November/december 2019
Energieopslag via voortreffelijk vliegwiel
Geen energietransitie zonder energieopslag. Maar uit welk type opslag moet worden gekozen? Het antwoord kan ook liggen in de combinatie van technologieën. QuinteQ - winnaar van de Enpuls Challenge 2019 - introduceert het meest geavanceerde vliegwiel ter wereld, dat kan worden ingezet als schokbreker voor een batterijopslagsysteem. De start-up kreeg na lang onderhandelen een exclusieve licentie van Boeing. ‘We mikken op een prijs van 3 cent per kWh per cyclus’, zegt Paul Vosbeek van QuinteQ.
Paul Vosbeek is duurzaam ondernemer die de laatste twaalf jaar uiteenlopende ‘cleantech’-bedrijven heeft opgericht, voornamelijk in de Verenigde Staten. Zeven jaar geleden kwam hij in aanraking met vliegtuigbouwer Boeing om gezamenlijk een kleinschalige windturbine voor de Amerikaanse Defensie te ontwikkelen. Het een leidde tot het ander. Vosbeek: ‘Hoewel dat project uiteindelijk niet doorging, hield ik er wel een goede relatie aan over. Sinds de crisis rondom de batterijen in de Dreamliner in 2013, lag bij Boeing een project voor mechanische opslag in een vliegwiel op de plank, in eerste instantie bedoeld voor een defensieplatform. Toen dat project minder prioriteit kreeg en intern niet langer nodig was, stootte Boeing het vliegwielproject af en werd de technologie aan marktpartijen beschikbaar gesteld voor verdere ontwikkeling en marktintroductie.’
‘Het vliegwiel gaat wel 350.000 cycli mee’
Het binnenhalen van deze nieuwe technologie in de cleantech-wereld bleek echter verre van gemakkelijk. Vosbeek: ‘Het was een lang proces. Uit technisch onderzoek moesten we eerst vaststellen of het project een haalbare kaart was. Vervolgens duurden de onderhandelingen nog enkele jaren. De inspanningen van de Rijksoverheid, vooral Economische Zaken, hielpen enorm, mede door de afspraken die ons land met Boeing voor industriële participatie heeft. Zo konden we afgelopen mei ook de licenties, patenten en talloze onderliggende rapporten voor het innovatieve vliegwiel verkrijgen.’
Ingenieurs van QuinteQ sleutelen nu aan maatvoering, verbetering en vertaling naar de Europese situatie.
Pottenbakken
Maar waarin onderscheidt het vliegwiel van QuinteQ zich van andere? In principe werkt een vliegwiel weinig anders dan een pottenbakkerswiel: energie opslaan door middel van een roterende massa. De opslagcapaciteit neemt lineair toe met de massa dus daarom zijn dergelijke wielen ook zo zwaar. Vosbeek: ‘Minder bekend is dat de energiedichtheid kwadratisch met de snelheid toeneemt. Met andere woorden: je kunt veel efficiënter energie opslaan als je de rotor kleiner en sneller uitvoert. Daar zijn wij van uitgegaan. Voor de rotor gebruiken we een koolstofvezelcomposiet dat door magneten wordt opgetild en in een vacuüm draait. Het innovatieve aan de technologie in het vliegwiel van OuinteQ schuilt in stabilisatie van de rotor. Dankzij gepatenteerde, hogetemperatuur, supergeleidende lagering kunnen we veel hogere snelheden bereiken. Door het volledig ontbreken van wrijving bedragen de energieverliezen minder dan één promille per uur. Bovendien gaat het vliegwiel wel 350.000 cycli mee, terwijl gemiddelde batterijsystemen maar duizenden cycli halen.’
Flow-batterij
Het vliegwiel fungeert als schokbreker voor sectoren en branches die over een groot, maar sterk fluctuerend vermogen beschikken. Dat kunnen energie-intensieve industrieën zijn, maar ook kleine grootverbruikers in de gebouwde omgeving. Vosbeek gelooft overigens niet dat een vliegwiel een vervanging is voor andere vormen van energieopslag. Volgens hem is het wel goed te combineren met andere vormen van opslag, zoals een flow-batterij. ‘Het moet economisch aantrekkelijk zijn om in opslag te investeren. Flow-batterijen hebben een lange levensduur tegen lage kosten, maar reageren nogal langzaam. Dat kan prima samengaan met een vliegwiel dat snel energie uit het systeem kan trekken (en opslaan) en weer afgeeft als er vraag is. We mikken op een prijs van 3 cent per kWh per cyclus. Over terugverdientijden kan ik weinig zeggen: dat is afhankelijk van de toepassing, grootte en pieken bij de eindgebruiker,' aldus Vosbeek
Pilots
Boeing heeft vijf prototypes neergezet, QuinteQ nog geen. Wel is men nu bezig met financiering voor de bouw van twee systemen. ‘Onze ingenieurs sleutelen nu aan maatvoering, verbetering en vertaling naar de Europese situatie. We hebben inmiddels een aantal klanten bij de overheid en de private sector. Pilots pakken we op met partners, zoals technische universiteiten en fabrikanten van generatoren, koolstofvezelcomposieten en magneten. Als we in 2020 de eerste units leveren, krijgen installateurs de mogelijkheid om uit meerdere vormen van energieopslag te kiezen. Zelf hoeven ze weinig te doen: per situatie streven we naar de meest optimale oplossing die ‘turn-key’ en mogelijk ook ‘plug&play’ wordt opgeleverd.’
Tekst: Tseard Zoethout
Fotografie: Industrie