Wat te denken van de prijswinnende Groningse Ocean Battery?
Op de Amerikaanse consumentenelektronicabeurs CES2022 won de Groningse startup Ocean Grazer begin januari 2022 een innovatieprijs. Ocean Grazer ontwikkelt de Ocean Battery, een offshore energie-opslagsysteem voor windparken.
Ocean Grazer timmert al een kleine 10 jaar aan de weg. Eerst met golfenergie, recenter met het prijswinnende opslagsysteem. Naar beide concepten heb ik eerder gekeken, beide acht ik niet kansrijk.
Tot nog toe besloot ik daarom geen aandacht te besteden aan de startup. Sinds de CES-award kreeg Ocean Grazer echter wel heel veel aandacht, en kreeg ik ook meermaals de vraag hoe ik over het concept denk. Begin februari 2022 publiceerde ook de BBC uitgebreid over het concept en volgden opnieuw verzoekjes om eens op het concept in te gaan. Ok, gaan we dan.
Vanwege verzoekjes van niet-Nederlanders en alle internationale aandacht heb ik dit artikel ook in het Engels gepubliceerd.
Een bewezen basisprincipe: Pumped Hydro Storage
Het concept van de Ocean Battery is een variant op Pumped Hydro Storage (PHS), een vorm van energieopslag die in bergachtige gebieden al decennia bijdraagt aan een betrouwbare elektriciteitsvoorziening. Een conventionele pompcentrale bestaat uit een waterbassin hoog op een berg en een bassin aan de voet van de berg. Bij ruime beschikbaarheid van elektriciteit pompen elektrisch gedreven turbines water van het lage bassin naar boven.
Bij grote vraag naar elektriciteit loopt het hoge bassin via de turbines weer leeg en levert de pompcentrale elektriciteit terug aan het net. Een bekende pompcentrale is Coo-Trois-Ponts in het zuidoosten van België. Deze centrale bestaat uit twee hoge bassins van samen 8,5 miljoen kuub en een laaggelegen bassin van eveneens 8,5 miljoen kuub.
Uit het hoogteverschil van 230 tot 275 meter wekt Coo maximaal 1.160 megawatt (MW) op. De opslagcapaciteit is 5.500 megawattuur (MWh), ofwel de centrale kan bijna 5 uur op vol vermogen leveren. Het rendement is ongeveer 75%, dus bij elke keer volledig laden en ontladen gaat zo’n 1.800 MWh verloren aan wrijvingswarmte.
De zeediepte bepaalt de opslagcapaciteit van de Ocean Battery
Ocean Grazer heeft het werkingsprincipe van de pompcentrale vertaald naar een concept dat werkt op volle zee. Het lage bassin heeft in de Ocean Battery de vorm van betonnen tanks (4 stuks) ingegraven in de zeebodem. Het hoge bassin bestaat uit 4 flexibele rubberen zakken op de zeebodem met eenzelfde volume. Als het waait maar er is geen behoefte aan elektriciteit dan pompt de Ocean Battery water vanuit de betonnen tanks in de zakken.
Is het windstil en de vraag naar elektriciteit groot dan lopen de zakken via turbines weer leeg in de betonnen tanks. Ocean Grazer noemt een opslagcapaciteit van 10 MWh per systeem van 4 tanks en 4 zakken.
Een belangrijk verschil met conventionele pompopslag is dat de waterkolom boven de rubberen zakken meetelt voor het hoogteverschil. Het water in de zakken tilt effectief al het zeewater erboven een stukje omhoog. De opslagcapaciteit is daarmee ook afhankelijk van de lokale diepte van de zee. Hoe dieper hoe meer capaciteit.
Bron: Ocean Grazer (PDF)
In een brochure (PDF) noemt Ocean Grazer een volume van 20.000 kuub voor de betonnen tanks. Elk systeem verpompt dus 80.000 kuub tussen de 4 tanks en de 4 rubberen zakken. Voor een opslagcapaciteit van 10 MWh is dan een hoogteverschil van 45 meter nodig. Dat is in het Nederlandse deel van de Noordzee haalbaar, zeker inclusief een beetje ingraven. Met 80.000 kuub is de Ocean Battery 100 keer kleiner dan de pompcentrale bij Coo, maar dat toont vooral hoe groot Coo is.
