Principe
Het project bestaat uit een bovengronds meer, dat met een buis verbonden is met een ondergronds bassin. Water valt uit het meer omlaag op een schoepenrad.
Dat drijft een generator aan, die stroom opwekt.
Elektrische energie kan worden opgeslagen door water uit het ondergrondse bassin weer omhoog naar het meer te pompen.
Schematische voorstelling OPAC
Het bassin bevindt zich 1400 meter onder de grond.
De hoeveelheid verplaatsbaar water is 2,5 miljoen kubieke meter.
De generator heeft een vermogen van 1400MWatt.
De maximaal opgeslagen energie bedraagt (E = mgh)
E = 2,5.106.1000.9,8.1400 = 3,43.1013Joule = 9500MWh
De generator kan zijn maximale energie dus
9500.106 / 1400.106 = 6,8 uur
onafgebroken leveren. Dat is ook de tijd waarin het meer is leeggestroomd in het ondergrondse bassin.
In 6,8 uur stroomt het meer dus leeg naar het ondergrondse bekken (bij vol vermogen). De stroomsnelheid zal afhangen van het opgewekt vermogen. Er wordt niet vermeld hoelang het omhoogpompen duurt.
Aan jaarlijks opgewekte energie wordt 2.000.000MWh gegeven.
Dat staat gelijk met maar 3,9 uur vollast draaien per dag. Dat duidt erop, dat het omhoog pompen 5 maal trager verloopt.
Volgens opgave van de OPAC website kan het systeem jaarlijks dus een energie leveren van 2.000.000MWh.
Een liter olie levert bij verbranding een energie van 35MJoule = 9,7KWh.
Om met olie dezelfde hoeveelheid energie op te slaan als de OPAC zijn dus nodig
9500.106 / 9,7.103 = 980m3 olie, 6200 vaten (barrels).
Nederland importeert ongeveer één miljoen vaten per dag.
“Elektrische energie”
Voor de duidelijkheid dient te worden opgemerkt, dat de term “elektrische energie” misleidend is. Elektriciteit op zich is geen energie, maar een overbrengingsmechanisme, te vergelijken met een fietsketting.
Op elk moment moeten vraag en aanbod volkomen op elkaar zijn afgestemd.
Zonder buffercapaciteit of opslagsysteem is die afstemming onmogelijk.
Het huidige elektriciteitsnet heeft vrijwel geen opslagcapaciteit. Buffercapaciteit wordt geleverd door fossiele brandstoffen, voornamelijk kolen en gas.
In de huidige praktijk is er, ondanks de gebezigde retoriek, geen sprake van energietransitie. Waarbij transitie staat voor de afbouw van fossiele brandstoffen.
Bij uitfasering van die fossiele brandstoffen is een grootschalig opslagsysteem onontbeerlijk.
Redelijkerwijs zou men verwachten, dat de realisering van zulke opslagsystemen vooraf gaat of minstens gelijktijdig plaatsvindt met de bouw van intermitterende energiebronnen als zon en wind.
Om de voorgaande getallen wat meer betekenis te geven, moeten ze in contexten worden geplaatst.
Recent heeft de Europese Unie bepleit het vermogen van stofzuigers te reduceren tot 900Watt. Energie uitdrukken in stofzuigers levert zodoende grotere getallen op.
Laten we dat eens doen en 1KW aannemen als vermogen van een stofzuiger.
1 KWh (kilo-watt-uur) is dan de energie nodig voor één uur stofzuigen.
Nederland telt zo’n 7 miljoen huishoudens.
Als die allemaal stofzuigen op de OPAC energie, dan houden ze dat vol gedurende
9500.106 / 7.106 / 1000 = 1 uur en 20 minuten
Een Nederlands huishouden gebruikt gemiddeld 10KWh elektrische energie per dag.
Om alle huishoudens een week van elektriciteit te voorzien zijn nodig
7.106 . 7. 10.103 / 9500.106 = 52 OPAC’s
Merk op: een gemiddeld huishouden gebruikt ook nog 5m3 gas per dag, dat is vijf keer zoveel als de elektrische energie.
Bij alternatieve energiebronnen wordt graag gerekend in bediende huishoudens, omdat dit indrukwekkende getallen oplevert. Huishoudens kunnen echter niet op zichzelf bestaan, zonder landbouw, transport en industrie.
Het is daarom realistischer om het totale energielandschap in ogenschouw te nemen. Bovendien geeft dat inzicht in de mate van opschaalbaarheid, dus de toekomstbestendigheid, van de gekozen technologie.
De totale energie van Nederland
Nederland gebruikt per dag 3TWh (Tera-watt-uur, tera = 1012) energie.
Dat is alle energie van huishoudens (inclusief gas) , landbouw, transport en industrie, maar exclusief de energie die nodig is voor de productie van geïmporteerde goederen.
Laat dat in de toekomst 2TWh worden als gevolg van meer efficiëntie en bezuiniging.
In een ‘gedecarboniseerde’ energievoorziening, zoals gepland per 2050, moet deze energie voornamelijk worden geleverd door zon en wind, sterk wisselvallige bronnen.
De productiefactor van een windmolen, dat is de gemiddeld geleverde energie gedeeld door de maximaal te leveren energie, bedraagt plm. 33%, zodat een molen gemiddeld één dag volop draait en dan twee dagen stil staat.
Gedurende dagen met volop wind moet dus voldoende energie worden opgewekt voor komende windstille dagen.
Om één windstille week te overbruggen zijn (minimaal) nodig:
2.1012.7 /9500.106 = 1475 OPACs
In werkelijkheid veel meer, want er zal voor oa. de transportsector synthetische brandstof geproduceerd moeten worden en het rendement daarbij is 30 tot 75%.
