Zon en wind leveren veel duurzame energie, maar vaak teveel of juist te weinig. De energietransitie kan alleen slagen met rendabele opslagsystemen. Batterijen en waterstofdragers zijn daartoe volop in ontwikkeling en die mix krijgt nog een extra optie: een vliegwiel, maar dan één die gebruik maakt van de nieuwste technologie. Het Amerikaanse Boeing tekende voor het prototype, de Nederlandse start-up QuinteQ Energy voor de verdere ontwikkeling en het vermarkten van deze ‘kinetische batterij’.
QuinteQ voegt geavanceerd vliegwiel toe aan de opslagmix
Ietwat teleurgesteld wandelt hij naar de uitgang van het Boeing-gebouw in Seattle: het project voor de ontwikkeling van een kleinschalige windturbine wordt stopgezet. Dat is de uitkomst van de bespreking die hij er in 2016 heeft. Hij kijkt op zijn horloge. Het vliegtuig terug naar Nederland kan hij nog nét halen. Dan wordt er achter hem geroepen. ‘Mister Vosbeek?!’ Een man komt naderbij. ‘U bent Paul Vosbeek? We hebben misschien toch nog iets interessants voor u.’
‘Als die test slaagt, ligt de wereldmarkt open’
Vosbeek kijkt weer op zijn horloge: ‘Ik wil mijn vliegtuig halen.’ Maar nieuwsgierig geworden gaat de ondernemer, op dat moment al een paar jaar actief in innovatieve cleantech, toch mee terug het gebouw in. Naar een laboratoriumruimte waar negen wetenschappers reeds op hem staan te wachten, opgesteld rond een fors, roestvrijstalen vat. Er zit een vliegwiel in, zo krijgt hij uitgelegd. Ontwikkeld voor een militaire toepassing. Helaas heeft het hoger management het budget ervoor verlegd naar het oplossen van een urgent probleem met het Dreamliner-vliegtuig. Dus is het niet iets voor mister Vosbeek om het vliegwiel uit te ontwikkelen en naar de markt te brengen?
Tweeduizend documenten
In het gesprek dat volgt krijgt hij de licentie toegezegd over de IP (bestaande uit ruim tweehonderd internationale patentfamilies, vastgelegd in meer dan tweeduizend documenten vol met tekeningen en berekeningen), te betalen uit de omzet die hij er in de toekomst mee behaalt. Dat hij er in Nederland mee aan de slag wil, wordt toegejuicht. Boeing heeft immers goede zakelijke banden met verschillende Nederlandse overheden en bedrijven, en wil die met deze deal een impuls geven. Natuurlijk, Vosbeek moet nog wel ‘even’ aantonen een betrouwbare partner te zijn die tot die vermarkting in staat is.
Interesse Defensie
Een paar uur later vliegt Vosbeek alsnog terug naar Nederland. Daar weet hij al snel de interesse te wekken van het ministerie van Defensie. De technologie is immers ontwikkeld in de VS, en nog wel door Boeing! Het maakt de weg vrij om het prototype naar Nederland te halen en hier te beproeven onder – Defensie-eigen – zeer zware omstandigheden. Om na te gaan of de technologie robuust genoeg is om bij zeer hoge of lage temperaturen en na ruw transport door militairen snel en eenvoudig ingezet te worden. Om in een militair microgrid van bijvoorbeeld een compound, stroom van zonnecollectoren efficiënter te benutten en zo het dieselverbruik van aggregaten te verlagen. Dat blijkt het geval en die uitkomst geeft voldoende vertrouwen om in Nederland op zoek te gaan naar meer partners voor financiering en het ontwikkel- en testwerk.
Hecht ecosysteem
Op dat moment heeft Vosbeek de VS, waar hij twaalf jaar heeft gewoond, dus net achter zich gelaten, terwijl dat land toch bekend staat om de aanwezigheid van kapitaalkrachtige, risicobereide geldschieters… ‘Zeker in Silicon Valley is er veel belangstelling voor investeren in software. Software die door een handjevol IT’ers al na een paar maanden as a service in de markt kan worden gezet. Hardware ontwikkelen vinden ze echter te lang duren en kost ze te veel geld. Elders in de VS is wel heel veel kapitaal beschikbaar maar zijn de programma’s erg groot, veel meer op het formaat van bedrijven als GE en Lockheed Martin. In Nederland is minder geld voorhanden, maar het ecosysteem van financiers en ontwikkelaars is hechter. Het is hier gemakkelijker iedereen die je nodig hebt bij elkaar te krijgen’, vertelt hij gezeten in een ruime vergaderzaal in een voormalig Akzo-pand op het Arnhemse Industriepark Kleefse Waard.
