Is dat er wel? Of kan het gecreeërd worden? Het programma Nieuwe Energie Onderzoek van Senternovem gaf het Utrecht Centrum voor Energieonderzoek de opdracht dit uit te zoeken. Het eindverslag onderzoekt of elektriciteitsopslag op termijn een belangrijke bijdrage kan leveren aan een duurzame energievoorziening. Dit voor drie toepassingsgebieden:
- netgekoppelde opslagsystemen
- autonome opslagsystemen
- elektriciteitsopslag in voertuigen
Classificatie van beschikbare middelen
Sommige systemen zijn typisch bedoeld om in korte tijd veel vermogen te leveren, zoals vliegwielen en condensatoren, andere systemen kunnen uren lang een bepaald vermogen leveren, zoals pompaccumulatie centrales en perslucht systemen.
Zie hier een plaatje met vele voorbeelden uitgezet op de assen ontlaadtijd (y-as) en vermogen (x-as).
(Bron: Electricity Storage Association)
De verschillende energieopsties worden goed uitgelegd in het eindverslag, zie daarvoor pagina’s 9, 10 en 11. Zeker een aanrader.
Er zijn bovendien nog andere manieren om opslagsystemen te karakteriseren, zoals het stilstandverlies indien er niet wordt geladen of ontladen (die is bij sommige vliegwielen vrij groot), het rendement van een volledige laad en ontlaad cyclus, het aantal cycli in de totale levensduur van het systeem, enz. Een globaal overzicht van de karakteristieken van de verschillende opslagsystemen is in deze tabel weergegeven (zie ook het rapport, pagina 8).
| opslagsysteem | capaciteit | levensduur | zelf-ontlading | rendement cyclus | typische ontlaadtijd | kosten |
|---|---|---|---|---|---|---|
| eenheid | kWh | cycli | %/mnd | % | uur | €/kWh |
| Lood-zuur batterij | 1-40k | 200-1200 | 2-5 | 75-80 | 0,5-5 | 200-900 |
| NiMH & NiCd batterij | 1-40k | 1k-3k | 0,5-2 | 60-70 | 0,2-1 | |
| Lithium batterij | 15 | 3k-5k | 1 | 95 | 0,5 | 500-2500 |
| NaS batterij | 1-50k | 1k-4k | Geen | 80-85 | 8 | 225-400 |
| Zink-Bromide batterij | 50-500 | 1k | Geen | 65-75 | 0,5-3 | 1500 |
| Vanadium flow batterij | 50-2k | 5k-12k | Geen | 80-87 | 1-8 | 100-500 |
| Regenesys flow batterij | 120k | 1k5-3k | Geen | 70-85 | 1-8 | 600-3k |
| Metaal-lucht batterij | 1-10 | 100 | 7-10 | 40-50 | 1-8 | |
| CAES | -3M | 10-tallen jr | Geen | 50-80 | uren | 30-115 |
| Pomp accumulatie | -100M | 10-tallen jr | Geen | 70-85 | uren | 3,5 |
| Vliegwielen | 1-10 | 105-107 | NB: 30-40/uur | 90 | NB: sec-min | 1500 |
| Supercondensatoren | 1-100 | 105-107 | 20-30 | 90 | NB: sec | 10k |
| SMES | 0,1-3 | 10-tallen jr | <1 | 95 | NB: sec | 300-2k |
Met SMES wordt Superconducting Magnetic Energy Storage bedoeld, oftewel opslag in supergeleidende spoelen. Met CAES wordt Compressed Air Energy Storage bedoeld, het opslaan van lucht onder grote druk in grote (ondergrondse) reservoirs
Mogelijkheden voor opslagsystemen
Alle genoemde voorbeelden in opgenschouw nemend, komt het rapport tot de volgende tabel, waaruit blijkt dat er vooral ontwikkeling zit in het toepassingsgebied: “Netgekoppelde systemen”.
