Globale kragkrisis stimuleer innovasie

Gepubliseer: 3 Julie 2023

716
Karina Muller,
SA Graan/Grain-medewerker

Produsente landswyd is dit eens dat dit die moeite werd is om alternatiewe bronne van elektrisiteit in te span – ongeag van die grootte van die boerdery of tipe opwekkingstelsel.

Dit is egter noodsaaklik om vooraf deeglike navorsing te doen en nie die eerste voorstel vir ’n kragoplossing goedsmoeds te aanvaar nie. Hierdie waardevolle raad het na vore gekom in Landbouweekblad se Gee my krag!-webinaarreeks wat aan die einde van verlede jaar aangebied is. Swaargewigte soos André de Ruyter (voormalige uit­voerende hoof van Eskom), Harold Burgess (besturende direkteur van Dabar Energy) en Johan de Vos (energiekenner en voorsitter van Gigajoule International) asook vooraanstaande produsente het aan die reeks deelgeneem.

Elektrisiteitsverbruikers wat alternatiewe bronne oorweeg, kan onder meer kies tussen sonkrag en windkrag met of sonder ’n gekoppelde batterystelsel. ’n Oplossing waarin verskeie produsente asook groot maatskappye deesdae belê, is egter hidrokrag wat deur hidrokragturbines opgewek word.

Al wat so ’n turbine benodig, is vloeiende water en druk van hoër as 4 m, vertel Ian de Jager, meganiese ingenieur en besturende direkteur van I & F Engineering­ wat reeds vanaf 2008 projekte van hierdie aard van stapel stuur.

Dié onderneming tree sedert 2017 op as agent vir Ossberger, ’n Duitse maatskappy wat elke turbine volgens behoefte ontwerp en na Suid-Afrika verskeep. Hierdie proses neem ongeveer agt maande. Die turbines word uit staal gesweis en met individuele ge­standaardiseerde komponente opgebou.

Ossberger het die eerste turbine van dié aard reeds in 1922 gepatenteer. Dit was die breinkind van Australiese uitvinder Anthony Mitchell en die Duitse entrepreneur Fritz Ossberger.

Die Tischbach- hidro-elektriese aanleg by Bergün in Switserland is sowat drie jaar gelede in bedryf gestel. Dit gebruik water uit ’n bestaande toevoerlyn en wek skoon elektrisiteit vir sowat 120 vierpersoonhuishoudings op. Hierdie hidrokragturbine produseer 550 000 kWh (kilowatt-ure) omgewingsvriendelike energie per jaar.

Doeltreffend
Die doeltreffendheid van die vloeiturbines word op sowat 85% gewaarborg. Die kapasiteitsfaktor – dit wil sê die persentasie van die jaar waartydens piekenergie opgewek kan word – hang af van die konstante vloei van water. In hidrokrag se geval beloop dit tussen 70% en 90% teenoor dié van sonkrag (25%) en windkrag (23%).

Water vloei deur die turbine en dryf die turbine­lemme en dan ook die generator aan wat in die proses elektrisiteit opwek. Kinetiese energie word gevolglik in elektriese energie omgeskakel. Die water word terug in die stroom of rivier vrygelaat. ’n Watergebruikslisensie moet van die Departement Waterwese bekom word. Hiermee help De Jager en sy span ook.

Voordat ’n turbinestelsel geïnstalleer word, word ’n omgewingsimpakstudie onderneem en ’n spesialis- akwatiese studie word gedoen.

De Jager vertel dat die meeste van hul klante produsente is wat selfvoorsienend wil wees. Daar is egter ook produsente wat met die hulp van beleggers grootskaalse aanlegte oprig en krag aan groot nywerhede verkoop.

Hoewel navrae van so ver as Zambië en Zimbabwe vir hidrokragturbines ontvang word, sê De Jager dat die oorgrote meerderheid van hul suksesvolle projekte in Suid-Afrika geleë is.

’n Hidrokragturbinestelsel wat 1 MW elektrisiteit kan opwek, kos tussen R30 miljoen en R40 miljoen.

Hidrokragstelsels het die bykomende voordeel dat dit nie aan batterye gekoppel hoef te word om elektrisiteit vir latere gebruik te bank nie. Die turbine beheer die watervloei volgens die verbruiker se behoefte. Indien die turbinestelsel aan die nasionale kragnetwerk gekoppel is, kan die onbenutte elektrisiteit ook verkoop word.

Die L’Ormarins-wynlandgoed by Franschhoek het ook ’n hidrokragturbine geïnstalleer. Water vir die turbine vloei oor ’n hoogte van 300 m en ’n afstand van 1,2 km om 2,3 MW hidrokrag op te wek. Die landgoed het dus vir sowat agt maande groen energie wat hulle vir die droë seisoen bank deur dit in die Eskom-netwerk te voer. Hier in hulle turbinekamer is Ian de Jager (I & F Engineering), Ralf Kalwa (wat die omgewingsimpakstudie onderneem het), Joseph Boonsaaier (L’Ormarins) en dr Andrew Deacon (akwatiese spesialis).
Wayne Malherbe (siviele kontrakteur, links) en Michael Vermaak van Cookhouse staan hier by die hidrokrag­turbine wat op Vermaak se grond in aanbou is. Water wat deur die turbine gaan, sal ’n val van 20 m hê en teen 2 500 liter/sekonde vloei.

