Energieopslag in vloeibare lucht voor 5 cent per kilowattuur?

Vloeibare lucht concurreert met accu’s, waterstof en stuwmeren

Het Britse Highview Power bouwt opslagsystemen gebaseerd op het vloeibaar maken van lucht. De eerste centrale ‘kan in 2022 operationeel zijn’ en levert maximaal 250 megawattuur opgeslagen elektriciteit terug aan het net.

Net zoals waterdamp condenseert op een pannendeksel, condenseert ook lucht als je het sterk afkoelt. Onder -192 graden C° is lucht vloeibaar. Dan neemt het volume af tot 0,1% van de ruimte die gasvormige lucht inneemt.

Het vreet energie om lucht tot deze extreem lage temperatuur af te koelen. Highview Power doet dit met goedkope elektriciteit en slaat de vloeibaar gemaakte lucht op in geïsoleerde vloeistoftanks. Als de elektriciteitsprijs stijgt, bijvoorbeeld als iedereen ’s avonds de lampen aandoet en gaat koken, laat Highview de lucht weer opwarmen.

Door het opwarmen neemt de lucht zijn originele (gasvormige) volume aan, ware het niet dat Highview de lucht opsluit. Zo loopt de druk flink op en valt er met een gasturbine elektriciteit op te wekken uit deze aanhoudende luchtstroom.

Efficiënter dan waterstof, meer energieverlies dan met accu’s

Highview gebruikt koelmachines en geïsoleerde tanks die de (chemische) industrie al jaren inzet voor de productie van zuivere stikstof, zuurstof en argon (lucht is een mengsel van vooral deze gassen). Het opslagdeel van het concept bestaat daarmee uit volwassen techniek. Ook het weer terugwinnen van de opgeslagen energie is gebaseerd op een ruimschoots bewezen principe: gascentrales en stoomturbines werken op dezelfde manier.

Alleen de extreem lage temperatuur is een uitdaging. Net boven het ‘kookpunt’ van -192 C° neemt de druk al toe maar bij die temperatuur bevriezen de gasturbines. Highview moet de koude lucht eerst flink opwarmen en dat gaat met alleen de warmte uit de omgeving niet snel genoeg. Bij voorkeur maakt het bedrijf daarom gebruik van restwarmte uit bijvoorbeeld een fabriek of datacentrum. Gegeven dat die gratis warmte beschikbaar is, claimt Highview een efficiëntie van 70%.

Zonder aanvullende restwarmte zakt het energetisch rendement van de opslag naar 60%. Daarmee valt deze vorm van opslag tussen lithiumaccu’s (±90% rendement) en opslag in waterstof (±35% rendement) in.

Ook qua toepassing tussen waterstof en accu in

Ook na jaren van flinke kostendalingen zijn accu’s nog steeds prijzig. Dat op zich is geen probleem. Ook bij een hoge accuprijs is er een businesscase voor opslag in accu’s, echter slechts voor enkele uren opslag. Het ‘nadeel’ van accu’s is dat ze modulair zijn. Een accu met 1 kilowattuur (kWh) opslagcapaciteit is technisch hetzelfde als een accu met 10.000 kWh capaciteit.

Eigenlijk bestaat die grote accu uit (bijvoorbeeld) 10.000 kleinere accu’s, die allemaal grofweg hetzelfde kosten. Als je 20.000 kWh wil kunnen opslaan, wordt het accusysteem dan voor de vuist weg ook dubbel zo duur.

Voor waterstof en het concept van Highview geldt dat kosten voor de techniek en de kosten voor de opslag los van elkaar te optimaliseren zijn. De daadwerkelijke opslag is niet meer dan een tank. Als je een systeem hebt en je wil enkele jaren later de opslagcapaciteit verdubbelen, plaats je een extra tank. Veel goedkoper dan het verdubbelen van de accucapaciteit.

Extra voordeel van waterstof ten opzichte van vloeibare lucht is dat de energiedichtheid van waterstof veel groter is. Daardoor kan het uit om waterstof te transporteren (per schip of door een buis) terwijl de in vloeibare lucht opgeslagen energie op dezelfde plek verbruikt dient te worden. Highview Power concurreert daarmee vooral met pompcentrales (waterkrachtcentrales die het stuwmeer weer vol kunnen pompen, rendement van rond de 75%). Deze zijn nog sterker locatieafhankelijk: er zijn bergen nodig. Een systeem zoals dat van Highview is op elk industrieterrein te bouwen.

Klaar om op te schalen

Samen met de University of Leeds werken de oprichters van Highview Power sinds 2005 aan dit concept om energie op te slaan. In 2018 is nabij Manchester een eerste demonstratiesysteem geïnstalleerd waarin Highview 15 megawattuur (MWh) opslaat. Nu is het bedrijf toe aan de volgende stap. Het wil in Groot-Brittannië meerdere installaties bouwen met per stuk een capaciteit van 250 MWh en een vermogen van 50 megawatt (MW). De eerste komt in het noorden van het koninkrijk (Schotland wekt regelmatig al meer elektriciteit op dan het verbruikt) en zou in 2022 kunnen draaien.

Voor de volgende schaalstap denkt Highview aan systemen met een vermogen van 200 MW en 2.000 MWh aan opslagcapaciteit. Op die schaal meent Highview opslagen energie terug te kunnen leveren voor £110/MWh (€127/MWh of 13ct/kWh). Voor een systeem dat 10 uur lang op vol vermogen kan leveren is dat redelijk aantrekkelijk. Geen doorbraak, wel een welkome toevoeging aan de gereedschapskist voor een emissievrije elektriciteitsvoorziening.

Dit bericht is oorspronkelijk gepubliceerd op 3 december 2012. Toen als algemene beschrijving van het concept van Highview Power. Naar aanleiding van de aankondiging van de 250 MWh systemen is het artikel uitgebreid en opnieuw gepubliceerd op 28 oktober 2019. Informatie uit de vroegere versie van het artikel is verwerkt in het nieuwsbericht.

Bron: Highview Power / Imagecredit: Mathias Bach Laursen, via Unsplash Public Domain

• Over
• Laatste berichten

Thijs ten Brinck

Veelschrijvende ingenieur met een brede interesse.
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.

Laatste berichten van Thijs ten Brinck (alles zien)

• Antiek zonnepaneel levert na 31 jaar 79,5% van origineel vermogen - 16 dec 2024
• Accupakket elektrische auto gemiddeld goedkoper dan $100/kWh - 11 dec 2024
• Stimuleert Europa de productie van benzinemotoren in China? - 09 dec 2024