| toepassingsgebied | type opslag | Rol (heden) | Rol (toekomst) |
|---|---|---|---|
| Netgekoppelde systemen | Pomp accumulatie |
|
|
| CAES |
|
|
|
| Flow batterijen |
|
||
| Accu’s | Leveringszekerheid (UPS) | Leveringszekerheid (UPS) | |
| SMES | Spanningskwaliteit | ||
| Vliegwielen | Leveringszekerheid (UPS) | Leveringszekerheid (UPS) | |
| Autonome systemen | Batterijen en Accu’s |
|
|
| Systemen in voertuigen | Accu’s |
|
|
| Vliegwielen | Brandstofbesparing (openbaar vervoer) | ||
| Waterstof | Alternatieve energiedrager |
Uit een studie van DTI in 2004 wordt onderstaande figuur overgenomen, waarin de ontwikkelingsfase van de verschillende technologieën wordt geschetst als functie van hun vermogensrange en bijbehorende toepassingsgebied.
Bron, DTI.
Grootschalige netgekoppelde systemen
Uit beide overzichten blijkt dat voor grootschalige netgekoppelde toepassingen (> 100 MW) op dit moment in feite alleen pompaccumulatie systemen beschikbaar zijn, en twee samengeperste lucht systemen. In de toekomst kunnen de laatste een groter aandeel in de markt verwerven, met name indien de adiabatische geavanceerde opslag (AA-CAES) verder
ontwikkeld wordt, met zijn hogere rendement.
Middelgrote netgekoppelde systemen
Voor middelgrote systemen (0,1-10 MW) zijn batterijen (loodzuur en NiCd) nog steeds superieur, maar bieden redox flow batterijen mogelijkheden. Voor kortdurende vermogenssteun in deze range zijn er vliegwielsystemen commercieel beschikbaar en ook SMES systemen.
Kleine netgekoppelde systemen
Voor de kleinere opslagsystemen (10-100 kW) zijn de Ni-MH en Li-ion batterijen aan een grote opmars begonnen, met name voor voertuigtoepassingen. Vliegwielen kunnen bij trams en bussen een rol spelen. Waterstofopslag bevindt zich nog in het stadium van fundamenteel onderzoek.
Kleinste netgekoppelde systemen
Voor de kleinste opslagsystemen (< 1kW) zijn de Ni-MH en Li-ion systemen superieur. In gevallen met hoge vermogensvraag van korte duur zijn supercondensatoren beschikbaar. Op deze website staat een artikel over supercondensatoren, en wel eentje in ontwikkeling, die wanneer deze bewaarheid wordt, een goede mogelijkheid geeft tot opslag van energie, centraal bij windmolenparken danwel gedistribueerd (eentje in iedere meterkast).
Bijdrage aan de duurzame energiehuishouding
Wat is een duurzame energievoorziening
Een duurzame energievoorziening wordt in dit rapport genoemd een energievoorziening met de volgende kernmerken:
- schoon (d.w.z. die het globale klimaat niet verslechtert en het lokale klimaat niet verstoort)
- veilig (die geen grote risico’s kent)
- efficiënt
- betrouwbaar
- betaalbaar
- een lange termijn perspectief kent (dus hoofdzakelijk gebaseerd is op stromingsbronnen)
- acceptabel is voor de samenleving (i.e. de diensten kan leveren die gewenst worden door de lokale bevolking)
- bijdraagt aan werkgelegenheid en industriële ontwikkeling
- geen “lock-in” effecten kent
- bij voorkeur overal op de wereld beschikbaar
Wat volgens mij mist, en wat wel heel belangrijk is, is dat de energiebalans positief is. Zie ook dit artikel erover. Impliciet zit dit wel in punt 6; een lange termijn persepctief. Verder is punt 1, met het niet verstoren van het lokale klimaat, wel subjectief. Een windmolen verstoort volgens de een het lokale klimaat, terwijl een ander aan een ander niveau denkt bij het compleet verwoesten en vervuilen van de omgeving bij het afgraven naar uranium in uraniumertsmijnen. Mijn mening over deze lijst is dat er verschillende prioriteiten gelegd moeten worden aan de punten, om werkelijk duurzaam te kunnen zijn. Voor werkelijk duurzaam te leven, is bijvoorbeeld 3 en 5 niet persé van belang, strict genomen 4, 8,9 en 10 ook niet. We zouden ons moeten richten naar werkelijk duurzame oplossingen, die voldoen aan 1, 2, 6, 7 en vooral dus een positieve energiebalans.