Want 80.000 kuub is bepaald niet niets. Voor wie niets liever doet dan volumes omrekenen in olympische zwembaden: 80.000 kuub vult 32 baden van de officiële wedstrijdafmeting. Voor wie meer gevoel heeft bij onderzeese spoortunnels: 80.000 kuub vult bijna 2 kilometer van een Kanaaltunnel tussen Frankijk en Groot-Brittannië. Voor wie tot slot liever denkt in appartementen met een woonoppervlak van 75 vierkante meter: 80.000 kuub vult ruim 300 van zulke woningen. Om 10 MWh aan windstroom op te slaan, moet Ocean Grazer een portiekflat met 300 woningen ingraven onder de zeebodem.
‘Weinig onderhoud, geen kritische grondstoffen en milieuvriendelijk’
Eigenlijk kunnen we hier wel ophouden. Een moderne offshore windturbine levert 10 MWh in een uur. Betonnen kokers met de omvang van een flatgebouw onder de zeebodem werken om de productie van één uurtje van één windturbine op te slaan gaat niet gebeuren. Maar nu we toch bezig zijn, laten we ook de andere claims van Ocean Grazer even onder de loep nemen:
- Lange levensduur, beperkt onderhoud. In de brochure stelt Ocean Grazer dat het systeem zeker 20 jaar meegaat zonder dat groot onderhoud nodig is. De rubberen zakken dragen daar aan bij. In principe* werkt het concept namelijk ook direct op zeewater en dus zonder de zakken. Dan zijn de turbines echter blootgesteld aan zoutwater, zand en schelpengruis. Ocean Grazer vult de betonnen tanks daarom met 32 zwembaden schoon zoet water. Dat alleen al is op volle zee een hele operatie, maar onderhoud met duikers op de zeebodem is complex en kostbaar dus het zal de moeite waard zijn;
- Miljoen keer op- en ontladen. Bij de BBC stelt CEO Frits Bliek dat het systeem een miljoen op- en ontlaadcycli aankan. Ruim 100x meer dan lithiumionaccu’s. Uitgaande van zeg 30 jaar levensduur betekent dat dagelijks 90 cycli. Uitgaande van een pompvermogen gelijk aan een windturbine duurt op- en ontladen echter 2 uur. Meer dan 12 cycli per dag gaat dus niet, en in de praktijk zullen het dagelijks 0 tot 2 cycli zijn. Een miljoen cycli klinkt tof maar je hebt er niets aan;
- Geen kritische grondstoffen. Ocean Grazer stelt onafhankelijk te zijn van kritische grondstoffen zoals lithium, kobalt en rare earth metals. Het systeem bestaat uit beton, staal en rubber, grondstoffen die wereldwijd goed beschikbaar zijn. De Ocean Battery werkt echter dankzij waterturbines en generatoren waarin onvermijdelijk koper en hoogstwaarschijnlijk ook permanente magneten (gemaakt uit zeldzame aarden) verwerkt zijn. Als het pompvermogen gelijk is aan het vermogen van de windturbine er naast, zal het gebruik van kritische grondstoffen nagenoeg gelijk zijn;
- Milieuvriendelijk. Ocean Grazer stelt dat het concept milieuvriendelijk is, verwijzend naar de veilige en ruim beschikbare grondstoffen. De productie van staal, beton en rubber is echter verre van milieuvriendelijk, en ingraven van een flatgebouw in de zeebodem is ook niet best voor de lokale flora en fauna;
Al met al vind ik het onnavolgbaar dat Ocean Grazer is geselecteerd om Nederland te vertegenwoordigen op de CES2022, onnavolgbaar dat de jury op dit evenement onder de indruk was van de startup en onnavolgbaar dat de nationale en internationale pers zo laaiend enthousiast is over dit concept.
Nu vraag ik me vooral nog af wanneer Ocean Grazer fuseert met een Special Purpose Acquisition Company. 😉
*Ook nog eens niet nieuw. Een simpeler variant van de Ocean Battery is alweer 5 jaar geleden getest door het Duitse Fraunhofer Instituut. Op de bodem van een 300 meter diep meer in de Alpen testte Fraunhofer een betonnen bol met een diameter van 3 meter. Deze bol was niet ingegraven en wisselde (zoet)water uit met het meer, dus zonder rubberen zakken. Verder is het concept van de Ocean Battery echter identiek (bedankt voor het nalezen en deze aanvulling).
Bron: Ocean Grazer, BBC / Imagecredit: Ocean Grazer
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Als je een dergelijke constructie onder water wil later vollopen met water, moet de druk er binnenin dus ook laag zijn. Anders is de hydraulische kolom slechts zo groot als het hoogteverschil tussen de rubberen zakken en de betonnen kokers. Daarom moeten de kokers ook nog even de volledige waterdruk van de gehele waterkolom erboven weerstaan. is dat realistisch?