naar hernieuwbare energie verandert de manier waarop het energiesysteem werkt – simpelweg omdat wind- en zonne-energie niet per se worden geproduceerd wanneer we het nodig hebben. Daarom moeten we uitzoeken hoe het technisch ontwerp het beste kan worden aangepast aan het energiesysteem en in welke landen en wanneer in de groene transitie de technologie de meeste waarde heeft. We zullen zoeken naar de combinatie van energietechnologieën die de meeste waarde zal bieden voor de opslagoplossing. Ik denk dat steenopslagtechnologie op veel plaatsen in de wereld een enorm potentieel heeft en van groot voordeel kan zijn in de groene transitie”, zegt universitair hoofddocent Gorm Bruun Andresen van de afdeling Werktuigbouwkunde en Productietechniek aan de Universiteit van Aarhus.