Grootschalige energieopslag voor groene energie: dit zijn de opties

  • Algemeen
Grootschalige energieopslag voor groene energie: dit zijn de opties

De komende drie decennia zal het energielandschap in Europa sterk wijzigen. We moeten minder afhankelijk worden van grijze energie en groene energie wordt dan de regel. Tegelijkertijd wijzigt ook de manier waarop ons energiesysteem werkt. Nu werkt ons energiesysteem namelijk vraaggestuurd. Wanneer de vraag naar energie toeneemt, wordt er meer energie geproduceerd. Het nieuwe energiesysteem zal echter aanbodgestuurd werken: wanneer de zon schijnt en de wind waait, zal er veel energie worden geproduceerd. Vraag en aanbod vallen dan niet noodzakelijk samen. Dit maakt de energievoorziening minder constant en voorspelbaar. Grootschalige energieopslag, zoals bijvoorbeeld een thuisaccu dit al op een kleinschalig niveau faciliteert, moet een oplossing bieden.

Stijgende behoefte aan grootschalige energieopslag

Er zijn verschillende redenen waarom grootschalige energieopslag nodig is, maar allen hebben ze te maken met het stijgend aandeel groene energie. Omdat het aandeel duurzame energie alleen zal toenemen, zal het energieaanbod volatieler en onvoorspelbaarder worden. We kunnen namelijk niet kiezen wanneer de wind waait en de zon schijnt. Dit zorgt bovendien voor verschillen per seizoen. Een pluspunt is dat wind- en zonne-energie complementair zijn. In de maanden met veel wind is er weinig zon en omgekeerd. Een nadeel is dat de energievraag tijdens de winterperiode beduidend groter is dan in de zomerperiode.

Daarbovenop krijgt men in de energiesector al eens te maken met de zogenaamde dunkelflaute. Dit is een periode waarin er vrijwel geen groene energie kan worden opgewekt, omdat duisternis en windstilte samen optreden. Zonder grootschalige energieopslag kan zo’n dunkelflaute verregaande gevolgen hebben.

Grootschalige energieopslag is met andere woorden om twee redenen nodig: enerzijds om het verschil tussen vraag en aanbod te overbruggen en anderzijds om de stabiliteit van de energievoorziening te garanderen.

Mogelijkheden voor grootschalige energieopslag

Voor grootschalige energieopslag is het belangrijk dat er voldoende capaciteit kan worden gegenereerd. Daarnaast moeten de verliezen beperkt blijven, moet het economisch haalbaar zijn en moet het mogelijk zijn om snel bij te schalen. Hierdoor zijn lang niet alle theoretische oplossingen in de praktijk even geschikt. We hebben het hier over oplossingen die volgens experts wel haalbaar zijn.

Chemische energieopslag

Bij chemische energieopslag wordt de elektrische energie omgezet in een brandstof die later opnieuw in elektriciteit kan worden omgezet. Voorbeelden hiervan zijn waterstof, ammoniak en methaan. Er lopen verschillende onderzoeken en projecten naar chemische energieopslag. Bij het HyStock Pilotproject wordt bijvoorbeeld ervaring opgedaan omtrent het omzetten van duurzaam opgewekte elektriciteit in waterstof. Deze waterstof kan worden gebruikt om opnieuw elektriciteit op te wekken, maar ook voor bijvoorbeeld mobiliteitsdoeleinden.

Elektrochemische energieopslag

Bij elektrochemische energieopslag maakt men gebruik van elektrochemische batterijen. Het probleem met elektrochemische energieopslag is dat elektrochemische batterijen ontworpen zijn om veel te laden en te ontladen. Tegelijkertijd hebben batterijen last van zelfontlading, waardoor ze voornamelijk voor kortetermijnopslag geschikt zijn. Thuisaccu’s kunnen wel een goede hulp zijn om vraagpieken af te vlakken.

Er lopen enkele interessante proefprojecten naar grootschalige elektrochemische energieopslag. Een voorbeeld hiervan is REDstack. Bij REDstack gebruiken ze duurzame energie om zout water te scheiden in delen met verschillende zoutconcentraties. Wanneer deze zoutconcentraties weer worden samengevoegd, ontstaat er elektriciteit.

Thermische energieopslag

Bij thermische energieopslag verhit men een opslagmedium (power2heat) dat men later opnieuw kan ontladen door er warmte aan te onttrekken (heat2power). In de zomerperiode kan men bij een overaanbod aan duurzame energie bijvoorbeeld warmte in de bodem opslaan om het gedurende de winterperiode aan te wenden. Deze warmte kan ook worden gebruikt om huizen te verwarmen (heat2heat). Een bestaande toepassing is het EnergyNest-systeem. Hierbij wordt warmte in een hiervoor speciaal ontwikkeld soort beton opgeslagen. Deze warmte-energie kan later opnieuw in elektriciteit worden omgezet.

