Het effect dat fossiele brandstoffen hebben op de klimaatnoodsituatie zorgt voor een internationale druk om koolstofarme energiebronnen te gebruiken. Momenteel, de beste opties om op grote schaal koolstofarme energie te produceren zijn wind- en zonne-energie. Maar ondanks verbeteringen in zowel de prestaties als de kosten van de afgelopen jaren, een groot probleem blijft:de wind waait niet altijd, en de zon schijnt niet altijd. Een elektriciteitsnet dat afhankelijk is van deze fluctuerende bronnen worstelt om voortdurend vraag en aanbod op elkaar af te stemmen, en dus gaat hernieuwbare energie soms verloren omdat het niet wordt geproduceerd wanneer dat nodig is.

Een van de belangrijkste oplossingen voor dit probleem zijn grootschalige technologieën voor elektriciteitsopslag. Deze werken door het accumuleren van elektriciteit wanneer het aanbod groter is dan de vraag, en laat het dan los wanneer het tegenovergestelde gebeurt. Echter, een probleem met deze methode is dat er enorme hoeveelheden elektriciteit bij betrokken zijn.

Bestaande opslagtechnologieën zoals batterijen zouden niet goed zijn voor dit soort processen, vanwege hun hoge kosten per eenheid energie. Momenteel, meer dan 99% van de grootschalige elektriciteitsopslag wordt afgehandeld door gepompte hydrodammen, die water tussen twee reservoirs door een pomp of turbine verplaatsen om stroom op te slaan of te produceren. Echter, er zijn grenzen aan hoeveel meer gepompte hydro kan worden gebouwd vanwege de geografische vereisten.

Een veelbelovende opslagoptie is gepompte thermische elektriciteitsopslag. Deze relatief nieuwe technologie bestaat al zo'n tien jaar, en wordt momenteel getest in proeffabrieken.

Gepompte thermische elektriciteitsopslag werkt door elektriciteit om te zetten in warmte met behulp van een grootschalige warmtepomp. Deze warmte wordt vervolgens opgeslagen in een heet materiaal, zoals water of grind, in een geïsoleerde tank. Wanneer nodig, de warmte wordt vervolgens weer omgezet in elektriciteit met behulp van een warmtemotor. Deze energieomzettingen worden gedaan met thermodynamische cycli, dezelfde fysieke principes die worden gebruikt om koelkasten te laten werken, automotoren of thermische centrales.

bekende technologie

Gepompte thermische elektriciteitsopslag heeft veel voordelen. De conversieprocessen zijn meestal gebaseerd op conventionele technologie en componenten (zoals warmtewisselaars, compressoren, turbines, en elektrische generatoren) die al veel worden gebruikt in de energie- en verwerkingsindustrie. Dit verkort de tijd die nodig is voor het ontwerpen en bouwen van gepompte thermische elektriciteitsopslag, zelfs op grote schaal.

De opslagtanks kunnen worden gevuld met overvloedige en goedkope materialen zoals grind, gesmolten zouten of water. En, in tegenstelling tot batterijen, deze materialen vormen geen bedreiging voor het milieu. Grote tanks voor gesmolten zout worden al vele jaren met succes gebruikt in geconcentreerde zonne-energiecentrales, dat is een technologie voor hernieuwbare energie die de afgelopen tien jaar een snelle groei heeft doorgemaakt. Geconcentreerde zonne-energie en gepompte thermische elektriciteitsopslag hebben veel overeenkomsten, maar terwijl geconcentreerde zonne-energiecentrales energie produceren door zonlicht op te slaan als warmte (en het vervolgens om te zetten in elektriciteit), gepompte thermische elektriciteitsopslaginstallaties slaan elektriciteit op die van elke bron kan komen:zonne-, wind of zelfs kernenergie, onder andere.

Eenvoudig te implementeren en compact

Warmtepompcentrales kunnen overal worden geïnstalleerd, ongeacht geografie. Ze kunnen ook eenvoudig worden opgeschaald om aan de opslagbehoeften van het netwerk te voldoen. Andere vormen van energieopslag in bulk worden beperkt door waar ze kunnen worden geïnstalleerd. Bijvoorbeeld, gepompte hydroopslag vereist bergen en valleien waar aanzienlijke waterreservoirs kunnen worden gebouwd. De opslag van energie in perslucht is afhankelijk van grote ondergrondse grotten.

Gepompte thermische elektriciteitsopslag heeft een hogere energiedichtheid dan gepompte waterkrachtcentrales (het kan meer energie opslaan in een bepaald volume). Bijvoorbeeld, tien keer meer elektriciteit kan worden teruggewonnen uit 1 kg water opgeslagen bij 100°C, vergeleken met 1 kg water opgeslagen op een hoogte van 500 meter in een gepompte waterkrachtcentrale. Dit betekent dat er minder ruimte nodig is voor een bepaalde hoeveelheid opgeslagen energie, dus de ecologische voetafdruk van de plant is kleiner.

Lang leven

De componenten van gepompte thermische elektriciteitsopslag gaan doorgaans tientallen jaren mee. Batterijen, anderzijds, verslechteren na verloop van tijd en moeten om de paar jaar worden vervangen - de meeste batterijen van elektrische auto's hebben doorgaans slechts een garantie van ongeveer vijf tot acht jaar.

Echter, ook al zijn er veel dingen die verpompte thermische elektriciteitsopslag geschikt maken voor grootschalige opslag van duurzame energie, het heeft zijn nadelen. Het grootste nadeel is misschien wel de relatief bescheiden efficiëntie, wat betekent hoeveel elektriciteit er wordt teruggegeven tijdens het ontladen, vergeleken met hoeveel er tijdens het opladen is ingebracht. De meeste gepompte thermische elektriciteitsopslagsystemen streven naar een efficiëntie van 50-70%, vergeleken met 80-90% voor lithium-ionbatterijen of 70-85% voor gepompte hydro-opslag.

Maar wat misschien wel het belangrijkste is, zijn de kosten:hoe lager het is, hoe sneller de samenleving kan evolueren naar een koolstofarme toekomst. Gepompte thermische elektriciteitsopslag zal naar verwachting concurrerend zijn met andere opslagtechnologieën, hoewel dit niet met zekerheid bekend zal zijn totdat de technologie volwassen is en volledig gecommercialiseerd is. Zoals het staat, verschillende organisaties hebben al werken, prototypes uit de echte wereld. Hoe eerder we testen en starten met het inzetten van verpompte thermische elektriciteitsopslag, hoe eerder we het kunnen gebruiken om de overgang naar een koolstofarm energiesysteem te helpen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.