Resultaten proefinstallatie

Recente resultaten in de ontwikkelingen op het gebied van Blue Energy

• De oorspronkelijke berekende en gemodelleerde prestaties, gevalideerd door Wetsus en KEMA, worden bereikt met “real world” zoet en zout water op TRL 7.
• De invloed van temperatuur- en zoutconcentraties van de waterstromen moet als belangrijk worden beschouwd.
• De stacks zijn opgeschaald met een factor 1000, van labscale 0,25 m 2 naar 250 m2 pilot schaal.
• Deze opschaling van de membraanstapels van 0,25 m2 tot 250 m2 membraan per stack had geen negatieve invloed op de energie-genererende-efficiëntie, noch per m 3 water noch per m2 membraan, het rendement bleef hetzelfde tijdens de opschaling.
• CFD-modellering laat zien dat verdere opschaling naar 2000 m2 membraan per stack (TRL 8) niet zal leiden tot een verminderde efficiëntie. Dat zal de komende tijd blijken.
• Vervuiling van de waterinlaat wordt voorkomen door speciale waterinlaatapparatuur en coatings.
• Biofouling en scaling in de membraanstapels is onder controle en minimaal; het heeft geen negatieve invloed op de energieopwekkings prestaties dankzij het unieke stackontwerp en de werkingswijze.
• Een langdurige continue werking van de installatie is mogelijk en bewezen.
• Studies van onafhankelijke partijen (bijvoorbeeld Deltares en NIOZ) toonden een minimale ecologische impact van de Blue Energy pilot plant.
• De ecologische impact van een full-scale RED Blue Energy energiecentrale, zelfs in een kwetsbaar ecosysteem als de Waddenzee (UNESCO beschermd gebied), is beoordeeld en als minimaal beschouwd zolang dezelfde ontwerpcriteria worden gebruikt als bij de proeffabriek Afsluitdijk

In meer detail en vooruitblik
In het afgelopen decennium, te beginnen met de bouw van de Blue Energy onderzoeksfaciliteit op de Afsluitdijk in 2013, zijn alle afzonderlijke onderdelen die samen de blauwdruk zullen vormen voor de commerciële toepassing van Blue Energy Power Plants bestudeerd en ontwikkeld.

Na de ingebruikname in 2014 van de installatie is de Reverse ElectroDialysis (RED) technologie – voor het eerst wereldwijd – op relevante schaal getest in een relevante omgeving. De complete technologie, van inname tot levering van de stroom aan het net, is de eerste vier jaar bestudeerd. Ondertussen is de opschaling van de stacks tot het duidzendvoudige in grootte gerealiseerd, van 0,25 m2 membraanoppervlak tot 250 m2 membraan, zonder prestatieverlies.

Er zijn waardevolle lessen geleerd met betrekking tot de vervuiling van het systeem en er zijn effectieve tegenmaatregelen ontwikkeld. Zoals de zogenaamde wedge-wire schermen met een aangroeiwerende coating op het inlaatpunt, om het blokkeren van de inname door de groei van zeepokken te voorkomen en om ook de inname van jonge vissen en larven/eieren van vissen en schaaldieren te voorkomen. En zoals de ontwikkeling van een effectieve combinatie van voorbehandeling met snelle zandfiltratie, luchtstroom als reiniging “in place”, en de toepassing van geprofileerde membranen, om vervuiling van de RED-stacks te voorkomen.

Na het aantonen van de technologische haalbaarheid van de RED-technologie met behulp van natuurlijke wateren, verschoof de focus naar andere stukjes van de puzzel die moesten worden ontwikkeld. Om te anticiperen op een toekomstig milieueffectenonderzoek, dat nodig zou zijn voor een grootschalige RED-installatie, startte REDstack samen met onafhankelijke onderzoekspartners Deltares, Netherland Institute for Sea Research (NIOZ), Wageningen Marine Research en Ziltwater Advies een project. Gericht op de mogelijke effecten van de inname, voorbehandeling en retouirstroom van de gemengde waterstromen op de overleving van kleine organismen zoals zoöplankton en eieren/larven van vissen en schaaldieren. En hoe deze effecten te verminderen. Het resultaat van dit project toonde aan dat wanneer goed ontworpen, de ecologische impact minimaal is, zelfs wanneer een 60 MW full-scale installatie op die locatie Afsluitdijk zou worden geëxploiteerd, dus in gevoelige ecosystemen zoals de Waddenzee (UNESCO Werelderfgoed).

Om de prestaties van het proces op weg naar commerciële toepassing verder te verbeteren, is een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek en ontwikkeling gestoken in het ontwerpen van de optimale procesconfiguratie voor een gelijktijdige hoge vermogensdichtheid (≥1 W/m2) in combinatie met een hoge energie-efficiëntie (≥80% van de technisch mogelijke hoeveelheid). Dit resulteert in een geoptimaliseerde procesconfiguratie in termen van de voedingswater verhouding en verblijftijd voor een configuratie met twee stacks in serie.

Voor de economische haalbaarheid van het proces zijn de productiekosten van de RED-modules cruciaal. Dit vereiste een volledige conversie van het stackontwerp zoals ontwikkeld tijdens de jaren van onderzoek, naar een industrieel ontwerp dat grootschalige geautomatiseerde assemblage mogelijk maakt. Om deze ontwikkeling mogelijk te maken werd het engineering team van REDstack uitgebreid en samen met gerenommeerde partners als Demcon Industrial Systems, BPO en AM-team werd een compleet nieuw industrieel stack ontwerp ontwikkeld, geschikt voor grootschalige geautomatiseerde assemblage. Met het AM-team werd de vloeistofverdeling in de stack geoptimaliseerd met behulp van CFD-modellering voor stacks die tienvoudig in grootte waren opgeschaald, tot 2000 m2 membraanoppervlak. De ontwerpen werden gemaakt voor de benodigde onderdelen, klaar om te worden geproduceerd met behulp van spuitgieten. En het conceptontwerp van het geautomatiseerde assemblagestation voor RED-stacks is ontwikkeld.

Vanaf dit jaar zal REDstack al deze componenten samenbrengen in een volledig industrieel ontwerp om te demonstreren en te bewijzen dat de toepassing van Blue Energy op echte oppervlaktewateren technologisch, ecologisch en economisch haalbaar is.

Binnen een nieuw gefinancierd project wordt de onderzoeksfaciliteit op de Afsluitdijk omgezet in een full-scale pilot, waarin alle afzonderlijke proceseenheden zijn opgenomen die zijn ontwikkeld, toegepast en getest. Vanaf het opschalen en finetunen van de inlaat- en voorbehandelingsmethode om mogelijke negatieve milieueffecten te beperken. En om nog een stap verder te gaan, door de mogelijkheden te onderzoeken om meerwaarde te creëren voor de ecologie. De stacks zullen worden omgebouwd tot industriële proceseenheden, ontworpen met 2000 m2 membraanoppervlak, die de basisbouwsteen vormen voor toekomstige commerciële installaties. Twaalf van deze grootschalige RED-stacks zullen worden geproduceerd in de ontwikkelde assemblage-infrastructuur en zullen worden opgenomen in de pilot. Deze twaalf stacks zullen worden gebruikt om de economische, technische en ecologische haalbaarheid van het proces aan te tonen, waarbij continue Blue Energy wordt geproduceerd.

REDstack, mei 2023