Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Discussieer mee over de wereld van het grootschalig elektriciteitsnet en alles wat daarmee te maken heeft
Plaats reactie
Peter Kleton
36 kV
Berichten: 47
Lid geworden op: 30 mar 2018 22:18

Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door Peter Kleton » 11 mar 2020 11:22

Op een forum over waterstof toepassingen in treinen (Somda ) ,kwam ik een link tegen over een kritisch artikel over het gebruik van waterstof als opslag middel.
Dit is de link :
https://www.wattisduurzaam.nl/over-ons/
Blijkbaar zit het probleem in het lage rendement van electrolysers ( ca 75 % ) en het explosiegevaar van waterstofgas .
Ik ben benieuwd wat jullie ervan vinden.
(Ik heb MTS electro gehad ,ik kan niet alles beoordelen ) ;)
Peter

BaDu
Globale moderator
Berichten: 2075
Lid geworden op: 18 mar 2014 13:55
Dichtstbijzijnde trafo: Kattenberg

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door BaDu » 11 mar 2020 16:19

Dit is een simpele vraag, maar een complex probleem (toch een poging):

Bedenk dat H2 een energieopslag is en geen bron, dus je moet bijv elektriciteit (gewonnen met windmolens of centrales) omzetten naar waterstof en later weer terug naar warmte of elektriciteit.

Doordat je in het voorbeeld van de trein E->H2->E omzetting doet verlies je veel rendement:
E->H2 : (elektrolyse)rendement ca 75% (wel stijgende), H2->E : (brandstofcel)rendement 40-60% (ook stijgende)
Het ketenrendement is dus 0,75*0,5=0,375, oftewel je hebt ca 3x zoveel stroom nodig als de trein nodig heeft in zn aandrijflijn.

Het liefst maak je de waterstof natuurlijk met groene stroom zodat je geen CO2 uitstoot.
Probleem daarvan is dat groene stroom (zeker in NL) nog niet echte overschotten kent (iig niet gedurende lange tijd), in NL wekken we op de piek ca 20-25% van ons E-gebruik groen op (In DE is dat 40-50% en DK 50-100%). Je drukt dus met dit lage rendement waterstof-gebruik een energetisch gunstiger direct gebruik (bijvoorbeeld in autos of in huis, kantoor industrie) weg.

Maak je waterstof niet met groene maar met grijze stroom dan stoot je dus CO2 uit en wel bijna 3-maal zoveel dan de elektriciteit direct gebruiken, een kWh die naar de treinmotor gaat veroorzaakt op die manier 400/0,375 = 1066gr/kWh uitstoot. Als je dat vergelijkt met een trein met bovenleiding (rendement 80-90%) ca 440gr/kWh. Een dieseltrein stoot dacht ik ongeveer ook zoiets uit. Dan wordt wellicht duidelijk dat waterstof op dit moment niet zo heel gunstig is.

Het voordeel waterstof gebruike is dat het heel eenvoudig om steeds groener te gaan rijden, je hoeft alleen maar de electriciteit die gebruikt wordt voor de elektrolyse en op druk brengen steeds groener te maken. Dus tegen de tijd dat onze elektriciteits-mix rond de 125-150gr/kWh uitstoot (rond 2030) is waterstof best een goed idee (de uitstoot wordt dan lager dan nu het geval is bij bovenleiding gevoegde treinen) (dat is ook wat de genoemde site betoogd). Tegen die tijd zijn ook de omzettingsrendementen van elektrolyse en brandstofcel hoger en wordt waterstof gebruik efficienter. Verder zijn er tegen die tijd ook grotere en langduriger overschot situaties waardoor de stroom (vrijwel) "gratis" is.