Award als springplank
Dus richt hij eind 2018 in Nederland QuinteQ Energy op, samen met Wouter Biemans, de huidige cto. Vosbeek is er dan reeds goed in geslaagd de technologie te promoten als een belangrijke schakel in de energietransitie, die steeds meer mensen en organisaties als een (bittere) noodzaak gaan zien. Hij krijgt er begin 2019 de Enpuls Challenge award van Enexis voor. Die onderscheiding blijkt weer een springplank naar Thales Nederland en de kennispartijen Universiteit Twente en Saxion Hogeschool waarmee hij samen een EFRO-subsidie van 1,5 miljoen euro binnenhaalt. Ook komt er geld los van Rabobank, Oost NL en – een paar maanden geleden – van investeerder Aorta. Geld om twee vliegwiel-proto’s mee te ontwikkelen, één voor militaire en één voor civiele toepassing, maar beide om getest te worden in een microgrid.
Schokbreker
‘Een microgrid’, verklaart Margien Storm van Leeuwen, chief commercial officer van QuinteQ en via een laptop op tafel online aanwezig bij het gesprek, ‘is een kleinschalig stroomnetwerk, bijvoorbeeld op een eiland, dat het moet stellen zonder elektriciteit van het vasteland. Juist deze kleinschalige netwerken zijn gevoelig voor uitval van een energiecentrale of andere bronnen. Ons vliegwiel kan dan fungeren als schokbreker, om het netwerk snel en accuraat te stabiliseren bij grote verschillen tussen stroomvraag en -aanbod. Door hoge verbruikspieken deels met de stroom uit de vliegwielen op te vangen, zijn minder dieselaggregaten nodig. Dit scheelt dieselkosten en verlaagt de kans op stroomuitval.’
Vier startmarkten
Storm van Leeuwen wordt door Vosbeek bij zijn onderneming betrokken nadat zij zich in de rol van moderator van een webinar, dat Vosbeek organiseerde, onderscheidt als communicator over de energietransitie en de technologieën die daarvoor nodig zijn. Voor dat webinar, we schrijven inmiddels zomer 2020, heeft hij zijn hele netwerk weten te enthousiasmeren en wel zodanig dat zijn relaties hun eigen relaties ook hadden meegenomen naar de virtuele meeting. ‘We kwamen uit op drie typen microgrids waarin ons vliegwiel, naast andere opslagsystemen als batterijen en waterstofdragers, van toegevoegde waarde zou kunnen zijn’, verhaalt hij. ‘Voor militaire en industriële doeleinden en op eilanden.’ ‘Inmiddels hebben we dit verder geconcretiseerd en richten wij ons op militaire microgrids in extreme condities, e-mobility en logistiek zoals metro’s, trams en treinen, binnenvaarthavens, bedrijventerreinen en op de handel op de elektriciteitsmarkt’, vult Storm van Leeuwen aan.
Stations en havens
‘Metrostations’, licht Vosbeek toe, ‘want elke keer als er een metro vertrekt, ontstaat er een grote piek in de stroomvraag. En dat is ook een plek waar elektrische bussen en taxi’s – nu of binnenkort – zullen moeten worden opgeladen.’ ‘Binnenvaarthavens’, pakt Storm van Leeuwen vanaf het beeldscherm over, ‘omdat laad- en loskranen, vorkheftrucks, vrachtwagens en trekkers voor containeropleggers en ook schepen moeten elektrificeren. Daar komt bij dat vele van deze markten zich bevinden in netcongestiegebieden waar het elektriciteitsnet geen duurzaam opgewekte stroom kan opnemen of geen extra stroom kan leveren. Met de juiste opslagtechnologie kunnen pieken in vraag en aanbod afgevlakt en processen toch geëlektrificeerd worden.’ Of kunnen distributiecentra of bedrijventerreinen met de daken vol zonnepanelen toch hun duurzame elektriciteit kwijt.