Meer lonend
Michael Vermaak van Cookhouse in die Oos-Kaap is tans besig om sy derde hidrokragturbine te installeer. Die krag wat opgewek word, is vir sy eie verbruik. Hy doen veral besproeiing op sy kontantge­wasse en het ook ’n melkery. Hy sê geen ander manier van kragopwekking is meer lonend as hidrokrag nie.

Vermaak het die geld wat hy in die eerste stelsel belê het, binne sewe jaar teruggekry. Die tweede stelsel het ditself binne drie jaar afbetaal.

Figuur 1: Komponente van ’n hidrokragstelsel.

Berekenings
Japie Marais wat langs die Visrivier buite Cradock boer, se eerste hidrokragturbine behoort teen Oktober vanjaar in werking te wees. Volgens sy berekenings – wat hy as konserwatief beskou – is sy terugbetaalpe­riode sowat tien jaar. Tans kry hy elektrisiteit regstreeks van Eskom.

“Ons het op ’n 6%-verhoging per jaar van Eskom gewerk en in die eerste drie jaar sal ons paaiement hoër as ons Eskom-rekening wees. Reeds teen die vyfde jaar sal dit laer as ons verwagte Eskom-rekening wees.”

Marais sê hierdie berekening het nie die verlies aan inkomste as gevolg van beurtkrag ingesluit nie. “Wanneer ons die ton per hektaar mielies inwerk wat ons weens beurkrag verloor, maak ons berekenings net nog meer sin. Die twee risiko’s in ons boerdery is water en elektrisiteit. Ons kan nie veel aan die water doen nie, maar krag kan ons opwek. Verder het ons ’n vergelyking tussen hidrokrag en sonkrag gedoen en hidrokrag het loshande gewen.”

Met die wêreldwye energiekrisis in volle swang, kom innoverende planne daagliks na vore. Die wind­turbine soos ons dit ken, mag moontlik ook binnekort tot ’n vorige generasie behoort.

Nuwegenerasie-wind­energie­turbine
Die tydskrif Forbes het vroeër vanjaar oor Wingardium se nuwegenerasie-windenergieturbine berig. Van die turbines is reeds in werking in lande soos die VSA, Israel en Brasilië. Tans word ’n 8 MW-turbine ook in Nederland opgerig.

Hierdie turbine, wat soos ’n multiverdiepinggebou lyk, word as rewolusionêr beskou, grootliks weens die vertikale sikloonasturbine wat beide elektrisiteit en waterstof kan produseer. Die gelyktydige produksie van twee vorme van energie verseker ’n konstante uitset, ongeag van die windsnelheid.

Hoewel ’n groot Wingardium-turbine tans sowat €20 miljoen tot €30 miljoen beloop, het dit ’n lewensduur van tot 45 jaar en word dit uit herwinde materiaal vervaardig.

’n Plaaslike kenner met wie SA Graan/Grain gesels het, sê hierdie tipe produk wink reeds op die Suid-Afrikaanse horison, hoewel daar nog nie daarvan in die land is nie.

Hy meen nog groot voordele van die nuwegenerasie-wind­turbine is die feit dat dit voëllewe beskerm, esteties is en ook dat dit stiller loop as die windturbines wat tans in die land gebruik word.

Nog ’n manier om die energiekrisis aan te pak, is deur na bergingskapasiteit te kyk, veral om die onderbroke aard van alternatiewe energiebronne soos son en wind te troef.

Hibriede superkapasitor
Kenners meen die hibriede superkapasitor kan ’n wenner in Suid-Afrika wees en selfs die litiumbattery onttroon. Waar ’n litiumbattery se lewensduur sowat 6 000 siklusse is, is dié van ’n hibriede superkapasitor 20 000. Benewens ’n klein voetspoor op die omge­wing, ontplof dit nie en veroorsaak dit nie die gepaardgaande brande nie, wat dit besonder gunstig vir gebruik op plase maak.

Verdere voordele van hibriede superkapasitors sluit koste­besparing en operasionele doeltreffendheid in.

Adeux Energy is die eksklusiewe verspreider van die Amerikaanse maatskappy, Energetica Global, se hibriede super­kapasitor in Afrika en Mauritius. André Fourie, medehoof- uitvoe­rende beampte by Adeux Energy, sê hibriede superkapasitors is op die voorpunt van energiebergingsinnovering.

