NL1044349B1 - Ontwerp en de constructiewijze van een drijvende opslag van energie in water. - Google Patents

Abstract

Uittreksel Ontwerp en bouwwijze van een drijvende thermische energieopslag in de vorm van een cocon met geïsoleerd dek en zijwanden en een flexibele bodem. In het dek is een drijvend pomphuis 5 met diffusors geplaatst. Door de isolatie is opslag van warmte en koude mogelijk met geringe verliezen. De opwaartse kracht van de isolatie wordt geneutraliseerd door een systeem van zakken/korven gevuld met zand of andere ballaststoffen te bevestigen aan de zijwanden. De zakken/korven met ballast kunnen tevens fungeren als bescherming van de opslag en als kunstmatig rif. De opslag wordt geplaatst in diepwaterplassen, is vrijwel onbeperkt schaalbaar 10 en zeer goed inpasbaar in het landschap. De opslag kan gebruikt worden als piek- en seizoenbuffer. De gebruikte grondstoffen en materialen zijn volledig recyclebaar. 15 20 1044349

Description

Beschrijving

Ontwerp en de constructiewijze van een drijvende opslag van energie in water.

Ruim driekwart van alle energie die in de gebouwde omgeving wordt gebruikt is nodig voor ruimteverwarming, warm tapwater en koken. Fossiele brandstoffen leveren op dit moment nog meer dan 80 % van deze warmte, Omdat bij de verbranding van fossiele brandstoffen CQ2 vrijkomt is in het klimaatakkoord afgesproken dat in 2050 de gebouwde omgeving “aardgasvrij” moet zijn. In 2030 moeten de eerste 1,5 miljoen huishoudens al van het gas af zijn. Ook wereldwijd wil men het gebruik van fossiele brandstoffen sterk terugdringen, Ze zullen voor het overgrote deel vervangen mosten worden door zonne- en windenergie, geo- en aguathermie.

De warmievraag is sterk afhankelijk van het seizoen, De energieopbrengst van bronnen als de zon en de wind fluctueert, zowel over de dag als over seizoenen, Vooral tijdens zogenaamde ‘windloze winterweken’ is de productie van zonne- en windenergie zeer laag. In een volledig duuwzaam energiesysteem zal de energie tijdens deze periodes uit sen vorm van opslag moeten komen, die eerder is ‘opgeladen’ met duurzame slektriciteit of warmte. Het grootschalig opslaan van duurzaam opgewekte elektriciteit is echter lastig en zeer kostbaar. Warmteopslag bied! meer kansen. Ten tijde van overvloedige duurzame slektriciteitsproductie kan energie als warmte worden opgeslagen. Als er warmte nodig is en de energieproductie is te laag, kan de opgeslagen warmte uil de warmteopslag worden onttrokken. Hierdoor heeft deze vorm van warmteopslag een dempende werking op de fluctuaties in het slektriciteitsnet en kan op kosibare netverzwaringen bespaard worden, Ook op een langere termijn, zoals over de seizoenen, kan warmieopsiag een oplossing bieden, Met name zonne-energie is overvloedig aanwezig in de zomer, terwijl de warrnlevraag juist groot is in de winter, Warmieopslag op de lange termijn maak! het mogelijk om de zomerwarmte in te zetien voor de warmtebehoefte in de winter, Het maakt het ook mogelijk optimaler gebruik te maken van geo- en aquathermie. in de afgelopen jaren zijn verschillende systemen voor opslag van energie in water bedacht, ontwikkeld en beproeld, Tot op heden is het echter niet of nauwelijks gelukt om te komen tot een technisch verantwoorde en economisch haalbare opslag. De opslag in grote bovengrondse en ondergrondse tanks is zeer duur, Grootschalige opslagsystemen in water zijn tot op heden alleen gerealiseerd in de vorm van opslag in grote gegraven kuilen met slechts sen geïsoleerd dek, Het systeem, ontwikkeld in Denemarken wordt alleen toegepast boven het grondwaterniveau. Ook legt het beslag op sen aanzienlijke grondoppervlakte en is nadrukkelijk aanwezig in het landschap, De investering is in verhouding tot andere systemen echter laag. In

Nederland en vele andere landen is deze vorm van opslag niet toepasbaar. De voorgestelde coconvormige constructie en de bouwwijze bied! wel de mogelijkheid om te komen fot grootschalige opslag van energie in water tegen een lage kostprijs. De opslag is bedoeld als onderdeel van sen integraal warmiesystesm en kan functies vervullen als piekbuffer en seizoensopsiag. Het grote verschil ten opzichte van de bestaande kuil opslagsystemen die in