De bijdrage van netgekoppelde systemen
Verschillende partijen zijn geïnterviewd, en geven hun visie op de toepassing van opslagsystemen.
| Instelling/bedrijf | Directe bijdrage | Indirecte bijdrage | |
| Netgekoppelde systemen | KEMA | Opslag is t.z.t. nodig voor inpassing grote windvermogens | |
| Tennet | Opslag is t.z.t. nodig voor inpassing grote windvermogens | ||
| ECN | Opslag voor onbalansmarkt geeft kostenreductie en indirecte bijdrage | ||
| Autonome systemen | Philips (en TU/e) |
|
|
| TU Delft | Opslag brengt introductie zonne-energie dichterbij | ||
| Voertuigen | CCM | Vliegwielen leveren 10% besparing bij bussen/trams | |
| Ecofys | Verbinding elektriciteitsvoorziening en mobiliteit: duurzame bronnen kunnen straks PHEV auto’s voeden |
Noot: PHEV is een Plugin Hybrid Electric Vehicle
De grootste bijdrage van elektrische opslagsystemen is te verwachten in netgekoppelde systemen. Hierbij is de bijdrage van de opslagsystemen aan een duurzame energievoorziening (direct dan wel indirect) het grootst.
25 reacties op “Elektriciteitsopslag in Nederland”
Voordat we beginnen over opslag van energie, is het veel rendabeler te denken aan load-shaping. Een tweede stap kan zijn het flexibiliseren van de nieuwe mep subsidie zodat bv bio-gas installaties worden gestimuleerd flexibel te leveren. Dit zijn allemaal initiatieven die een veel groter rendement kennen dan opslag.
Tevens is het te gek voor woorden dat waterkracht wordt gebruikt voor baseload levering. Leve de noordned kabel!
zou het niet handig zijn als de netgekoppelde zonnepanelen toch een accu hadden, dan kunnen ze namelijk de hele dag en nacht stroom leveren, heeft iemand een idee hoe ik zo’n netinverter ombouw zo dat ie werkt van uit een accu ? of is er al zo iets op de markt ?
@joho: Accu’s zijn helemaal niet nodig. Ze maken een zonnestroominstallatie duur, onrendabel en energetisch minder gunstig. Accu’s zijn duur, zwaar en hebben een relatief korte levensduur. Daarbij is het net in Nederland over het algemeen zeer betrouwbaar.
Met zonnestroompanelen ben je beter af als je het net als ‘accu’ gebruikt; bij veel zon lever je elektriciteit terug, bij weinig of geen zon betrek je weer elektriciteit uit het net.
De enige situatie waarin accu’s zinvol zijn is als je minimaal een paar km bij een elektriciteitsaansluiting vandaan woont. Het laten doortrekken van een kabel kost dan vele tienduizenden euro’s, alleen in dat geval heeft het zin om een autonome installatie te plaatsen.
@jeroenh,
Recent ben ik op bezoek geweest bij OTB Eindhoven waar ze een “Energy House” concept hebben uitgewerkt.
Het idee is om een huizen in Nederland te gaan bouwen die volledig zelfvoorzienend kunnen werken. Ze hebben geen gas en elektra aansluiting nodig.
Hiertoe gebruiken ze lood-accu’s die mits de inname goed geregeld is (en dat is in Nederland) voor 98% recycled kunnen worden. Je hebt ongeveer 200 kWh nodig als buffer.
Binnenkort zal ik hierover een zeer interessant artikel op OliNo plaatsen.
Overigens maken de huidige energiemaatschappijen het gebruik van het elektriciteitsnet ook steeds duurder door de stijging van de vaste lasten.
@jeroen8: Is dat wel een goede zaak dan? Het plaatsen en periodiek vervangen van al die accu’s kost veel geld en energie. Dat kan toch bijna niet efficiënter zijn dan het delen van de zonnestroom via het net?
Sowieso zijn die stijgende vaste kosten natuurlijk een slechte zaak, het spoort mensen niet aan te besparen.
Het feit dat de accu’s voor 98% re-cycled kunnen worden zal ervoor zorgen dat er niet veel energie verloren gaat bij vervanging.
