Duits onderzoek: "Langdurige stroomopslag pas boven 60
tot 80 procent duurzame stroom nodig"
Een sterke toename van zonne-
en windenergie stelt het elektriciteitssysteem voor grote uitdagingen. De
opwekking van duurzame energie is afhankelijk van het weer. Daarmee kan een
overschot aan stroomproductie ontstaan. De vraag is of en hoeveel van die
stroom kan worden opgeslagen. Verschillende Duitse organisaties en instellingen
als Fraunhofer, het Büro für Technikfolgenabschätzung en het Umweltbundesamt deden
in de afgelopen jaren onderzoek naar de ontwikkeling van en behoefte aan
opslagmethoden. Het Agentur für Erneuerbare Energien bekeek 15 relevante studies.
De conclusie: stroomopslag over meerdere dagen of weken is pas bij een aandeel
van minstens 60 tot 80 procent duurzame energie van het stroomverbruik nodig.
Power-to-gas
De meeste onderzochte studies menen dat voor langere opslag van grotere
hoeveelheden stroom alleen power-to-gastechnologie in aanmerking komt. Power-to-gas is een relatief
nieuwe manier van energieopslag, waarbij stroom door middel van elektrolyse naar waterstof
wordt omgezet. Eventueel kan dat waterstof (H2) door een reactie met
CO2 worden omgezet in aardgas (methaan, CH4), in een
proces dat methanisering heet. Waterstof en methaan kunnen in het aardgasnet
worden gevoerd en opgeslagen. Wanneer er weer behoefte is aan stroom, worden ze
weer in elektriciteit omgezet.
Nadeel is dat het rendement van deze complete omzettingsketen op dit moment
rond de 35 procent ligt, op het niveau van oudere kolencentrales. Dit nadeel
zorgt ervoor dat power-to-gas pas rendabel wordt als er heel veel meer aanbod
dan vraag naar stroom is, vertelt Claudia Kunz, Projectleider bij het Agentur
für Erneuerbare Energien. "Vanwege de hoge kosten en het relatief lage
rendement zijn de installaties pas bij langere fasen van hoge
stroomoverschotten rendabel, bij een aandeel van 60 tot 80 procent duurzame
energie."
Volgens Kunz is power-to-gas vooral interessant door de multifunctionele
toepassing in onder andere de stroom-, warmte- en verkeerssector en in de
chemische industrie. "Natuurlijk moeten we technologieën als power-to-gas
ontwikkelen en marktrijp maken, maar voordat we ze op grote schaal in het
stroomsysteem integreren, dienen methoden te worden ingezet die efficiënter en
gunstiger zijn", stelt projectleidster Claudia Kunz. "Effectief is bijvoorbeeld
een nauwere internationale stroomuitwisseling binnen Europa. Dat zorgt voor
minder behoefte aan opslag van stroom dan wanneer je alleen nationaal werkt."
““Pompopslagcentrales verminderen de behoefte aan fossiele centrales””
Pompopslagcentrales
De behoefte aan opslag voor
kortere duur - van minuten tot meerdere uren - stijgt bij een verhoogde inzet
van fluctuerende duurzame energie sneller. Tot de beproefde en relatief
gunstige methoden voor kortetermijnopslag horen pompopslagcentrales, die bij een
elektriciteitsoverschot water van een lager naar een hoger gelegen spaarbekken
pompen. Met een gemiddeld rendement van 80 procent spelen ze in de studies een
centrale rol. "Omdat ze geschikt zijn voor kortdurende compensatie en regelbare
energie leveren, verminderen ze de behoefte aan fossiele centrales", geeft Kunz
aan. "De Duitse pompopslagcapaciteit (40 gigawattuur in 2013) zal door geografische
omstandigheden en regels voor natuurbescherming nauwelijks toenemen. In
Europese verband kunnen de centrales veel meer betekenen. Noodzakelijk daarvoor
zijn grotere interconnectors (grenskoppelingen tussen nationale stroomnetten),
waaraan de netbeheerders inmiddels werken. Ook moeten veel waterkrachtcentrales
in Scandinavië en de Alpenlanden technisch aangepast worden. Tot nu toe zijn de
installaties in Oostenrijk, Zwitserland, Zweden en Noorwegen met hun enorme
wateropslag namelijk overwegend voor stroomopwekking aangelegd. Door het inbouwen
van pompen kunnen ze de spaarbekkens tussentijds weer vullen en naar behoefte
flexibel tussen verbruik en opwekking wisselen."
Batterijen
Batterijen leveren eveneens kortetermijnopslag. "Ze kunnen snel een hoog
vermogen opnemen en weer afgeven, maar beschikken over een relatief kleine opslagcapaciteit",
legt Kunz uit. "Batterijen zijn vooral geschikt als regelbare energie en voor
het in balans brengen van vraag en aanbod. Groot voordeel is dat ze wat locatie
betreft flexibel inzetbaar zijn." Batterijen met grotere opslagvolumes vervangen
in combinatie met zonne- en windenergie toenemend stroomaggregaten, die
voorheen op diesel liepen. Voor de toekomst ziet Kunz drie toepassingsgebieden
voor batterijen: "In het stroomnet als regelbare energie en om het net te
ontlasten, voor elektromobiliteit en als huisopslag vooral in combinatie met
zonnepanelen. Op de lange termijn schatten enkele onderzoeken de in Duitsland geïnstalleerde
batterijopslagcapaciteit ongeveer even hoog in als het huidige vermogen van de totale
pompopslag."