Denemarken worden toegepast is dat bij deze vorm van opslag sprake is van een drijvende constructie in een grole bestaande walermassa, bijvoorbeeld in diepwaterplassen en meren, De opslag drijft maar ligt vrijwel volledig onder water, Dit laatste is gunstig omdat in veel situaties een landschappelijke inpassing gewenst is. Het dek kan bijvoorbeeld gedeeltelijk worden voorzien van een humuslaag waardoor een drijvend siland met soort van “trilveen” ontstaat met zeer goede mogelijkheden voor flora en fauna. Een deel van de zijwanden kan door gebruik van specifiek ballast gebruikt worden als kunstmatig rif. Een alternatief is om het dek te gebruiken voor het plaatsen van zonnepanelen, zonnecollectoren of lichte gebouwen. De bouw gebeurt in de directe omgeving van de definitieve opslaglocatie. Bij de productie komt nauwelijks COZ vrij.

Een groot voordeel is dat er geen/nauwelijks grondverplaatsing plaats vindt, geen bouwkranen nodig zijn en zeer grote volumes kunnen worden bereikt. Grote volumes zijn exira aantrekkelijk vanwege een gunstige verhouding tussen m3 opslag en m2 buitenwand. Dit heeft zowel betrekking op de energieverliezen als ook op de investeringskosten. Een verticale cilindervorm van de cocon ís op zich het meest economisch en bespaart aan materialen en warmteverliezen ten opzichte van een vierkante opslag maar is technisch moelijker om te construeren, Een zeshoek of veelhoek heeft daarom de voorkeur omdat deze ook nog makkelijk ís uit te breiden.

Het verschil in materiaalverbruik en warmteverliezen ten opzichte van een cilindervormig vat is zeer beperk.

De constructie is eenvoudiger en goedkoper dan foegepast voor kuil opslagsystemen in

Denemarken onder andere omdat: « Vrijwel geen grondverplaatsing nodig is * Het sen aanzienlijk gunstigere verhouding heeft ten aanzien van m3 inhoud ten opzichte van m2 wardoppervlakie. » Het geen problemen kent met (regen)waterafvoer e Het eenvoudiger is te installeren. = Het landschappelijk beter is In te passen e Dubbel gebruik van de ruimte mogelijk maakt, in tegenstelling tot kuil opslagsystemen worden bij deze vorm van opslag de zijwanden wel geïsoleerd. Isolatie van de bodem is in principe mogelijk maar zal in de meeste gevallen economisch niet voordelig zijn,

Er wordt gebruik gemaak! van isolatie dat waterdicht ingepakt wordt in geomembramen en aan de bovenzijde wordt bedekt met een beschermende laag geotextiel. Voor de verticale zijwanden wordt gewerkt met verschillende diktes van isolatie. Aan de onderzijde kan volstaan worden met sen dunnere isolatie dan aan de bovenkant, Als gevolg van stratificatie is de temperatuur onderin de opslag veel lager en zijn de warmteverliezen daardoor beperkt. De zijwanden worden aan de buitenkant voorzien van geotextiel met zandvulling of een andere ballaststof als contragewicht om de opwaartse kracht van de isolatie in de zijwanden op te vangen. Door de zijwanden door te {rekken tot vrijwel op de bodem van de diepwaterplas en aan de onderzijde te voorzien van een flexibel deel dat verbonden is met het afsluitende bodemdoek wordt maximaal gebruik gemaakt van de opslagmogelijkheden van diepe waterplassen. In zeer diep water kan gekozen worden voor een constructie los van de bodem. In deze situatie kan de bodem van het vat worden afgesioten met sen flexibele doek, bijvoorbeeld van EPDM.

Stratificatie

Een goede temperatuurgelaagdheid is gewenst om een optimaal gebruik te maken van de warmteopslag. De plaatsing en vorm van de in- en uitlaat van de opslag zijn hierbij van groot belang. Bij deze vorm van opslag wordt gewerkt met aan het drijvende pomphuis hangende diffusors.

Clustering.

Bij het realiseren van een zeer grote warmtebuffer kan het voordelig zijn om twee of meer buffers naast elkaar te realiseren, Bij meerdere buffers kan gewerkt worden met een centrale buffer die dienst doet als piekbuffer en verbonden is met de opslagen die dienst doen als seizoensbuffer.

