Monthly Archives: September 2009

   To our Podcasts

AMTEC, of hoe de energie industry goede technologie van de markt houdt

Een Alkaline Metaal Thermo-Electrische Cel (AMTEC) zet warmte om in electriciteit doordat natrium of kalium dampen onder druk door een membraan wordt geperst. In dit membraan worden de electronen van het metaal damp gescheiden en via een extern circuit naar de andere kant geleid. Deze systemen heten ook wel Vloeibare Metal Reactoren (Liquid Metal Reactors or LMR). Als je een beetje geinteresseerd bent in alternative energie klinkt dit proces misschien nieuw in de oren. Het eerste patent stamt echter van 1987. De efficientie van een AMTEC cell ‘Benadert de Carnot limiet‘ [1]. Waarom is zo’n cel niet te koop?

De oorsprong van AMTEC

AMTEC werd ontwikkeld in de zoektocht naar efficiente energie bronnen voor ruimte missies. Het benut een hoge temperatuur gradient (van 627 – 1027 graden celsius) waardoor deze techniek ook geschikt is voor geconcentreerd zonlicht applicaties (en concureert met Stirling warmte generatoren). Een AMTEC cell heeft geen bewegende delen. Het bestaat uit een verdampings deel waar de warmte word omgezet in dampdruk, een membraan en een condensatie deel. Het membraan (ofwel barriere) is de grootste technische uitdaging, voor de rest zijn de grondstoffen ruim voorhanden (ijzer, aluminium, zout). Een AMTEC generator zal zijn opgebouwd uit een aantla kleine cellen, zoals je in onderstaande afbeelding kunt zien.

NASA

NASA ontwikkelde de technologie specifiek voor zonlicht-electriciteits conversie. Het vindt dat AMTEC efficienter is dan Stirling technologie waar het ook uitgebreid onderzoek naar heeft gedaan..

Uit eerdere publicaties

 

“Het apparaat is een natrium concentratie cel ddie gebruik maakt van een ceramische, polykristallijne b”-alumina vaste stof electroliet (BASE) als scheidingswand tussen een hoge druk compartiment met natrium van 627-1027 graden celcius en een lage druk compartiment met vloeibaar natrium van 127 tot 427 graden celcius. Er is recent gewerkt aan zaken als de efficientie van de cathodes en hermetische pakkingen, passief pompen van het natrium en warmte verliezen. De efficientie van de AMTEC cell is nu 16% en wordt verwacht de 20% te bereiken.”

En

“De initiele evaluatie van een ruimte zonneenergie bron gekoppeld aan een AMTEC cell wordt hier besproken. De studie wijst uit dat het AMTEC systeem 30% van het gewicht van een photovoltaisch systeem zou hebben, en 70% van een stirling systeem als het om 35 kWe energie productie gaat die de baseline voor een US ruimtestation vormt. De werktemperatuur van een AMTEC heat pipe en zonnespiegel passen goed bij elkaar. AMTEC is daarom een aantrekkelijk alternatief voor zonne energie opwekking in de ruimte.”

De energie branche

Zover als ik kan overzien is er geen commerciele producent van AMTEC cellen. Google levert niets op. Bedrijven die AMPTEC units hebben gemaakt zijn er mee gestopt. Er zijn wel ‘Heat pipes’ verkrijgbaar, deze voeren warmte efficient af door een vloeistof te laten verdampen die na condensatie weer wordt terug gevoerd. Ik ga na wat de relatie is met AMTEC.

AMTEC wordt hier genoemd. Na te hebben geconstateerd dat AMTEC superieur is aan Stirling wordt voorgesteld de techniek te gebruiken om motor warmte van trucks te benutten. Het heeft er veel van weg dat AMTEC is geinterpreteerd als normale laag efficiente thermoelectrische cellen. Je vind wel publicaties over het omzetten van nucleaire energie met AMTEC. Dat is ook een van de originele toepassingen die NASA voor ogen stond (AMTEC in combinatie met een vervallend isotoop).

“Samenvattend, kleine nucleaire reactors zouden kunnen worden ontworpen met LMR generatoren om de warmte om te zetten in electriciteit met een thermodynamische efficientie van maximaal 35%, en als de restwarmte slim word benut een totale energie utilisatie van ~89% van de output van de reactor. Een energie centrale met een AMTEC (LMR) bied meer flexibiliteit in het gebruik van de thermische output met 2-3 keer zoveel conversie naar electriciteit in vergelijking met een gas gekoelde centrale. Dit is omdat gas gekoelde centrales met een groter temperatuur verloop werken dan liquid metal reactors (LMRs). Aan de andere kant is de fractie van de thermische output in de vorm van processwarmte en de totale energie utilisatie groter met de gas gekoelde centrale dan met de LMR.” [3]

Waarom wordt deze technologie niet bij kolen centrales benut?

