LEST: wolkenkrabber als ‘zwaartekrachtbatterij’

Hoe bewaar je overtollige zon- en windenergie zónder accu’s? Slimme techneuten van het Oostenrijkse IIASA hebben daar wat op bedacht: zij willen 30 tot 300 GWh opslaan met ‘zwaartekrachtbatterijen’ in wolkenkrabbers!

Het idee van een ‘zwaartekrachtbatterij’ is simpel: als je een zwaar object omhoog tilt, voeg je er energie (arbeid) aan toe waardoor het object potentiële energie krijgt. Door het op te tillen kan het daarna immers dankzij de zwaartekracht elektriciteit opwekken via een kabel en een generator. En zodra het object beneden is, kan de cyclus opnieuw beginnen: overtollige energie erin, optillen, en energie terugwinnen zodra je die nodig hebt.

Onderzoekers van het International Institute of Applied Systems Analysis (IIASA) in Wenen onderzochten de potentie daarvan in wolkenkrabbers. En niet met allerlei extra voorzieningen, maar zo simpel mogelijk: gewoon met bestaande liftsystemen in hoge gebouwen, die vaak al een regeneratief remsysteem hebben dat bewegingsenergie uit dalende liften terugwint. Dat zijn in feite al part-time stroomgeneratoren.

Het Lift Energy STorage system (LEST) van IIASA werkt met bestaande liftsystemen in hoge gebouwen. De LEST maakt gebruik van leegstaande ruimtes in het hele gebouw, idealiter dicht bij de bovenste of onderste verdieping. Is er overtollige energie beschikbaar, dan kun je met een lift zware ballast – bijvoorbeeld bakken met nat zand – naar boven verplaatsen. Omgekeerd van boven naar beneden kan de overtollige energie weer worden vrijgegeven wanneer nodig.

Robots

Het IIASA-team stelt voor robots te bouwen om de gewichten op te pakken en ze in en uit de liften te slepen. De gewichten zijn mogelijk in gestandaardiseerde formaten die met robotkarretjes eenvoudig in en uit de lift worden gebracht. De gewichten kunnen worden opgeslagen langs de gangen, lege appartementen of kantoren of in leegstaande vertrekken.

Sensoren en algoritmen bepalen de meest geschikte tijden om de gewichten omhoog te brengen. Is er genoeg zon- of windenergie beschikbaar, dan brengt het systeem zo veel mogelijk gewicht naar boven. Is er op een later moment meer stroom nodig dan er wordt opgewekt, dan rijden de robots ballast van hogere verdiepingen weer naar de lift om die naar beneden te laten zakken en daarmee extra stroom op te wekken.

Met LEST gaat overtollige duurzame energie uit zon en wind niet verloren: je tilt er zware gewichten via bestaande liftsystemen mee naar hogere verdiepingen en kunt ze daar parkeren. Laat je die weer naar beneden zakken, dan kun je die energie via het regeneratieve remsysteem van de lift terugwinnen. 

Hoog rendement

In een recente editie van het tijdschrift ‘Energy’ stellen onderzoekers dat deze slimme liften op basis van kabelbediening een rendement kunnen halen van bijna 92 ​​procent, als de liften volledig zijn geladen en ingesteld om af te dalen met de optimale snelheid voor energieopwekking. Als snel grote hoeveelheden energie nodig zijn, kunnen de liften zo worden ingesteld dat ze sneller dalen. Met een draadloos magnetisch liftsysteem is het rendement volgens de bedenkers zelfs nog hoger.

Volgens de bedenkers heeft de LEST een paar strepen voor op andere concepten voor energieopslag op hoogte. Zo bevindt het zich in wolkenkrabbers precies midden in de stadse omgeving waar de energie ook het hardst nodig is, en maakt het gebruik van bestaande panden en installaties. Daardoor blijven de installatie- en bedrijfskosten laag; er is nauwelijks meer nodig dan een aantal zware gewichten, robots voor het verplaatsen daarvan in en uit de liften, ruimte om ze te stallen én een slimme aangepaste liftbesturing.

De voordelen

Als de berekeningen van de Oostenrijkse technici kloppen, kan de LEST een opmerkelijk voordelige vorm van energieopslag opleveren. IIASA schat de kosten op € 19-121 per kWh, afhankelijk van de hoogte van het gebouw. Ter vergelijking: het National Renewable Energy Laboratory begrootte in 2020 de kosten voor kortdurende elektriciteitsopslag (vier uur) op € 324 per kWh, een bedrag dat volgens de planning pas eind 2040 onder de € 95 per kWh zal dalen.

Het IIASA-team schat dat ’s werelds huidige oogst van hoogbouw kan worden omgezet in 30 tot maar liefst 300 gigawattuur aan energieopslag – potentieel zelfs genoeg om heel New York City een maand te laten draaien tegen het huidige verbruik. Dat zou zeker een belangrijke bijdrage kunnen zijn.

Het onderzoek is open access in het tijdschrift Energy. (Bron: IIASA)

 

Heb jij ‘n tip voor deze rubriek? Stuur je suggestie naar demakersvanmorgen@technieknederland.nl!