Mechanische energieopslag
-
Lucas
Vorig weekend ben ik naar Coo-Troispont geweest in Wallonië.
Ze hadden daar een pompaccumulatiecentrale waarmee ze ook aan energieopslag kunnen doen.
-
Lisa
Dat is interessant. Het is een vorm van mechanische energieopslag, waarbij we gebruikmaken van potentiële- en kinetische energie om energie op te slaan.
-
Lucas
Zijn er nog andere vormen van mechanische energieopslag?
-
Lisa
Jazeker, er bestaan er nog verschillende, waaronder het vliegwiel. Ik vertel je er dadelijk meer over.
In deze submodule behandelen we volgende onderwerpen:
Vliegwielen
Een vliegwiel laat je toe om een overschot aan elektrische energie te stockeren als kinetische energie en nadien terug om te zetten naar elektrische energie wanneer dit nodig is.
Typisch laat je een zware cilindervormige massa (= vliegwielmassa) rond een as draaien.
- Je drijft dit systeem aan door een
motor die de overtollige elektriciteit zal gebruiken om het vliegwiel te laten draaien.
- Wanneer je achteraf elektriciteit nodig hebt, gebruik je de kinetische energie opgeslagen in het wiel en de motor wordt
nu omgekeerd gebruikt in generator-modus om elektriciteit te produceren.
- Om de rotatie nog efficiënter te laten verlopen,
gebruik je kogellagers onderaan de rotatie-as en zet je het hele systeem in een luchtledige kamer.
In deze video zie je hoe een vliegwiel eruit ziet:
Rotationele kinetische energie van een draaiend vliegwiel
Hoe meer rotationele kinetische energie het vliegwiel massa heeft,
hoe meer elektrische energie je kan opslagen.
Waarbij:
- I = het inertiemoment van het vliegwiel
- ω = de hoeksnelheid van het vliegwiel
Inertiemoment van een vliegwiel
Het inertiemoment I van een vliegwiel met een constante dichtheid
Waarbij:
- m = de massa van het vliegwiel
- r = de straal van het vliegwiel
Opdracht 1
Hoelang het vliegwiel nog blijft doordraaien wanneer het gewichtje op de grond is,
is een mate voor het inertiemoment van het vliegwiel.
Test het verband tussen:
- het Inertiemoment en de massa
- het Inertiemoment en de straal
Meer weten?
Bekijk één van de volgende video’s:
Welke zijn de voor- en nadelen van het vliegwiel?
Hydropomp of pompaccumulatiecentrale
Landen die een reliëf hebben in hun landschap kunnen hun natuurlijke waterlopen gebruiken om waterdammen te bouwen
en stuwmeren aan te leggen. Hiermee kunnen ze waterkrachtcentrales bouwen met generatoren die worden aangedreven
door “waterkracht”.
Via hydro-energieopslag kunnen grote hoeveelheden energie opgeslagen worden van enkele tientallen MWh tot verschillende GWh,
afhankelijk van de grootte van de waterbekkens en de opslaghoogte van het water.
In België hebben we een hydropomp nabij Coo-Troispont.
Bekijk de video die de werking van de pompaccumulatiecentrale uitlegt.
Bekijk deze video vanaf 30'
Onderdelen van de pompaccumulatiecentrale
Scrol over de blauwe vakken voor meer info.
In Coo zijn er 2 hooggelegen waterreservoirs met een volume van 4 en 4,5 miljoen m³ water.
In Coo zijn er 2 hooggelegen waterreservoirs met een volume van 4 en 4,5 miljoen m3 water.
Het onderste waterreservoir heeft een volume van 8,5 miljoen m3 water.
Het hoogteverschil tussen de hooggelegen reservoirs en het laaggelegen reservoir bedraagt 250m.
- Een hoger gelegen waterreservoir met massa
m bevindt zich op een hoogteverschil Δh
t.o.v. een lager gelegen waterreservoir.
- Met die hoogte komt een zekere gravitationele potentiële energie
Epot overéén die we kunnen opslaan om later elektrische
energie uit te genereren.
Met:
ρ = dichtheid van water=1000kg/m3
V = volume van het waterreservoir
g = gravitatie constante= 9,81m/s2
Wanneer het water wordt vrijgelaten uit het reservoir zal de potentiële energie van het water worden omgezet naar kinetische energie die een turbine van een generator zal aandrijven om zo elektriciteit te maken.
Indien er geen natuurlijke waterloop is om het waterreservoir aan te vullen, kan er beroep gedaan worden op pompcentrales: er kan dan een kunstmatig waterreservoir worden aangelegd op de hoogte van een heuvel.
Het water wordt dan naar boven gepompt met het extra overtollige energie op momenten van piekproductie.
Het waterreservoir kan je vergelijken met een soort waterbatterij. Wanneer energie nodig is, kan deze pompcentrale net zoals een klassieke waterkrachtcentrale elektriciteit produceren.
In de video zie je een toepassing waar een pompcentrale als energieopslag dient voor een windmolenpark.
Opdracht 5
Oef herbekijken met hover over "i"
Situatie 1: Als de windturbines meer energie produceren dan er energie gevraagd wordt door de gebruikers.
TIP: dan wordt de extra energie gebruikt om het water naar de bovenbekken te pompen.
Situatie 2: Als de windturbines minder energie produceren dan er energie gevraagd wordt door de gebruikers.
TIP: dan wordt het water van de bovenbekken vrijgelaten om een turbine aan te drijven die voor extra energie zorgt.
Situatie 3: Als de windturbines evenveel energie produceren dan er energie gevraagd wordt door de gebruikers.
TIP: dan wordt de energie rechtstreeks via het elektriciteitsnet naar de gebruikers gebracht.