Zwitserland slaat energie op met zwaartekracht
Met zware betonblokken schone energie opslaan. Dat doet de Amerikaans-Zwitserse startup Energy Vault.
In de Zwitserse plaats Arbedo-Castione staat een hijskraan van 70 meter hoogte. Het is wel een vreemde kraan, die je nooit op een bouwwerkplaats zult zien. In plaats van een steken zes armen uit de top. Ze hijsen gigantische blokken van 35 ton beton de lucht in. En laten deze ook weer zakken.
De stalen toren is feitelijk een gigantisch mechanisch energieopslagsysteem, dat gebruikt maakt van de altijd op aarde aanwezige zwaartekracht. Als de vraag naar stroom laag is, gebruikt de kraan overtollige elektriciteit van het Zwitserse net om de stenen omhoog te tillen. Wanneer de vraag naar stroom stijgt, worden de stenen naar beneden gebracht, waardoor kinetische energie wordt teruggegeven aan het net. Daar komt geen batterij meer aan te pas.
Energy Vault denkt zo de fluctuaties in aanbod en afname van energie te kunnen opvangen. ’s Nachts leveren zonnepanelen geen stroom, maar dat wil niet zeggen dat er geen stroombehoefte is. Steden moeten verlicht worden. Hetzelfde geldt voor windmolenparken, die voor productie afhankelijk zijn van wind. Als de wind stilstaat, neemt de elektriciteitsproductie af.
“Om te kunnen concurreren met fossiele brandstoffen, moet je hernieuwbare energiebronnen voorspelbaar maken", zei Robert Piconi, oprichter van Energy Vault tegen CNN Business. Overtollige energie moet worden opgeslagen en wanneer nodig kan worden verzonden.
De nadelen van lithiumbatterijen zijn bekend. Lithium is als grondstof beperkt aanwezig op aarde. De winning ervan kan schadelijk zijn voor het milieu. Terwijl de kosten van batterijen de afgelopen tien jaar zijn gedaald, begonnen de prijzen in 2021 te stijgen toen de vraag naar lithium het aanbod overtrof.
Om deze redenen zegt Piconi dat misschien batterijen geweldig zijn voor elektrische auto's of computerelektronica, maar niet "ideaal voor grootschalige opslag in nutsbedrijven."
Deze Energy Vault is een eerste pilot, bedoeld om meer kapitaal in te zamelen. Dat lukt vorig jaar (2021) toen Softbank en Saudi Aramco en andere investeerders een bedrag van 100 miljoen dollar in een investeringsronde opbrachten. In de (video) voor investeerders belooft Enegery Vault een round trip efficiency van 90 procent to 80-85 procent. De lengte van de toren werd met 45 procent gereduceerd. De duur van energieopslag werd teruggebracht van vier naar twee uur.
De aanpassingen komen voor techneuten niet als een verrassing. Vanaf de eerste voorstellen voor de Vault is er in kringen van ingenieurs de nodige scepsis over deze vorm van energieopslag. In Nederland somde Thijs van den Brinck van We-Boost Transitions van meet af aan zijn bezwaren op, met de verzuchting: 'Ik hoop dat ik het allemaal niet begrijp'. Wij citeren hier zijn lange lijst met oorspronkelijke vraagtekens, in het Engels. Let wel: deze bedenkingen zijn oud, toen het plan er nog uit bestond om de toren zelfs in een windmolenpark te bouwen. Vanwege de risico's bij stormachtig weer zijn de initiatiefnemers van dit voornemen afgestapt. De Vault staat nu in een vallei, beschermd door bergen.
+ Lifting speed. Energy Vault promises up to 8 megawatts of power. With two blocks of 35 metric tons moving with or against gravity, this means that the blocks must have a speed of almost 12 meters per second (43 km/h). That is a large step compared with the first oil drum demo. If we assume that the oil drums are 90 centimeters high and it takes 6 seconds to put the highest drum on the ground, the demo only reaches 1 meter per second. All the more worrying that the playback speed of the video has been tweaked, by how much is unknown to me.
+ Profile of power delivered. Concrete blocks will not last for 30 years if you let them crash into the ground at 43 km/h several times a day. A good part of the 120 meter height will have to be used to get the blocks up to speed and slow down again. Supplying stable power at 8 megawatt with just six lifting arms suddenly is far less simple than it seemed. Especially considering the height of the tower changes continuously during charging and discharging.