Verder is een gedistribueert opslag systeem bij de woonhuizen thuis natuurlijk ideaal om de schomelingen van het verbruik en de het aanbod in duurzame energie op te vangen.
Buffer capaciteit is momenteel het grootste probleem voor het grootschallig invoering van duurzame energie opwekking(> 40%). Deze aanpak zal kunnen zorgen voor een forse versnelling van de invoering van grootschallige opwekking van duurzame energie.
Het feit dat de accu’s voor 98% re-cycled kunnen worden zal ervoor zorgen dat er niet veel energie verloren gaat bij vervanging.
Het is mooi dat er weinig materiaal verloren gaat in de cyclus, maar ik denk als (semi-leek) dat in het geheel toch veel energie gaat zitten. De accu’s zullen getransporteerd moeten worden tussen de woningen en de recycling-faciliteit. Hoe zal dat gebeuren? Waarschijnlijk met vrachtwagens die rijden op fossiele brandstoffen, en niet zo weinig ook want loodaccu’s zijn zwaar. Dan het recyclingsproces zelf: zowel het kunststof van de behuizing als het lood zal vrijwel zeker omgesmolten worden voordat er nieuwe accu’s van gemaakt kunnen worden. De ovens die daarvoor nodig zijn zullen vrijwel zeker gestookt worden met fossiele brandstoffen.
En bovenstaande cyclus elke 5 tot 10 jaar? Voor elk huis? En dan heb ik het ng niet eens de energie die verloren gaat omdat je loodaccu’s niet snel kunt laden als ze bijna vol zijn, m.a.w. vooral ’s zomers zal er regelmatig veel energie verloren gaan. (’s Winters is de kans groot dat er een energietekort is, maar ik vermoed dat ze dat wel opgevangen zullen hebben met een WKK-installatie.) Dat kan bijna niet efficiënt zijn, maar misschien heb ik het verkeerd…
Is er iets zinnigs te vinden over de totale energiekosten van een dergelijke cyclus? Ik denk dat dat onmogelijk weggelaten kan worden bij de analyse van een dergelijk systeem.
het gaat mij meer om het feit dat in de toekomst de terugdraaiende kwh meters verdwijnen er komen daarvoor inde plaats slimme meters en dan krijg je niet 1 op 1 de prijs voor je kwh die je geleverd hebt. daarom is het interrasant om accus te hebben en zo bijvoorbeeld de hele dag 200wh te kunnen leveren dan zal je meter ook niet hoeven terug te draaien, staat dan stil.
tevens is dit veel beter voor het elektriciteits net, geen pieken in het net. centrales kunnen daardoor efficienter leveren.
@ Joho,
Goed punt, het komt erop neer dat ieder huis bij wijze van spreken losgekoppeld zou kunnen worden van het net. Gelukkig is er minimaal een bedrijf dat daar zijn tanden in heeft gezet, en Jeroen komt met een artikel daarover.
welk bedrijf?
@Joho,
OTB Eindhoven
Met Jeroen H. ben ik het eens dat loodaccu’s, die toch geen optimaal rendement hebben, niet de ideale oplossing zijn voor buffering. Verder is het van belang dat het benutten van PV-energie niet wordt ontmoedigd doordat de netbeheerders de meters gaan vervangen door elektronische. Dat is weer het stomme nadeel van de ingevoerde privatisering. De E-bedrijven willen zoveel mogelijk winst maken en willen ze ook zoveel mogelijk aan PV-energie verdienen. Nu men in Den Haag merkt dat het effect van de privatisering is doorgeslagen, zouden er richtlijnen moeten komen om de keuze van de meter aan bewoners over te laten. Er gaat immers extra energie verloren als iedere PV-panelenbezitter zelf de eigen opgewekte energie gaat lopen bufferen. Met mijn eigen 4 paneeltjes zou ik al een accu nodig hebben van 200 Ah afgezien nog van de extra omvormer. Ik denk dat ik mijn huidige verdienste van zo’n 80 euro per jaar snel over de balk gooi.
Het kan misschien wel niet goed lijken, het gebruik van loodaccu’s, maar een goede LevensCyclusAnalyse zou moeten kunnen aantonen of het werkelijk zo schadelijk is of niet. Ik ben daarom benieuwd naar de gegevens van OTB, en misschien dat Jeroen daar nog iets over kan en mag schrijven.
