Energie-opslag, problems, problems?

In gesprekken over de energietransitie krijg ik vaak te horen dat het niet kan. Het zou te duur zijn en het zou te veel subsidie kosten of te veel inkomstenderving geven voor de fiscus. Het meest gehoorde argument is echter dat we geen energie kunnen opslaan, dus wat te doen als de zon niet schijnt en de wind niet waait?

Dit soort bezwaren doen me denken aan de 90-er jaren toen ik als milieuadviseur regelmatig in Oost Europese landen kwam. Bij elke suggestie voor een oplossing bedachten de lokale mensen minstens tien problemen als uitvluchten om niets te hoeven doen. Onze West Europese filosofie dat problemen als uitdaging opgevat moesten worden, kwam niet over. Het “Problems, problems doctor Blok” gonst nog af en toe nog ‘s nachts door mijn hoofd als ik zwaar getafeld heb. Nu wij hier ook voor een grote verandering staan, roept dat ook hier vergelijkbare weerstand op. Na het ontkennen van het klimaatprobleem volgt de fase van bezwaren maken. Het is de hoogste tijd dat we de uitdaging aangaan en stoppen met mauwen.

Zo gaan, ongetwijfeld aangewakkerd door de dinosaurussen binnen de fossiele energiesector, over de opslag van energie de wildste verhalen rond als excuus om maar niet te hard van stapel te lopen.

Laten we eerst eens stilstaan bij de huidige situatie. Nederland gebruikt per jaar afgerond 100 miljard kWh en dat is gemiddeld 0,27 miljard kWh per dag. Maar dag of nacht scheelt een factor 3 en in de winter gebruiken we 10 à 15 % meer dan in de zomer. De centrales moeten bij elkaar kunnen garanderen dat ze ook het maximale gebruik kunnen leveren en daarom staat er een capaciteit opgesteld van 33.000 MW zodat per dag 0,79 miljard kWh geleverd kan worden. Geen energie-opslag maar een enorme overcapaciteit van 3 keer het gemiddelde vanwege de piekvraag. Het gebruik van niet regelbare kolencentrales voor deze wisselende vraag is nogal absurd, maar die inefficiëntie zat tot voor kort nog in de tarieven verdisconteerd zonder dat er iemand over klaagde.

Indien we in staat zouden zijn de vraag te reguleren en af te vlakken zouden we dus met veel minder centrales toe kunnen en dus goedkoper uit zijn. Het gebruik van LED verlichting in winkels, bedrijven en kantoren kan al een behoorlijke afvlakking geven. Daarnaast is er met slimme netwerken en energiemanagement ook heel wat afvlakking te bereiken. Het afvlakken van de dagelijkse piekvraag gebeurt echter ook door zonne-energie. Dat is in ons land nu nog maar weinig want zonne-energie draagt op jaarbasis nog slechts voor 1 % bij. Maar in de zomer kan dat al een afvlakking van piekbelasting geven van ca 5 % en als de groei doorzet kan dat over tien jaar al tot 30 % oplopen. Onze Oosterburen zitten al op 7 % zonne-energie op jaarbasis en daar is de afvlakking van dagelijkse pieken al een serieuze zaak. Die afvlakking is welkom en geen probleem mits het netwerk over een groot gebied wordt geïntegreerd. Op lokaal niveau kunnen pieken van zonnestroom het net overbelasten. Daarvoor zullen we dan op termijn accu’s moeten inzetten, maar voorlopig is het in ons land nog helemaal niet zo ver. Het grootste probleem nu is overcapaciteit voor de oubollige kolencentrales die tijdens de piekuren geen hoge tarieven meer kunnen vragen. Omdat die installaties niet regelbaar zijn, draaien ze soms voor Jan met de korte achternaam en dumpen ze de energie op de markt tegen extreem lage prijzen. Het effect is dat ook de gemiddelde prijzen voor stroom er door verlaagd worden.

Mocht het op termijn, bijvoorbeeld over tien jaar, wel wenselijk worden om accu’s in te zetten dan kan dat. Een huishouden met een verbruik van 10 kWh per dag kan met een accupakket van een elektrische auto tot 7 dagen opslaan. De prijs van die accu’s zal de komende jaren snel dalen. Tegen die tijd dat de wisselvalligheid echt een probleem gaat worden, staan er al overal elektrische auto’s voor de deur en zijn er ook volop losse accu’s voor dit doel beschikbaar en ook goed betaalbaar. Met 8 miljoen elektrische auto’s en 35 kWh opslagcapaciteit per stuk, kunnen we al het gemiddelde verbruik van het hele land voor een dag opslaan. Die accu’s komen er vanzelf, we moeten alleen de buffering via laden en ontladen een beetje slim regelen.

In de winter draagt de zon in onze regio niet bij aan de afvlakking van het hogere verbruik., maar het aanbod van windenergie is in de winter wel groter dan in de zomer zodat dit ook al een afvlakking geeft, maar dat is niet altijd voldoende. In Duitsland, Portugal, Denemarken, Schotland komt het nu al af en toe voor dat vrijwel alle stroom door windturbines geleverd wordt. Dat is dan een probleem voor de niet regelbare kolencentrales. Zij dumpen dan hun stroom zelfs tegen negatieve prijzen en klagen ach en wee. Maar er zijn ook dagen zonder wind. Gemiddeld zelfs een stuk of 20 per jaar. Tot nu toe levert dat nog geen grote problemen omdat er in het grotere Europese netwerk nog altijd kolencentrales en gascentrales zijn en bovendien centrales op kernenergie en waterkracht. Kolencentrales en kerncentrales zullen in de komende jaren verdwijnen. Uiteraard zullen we tot op middellange termijn nog gascentrales achter de hand hebben om de windstille dagen te verzorgen. Het opstarten daarvan duurt echter een paar uur en als we niet van te voren weten of het over een paar uur nog waait, moeten we voor die korte tijd snel even iets anders hebben.