Link magazine editie februari 2022 thema Supply-security, dealen met het (volgende) opzweepeffect. Lees Link digitaal of vraag een exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl’
Toeleveranciers
Dit voorjaar wordt het inmiddels geüpgrade prototype van Boeing nogmaals grondig getest door launching customer Defensie, binnen het Fieldlab Smartbase. Als die test slaagt, ligt de wereldmarkt open, aldus Vosbeek. Voor de productie van modules, zoals het vacuümvat waarin het vliegwiel draait, de carbonfiber rotor, de besturing en de motor-generator, heeft hij inmiddels toeleveranciers gevonden. ‘Vooral in Nederland.’ Namen wil hij nu nog niet noemen: ‘Ik denk dat we een deel van onze technologievoorsprong kwijtraken als we nu al onze supplychain prijsgeven’, verklaart Vosbeek, die off the record wel enkele bedrijven opsomt. ‘De besturingssoftware, het assembleren en testen gaan we zelf doen, hier op Kleefse Waard. Een goede plek, want hier zit nog veel meer energietransitie-gerelateerde bedrijvigheid.’
Compact houden
‘Over vijf jaar? We zetten een zeer geavanceerd systeem in de markt met een zeer lage levelized cost of storage. Dus ik hoop dat we dan toe zijn aan het produceren van tientallen systemen op jaarbasis, voor de wereldmarkt.’ Vosbeek wil QuinteQ, dat nu vijf mensen op de loonlijst heeft, in elk geval ‘compact houden’. ‘Dus als de aantallen systemen naar de honderden groeien, wordt het misschien tijd om met een grote systeembouwer in zee te gaan. Maar dat zien we dan wel.’
30 jaar, 350.000 cycli, 1 megawatt
Een traditioneel vliegwiel werkt met een zwaar wiel dat om een as draait. Hoe zwaarder het wiel, hoe meer energie erin opgeslagen wordt. Met een motor-generator wordt de energie erin gestopt en er weer uitgehaald. Zo niet bij het QuinteQ-systeem. Daarin zweeft het compacte carbon wiel in een vacuümvat, volledig wrijvingsloos dankzij ‘magnetische lagering met supergeleidende kristallen’. Het QuinteQ-vliegwiel draait ook vele malen sneller, waarmee een natuurkundige wet wordt benut: wanneer de draaisnelheid twee keer hoger is, is de hoeveelheid opgeslagen kinetische energie kwadratisch hoger. Bij het opladen brengt een elektrische motor-generator het wiel op gang en ontkoppelt dan. In die stand-by status raakt de rotor per uur slechts 0,1 procent van zijn snelheid kwijt, tegen ‘8 tot 20 procent voor een standaard vliegwiel’. Om te ontladen koppelt de generator weer aan en zet al remmend de kinetische energie om in elektrische. ‘Onze visie is een duurzaam systeem te ontwikkelen dat langdurig gebruikt en eenvoudig gerecycled kan worden’, zegt Margien Storm van Leeuwen. In de huidige uitvoering kan het vliegwiel 30 jaar lang – 350.000 cycli – vrijwel onderhoudsvrij draaien. Het is de bedoeling een aantal vliegwielen te integreren in een standaard zeecontainer, in een opslagsysteem goed voor een vermogen van 1 megawatt of meer.
2 reacties
CCM in Nuen is al meer dan 30 jaar geleden begonnen met energie-opslag in vliegwielen en het is nog steeds niet van de grond gekomen. De energiedichtheid (kWh/kg) is bijzonder laag, dan wint een gewone Li-ion batterij het al gauw. Zeker voor mobile toepassing in een militair compound niet realistisch..
Hey Tom – aangezien jij interesse in het onderwerp hebt praten we je graag een keer bij over de state-of-the-art van vliegwielen nu vs 30 jaar geleden. Het vliegwiel is met name interessant voor situaties waar grote vermogenspieken met grote regelmaat plaatsvinden. Vanwege het hoge aantal cycli van het QuinteQ vliegwiel (>350k) tov de Li-ion batterij (5k-10k) kun je de business case beter definiëren op basis van inzet dan kWh/kg. Hoe dan ook, dank voor je reactie en zoals gezegd, wij praten je graag bij. Groet, Paul Vosbeek