Verder is het zo dat er best geld zit binnen een groot aantal huishoudens, en dat decentrale opslag (ook al is die klein per huishouden, bijvoorbeeld alleen het weekverbruik van het huishouden zelf) een grote invloed kan hebben op het kunnen toelaten van nog meer duurzame variabele energiebronnen. Ik zou het dus zeker niet wegstrepen. Als dus een goede LCA laat zien dat er met loodaccu’s efficiënt energie is op te slaan, waarbij de totale energiebalans van duurzame energieopwekker en het opslagmedium tezamen nog altijd ruim positief zijn, dan ben ik er helemaal vóór. Ik vraag me af wie er zo’n LCA heeft gedaan en houdt me aanbevolen.
Ik begrijp werkelijk niet dat er zo makkelijk over waterstofopslag wordt gestapt. Kijk eens op de site http://www.ergenics.com
De afgelopen jaren is er op de website niet veel gebeurd, maar het meest wezenlijke is dat waterstof als hydride opgeslagen kan worden onder semi-atmosferische omstandigheden (enkel ato). De dichtheid van dergeljke opslag is vergelijkbaar met vloeibare waterstof. Combineer wind/zonneenergie met splitsing van water en opslag als hydride, en daar is de duurzame energiedrager. Daar waterstof chemisch kan worden omgezet in electriciteit is de circel compleet.
Waarom gaat iedereen uit van 230V~ in huis?
Waarom niet gewoon een autonoom 12V= systeem in huis voor de meeste toepassingen?
12V= is een algemeen gebruikelijk voltage (automobieltechniek) waarvoor van alles te koop is.
En dat samen met de zeer weinig stroom verbruikende lampen en apparatuur die nu op de markt komen.
Daarnaast een gecentraliseerd 230V~ circuit voor de apparatuur die dat nodig heeft (Keukenapparatuur, wasmachine etc.) met een acculader voor de 12V= accubuffer wanneer die te weinig stroom van de zonnepanelen hebben ontvangen.
Bedrading etc. kan blijven zoals voor 230V~, alleen moet de aansluiting in de meterkast worden gewijzigd.
Op deze manier vermijd je allerlei ingewikkelde, dure en zoals ik op diverse fora lees behoorlijk onbetrouwbare extra apparatuur voor teruglevering aan het net, waarvoor bovendien de financiele vergoeding ronduit laag is.
Ik wacht op tegenargumenten…
@jk:
Twee redenen:
Een autonoom systeem is duurder, complexer, minder betrouwbaar en minder efficiënt dan een netgekoppeld systeem
12V is eigenlijk alleen bruikbaar voor heel kleine systemen zoals tuinhuisjes en caravans e.d. Bij grotere verbruikers neemt de stroom sterk toe omdat P nu eenmaal U*I is. Bij een toenemende stroom nemen de kabelverliezen enorm toe. Een omvormer heeft ook verlies, zeker, maar dat wordt al heel snel gecompenseerd door de veel kleinere kabelverliezen. Ook is een 230VAC installatie veel makkelijk volgens de geldende veiligheidsregels aan te leggen, en is de markt voor 230VAC-componenten en -verbruikers ook nog eens veel groter. Als laatste is een woning met een ‘normaal’ 230VAC-systeem makkelijker te verkopen dan een woning met een 12VDC-systeem omdat het eerste systeem veel makkelijker weer te koppelen is aan het net.
Mijn vragen zijn dan ook gebaseerd op een (extreme) situatie waarin de infrastructuur die wij nu hebben niet meer 100% betrouwbaar is, waarbij gebruik wordt gemaakt van de nieuwste energiebesparende apparatuur (zoals die op deze site wordt beschreven), en waarin het eisenpakket van de huisbewoner – door relatieve schaarste en hoge prijzen gedwongen – drastisch naar beneden is bijgesteld.
Op de doemscenario’s van de milieubewegingen dus, maar ook op wat mogelijk de economische realiteit wordt in de westerse wereld.
Het is altijd goed om de extremen te onderzoeken.
M.i. wordt te vaak doorgedacht in bestaande patronen.
