Achtergrondstory thema grootschalige opwek en opslag van energie
Omdat we af willen van fossiele brandstoffen, wordt er steeds meer geïnvesteerd in het opwekken van energie zoals wind- en zonne-energie. Tegelijkertijd gebruiken we ook steeds meer energie, denk aan de groei van datacenters en elektrisch oplaadbare auto’s. Een mooie ontwikkeling die sneller verloopt dan waar we op voorbereid waren. Ons elektriciteitsnet kan de exponentiële toename in vraag en aanbod van energie helemaal niet aan. Die overbelasting noemen we netcongestie. Het Energie & Klimaatprogramma ging over dit thema in gesprek met Stedin. Verder worden in dit artikel vier mogelijke oplossingen uitgelicht die in de regio Zuid-Holland ontwikkeld worden.
Ons stroomnet zit vol, terwijl we steeds meer stroom nodig hebben
Diederik Kuipers, Adviseur Innovatie bij Stedin: ‘Netcongestie is filevorming op het elektriciteitsnet. Een aantal jaar terug waren het stroomaanbod en de stroomvraag veel beter voorspelbaar. Het net was toereikend en de kabels dik genoeg. Nu we te maken hebben met weersafhankelijke wind- en zonne-energie, decentrale opwek, meer en meer elektrische apparaten en vervoersmiddelen; zitten we op veel plekken in Nederland al aan de maximum capaciteit voor opwek en afname. Dit heeft heftige consequenties. We moeten nu bijvoorbeeld nee zeggen tegen nieuwe aansluitingen van scholen of zorginstellingen, maar ook tegen duurzame initiatieven om zonnepanelen te plaatsen.’ Niek Haasnoot, Adviseur Innovatie bij Stedin: ‘In eerste instantie moeten we zo snel mogelijk de infrastructuur verzwaren. Dit gaat helaas niet snel genoeg. Er is veel ruimte en personeel voor nodig, beiden zijn schaars, het vraagt forse investeringen en kost jaren. We moeten dus ook kijken naar andere innovatieve oplossingen die passen bij de energietransitie waar we nu inzitten.’
Kuipers: ‘Met congestiemanagement proberen we de belasting op het net beter te verdelen. Op een moment dat het net vol zit, kan dan bijvoorbeeld niet terug geleverd worden. We zoeken waar de flexibiliteit zit, maar dat alleen is niet genoeg. We proberen niet alleen te denken als netbeheerders, maar zijn onze rol aan het veranderen. Zo zoeken we ook steeds vaker de toezichthouder op om mee in gesprek te gaan.’ Haasnoot: ‘De energiewetgeving stamt nog uit 1998 en werkt op basis van een first come, first serve principe. Dit betekent dat we geen voorrang kunnen geven aan afnemers die het het hardst nodig hebben of meer maatschappelijke impact hebben.’
‘Gelukkig komt er nieuwe wetgeving aan die beter past bij de energietransitie’, zegt Kuipers. Hiermee wordt het ook mogelijk om zowel wind, zon en opslag op dezelfde aansluiting te plaatsen (cable pooling).’ Haasnoot: ‘We moeten nu dus ook al kijken naar een systeem met verschillende energiedragers en slimme uitwisseling om energie in moleculenvorm op te slaan. We gaan graag met bedrijven in gesprek over nieuwe oplossingen als batterijtechnologie, smart energy homes, energiecollectieven en waterstof. Samen zullen we moeten verkennen hoe we de puzzel moeten leggen.’
Waterstof als opslag voor elektriciteit
Waterstof is geen energiebron, maar kan een energiedrager zijn: een stof waarin energie is opgeslagen, die kan worden omgezet in elektriciteit of als gas kan worden verbrand. Groene waterstof wordt gemaakt door water, via elektrolyse met groene stroom opgewekt door bijvoorbeeld windmolens of zonnepanelen, te splitsen in waterstof en zuurstof. Er komt dan geen CO2 vrij. HyER Power ontwikkelt de HyER Power Plant, hierdoor kan een gebouw als mini-energiecentrale worden ingezet en in (zijn eigen) stroom en warmte voorzien. Dit voorkomt belasting op het net. Zowel de opwek, opslag als het gebruik zijn namelijk lokaal geregeld.
Saul Oost, eigenaar van HyER Power: ‘Overschotten aan duurzame energie worden omgezet in waterstof. Met een brandstofcel zetten we deze waterstof vervolgens lokaal om in elektriciteit en warmte. Die elektriciteit wordt gebruikt om een warmtepomp in gang te zetten. Met de extra geproduceerde warmte kan het gebouw verwarmd worden en elektriciteit geleverd worden op momenten dat er geen zon schijnt of wind is. Eventueel kan er ook elektriciteit terug geleverd worden aan het net als dat nodig is.’
Oost: ‘We hebben onze technologie nu voor één type gebouw aangetoond, maar er zijn testen nodig om de technologie te demonstreren en op te schalen.’ Peter van Hooft, Fieldlab Industrial Electrification (FLIE): ‘Energieopslag en omzetting zijn voor ons belangrijke thema’s. FLIE biedt de mogelijkheid om deze technologieën samen met potentiële eindgebruikers te demonstreren. Ik ga graag met HyER Power in gesprek om te onderzoeken of onze pilotlocatie een oplossing kan zijn om de technologie verder te valideren.’