Het net gebouwde (2017) Gemini windpark heeft een “productievermogen” van 600MW (150 turbines à 4MW).
Om bovenstaande 1475 OPACs in drie dagen op te laden zijn nodig
(7 + 3).2.1012 / (600.106 . 24.3) = 463 Gemini windparken, ruim 30.000km2.
Zonnepanelen laat ik hier buiten beschouwing, omdat de productiefactor veel lager is dan van windmolens, zo’n 10%. In de winter leveren ze ook weinig op.
Uit deze cijfers is een opmerkelijke conclusie te trekken
De maximale opbrengst van 463 Gemini windparken is 6,67TWh per dag.
Een buffercapaciteit voor één week is nog steeds een krakkemikkig systeem, beduidend slechter dan de uitmuntende stabiliteit en leveringszekerheid die wij gewend zijn.
Maar om dit schamele systeem te realiseren moet maar liefst ruim het drievoudige aan genererend vermogen worden geïnstalleerd. Tel daarbij de zeer zware transportsystemen die deze energiepieken van productie- naar opslaglocatie moeten vervoeren. Tel daarbij dan nog de OPACs.
Als het drie dagen hard waait en vervolgens één week windstil weer is, dan is ons systeem in evenwicht. Waait het echter een dag langer, dan moet 80% van het opgewekte vermogen worden weggegooid. Duurt de windstilte een dag te lang, dan ervaren we een shut-down van de economie.
De bewering van de ontwerpers van OPAC, dat dankzij hun systeem geen windturbine-energie gedumpt hoeft te worden is grotendeels onjuist. Dat klopt pas als er voor vele maanden opslagcapaciteit is.
Andere opslagsystemen
Hoe doorstaat OPAC de vergelijking met andere opslagsystemen?
1.NorNed.
Dat is een onderzeese hoogspanningskabel tussen Nederland en Noorwegen.
Het vermogen is 700MW, de helft van OPAC.
De aanlegkosten waren 600 miljoen euro.
Als energiebuffer dienen de Noorse natuurlijke waterbekkens.
Nadelen van NorNed zijn de kwetsbaarheid van de kabels en de buitenlandse plaatsing van de generatoren. Opschaalbaarheid is problematisch aangezien ook andere landen betrokken zijn en aanspraak maken.
2.Perslucht
Lucht, samengeperst tot 350 atmosfeer, bevat een energie van ongeveer 50KWh / m3
Er is 190.000m3 ruimte nodig tegen 2.500.000 m3 van het ondergrondse OPAC waterbassin.
Het rendement van perslucht is vergelijkbaar met OPAC, plm 80 ..90%.
Het Nederlandse aardgas had ooit een druk van 350 atmosfeer. Oude aardgasvelden zijn wellicht geschikte energiebuffers voor perslucht.
3.Stuwmeren
Bij stuw- of valmeren is het verval veel geringer dan bij het OPAC systeem. Om dezelfde hoeveelheid energie op te slaan in een stuwmeer van 30 meter diepte is een oppervlakte nodig van 10km2 tegen 0,083km2bij het OPAC meer.
4.Batterijen
De Engelse Woodman-Close centale heeft de grootste accuopslag van Europa: 10MWh.
De kosten bedragen 20 miljoen euro.
Een evengrote opslag als één OPAC systeem zou 19 miljard euro kosten, af te schrijven in 10 jaar.
4.Synthetische brandstoffen
Hieronder verstaan we waterstof of geproduceerde methaan en olie.
Waterstof is te maken door elektrolyse van water, het rendement is 70%.
Met waterstof en kooldioxide (CO2 ) uit de lucht is CH4 te maken, aardgas, dat direct in het gasnet gepompt kan worden. Het rendement van stroom naar aardgas is 50%.
Uit aardgas kan olie worden gemaakt, een proces dat bekend staat als GTL (gas to liquid). Het rendement is 60%. Het rendement van stroom naar olie is dus 30%.
Om uit deze brandstoffen weer stroom te genereren kan gebruik worden gemaakt van
- brandstofcellen
Hierin wordt met waterstof stroom opgewekt, het rendement is 40 tot 60%.
Een stroom → waterstof → stroomsysteem zou dus een rendement hebben van 35%
- gasturbine
Een gasturbine kan een elektrische generator aandrijven.
Ook hier is het rendement circa 50%
Een stroom → gas → stroom opslagsysteem heeft een rendement van 25%.
De verliezen kunnen nuttig gemaakt worden als warmtebron, maar dat vergt grote aanpassingen aan infrastructuur, zoals stadsverwarming.
5.Het supergrid
Hieronder wordt een Europees elektriciteitsnetwerk verstaan dat grote hoeveelheden energie kan transporteren.
Het supergrid wordt ten onrechte als energiebuffer aangeduid. De aanleg is zeer kostbaar en landschapsontsierend. Het is het meest rendabel om elektriciteit dicht bij de gebruiker op te wekken
Ministerie
Het ministerieis (anno 2015) tegen een OPAC en baseert zich daarbij op gedegen wetenschappelijk onderzoek van o.a. de TU Delft, ECN en Tennet.
Het ministerieweigert derhalve financiële deelname en verwijst naar een Europees supergrid, dat geen buffer is en vele malen meer kost.Het ziet er naar uit, dat de overheid voor zo min mogelijk geld aan de Brusselse eisen wil voldoen.
Of het werkt doet er niet toe.
Er blijkt een hoog “komt tijd komt raad” gehalte uit.
Problemen met de OPAC locatie.
De bodem van de Graetheide tussen Sittard en Geleen is niet geschikt voor energieopslag. Dat blijkt uit onderzoek van TNO en de universiteit in Aken. Dit is (2015) een grote tegenslag voor het project van de Ondergrondse Pomp Accumulatie Centrale (OPAC).