De CO2- en klimaathype zijn een discutabele denkrichting, werkelijk effectieve energiebesparing lijkt mij een nuttiger oplossing.
Als je extreem ingrijpt, doe het dan wel op de juiste manier.
Dat vereist technische kennis en vooral veel fantasie en het vermogen om onconventioneel te kunnen denken.
In een dergelijke situatie zullen mensen zeer zeker aan de gang gaan met auto-accu’s, kleine zelfgebouwde windturbines en hier en daar een zonnepaneel. Maar ik heb zo’n vermoeden dat als we dat punt eenmaal passeren onze beschaving een aflopende zaak is waarin slechts een snel afnemend aantal mensen gebruik kunnen maken van de 20e-eeuwse technieken en gemakken. Bij zo’n toekomst wil ik me nog niet neerleggen.
Ik daarentegen denk dat een professioneel op de markt gebracht pakket voor autonome 12V installaties op termijn weleens de oplossing zou kunnen zijn voor veel mensen wier inkomen sterk achterblijft, bij almaar stijgende lasten. Het vereist een beetje andere instelling en denkwijze, dat wel, maar je verslaat er de geheime agenda’s van de milieubeweging mee.
Als de dwangmatig door de wereldwijde milieubeweging aan de EU opgelegde eisen worden toegepast, is zo’n scenario zeer realistisch.
De milieubeweging werkt bewust en onnodig toe naar zo’n toekomst waarbij jij je nog niet wil neerleggen, alleen zien de meesten dat niet.
Ik ben zeker een voorstander van een autonoom systeem. Momenteel ben ik bezig met mijn PWS over de opslag van zonne-energie in een huis. De energie moet volgends ons opgeslagen worden in een accu. Ten eerste leverd een zonnepaneel niet genoeg om je hele huishouden te voorzien van elektriciteit en ten tweede kun je met een netgekoppeld systeem het maximale energie afgifte bij de centrale bereiken waardoor je dus energie maakt waar je geen geld voor terug krijgt. De beste accu is voor ons nog een beetje een raadsel. Het moet gewoon 12volt blijven. Er zijn genoeg kleine huishoudenlijke apparaten die hiervan kunnen profiteren. We zijn momenteel verschillende accu’s aan het testen op efficientie.
Een update van dit verhaal is wel op zijn plaats.
Inmiddels is ene Bart Ummels gepromoveerd op een studie naar nut en noodzaak van grootschalige opslag.
Daaruit blijkt dat dat economisch niet rendabel is, en ook goed te voorkomen is, door stroom te verkopen of te kopen, al naar gelang de hoeveelheid stroom uit de wind beschikbaar is.
Les in ieder geval dit verhaal:
http://www.olino.org/articles/2009/04/02/windenergie-the-sky-is-the-limit
De kosten van electriciteit kunnen omlaag, wanneer bij groeiend volume aan PV en windmolens een deel kan worden opgeslagen. Daardoor behoeft (bij overcapaciteit) minder stroom van kolencentrales naar buitenland te gaan. Afvlakken van piekstroom dus. Vooral bij zonnig en winderig weer. Zolang CO2 uitstoot niet meer kost zullen gascentrales, die veel flexibeler zijn en schoner, toch stilstaan bij goedkopere steenkool per kWh.
Dat tijdelijk opslaan van zonneenergie wordt gedaan, zoals ik begrepen heb, bij Concentrated Solar Power. Daar wordt de opkomende zon om 6:00 uur ’s morgens gebruikt om al energie te genereren dat in heet zout opgeslagen wordt in een geïsoleerde tank en die energie wordt 3 uur laten gebruikt om de energie op te wekken in de ochtend voor de mensen die beginnen met werken.
In Nederland is CSP geen optie. Echter men zou best wel werk kunnen maken van het implementeren van een grote energieopslag, om zo de aanwezige wind- en zonneenergie tijdelijk op te slaan en te gebruiken wanneer de vraag hoger is.
Misschien wel een naieve vraag, dat weet ik niet zo. Is het een
vreemde gedachte om overproductie van zonnepanelen op te slaan in
boilers/vaten en hoeveel opslag is dan nodig om, ondanks
opslagverlies, deze energie (deels)weer te gebruiken voor het verwarmen van
de woning of de warmwater voorziening?