 

 

En de Kosten?

Natuurlijk zou AMTEC/LMR om een of andere reden erg duur kunnen zijn. Dit is tot in detail onderzocht. Het duurste onderdeel van een AMTEC cell is het membraan (BASE). Dit wordt het meest efficient gemaakt mbv plasma opdaming (zoals in een publicatie te lezen is). In een studie uit 2003 van het Departement van Energie wordt geconcludeerd dat naar een prijs voor units gekeken moet worden van 1000-2000 USD/kWe. Dat veslaat de 1,73 USD/kWe van de koleb gestookte centrales dus al (want voor die 73 cen kun je plenty spiegels kopen).

In de aanbeveling staat echter te lezen:

 

“Het ontwikkelen van fabricage methodes, procedures en protocols voor grote volumes (wordt geadviseerd). Dit zou de kosten met 50% kunnen reduceren. Een haalbaar doel voor productie kosten van AMTEC cellen is 100-200 USD/kWe.” [3]

 

< 100 – 200 $/kWe is haalbaar

 

Elders word 350 USD/kWe genoemd. De range is dus 0,10 tot 0,35 USD/Watt.    

Refs.

[1] THE ALKALI METAL THERMAL-TO-ELECTRIC CONVERTER FOR SOLAR SYSTEM EXPLORATION M.A. Ryan

[2] NOVEL, INTEGRATED REACTOR / POWER CONVERSION SYSTEM (USDE comprehensive)  here .
[3] HIGH ENERGY UTILIZATION, CO-GENERATION NUCLEAR POWER PLANTS WITH
STATIC ENERGY CONVERSION (Mohamed S. El-Genk and Jean-Michel P.
Tournier)

   To our Podcasts

Kraken van Plastic naar Olie Eindelijk op de Markt

De techniek om plastics te kraken tot olie (waarvan het gemaakt word) met behulp van magnetron golven (RF) bestaat al enige jaren. Ik leefde in de veronderstelling dat deze technologie werd onderdrukt. Nu is er een bedrijf in Washington, Envion die de techniek gaat toepassen met goed resultaat: 10 dollar per vat olie van afval plastic. Hoewel hierdoor nog steeds CO2 in the atmosfeer terecht komt en het minder aantrekkelijk word om groene energie aan te schaffen, zal deze mogelijkheid de traditionele oliewinning minder rendabel maken, strijd om olie verminderen en de interesse in het opruimen van de twee gigantische druivende plastic hopen vergroten. Schone energie moet winnen, en brandstof zou een verboden term moeten worden. Het zou verstandig zijn om de output van dit verwerkingsproces alleen als grondstof voor nieuw plastic te laten gebruiken.

Er drijft nog genoeg plastic..
   To our Podcasts

1 Dollar per Watt, Waarom moet dat?

Iedereen die zich met alternatieve energie bezighoudt weet dat er word gestreeft naar de magische kosten grens van 1 USD per Watt. Wat betekend dit nu eigenlijk, en is dat wel verstandig?

Wat betekend 1 dollar per Wat (1 USD/Watt)?

De maatstaf van 1 dollar per Watt komt voort uit de zonnepanelen industrie. Zonnepanelen hebben een geschatte opbrengst die word uitgedrukt in Watt Peak, of Wp. De Wp output word gehaald as het paneel met zonlicht van een intensiteit van 1000 Watt/m2 wordt beschenen. Een gemiddeld paneel heeft een opbrengst van 150 Wp. De energie brache heeft via een campagne aan de wereld verkondigd dat als Zonnepanelen willen concureren, ze een prijs van 1 USD per Watt of minder moeten hebben. Ga daar maar even mee spelen is hun boodschap, maar is dat fair?
Laten we eerst eens kijken wat dat qua kosten betekend. Is technologie die 1 USD per Watt kost betaalbaar? We betalen tegenwoordig 0,20 USD per kiloWattuur (kWh). Dat betekend dat een 1 USD per Watt paneel zich na 5000 zonne-uren heeft terugverdiend. Dat is haalbaar binnen 4 jaar op zonnige plekken op de wereld. Een terugverdientijd van 4 jaar is niet slecht, de meeste investeringen worden geacht zichzelf te betalen na 3 tot 5 jaar.

Halen Kolencentrales Deze Maatstaf?
We weten dat zonnepanelen vandaag de dag nog te duur zijn, 2 USD per Watt op zijn minst. Maar hoe zit het met een kolencentrale? Die worden namelijk nog steeds gebouwd. Kolen als brandstof genereren warmte ter waarde van 6,67 kWh per kilogram. Een kolencentrale kan 36% van deze warmte omzetten in electriciteit, dus je hebt 420 gram kolen nodig voor 1 kWh. Kolen kosten 26,2 USD per Ton, dus de kosten komen op 0,0109 USD/kWh. Dat is niet duur, maar ook niet gratis (denk ook aan de neveneffecten). De kosten voor de kolen zijn echter niet waar de 1 USD/Watt om gaat, het gaat naturlijk om de centrale.