+ Not in my backyard. In the above-mentioned artist impressions, Energy Vault always presents one tower per wind farm. But one such tower (the largest 80 MWh version) only stores the daily electricity production of one modern wind turbine. If Energy Vault is to be the breakthrough that makes storage really cheap, think about one concrete tower for every turbine installed. That will probably raise even more opposition than the turbines themselves. In addition, Energy Vault then blocks the wind from the turbines.
+ Useless blocks. Ideally, with this concept you would put all blocks directly on the ground. Then however the lifting arms would have to be unrealistically long. As the energy tower discharges and shrinks, a ring is created around the tower. About halfway through the conversion, the tower is the same height as the ring around it. The stored energy is then used up. All concrete blocks that are still in the inner tower are only there for the height. They do not contribute to the storage capacity. The average height at which the blocks go up and down is therefore not 120, but a bit more than 60 meters.
+ Foundation work. The largest Energy Vault offered stores up to 80 megawatt hours. With an effective height difference of 60 meters this Energy Vault has to have a useful mass of 480,000 tons. The useless bottom half of the tower adds another 480,000 tons. Including the steel upright and lifting arms and a smooth floor of concrete or asphalt to be able to stack neatly, think in excess of 1,000,000 tons per 80MWh tower. That is twice the weight of the 830 meter high Burj Khalifa in Dubai, but on a much smaller diameter. Good luck with foundation works.
+ Expect hiccups. These towers consist of several tens of thousands of blocks. That means tens of thousands of movements a day where something may go wrong, especially if the wear increases. If a block gets entangled or falls on its side during lifting, one-sixth of the tower is out of order. At least one-sixth.
+ Catastrophic failure. It is even more tricky when no one notices that a block in the (unmanned) tower has defects. If a bad block ends up low in the tower after a few times of shuffling and collapses underneath his colleague blocks atop, this results in a major chain reaction that can permanently disable the entire tower (and it’s expensive foundation).
In de Zwitserse plaats Arbedo-Castione staat een hijskraan van 70 meter hoogte. Het is wel een vreemde kraan, die je nooit op een bouwwerkplaats zult zien. In plaats van een steken zes armen uit de top. Ze hijsen gigantische blokken van 35 ton beton de lucht in. En laten deze ook weer zakken.
De stalen toren is feitelijk een gigantisch mechanisch energieopslagsysteem, dat gebruikt maakt van de altijd op aarde aanwezige zwaartekracht. Als de vraag naar stroom laag is, gebruikt de kraan overtollige elektriciteit van het Zwitserse net om de stenen omhoog te tillen. Wanneer de vraag naar stroom stijgt, worden de stenen naar beneden gebracht, waardoor kinetische energie wordt teruggegeven aan het net. Daar komt geen batterij meer aan te pas.
Energy Vault denkt zo de fluctuaties in aanbod en afname van energie te kunnen opvangen. ’s Nachts leveren zonnepanelen geen stroom, maar dat wil niet zeggen dat er geen stroombehoefte is. Steden moeten verlicht worden. Hetzelfde geldt voor windmolenparken, die voor productie afhankelijk zijn van wind. Als de wind stilstaat, neemt de elektriciteitsproductie af.
“Om te kunnen concurreren met fossiele brandstoffen, moet je hernieuwbare energiebronnen voorspelbaar maken", zei Robert Piconi, oprichter van Energy Vault tegen CNN Business. Overtollige energie moet worden opgeslagen en wanneer nodig kan worden verzonden.
De nadelen van lithiumbatterijen zijn bekend. Lithium is als grondstof beperkt aanwezig op aarde. De winning ervan kan schadelijk zijn voor het milieu. Terwijl de kosten van batterijen de afgelopen tien jaar zijn gedaald, begonnen de prijzen in 2021 te stijgen toen de vraag naar lithium het aanbod overtrof.
Om deze redenen zegt Piconi dat misschien batterijen geweldig zijn voor elektrische auto's of computerelektronica, maar niet "ideaal voor grootschalige opslag in nutsbedrijven."
Deze Energy Vault is een eerste pilot, bedoeld om meer kapitaal in te zamelen. Dat lukt vorig jaar (2021) toen Softbank en Saudi Aramco en andere investeerders een bedrag van 100 miljoen dollar in een investeringsronde opbrachten. In de (video) voor investeerders belooft Enegery Vault een round trip efficiency van 90 procent to 80-85 procent. De lengte van de toren werd met 45 procent gereduceerd. De duur van energieopslag werd teruggebracht van vier naar twee uur.