Voor die snelle levering gedurende relatief korte tijd zijn er verschillende soorten accu’s in ontwikkeling. De technologie voor grootschalige energieopslag ontwikkelt zich razend snel. Het meest veelbelovend zijn de vanadium redox flow cell accu’s. Die zijn goedkoper dan de Li-ion accu’s, gaan veel langer mee en zijn uitermate geschikt voor levering van enkele honderden tot duizenden kWh. In het ergste geval zouden we verspreid in het netwerk per postcodegebied van 4 cijfers een paar van die grote flow accu’s moeten installeren om pieken en dalen op te vangen. De technologie is bewezen en wordt door opschaling naar verwachting snel volwassen en goedkoper.

Bij windturbines wordt er overigens altijd al rekening mee gehouden dat de volle capaciteit niet het hele jaar benut kan worden. Ook hier is eigenlijk 3 keer zo veel maximaal vermogen nodig als het gemiddelde gebruik, maar in tegenstelling tot kolencentrales is de productie van windparken goed regelbaar. Door meer of minder turbines stil te zetten kan de productie redelijk goed aangepast worden aan de vraag. Ik ken mensen die boos worden als ze windturbines zien die met hun belastingcenten gebouwd zijn en dan niet draaien, maar dat stuk inefficiëntie zit gewoon in de gemiddelde prijs voor de stroom verdisconteerd. Pas als de gas, kolen en kerncentrales allemaal dicht zijn en alle variaties ongunstig samenvallen, dus maximale vraag en geen wind en geen zon, hebben we echt een probleem. Gelukkig kunnen alle Europese waterkracht centrales en stuwmeren in totaal ongeveer 18 dagen gemiddeld stroomverbruik voor alle lidstaten leveren en omdat dat zelden aan één stuk nodig zal zijn, is dat voldoende. Zodra het netwerk van hoogspanningsleidingen voldoende uitgebreid is, hebben we die buffer ook beschikbaar.

Tegen de tijd dat we gas en kolen helemaal hebben vervangen, zijn er ook nog een paar andere oplossingen beschikbaar die nu nog in ontwikkeling zijn. Allereerst kan het netwerk verder uitgebreid worden naar Noord Afrikaanse landen waar op termijn extreem grote zonnecentrales worden gebouwd en de zon elke dag schijnt. Dag-nacht fluctuaties worden voor een groot deel opgevangen in gigantische tanks met zout via de faseovergang van vast naar vloeibaar. In die landen moet dan een groot deel van de zonne-energie gebruikt worden voor het maken van zoetwater uit zeewater. Dit kan worden opgeslagen in grote tanks en reservoirs zodat de productie enige tijd kan worden stopgezet indien de stroom ergens anders nodig is. Hetzelfde kan met fabricage van aluminium en fabricage van chloor via elektrolyse en nog wat andere energie intensieve industrieën.

Willen we niet afhankelijk zijn van Noord Afrikaanse zonne-energie dan kunnen we met onze eigen windturbineparken op termijn ook heel gemakkelijk energie opslaan. Daarvoor zijn diverse technieken in ontwikkeling. De meesten verlopen via de elektrolyse van water tot waterstof. Waterstof kan alleen met veel moeite worden opgeslagen en gedistribueerd voor bijvoorbeeld stadsbussen op waterstof. Het kan ook toegevoegd worden aan het gasnet of tot synthesegas omgezet worden. Het is klassieke technologie en het totale energierendement van deze routes is laag. De meest veelbelovende methode voor de toekomst lijkt echter de directe omzetting van elektriciteit in Ammonia via het Solid State Ammonia Synthese (SSAS) proces. Ammonia is vervolgens eenvoudig als vloeistof op te slaan en kan gemakkelijk weer in stroom omgezet worden d.m.v brandstofcellen. Een enkele standaard tank van 60.000 m³ kan voor één dag gemiddeld verbruik in Nederland energie opslaan. Ter vergelijking, voor opslag van olie hebben we tegenwoordig een opslagcapaciteit van circa 10 miljoen m³ beschikbaar.

Met dit opslagvolume voor ammonia zouden we al 160 dagen reserve kunnen opbouwen. Deze techniek verkeert in het stadium van proefprojecten en moet nog verder ontwikkeld worden. Opslag via ammonia kan echter ook nu al met klassieke processen. Waterstof kan gemaakt worden met elektrolyse. Daarmee binden we stikstof tot ammoniak, via het Haber-Bosch proces dat al honderd jaar wordt toegepast voor de kunstmestfabricage. Ammonia kan door directe verbranding in een gas-of kolencentrale gebruikt worden. Nuon en TH Delft onderzoeken deze mogelijkheid voor een nieuwe centrale in de Eemshaven. Het totale energierendement daarvan is echter heel laag en de kosten zijn hoog.

Behalve deze mogelijkheden zijn er nog wel meer, maar mijn boodschap moge duidelijk zijn. Opslag van energie is bij ons voorlopig nog niet echt nodig en op termijn geen onoplosbaar probleem, maar een interessante technische uitdaging. Wat we wel nodig hebben is een regie over een integrale Europese energiemarkt en een voortvarende gemeenschappelijke technologie ontwikkeling. Lijkt me een prima taak voor de EU, als we tenminste niet allemaal via krankzinnige volksreferenda er uit stappen.

Han Blok