De voordelen hiervan zijn « Dubbele of meerdere uitvoeringen en daarmee grotere bedrijfszekerheid « De bergingen kunnen afzonderlijk worden opgezet en in bedrijf genomen ¢ Bij onderhoud kan 1 buffer buiten gebruik gesteld worden + Betere stratificatie

Als warmtebron kan gebruik gemaakt worden van zonnecollectoren, elektrische boilers, industriële restwarmte, warmtepomp en warmie van biomassa. Een combinatie met geothermie is economisch zeer aantrekkelijk, doordat de effectiviteit van de geothermische bron kan worden vergroal en de opslag niel alleen de functie van seizoensopslag kan vervullen maar ook als piekbuffer. Dit levert een extra grote CQ2 winst op. De gewonnen warmte kan worden opgeslagen in de opslag of direct worden ingezet voor het warmtenet. Bovenstaande geldt ook in belangrijke mate voor een combinatie met aguathermie en het benuiten van de warmte van datacenter.

Beschrijving tekeningen

Figuur 1

De cocon wordt samengesteld uit meerders stroken van bijvoorbeeld 7 meter breed, De stroken worden verbonden met de volgende strook door middel van lassen en/of verlijming. Dit gebeurt onder geconditionserde omstandigheden op het constructieplationm met een lasbaan (S}zan de gever van de waterplas (4). Dit platform is voorzien van een harde vlakke bodem met een lichte overkapping. Aan de zijkant bevinden zich de houders voor de rollen folie en geofextiel (B). ledere strook wordt compleet afgewerkt en bestaat uil een bodem, zijwanden (2) en het dek (1).

De zijwanden en dek bestaan minimaal uit waterdichte folies, beschermende gsotextiel en isolatie, De delen tussen de zijwanden bestaan alleen uit bestaan uit folie. Wanneer een strook volledig is afgewerkt wordt deze grotendeels op het water getrokken en kan sen nieuwe strook worden toegevoegd, enzovoort Er ontstaat zo een “holle pannenkoek” die drijft op het water. In het midden van het dek wordt esn ruimis vrij gelaten voor en gevuld met sen drijvend pomphuis {7) met twee of meer diffusors. Wanneer de gehele cocon klaar is word! deze inclusief pomphuis naar de definitieve plaats gebracht,

Toelichting figuur 2

Het dek word! voorzien van een waterdichte en UV bestendige folie (1} Verder wordt geotextis! aangebracht voor verdere bescherming. Deze geotextie! wordt voor de zijwanden gebruikt om ballast aan te brengen om de opwaartse druk van de geisoleerde wanden op te vangen, DH kan in de vorm van zakken en/of korven (3), gevuld met zand, stenen of andere ballaststoffen, Op deze wijze is het ook mogelijk om met sen deel van de benodigde ballast een kunstmatig rif te vormen, Aan de binnenkant van het dek, de zijkanten en de bodem (4) wordt een hoge temperatuur resistente afdichtingsfolie gebruikt Dek en zijwanden zijn geïsoleerd (2). De isolatie van de zijwanden neem! naar onderen af. Als gevolg van natuurlijke stratificatie is de temperatuur onder in de opslag veel lager dan bovenin en zijn de warmteverliezen daar veel lager. In de isolatie van de zijwanden is per strook een drainagesysteem (8) ingebouwd. Dil is bedoeld om de beperkis vocht binnendringing door dampdiffusie op te vangen en door middel van geforceerde ventilatie af te voeren, Het laatste deel van de zijwanden en de bodem is niet geisoleerd maar wel ruim bemeten (8). Hierdoor kunnen de volumeveranderingen van het water in de opslag als gevolg van temperatuursveranderingen worden opgevangen, Dit geldt ook voor veranderingen van het waterpeil in de diepwaterplas. Het is van belang dat het water in de opslag (7) zuurstofarm wordt gehouden. Zuurstof heeft met name bij hogere temperaturen een negatieve Invloed op de levensduur van de afdichtingsfolies. Hiervoor wordt een voorziening op basis van membraanonigassing opgenomen in het drijvende pomphuis,

Toslichting figuur 3

Het drijvende pomphuis (3) dat aan alle zijden goed is geïsoleerd is opgenomen in het dek.