Elektriciteit veilig bufferen in batterijen
Batterijen kunnen energie elektrochemisch opslaan en zo pieken in duurzame opwek opvangen. Gebruikers met een eigen batterij zouden zelfs mogelijk hun eigen aansluiting op het net kunnen verkleinen. Hoewel Li-ionbatterijen steeds goedkoper worden, zijn de prijzen nog steeds hoog en is er een veiligheidsrisico. Daarnaast ben je bij het produceren afhankelijk van kritieke grondstoffen, waarvan de aanvoer in gedrang kan komen. Exergy Storage is bezig met de ontwikkeling van een batterij met zout als basis.
Gert Jan Jongerden, oprichter van Exergy Storage: ‘Het gebruik van zout heeft een hoop voordelen. Het is een grondstof die goed verkrijgbaar is. Daardoor verklein je je afhankelijkheid en is de prijs velen malen lager te houden. Daarnaast is zout als basis veiliger en makkelijker te recyclen. We zijn nu bezig met een prototype thuisbatterij die je veilig in je huis kan plaatsen. Zo’n thuisbatterij heeft een forse energiecapaciteit van circa 16 kWh. Ook is het mogelijk om containers met meerdere packs batterijen te vullen. Een 20-voets container kan dan tot wel 250 kWh leveren. Deze zijn interessant voor veel verschillende marktsegmenten, bijvoorbeeld de industrie, woonwijken, bedrijventerreinen en de bouwsector.’
Microgrids: energie lokaal opwekken en gebruiken
Al ruim honderd jaar vormt wisselspanning (AC) de basis van ons elektriciteitssysteem. Door decentrale opwek en gebruik van autoaccu’s en zonnepanelen krijgen we steeds meer te maken met gelijkspanningstechnologieën (DC). Daarbij heeft DC een aantal voordelen boven AC. Zo zijn de materiaalkosten lager en is er minder onderhoud nodig. Helaas zijn er nog wel een aantal knelpunten om DC-netten succesvol in te voeren. Het hele systeem is namelijk ingericht op AC.
DC Opportunities werkt aan de ontwikkeling van DC-microgrids. Oprichter Laurens Mackay: ‘Een microgrid hoeft niet aangesloten te worden op het net. De energie die lokaal opgewekt wordt, kan direct gebruikt worden om energie te leveren. Denk bijvoorbeeld aan een wagenpark, waarbij de auto’s overdag opgeladen kunnen worden door zonnepanelen op het dak van de garage. De uitdaging zit hem erin dat we tegelijk heel veel verschillende onderdelen moeten ontwikkelen en op elkaar af moeten stemmen. Daarbij heb je te maken met veel verschillende systemen, apparaten en klanten. Iedereen wil graag eerst een werkend geheel zien, maar dat kan niet. Het is een kip ei verhaal.’ Peter van Hooft, FLIE: ‘Dit probleem zien we vaker. Innoveren vereist durf. We roepen bedrijven op om iets prijs te geven van hun eigen bedrijfsinformatie om samen te kunnen werken. Alleen op die manier kunnen we een systeemverandering doorvoeren.’
De systeemoplossing: gedeeld eigenaarschap
Een disruptieve oplossing die mogelijk nog wat verder in de toekomst ligt is die van stichting 2Tokens. Jos Röling deelt zijn visie op een nieuwe manier van energiehandel die wordt gefaciliteerd door de blockchain: programmable energy. Röling: ‘Als je energie tokeniseerd kun je het uitwisselen op een moment van de dag met een daarbij behorende prijs. Je kunt eigenaarschap delen waarbij je niet krijgt uitgekeerd in geld, maar in kWh-opbrengst. Zo kun je energiehandel tussen consumenten faciliteren. De buurman wekt energie op, die jij verbruikt. Handig als je bijvoorbeeld in een monumentaal pand woont waar geen zonnepanelen geplaatst mogen worden.’
Grootste probleem van deze oplossing is dat het ons hele systeem beïnvloedt en het nogal wat vraagt om bijvoorbeeld wetgeving aan te passen. Ook zul je over de grenzen heen moeten kijken. Dat is de reden dat 2Tokens met internationale partijen samen oplossingen ontwikkelt. Röling: ‘Je hebt in Nederland zowel met toezicht vanuit de AFM als ACM te maken. Die zullen hun regels moeten herzien om een systeem als dit te kunnen faciliteren.’ Toch is het idee niet geheel ondenkbaar. Op kleine schaal wordt in pilots al getest. Röling: ‘We zijn nu in een pilot aan het verkennen hoe je bijvoorbeeld kunt garanderen dat er geen fraude plaatsvindt. Waar moet je aan denken bij de bouw, hoe kun je opbrengst voorspellen en eerlijk verdelen?’
Over het Energie & Klimaatprogramma
Het innovatieprogramma Energie & Klimaat is een initiatief van de provincie Zuid-Holland, MRDH, TNO en InnovationQuarter om te werken aan de energietransitie. Vanwege het netwerk en de aanwezige kennis, is het Fieldlab Industrial Electrification benoemd als kernfieldlab binnen dit programma. Samen stimuleren we projecten die met duurzame innovatieve oplossingen komen, onder andere rondom netcongestie. Bovenstaande oplossingen zijn slechts enkele voorbeelden van oplossingen en projecten. In het E&K projectenoverzicht vind je meer projecten op dit thema.