Er zijn ook andere oplossingen mogelijk. Men kan bijvoorbeeld zout smelten en de energie die later tijdens het stollingsproces vrijkomt opnieuw gebruiken. Ook naar dergelijke oplossingen wordt onderzoek gedaan.

Mechanische energieopslag

Bij mechanische energieopslag zet men elektrische energie in kinetische energie om. Deze techniek bestaat in het buitenland al langer en wordt bijvoorbeeld toegepast in de Belgische Spaarbekkencentrale Coo. Bij een energetisch overaanbod wordt water 270 meter hoog opgepompt. Wanneer de vraag stijgt, kan men het waterreservoir laten leeglopen en opnieuw energie opwekken. Het probleem van dergelijke waterkrachtcentrales is dat er veel watervolume nodig is. Een mogelijk alternatief is dan ook CAES of Compressed Air Energy Storage dat hiervoor lucht gebruikt. Hierbij wordt de energie gebruikt om lucht onder hoge druk op te slaan. Bij een tekort aan elektriciteit wordt de lucht losgelaten, wat ervoor zorgt dat de turbines beginnen te draaien.

Veelgestelde vragen omtrent grootschalige energieopslag

De duurzame energietransitie brengt veel uitdagingen met zich mee. Grootschalige energieopslag moet een aantal problemen oplossen, maar de technologie heeft nog een lange weg te gaan. Dat dit vragen oproept, is vanzelfsprekend. Daarom beantwoorden wij een aantal veelgestelde vragen over de grootschalige energieopslag.

Zijn er ook alternatieven voor grootschalige energieopslag?

Er zijn wel degelijk alternatieven. In de eerste plaats kan men bijvoorbeeld vraaggestuurd grijze stroom opwekken om pieken op te vangen. Deze CO2-uitstoot kan vervolgens op andere manieren worden gecompenseerd. Ten tweede kan men trachten om het gebruikspatroon te beïnvloeden. Dit doet men bijvoorbeeld met flexibele tarieven, waarbij energie voordeliger is wanneer de zon volop schijnt. Verbruikers kunnen ook via allerlei subsidies worden aangemoedigd om zelf energie op te slaan met een thuisaccu. Ten derde kan een verregaande energetische interconnectie, bijvoorbeeld tussen Europa en Noord-Afrika, helpen om pieken af te vlakken.

Hoe snel zal energieopslag worden uitgerold?

Dit is afhankelijk van verschillende factoren. Met thuisaccu’s is er al een oplossing voor het opvangen van korte dag- en nachtverschillen. Daarnaast is de technologie van warmtebatterijen al voldoende beschikbaar om het ook op gebouw- en wijkniveau uit te rollen, maar dit wordt nog niet gedaan. Politiek is de wil hiervoor nog niet aanwezig. Op een groter niveau, bijvoorbeeld voor het opvangen van de energiebehoefte van de industrie of de mobiliteitssector, is er dan weer verder onderzoek nodig. Toch is men hoopvol. Bij de VEMW verwachten ze bijvoorbeeld dat grootschalige energieopslag tegen 2050 al een geaggregeerd volume van de helft van de huidige productie zal hebben.

Hoe komt het dat er nog geen grootschalige energieopslagprojecten worden uitgerold?

In de eerste plaats is de technologie nog niet helemaal uitgewerkt. Daarnaast is de noodzaak er nog niet, want het percentage groene energie is nog steeds te klein om te spreken van een aanbodgestuurd energiesysteem. Verder remt de huidige regelgeving de ontwikkeling vaak af. De huidige innovaties lopen eigenlijk al voor op de wettelijke Europese regels. Ten slotte wordt er nu nog vooral gekeken in de richting van alternatieven. De interconnectie en het uitbreiden van het internationale energienetwerk is financieel nog steeds interessanter dan het ontwikkelen van oplossingen voor grootschalige energieopslag.

Zal grootschalige energieopslag ooit financieel haalbaar zijn?

Volgens Agora Energiewende zal grootschalige energieopslag financieel interessant worden eenmaal 70% van de opgewekte elektriciteit groen is. Men benadrukt echter dat dit slechts een grove schatting is. R. Leemburg geeft dan weer aan dat grootschalige energieopslag, in het geval van Power to Hydrogen (P2H2), in 2050 financieel haalbaar kan zijn. Ook dit is louter een schatting. Er is namelijk geen rekening gehouden met mogelijke prijsstijgingen van aardgas, wijzigingen aan het CO2-emissierechtensysteem, nieuwe technologische ontwikkelingen en dergelijke meer.

Welke technieken zijn in Nederland de grootste kanshebbers voor grootschalige energieopslag?

Volgens R. Leemburg maken vooral de Power-to-Gas-technieken het meeste kans in Nederland. Financieel zijn dit volgens hem de meest gunstige opties, onder andere omdat de opslagmogelijkheden al aanwezig zijn. Vooral het opslaan van energie door middel van waterstof en methaan zijn volgens hem de grootste kanshebbers.