Neem bijvoorbeeld het Lubmin centrale project in Duitsland. Deze harde kolen centrale zal 1600 MW genereren en 2 Milliard Euro kosten (2,85 Bln USD). Een centrale van 1600 MW genereert 1600000000 Watt per uur. Een simpele deling levert een prijs per Watt op van 1,78 USD. Dat is meer dan de industrie maatstaf!! Kortom, de energie brache heeft boter op het hoofd.

De Werkelijke kosten van Kolen Centrales

Natuurlijk heeft een centrale van 1,78 USD/Watt kolen nodig, dus gerekend met een prijs van 0,0109 USD/kWh is kolen energie goedkoop, maar niet gratis. En dan word geen rekening gehouden met de vervuiling (direct in de vorm van ass en slurry en indirekt door roet en CO2) of arbeids kosten. Dat betekend dat de 1,78 nog wel bijgesteld kan worden.De target van 1 USD/Watt is in ieder geval zinloos.

Geconcentreerd zonligh, het voorbeeld ANDASOL 1

Geconcetreerd zonlicht heeft enorm potentieel. Het gebruikt in principe dezelfde technologie als kolen centrales, maar gebruikt geen kolne maar zonlicht voor de warmteopwekking. De lange termijn kosten van kolen worden dus vervangen door directe kosten van een heleboel spiegels. Laten we het voorbeeld Andasol nemen..

Andasol kost 380 millioen USD, heeft een 50 MW centrale en genereert 182 Millioen kWh per jaar. Dat is niet veel als je berekend dat het een spiegel oppervlak van 549.360 vierkant meter heeft waarmee (bij 2200 kWh/m2/jaar) 1.208.592.000 kWh per jaar zou kunnen worden opgewekt. Hiervan blijft nog altij 241 millioen kWh over als je een efficientie van 20% aannneemt. Kennelijk is de efficientie per m2 maar 15%, maar ik dwaal af..

De prijs per Watt van Andasol komt op 7,6 USD. Dat beteknd dat het de ‘maatstaf’ niet haalt. Hierover zijn twee belangrijke dingen te zeggen:

Ten eerste: De verwacht gebruiksduur van een kolen centrale is meestal 25 jaar (kan meer zijn). De totale kosten van centrale en kolen over deze periode (met alle andere factoren gelijk) zou de productie kosten per kWh op 0,01903 USD brengen. Voor de zonnecentrale is dit 0,01258 USD. Dus uiteindelijk is de zonnecentrale 33% goedkoper. Waarschijnlijk scheelt het meer.

Ten tweede: De kosten van de zonnecentrale lijken niet plausibel. Een vierkante meter spiegel van het soort dat deze centrale gebruikt kost ongeveer 40 USD (hoge schatting). Dat brengt de kosten voor het spiegelveld van 549.360 vierkante meter op 21 Millioen USD. Een stoomturbine van 12 MW is te koop voor 1,4 Milioen USD (Google it), dus 50 MW is the genereren met slechts 5 milioen USD. Dan hou je 354 Millioen USD over voor de rest. Die er niet echt is. Waar blijft die 354 Milioen USD? Als je zou willen vasthouden aan de 1 USD/Watt target dan zou je met 50 Millioen waarschijnlijk genoeg hebben. Met de rechtvaardige 1,78 USD/Watt zou je 89 Millioen te spenderen hebben. Daarmee kun je 2 milljoen vierkante meter spiegel kopen, waarmee je als je er maar 20% uit haalt een 100MW centrale zou kunnen aandrijven! 


Industriele Dominantie en Prijs Afspraken

Er zit een luchtje aan een kolen centrale van 2,86 miljard dollar. Er zit ook een luchtje aan een zonnecentrale met 355 miljoen in overschot. I vermoed dat hier op verschillende manieren de industrie te dominant is en prijs afspraken zijn gemaakt. Het doel is de infasering van zonneenergie ten eerste uit de handen van de burgers te houden, en ten tweede niet tot opbrengst dalingen te laten leiden en ten derde de huidige kolen technologie niet in prijs te laten dalen (wat natuurlijk kan). Ik vermoed prijsafspraken ook omdat is na te gaan dat zonnetrog centales vaak 250 USD/m2 kosten, terwijl de materialen (bij navraag bij de leverancier) 15 USD/M2 kosten.  

Valse Doelstelling

De conclusie mag luiden: 1 USD/Watt is nonsense en enkel bedoeld om de stormachtige opkomst van zonneenergie te ontmoedigen.