Krachten sparen: het belang en de mogelijkheden van slimme energieopslag
In de toekomst gaan we op slimme, innovatieve én duurzame manieren energie op wekken. Sterker nog: dat doen we al. Wat als we meer stroom opwekken dan we nodig hebben? Hoe slaan we dat op? Of wat als er dagen zijn dan het windstil is en de zon niet schijnt? Waar halen we dan onze energie vandaan?
Energieopslag speelt een essentiële rol in de energietransitie, om piekvraag en -aanbod van stroom op te vangen en daarmee het elektriciteitsnet te ontlasten. Zodat er altijd stroom beschikbaar is, maar ook om overtollige opwek ergens op te slaan. Daarom moeten we de komende jaren ons energiesysteem flexibiliseren. Dat kan op verschillende manieren: door vraag en aanbod op elkaar af te stemmen, verbindingen tussen landen uit te breiden, door energienetten slimmer te maken én door mogelijkheden te creëren om energie groot- en kleinschalig op te slaan. Vooral om seizoenswisselingen in vraag en aanbod op te kunnen vangen, zal energieopslag onmisbaar zijn. Dat kan op twee manieren: kleinschalig of grootschalig.
Kleinschalige energieopslag
Wanneer je zelf zonnepanelen op je dak hebt liggen, kun je kiezen voor een ‘huisbatterij’. De bekendste huisbatterij momenteel is de Tesla Powerwall. Deze batterij kan gebruikt worden voor de energieopslag van een huis, klein kantoor of bedrijf met zonnepanelen. Door een deel van de overdag geproduceerde zonne-energie op te slaan kunt u deze ’s avonds gebruiken. De gemiddelde opslag voor een huis batterij ligt tussen de 5 en 50 kWh, dat is goed voor maximaal één dag energiebehoefte. Een ander voorbeeld is de cube van iwell.
Grootschalige energieopslag
Grootschalige opslag is een ingewikkelder. Lang niet elke energieopslagtechnologie is geschikt voor grootschalige opslag. Voor langdurige opslag is het belangrijk dat de technologie opgeschaald kan worden, goedkoop is en weinig tot niet leidt tot verliezen. In Nederland slaan we tot nu toe voornamelijk fossiele brandstoffen op. Dankzij de snelle technologische ontwikkelingen komen echter nieuwe, schonere mogelijkheden voor grootschalige opslag in zicht:
| Chemisch | Elektrochemisch | Thermisch | Mechanisch |
| Waterstof: energie wordt opgeslagen door water via elektrolyse om te zetten in waterstof. | De bekendste vorm hiervan is de oplaadbare batterij, die in veel consumentenelektronica en elektrisch vervoer wordt gebruikt. | Vloeistoffen: bijvoorbeeld warmte-koudeopslag, waarbij in de zomer warmte in de bodem wordt opgeslagen, om vervolgens in de winter weer op te halen. | Waterkracht: energie wordt opgeslagen door water naar een hoger gelegen reservoir te pompen. Door het water door een turbine weer naar beneden te laten vallen, komt de energie weer vrij. |
| Ammoniak: energie kan via waterstof en stikstof uit de lucht in ammoniak worden omgezet, die in tanks vloeibaar kan worden opgeslagen. | Faseveranderingsmateriaal: Hierbij wordt energie opgeslagen door een medium warmte te laten absorberen, waardoor het van fase verandert. | Compressed Air Energy Storage: lucht wordt bij een overschot aan energie onder hoge druk opgeslagen in tanks of ondergrondse cavernes | |
| Methaan: Door waterstof te laten reageren met koolstofdioxide ontstaat methaan, dat in bestaande aardgascentrales kan worden verbrand. | Vaste stof: bij deze methode wordt energie opgeslagen door een vaste stof te verwarmen of te koelen. | ||
| Thermochemisch: energie kan worden opgeslagen via een thermochemische reactie of thermochemische sorptie. |
In de nabije toekomst zullen hybride oplossingen ontstaan. Verschillende opslagtypes worden gecombineerd, of de oplossingen zullen voor meer toepassingen dan langdurige opslag geschikt zijn. Nieuwsgierig geworden naar deze mogelijkheden en hoe ze in de praktijk uitgewerkt worden? Lees het visiedocument ‘Grootschalige energieopslag’ van de Ingenieur.
Goede voorbeelden van grootschalige opslag
Neem als voorbeeld de kolenmijn Prosper-Haniel in Noordrijn-Westfalen. Deze mijn wordt momenteel ingericht als waterkrachtreservoir, dat dienst zal doen als opslagbatterij voor overtollige wind- en zonne-energie. De capaciteit van de opslagfaciliteit is enorm: genoeg voor de energievoorziening van 400.000 huishoudens.
Een ander voorbeeld is Hystock. Binnen het project wordt zonne-energie omgezet naar waterstof, zodat het op een later moment gebruikt kan worden voor mobiliteit/vervoer, industrie of elektriciteitslevering. Windpark Giessenwind heeft een Nederlandse primeur op zijn naam staan. Het windpark, bestaande uit drie windmolens van 108 meter hoog, combineert energieopwekking met energieopslag, door middel van een opslagsysteem van 1 megawattuur.
Urgentie van grootschalige opslag
Hoe groot de toekomstige behoefte aan grootschalige opslag is en wanneer de noodzaak hiervoor urgent wordt, hangt sterk af van de ontwikkeling van het aandeel duurzame energie. Berekeningen laten zien dat de behoefte aan grootschalige opslagcapaciteit in 2030, afhankelijk van de gekozen aannames over de percentages duurzame energie, sterk kan variëren. Gelukkig kan je ook ‘klein’ en ‘dichtbij huis’ beginnen.
Hoe nu verder?
Innoveren met energieopslag is een essentieel onderdeel van de energietransitie. Het energienetwerk kan pas echt ‘slim’ worden als we energie kunnen opslaan en regelen. Dat vraagt om technische aanpassingen in infrastructuur, maar ook veranderingen in politiek en regelgeving. Er lopen al veel experimenten met opslag van energie, maar het opschalen naar het grote geheel is nog een hele grote stap. Veel technologieën voor opslag en omzetting zijn nog erg duur. Accu's worden steeds beter en goedkoper. Maar om een woonwijk te bedienen, moet een opslagsysteem megawatts aan vermogen leveren. Dan heb je nog steeds heel veel accu's en dus heel veel geld nodig. Het onderzoek naar energieopslag gaat door, waarbij de aandacht vooral uitgaat naar materiaalkunde en chemie.