De aanpassingen komen voor techneuten niet als een verrassing. Vanaf de eerste voorstellen voor de Vault is er in kringen van ingenieurs de nodige scepsis over deze vorm van energieopslag. In Nederland somde Thijs van den Brinck van We-Boost Transitions van meet af aan zijn bezwaren op, met de verzuchting: 'Ik hoop dat ik het allemaal niet begrijp'. Wij citeren hier zijn lange lijst met oorspronkelijke vraagtekens, in het Engels. Let wel: deze bedenkingen zijn oud, toen het plan er nog uit bestond om de toren zelfs in een windmolenpark te bouwen. Vanwege de risico's bij stormachtig weer zijn de initiatiefnemers van dit voornemen afgestapt. De Vault staat nu in een vallei, beschermd door bergen.
+ Lifting speed. Energy Vault promises up to 8 megawatts of power. With two blocks of 35 metric tons moving with or against gravity, this means that the blocks must have a speed of almost 12 meters per second (43 km/h). That is a large step compared with the first oil drum demo. If we assume that the oil drums are 90 centimeters high and it takes 6 seconds to put the highest drum on the ground, the demo only reaches 1 meter per second. All the more worrying that the playback speed of the video has been tweaked, by how much is unknown to me.
+ Profile of power delivered. Concrete blocks will not last for 30 years if you let them crash into the ground at 43 km/h several times a day. A good part of the 120 meter height will have to be used to get the blocks up to speed and slow down again. Supplying stable power at 8 megawatt with just six lifting arms suddenly is far less simple than it seemed. Especially considering the height of the tower changes continuously during charging and discharging.
+ Not in my backyard. In the above-mentioned artist impressions, Energy Vault always presents one tower per wind farm. But one such tower (the largest 80 MWh version) only stores the daily electricity production of one modern wind turbine. If Energy Vault is to be the breakthrough that makes storage really cheap, think about one concrete tower for every turbine installed. That will probably raise even more opposition than the turbines themselves. In addition, Energy Vault then blocks the wind from the turbines.
+ Useless blocks. Ideally, with this concept you would put all blocks directly on the ground. Then however the lifting arms would have to be unrealistically long. As the energy tower discharges and shrinks, a ring is created around the tower. About halfway through the conversion, the tower is the same height as the ring around it. The stored energy is then used up. All concrete blocks that are still in the inner tower are only there for the height. They do not contribute to the storage capacity. The average height at which the blocks go up and down is therefore not 120, but a bit more than 60 meters.
+ Foundation work. The largest Energy Vault offered stores up to 80 megawatt hours. With an effective height difference of 60 meters this Energy Vault has to have a useful mass of 480,000 tons. The useless bottom half of the tower adds another 480,000 tons. Including the steel upright and lifting arms and a smooth floor of concrete or asphalt to be able to stack neatly, think in excess of 1,000,000 tons per 80MWh tower. That is twice the weight of the 830 meter high Burj Khalifa in Dubai, but on a much smaller diameter. Good luck with foundation works.
Purely on practical aspects, the Energy Vault proposal seems daring to say the least. More arguments might not be necessary to depreciate the concept and thus the investment of Softbank. But there are more arguments.
+ Wear and tear. Energy Vault claims the towers will last 30+ years and operate unmanned. Concrete blocks that you pick up thousands of times over that lifespan and put down somewhere else, in windy conditions, wear out quick. Steel cables that continuously roll over pulleys and are subject to 35 tons of load wear out quick. Just like the pulleys, the motors and the lifting arms themselves will be subject to various dynamic loads. An unmanned service life of 30+ years would be much more than amazing, Mike.+ Expect hiccups. These towers consist of several tens of thousands of blocks. That means tens of thousands of movements a day where something may go wrong, especially if the wear increases. If a block gets entangled or falls on its side during lifting, one-sixth of the tower is out of order. At least one-sixth.
+ Catastrophic failure. It is even more tricky when no one notices that a block in the (unmanned) tower has defects. If a bad block ends up low in the tower after a few times of shuffling and collapses underneath his colleague blocks atop, this results in a major chain reaction that can permanently disable the entire tower (and it’s expensive foundation).