Overigens kan je op andere manieren dan elektrolyse waterstof genereren (bijv. Steam Methane Reforming), maar die gebruiken aardgas als bron en dus zijn ze niet groen. Je zou de CO2 die daarbij vrijkomt moeten afvangen en onder de grond stoppen zodat deze niet in de atmosfeer komt (Carbon Capturing and Storing (CCS)).
KML-generator generator

BaDu
Globale moderator
Berichten: 2075
Lid geworden op: 18 mar 2014 13:55
Dichtstbijzijnde trafo: Kattenberg

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door BaDu » 11 mar 2020 16:46

We hebben het hierboven gehad over waterstof in vervoer, nadeel is dat je warmte die vrijkomt bij de omzetting van H2->E (brandstofcel) niet kan gebruiken en zelfs actief moet wegkoelen. Een deel kan je gebruiken voor verwarming van auto, vrachtwagen of trein, en dat verhoogd het rendement wat. Het ketenrendement blijft echter bedroevend laag (<50%), niet echt gewenst voor een modern energiesysteem. Om deze reden denk ik dat waterstof (zolang de omzettingsrendementen niet enorm verbeteren) geen goede resource is voor het oplossen van het vervoer-vraagstuk, en blijf je aangewezen op bijv accu voertuigen).

Je kan waterstof wel direct verbranden, je krijgt dan van iedere kWh-Waterstof, een kWh-Warmte, deze warmte kan je gebruiken in een CV-ketel om woningen te verwarmen of direct op hoge temperatuur in een industrieel proces. Op deze manier krijg je een ketenrendement van ca 70%. Al een stuk beter dan H2-gebruik bij vervoer. Dit is een oplossing voor de in sommige industriele processen benodigde zeer hoogwaardige warmte (bijv staalproductie).

Er is echter nog een mogelijkheid om waterstof in bepaalde situaties nog efficienter te kunnen gebruiken:
Als je de waterstof via een brandstofcel voert komt er elektriciteit uit en restwarmte. Deze restwarmte komt vrij in de vorm van stoom of heet water (80C), afhankelijk van het type brandstofcel. Voor iedere kWh-E komt er ook ca. 1 kWh-Warmte vrij (rendement brandstofcel ca 50%). Als je met deze kwh-E een warmtepomp voedt waarmee je een woning of kantoor verwarmd krijg je ca 3-4 kWh-Warmte in je huis/kantoor. Het rendement ligt nu dus tussen 150 en 200%.

Een Warmtepomp levert helaas alleen laagwaardige warmte (40-50C) en het rendement ervan (de COP) daalt wanneer de buitentemperatuur te laag wordt. Voor de productie van warmwater en in koude periodes kan je dan de hoogwaardiger restwarmte van de brandstofcel gebruiken, waardoor het rendement verder stijgt. Op deze manier kan je voor woning/kantoor verwarming een rendement halen van ca 250-300%.
KML-generator generator

BaDu
Globale moderator
Berichten: 2075
Lid geworden op: 18 mar 2014 13:55
Dichtstbijzijnde trafo: Kattenberg

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door BaDu » 11 mar 2020 17:49

Waterstof is ondanks de nadelen die in de vorige posts naar voren kwamen toch aantrekkelijk om te gebruiken als opslagmedium en energiedrager. Dat heeft een aantal oorzaken:
- De kosten van waterstof opslaan schalen gunstiger als de capaciteit (kWh'en) toeneemt
Grotere opslagvaten zijn goedkoper dan kleinere en dus wordt opslaan in grotere hoeveelheden steeds goedkoper
- Waterstof is op te slaan in ondergrondse cavernes die vrijgekomen zijn bij de aardgas en zoutwinning
Een leeg gasveld is dicht voor de opslag van waterstof zonder verdere maatregelen. Zoals we weten hebben we lege gasvelden genoeg.
We hebben dus alleen een compressor/pomp nodig om de waterstof ondergronds op te slaan.
Deze grote opslagcapaciteit hebben we ook nodig als we het zomer winter ritme willen overbruggen.
- Het huidge gas transportnet is grotendeels geschikt voor transport van waterstof zonder grote aanpassingen.
Helaas zijn de huisinstallaties dat niet, koperenpijp, ketel en gasmeter zijn niet geschikt voor waterstof en moeten dus vervangen worden.

Heeft waterstof dan geen grote nadelen? Jawel:
- Waterstof heeft per m3 een lagere energieinhoud dan aardgas, zelfs driemaal lager.
Dat betekend dat je driemaal meer m3 moet verplaatsen door het transportnet en opslaan dan een equivalente energie hoeveelheid in aardgas.
Hierdoor zullen leidingen en pompen moeten worden vergroot.
- Waterstof kan niet driect verbrand worden in een traditionele gasgestookte installatie (ketel of gasturbine)
De verbrandingsnelheid is hoger waardoor de branders moeten worden aangepast. En het vermogen van en ketel of gasturbine is een factor drie lager na de ombouw (zie vorige punt).