Dit biedt de mogelijkheid om de diffusors{(6) aan het pomphuis op te hangen, In het pomphuis zelf is ruimis voor zen warmtepomp, warmtewissslaar en evenfues! een e-boller, Door het pomphuis te integreren in de opslag en samen te voegen met de diffusors word! een grate besparing bereikt, Er hoeft geen apart pomphuis te worden gebouwd, De aan en afvoer naar een warmtenet kan via het dek naar de vaste wal worden gebracht (7). Aan de geïsoleerde zijwanden (5} zijn zakken/korven opgehangen voor ballast. 5 Toelichting figuur 4

In figuur 4 wordt een beeld geschelst van de samenstelling van dek en wanden van de opslag.

Het dek (1) en de wanden worden opgebouwd uit aan elkaar gelaste en of verlijmde kunststof stroken. De bovenste laag bij het dek en de buitenste laag bij de wanden bestaat uit een beschermende geotextiel, extra versterkt met trekvaste banden, De volgende laag beslaat uit oen afsluitende folie van HDPE of andere kunststoffolies. Daaronder zit de waterresistente isciatie, bijvoorbeeld XPS. Aan de binnenzijde van de de opslag bevindt zich een hoge temperatuur resistente HDPE folie. Aan de trekvaste banden van geotextiel worden aan de zijkanten van de opslag worden grote geweven zakken van polypropyleen opgehangen (3).

Deze zakken worden gevuld met zand of andere ballaststoffen zoals stenen en puin. Met deze ballast wordt de opwaartse kracht van de isolatie geneutraliseerd. De ruimten iussen de zijwanden (4) beslaal enkel uit waterdichte folie. Dit geldt ook voor de bodem, Wanneer er voldoende ballast is aangebracht zakken de zijwanden naar beneden, De folie (4) wordt naar binnen gevouwen, De zijwanden worden vervolgens aan slkaar vastgemaakt met een sluiingssysteem gebaseerd op ty wraps of een vergelijkbaar systeem. Door bij het bovenste deel van de zijwanden gebruik te maken van grof geweven zakken of korven gevuld met puin kan een kunstmatig rif worden gecreëerd wat gunstig is voor de flora en fauna. Aan de bovenkant van de opslag wordt rondom aan de randen een tube (7) gevuld met zand en/of grind bevestigd. Enerzijds voor extra ballast, anderzijds als bescherming van de opslag tegen beschadiging, Eventueel kan achter deze tube zen laag bagger of veengrond (8) worden aangebracht, voldoende voor de realisatie van een lage begroeiing. Door deze extra ballast wordt het dek iets rond getrokken. Dit is gunstig voor een goede afvoer van regenwater van hel dek. Het is ook mogelijk om zonnepanelen en/of zonnecollectoren of een terras met lichte bebouwing op het dek aan te brengen. an

Claims (7)

GConclusies

1. Een werkwijze voor de bouw en installatie van een drijvende energieopslag in de vorm van een waterdichte, gefsoleerde en flexibele cocon. De energieopslag wordt bij voorkeur geplaalst in diepwater plassen en is vrijwel onbeperkt schaalbaar.De bouw 5 vindt onder geconditionserde omstandigheden op een constructieplatiorm plaats aan de oever van het water

2. Eenwerkwijze en inrichting volgens conclusie 1 voor de opzet en realisatie van een verptaatshaar en herbruikbaar constructieplatiorm aan de waterkant voor de bouw en installatie van een drijvende energieopslag

3. Een werkwijze volgens de vorige conclusies voor de constructie van de cocon bestaande uil waterondooriatende en hoge temperatuurbestendige kunststof folie, bijvoorbeeld hoge temperatuurresistente HDPE, geotextiel en waterbestendige isolatie zoals bijvoorbeeld XPS, foamglas.

4. Een methode om de opwaartse kracht van de isolatie in de zijwanden te neutraliseren door gebruik te maken van contragewichien in de vorm van sen constructie van geotexiiel, zakken of kunststof korven gevuld met zand, gesteente of een andere vorm van ballast

5. In combinatie met de vorige conclusies zen uitvoeringsvorm met een ontwerp en constructie voor een oplimale landschappelijke inpassing met bij voorbeeld natuurlijke beschoeiing van de oevers, de vervaardiging van een kunstmatig rif en beplanting van het dek.

6. In combinatie met de vorige conclusies cen andere uilvoeringsvorm met plaatsing van zonnepanelen, collectoren of lichte gebouwen op het dek,

7. Een ontwerp en constructie van sen geïsoleerd drijvend pomphuis in het dek met daar aan hangend twee of meer diffusors.