Rijkert Knoppers
Neem een flink aantal met lucht gevulde ballonnen, laat deze drijven in de volle zee, vlakbij een offshore windpark. Als de windturbines een overschot aan elektriciteit hebben, gebruiken op de zeebodem bevestigde elektromotoren de stroom om de ballonnen de diepte in te trekken. Is er op een later moment meer vraag naar elektriciteit, dan stijgen de ballonnen weer omhoog, terwijl ze een generator aandrijven.
De kabels, waaraan de ballonnen verbonden zijn, moeten een hoge treksterkte bezitten om de krachten te verwerken. Het toepassen van katrollen kan in dit verband uitkomst brengen. Dit is kort samengevat het Buoyancy Energy Storage System (BEST) van het Oostenrijkse International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA). De aanpak lijkt in grote lijnen op een veel toegepaste pompaccumulatiesysteem, zoals dat bij veel waterkrachtcentrales te vinden is, waarbij in het geval van een elektriciteitsoverschot elektrische pompen water van een reservoir omhoog transporteren naar een hoger gelegen waterbekken. Is er vervolgens weer vraag naar stroom, dan drijft het neerstromende water een generator aan. Daarnaast zijn er ook andere vergelijkbare systemen die met de zwaartekracht werken, door massieve betonnen blokken verticaal op en neer te transporteren. Volgens IIASA-projectleider Julian David Hunt is echter een nadeel van een dergelijk bovengrondse aanpak, dat het hoogteverschil tussen de bovenste en onderste opslagruimte vrij klein is, waardoor de opslagcapaciteit gering is.
Bij het BEST systeem is het ook een optie om in plaats van ballonnen een gesegmenteerd buizennetwerk met verticale polyethyleen buizen te gebruiken. Een dergelijk kubusvormig opslagsysteem van 100 bij 100 bij 100 m daalt of stijgt met een langzame snelheid van 0,01 m/s, sneller gaat het niet omdat de wrijving onder water hoog is. Dit betekent dat de kubus er bijna vier dagen over doet om een hoogteverschil van ruim 3 km te overbruggen. Dit maakt dat het systeem vooral geschikt is voor de opslag van energiefluctuaties, die verspreid zijn over meerdere dagen. Voor de korte termijn opslag van energiefluctuaties blijven ook bij offshore windparken traditionele accu’s in beeld. Dit ondanks het feit dat accu’s snel degraderen, de kosten hoog zijn en de energetische verliezen door zelfontlading groot zijn. ‘De beste oplossing is daarom een combinatie van accu’s voor de snelle dagelijkse opslag en het BEST systeem voor wekelijkse opslagcycli,’ aldus Hunt.
Hunt en zijn onderzoeksteam hebben een aantal simulaties uitgevoerd om de mogelijke variabelen uit te testen. Een van de conclusies luidt: hoe dieper de zee, hoe minder het volume van de samengeperste gassen varieert met de diepte en hoe meer energie het systeem kan opslaan. Aan de andere kant nemen de kosten toe naarmate het systeem grotere dieptes moet overbruggen. ‘De kosten van een BEST installatie van 10 tot 100 MW liggen naar schatting tussen de $50-$100/kWh opgeslagen elektrische energie en $4.000-$8.000/kW geïnstalleerd vermogen,’ aldus Hunt. ‘Dit terwijl de kosten van accu’s momenteel op ongeveer $150/kWh bedragen, de kostprijs van het geïnstalleerd vermogen van traditionele accu’s ligt overigens lager dan die van het BEST systeem.’ Hunt wijst er daarbij op dat de kosten van het BEST techniek op termijn zullen dalen naarmate er meer ervaring mee is opgedaan.
De meest geschikte locaties voor een BEST systeem zijn onder meer de diepe zeeën bij Japan, de Filippijnen, Indonesië, Australië, de VS en, binnen Europa, voor de kust van Portugal. Tot nu toe zijn er geen commerciële toepassingen van een BEST systeem gerealiseerd.
Naast lucht is het ook mogelijk waterstof te gebruiken. In dat geval dient het BEST systeem niet als opslagmiddel voor elektriciteit, maar als manier om waterstof samen te persen. Vervolgens is het mogelijk om het eenmaal samengeperste waterstof in een druktank op te slaan en deze naar de zeeoppervlak te transporteren of om de onder druk staande waterstof via een op de zeebodem gesitueerde pijpleidingstelsel te vervoeren. Volgens Hunt liggen de investeringskosten van het op deze manier samenpersen van waterstof een factor 30 keer lager dan bij gebruik van conventionele compressoren. ‘Zulke pijpleidingen gecombineerd met BEST systemen kunnen de ruggengraat van de toekomstige waterstofeconomie zijn,’ aldus Hunt.