Qua explosie veiligheid:
Ook aardgas ken explosie gevaar, het is echter wel zo dat waterstof eenvoudiger ontbrandt (er is minder onstekings energie nodig) en het brand sneller (vlamfront verplaatst sneller) waardoor de explosie wat groter is. Echter aardgas is iets lichter dan lucht, dringt niet makkelijk door een muur of dak (door de grote moleculen) en vermengd zich makkelijk met lucht tot een explosief mengsel. Waterstof is veel lichter dan lucht en dringt makkelijk door een muur of dak heen, het vermengt door het grote verschil in soortelijk gewicht niet makkelijk met lucht. Daardoor is het schade risico bij een waterstoflek in een woonhuis lager dan dat van aardgas. Het risico op lekkages is echter wel wat groter.
KML-generator generator

Gebruikersavatar
Shrek
380 kV + Netkaartcrew
Berichten: 2492
Lid geworden op: 18 mei 2012 17:53
Dichtstbijzijnde trafo: Wespelaar

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door Shrek » 11 mar 2020 18:26

Bij spoorwegen is het relatief eenvoudig om een bovenleiding te installeren. Alle tussenstappen via energiedragers maken het systeem veel minder efficiënt. Laat de H-trein dus maar gewoon op stal.

Gebruikersavatar
kevelek
220 kV
Berichten: 226
Lid geworden op: 05 jun 2019 20:00

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door kevelek » 11 mar 2020 18:32

BaDu schreef:
11 mar 2020 17:49
Qua explosie veiligheid:
Ook aardgas ken explosie gevaar, het is echter wel zo dat waterstof eenvoudiger ontbrandt (er is minder onstekings energie nodig) en het brand sneller (vlamfront verplaatst sneller) waardoor de explosie wat groter is. Echter aardgas is iets lichter dan lucht, dringt niet makkelijk door een muur of dak (door de grote moleculen) en vermengd zich makkelijk met lucht tot een explosief mengsel. Waterstof is veel lichter dan lucht en dringt makkelijk door een muur of dak heen, het vermengt door het grote verschil in soortelijk gewicht niet makkelijk met lucht. Daardoor is het schade risico bij een waterstoflek in een woonhuis lager dan dat van aardgas. Het risico op lekkages is echter wel wat groter.
Waterstofgas is explosief binnen een mengverhouding van 4 tot 75%
Aardgas is explosief binnen een mengverhouding van 5 tot 16%

Als we worden opgeroepen voor een aardgasleiding met vrije uitstroom omdat er bv een graafmachine iets te enthousiast was, is de kans op een ontbranding ter hoogte van de uitstroom vrij gering daar de hoeveelheid aardgas daar veel te hoog is. Mocht dezelfde situatie zich voordoen met waterstofgas sta ik niet te springen om in de buurt te komen...

De benodigde ontstekingsenergie voor waterstofgas ligt om en bij de 10x lager dan voor aardgas

Door de kleinere moleculen van waterstofgas zal er ook sneller een lek ontstaan.
Het is wettelijk verplicht om aardgas te voorzien van een geur die al op te merken valt ver onder de onderste grens van de ontvlambare zone.
Bij waterstof is dit (nog) niet zo, dus een auto die vandaag op waterstof rijd en lekt, wordt door een gewone individu niet opgemerkt.

Natuurlijk wil dit niet zeggen dat waterstofgas te gevaarlijk is voor particulier gebruik. iedere brandstof kan een explosie veroorzaken (ja, zelfs hout en steenkool) en mits de nodige technologische ondersteuning is het prima inzetbaar. De jarenlange industriële toepassingen bewijzen dit.
Meten is Weten, Gissen is Missen. Raak niets aan wat niet geaard is en aard nooit zonder te meten.

Peter Kleton
36 kV
Berichten: 47
Lid geworden op: 30 mar 2018 22:18

Re: Waterstof als opslag middel van overtollige energie ??

Bericht door Peter Kleton » 11 mar 2020 19:12

Alle heren die gereageerd hebben op mijn (simpele)vraag ,bedankt.!
Peter

Plaats reactie