Het is André Thess, prof. van de Technische Universität Ilmenau gelukt om het rendement van de nieuwe stroom-warmte-stroom-energie opslagtechnologie (SWS-Energiespeichertech- nologie) voor alle opslagmedia met een eenvoudige formule te voorspellen. Met deze formule is het voor het eerst mogelijk, om innovatieve SWS-opslagmodellen om te zetten in een praktische toepassing. Het resultaat van het onderzoek wordt online gepubliceerd in het internationaal gerenommeerd tijdschrift „Physical Review Letters“ van 29 augustus 2013.
De opslag van elektrische energie, onafhankelijk van locatie van kosten effectief in de orde van grootte van het dagverbruik van een grote stad (gigawatt uur, GWh) is een onopgelost probleem in de energietechniek. Zonder deze oplossing wordt de integratie van regeneratieve energiebronnen in de aanwezige energiemix niet mogelijk. Opslag met pompen of in batterijen of persluchtcentrales is niet mogelijk met dergelijke energiehoeveelheden, onafhankelijk van de geometrische eigenschappen van de plaats en voor een lage prijs.
De pionier op energiegebied Bodo Wolf had in 2007 al een patent voor een nieuw energie opslag idee: elektrische energie wordt met behulp van bijzondere warmtepompen, zogenaamd hoge temperaturen warmtepompen, omgezet in water en als heet water goedkoop opgeslagen. Als er behoefte is, wordt de thermische energie van het water met behulp van speciale energie installaties, de transkritische CO2-stoomturbines, weer omgezet in elektrische energie. Dit thermodynamische principe wordt momenteel aangeduid als stroom-warmte-stroom (SWS) energie opslag.
Andere uitvinders hebben het SWS-idee voor andere warmte-opslagmaterialen als het smelten van zout of gesteente en koude-opslagmaterialen als ijs en vloeibare stikstof veralgemeniseerd. In het nieuwe onderzoeksgebied SWS bestonden op dit moment alleen zogenaamde papieren opslagmogelijkheden.
Vaklieden noemden spottend de talrijke energie opslagideeën zo, omdat die alleen op papier of als miniatuurmodellen bestonden. Dat er nog geen industrieel bruikbare SWS-opslag bestaat, ligt vooral aan het feit, dat er nauwelijks theoretische voorspellingen bestaan over het rendement.
Het rendement van energie-opslag is de verhouding tussen terug gewonnen en opgeslagen energie en wordt aangegeven in procenten. Hiermee wordt het rendement van energie omvorming en energie-overdracht afgemeten. Er bestonden weliswaar een aantal proeven om het rendement voor speciale SWS-opslagmaterialen en gasturbineprocessen te berekenen, maar de resultaten hadden slechts in beperkte betekenis, omdat ze uitgingen van veel onduidelijke parameters en er geen vergelijkende waardering mogelijk was van verschillende opslagmedia. In dergelijke situaties geeft geen enkele investeerder geld voor de bouw van een grote proefinstallatie.
De theorieën over de SWS-energie opslag berusten op talrijke speciale aannames. De nieuwe theorie gebruikt de methode van de endo-omkeerbare thermodynamica. Deze methode is gebaseerd op een paar fundamentele postulaten en is daarom veel algemener. Verrassenderwijze is deze nieuwe rendementformule, de opslag formule, erg eenvoudig. Bovendien hangt deze, net als de bekende Carnot-formule, slechts af van twee temperaturen: de buitentemperatuur en de opslag temperatuur.
Opslagformule
De opslagformule levert weliswaar geen exact beeld van een echte SWS-energie opslag, maar maakt een grove inschatting van de energie opslagcapaciteit van verschillende ontwerpen mogelijk. Als men bijvoorbeeld de (Günther-Jauch-)Gasometer in Berlijn zou vullen met water en als opslagcontainer voor SWS-energie opslag zou gebruiken, zou men daarin ongeveer 0,6 GW elektrische energie kunnen opslaan. Dat zou voldoende zijn, om de bewoners van de grote stad als Jena een dag lang elektriciteit te leveren.
Een vraag over het exacte rendement beantwoordt prof. Thess: “het heeft weinig zin om getallen te noemen, zonder tegelijkertijd de investeringskosten te becijferen. Een goedkope opslag met 30% rendement kan onder omstandigheden economischer zijn dan een dure opslag met 60%”.
In elk geval geeft de opslagformule aan, dat in een kilogram water door verwarmen tenminste tienmaal meer elektrische energie kan worden opgeslagen, dan wanneer men het water met een pompopslag 300 m omhoog brengt.
De opslagformule geeft ook aan, dat het rendement en de opslagdichtheid stijgen bij een hogere opslagtemperatuur. Daarom bestaat er een parallel tussen geplande SWS energie opslag op waterbasis en overwegingen op het gebied van het smelten van zout.
Toekomstige proefinstallaties moeten aantonen of de opslagformule juist is. Een voordeel van de SWS-technologie ligt nu wel voor de hand: het vraagt in tegenstelling tot batterijen geen dure of zeldzame materialen zoals lithium, maar in het simpelste geval alleen water en CO2.
Website van de Technische Universität Ilmenau