Fourie sê verder dat hibriede superkapasitors energie vanaf hernubare bronne, soos sonpanele of windturbines, doeltreffend kan stoor en gevolglik stabiele en betroubare elektrisi­teitsvoorsiening vir besproeiingstelsels, veeboerdery en ander landboutoerusting kan verseker. “Deur hibriede superkapasitors te gebruik, kan produsente die benutting van hernubare energie maksimaliseer en gevolglik minder op fossielbrandstowwe aangewys wees én boonop koolstofemissie beperk.”

Dit neem sowat drie tot vier maande vir ’n hibriede superkapasitor om in die VSA volgens die spesifieke klant se behoefte aanmekaargesit en na Suid-Afrika verskeep te word. Die hele stelsel word in ’n verskepingshouer gebou en kan feitlik net op ’n voorbereide terrein neergesit en gekoppel word wanneer dit op die plaas aankom.

Fourie sê hulle het “huur om te besit”-opsies beskikbaar waar produsente die stelsel binne 60 maande kan afbetaal.

’n Voorbeeld van een van die opsies waarop ’n hibriede superkapasitor gebruik kan word – gekoppel aan beide sonpanele en windturbines.

Michael Vermaak van Cookhouse in die Oos-Kaap se derde hidrokragturbine word geïnstalleer.

Sandbattery
Dan is daar ook die sogenaamde sandbattery. Die eerste “battery” van dié aard is verlede jaar in Kankaanpää, sowat 230 km van Helsinki in Finland, bekendgestel. Dit bestaan uit ’n 7 meter hoë staalsilo gevul met 100 ton sand.

Warm lug wat deur pype geblaas word, verhit die sand deur weerstandbiedende verhitting tot nagenoeg 600 ᵒC. Die sand kan dan dié hitte vir maande stoor en dit kan gedurende die winter gebruik word om huise te verwarm. Dit kan tot soveel as 8 MWh (megawatt-ure) se energie stoor wat die kapasiteit van ’n netwerk-grootte litiumbattery is.

Japie Marais wat langs die Visrivier buite Cradock boer, se eerste hidrokragturbine behoort teen Oktober vanjaar in werking te wees.

Gekonsentreerde sonkrag
Nog ’n nuwe benadering in die strewe na nuwegenerasie- volhoubare energie, is gekonsentreerde sonkrag. Die Chemiese Genootskap van die VSA het in Mei vanjaar berig dat energietegnologie van die volgende generasie uit materiaal soos klippe gebou kan word. Hoewel hierdie navorsing nog in sy kinderskoene is, is daar gevind dat sekere soorte seepsteen en granietmonsters uit Tanzanië baie geskik is om hitte van die son te stoor en selfs teen hoë temperature stabiliteit te verseker.

Oorweeg voor jy koop
Wil jy graag selfvoorsienend wees en nie jou boerdery onderwerp aan beurtkragimplikasies en hoë elektrisiteitskoste nie? Hier is enkele oorwegings om in gedagte te hou wanneer jy beoog om die roete van alternatiewe energie te stap.

  • Waar jy woon speel ’n rol in watter volhoubare-energie­stelsel jy uiteindelik sal kies. Wil jy geheel en al onafhanklik van die elektrisiteitsnetwerk wees? Dink jy dalk aan ’n hibriede stelsel?
  • Kyk na jou spesifieke behoeftes en vra vrae soos: Watter tipe boerdery het jy? Is daar ’n abattoir op die plaas? Is daar seisoenale bedrywighede, soos ’n pakhuis? Is daar ’n fabriek op die plaas?
  • Hoe doeltreffend word krag op jou plaas verbruik?
  • Meet jy ooit jou kragverbruik?
  • Waaraan is jou behoefte die grootste? Energiesekerheid, die beperking van energiekoste of beide?
  • Wat is die energierisiko’s in jou boerdery?
  • Doen jou huiswerk deeglik en vind alles uit oor alter­natiewe energie, aangesien die koste van stelsels, die installasie en instandhouding daarvan ’n belangrike rol speel.
  • Wie is jou elektrisiteitsverskaffer? Eskom of die munisipali­teit? In geval van laasgenoemde – hoe goed word die munisipaliteit bestuur?
  • Teen watter tariefstruktuur koop jou boerdery krag?
  • Watter alternatiewe energiebronne, byvoorbeeld paraf­fien, gas of kragopwekkers, gebruik jy reeds op jou plaas? Hoe integreer jy die verskillende kragbronne?
  • Beoog jy om ’n windturbine te installeer? Waar jy dit oprig, hang af daarvan of daar obstruksies in die pad van die wind is. Jy het moontlik toestemming van jou plaaslike owerheid nodig om dit naby ’n voorstedelike gebied op te rig.
  • In die geval van hidrokrag is toestemming van die Departement van Waterwese nodig.
  • Hou die omgewing in gedagte. Sekere tipes batterye kan ontplof en tot veldbrande en beserings lei. So ook kan windturbines voëllewe bedreig. Dink ook hoe loodsuur- en litiumbatterye aan die einde van hul leeftyd op ’n verantwoordelike wyse herbenut kan word.