Energieopslagtechnieken: noodzakelijk voor de energietransitie

In het hoofdlijnenakkoord is het plan opgenomen om de salderingsregeling per 2027 af te schaffen. Dit betekent dat vanaf 2027 consumenten hun energie niet kunnen 'sparen' om bijvoorbeeld in de winter te gebruiken. Algemeen wordt gedacht dat door de afschaffing van de salderingsregeling energieopslag interessanter wordt. In onderstaand blog vertelt Frederic Lesur, Senior Engineer bij Nexans en presentator van het populaire Nexans Whats Watt-YouTube kanaal, meer over de huidige stand van zaken rond energieopslag.

Hernieuwbare energiebronnen zijn een belangrijk onderdeel van de toekomst van energie. Ze maken het mogelijk om af te stappen van fossiele brandstoffen, die voor veel CO2-uitstoot zorgen en medeveroorzaker van het broeikaseffect zijn. Het snel decarboniseren van elektriciteit is dus een manier om de klimaatverandering te remmen.

Het probleem is dat de energievraag en -aanbod altijd in balans moeten zijn. Dit stelt ons in deze tijd, waarin er een verschuiving plaatsvindt van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen, voor een enorme uitdaging. Momenten met veel zon en wind worden afgewisseld met windstille avonden, waarin de vraag naar energie ook nog kan pieken als consumenten massaal elektrische auto's zouden laden. Dit wordt ook wel onbalans genoemd, wordt die te groot, dan kan het leiden tot blackouts of schade aan infrastructuur en apparaten. 

Momenteel worden daarom nog conventionele energiebronnen gebruikt, zoals gascentrales, om onbalans te voorkomen. In de grootschalige energietransitie wordt dan ook gezocht naar geschikte energieopslagtechnieken. Energieopslag is essentieel voor de overgang naar 100% schone energie en vormt de fundering voor het decarboniseren van de huidige elektriciteitsnetwerken. Met energieopslagsystemen kunnen netbeheerders vraag en aanbod balanceren en zorgen zo voor de veerkracht en betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet.

Volgens de laatste voorspelling van onderzoeksbureau BloombergNEF wordt verwacht dat tegen 2030 de wereldwijde energieopslaginstallaties een cumulatief vermogen van 411 gigawatt  zullen bereiken. Dat is een toename van vijftien keer de opslagcapaciteit die in 2021 beschikbaar was.

Ook andere factoren hebben invloed op de groei van energieopslag. Zo is er overheidsbeleid gericht op het beteugelen van stijgende energieprijzen, het voldoen aan de piekvraag en op energieonafhankelijkheid. Daarnaast investeren consumenten en bedrijven om deels dezelfde redenen ook flink in energieopslag.

De behoefte aan grootschalige energieopslag

Een grote uitdaging waar netwerkbeheerders en industrie nu nog voor staat, is de behoefte aan opslagtechnieken die voldoende opgeschaald kunnen worden. Tegenwoordig zijn waterkrachtcentrales nog altijd de meest rendabele oplossing, die met elektriciteit water in een reservoir pompen op momenten dat de energievraag laag is. Op momenten van piekvraag kan men het water dan laten wegstromen, waarbij er met generatoren elektriciteit wordt opgewekt. Helaas kan deze techniek alleen worden toegepast op specifieke locaties en is het in het platte Nederland lastig toepasbaar. Daarom moeten netwerkbeheerders nog steeds een beroep doen op fossiele brandstoffen als energiebron om aan de piekvraag te kunnen voldoen.

Echter, dankzij ontwikkelingen in opslagtechnieken zijn er nieuwe mogelijkheden om schommelingen in de energievraag op te vangen, zonder hierbij terug te vallen op fossiele brandstoffen. Het geeft netwerkbeheerders de mogelijkheid om overtollige hernieuwbare energie op te slaan en helpt de energievraag tot op zekere hoogte in realtime te balanceren tijdens piekperiodes.

Vijf opslagtechnieken voor hernieuwbare energie 

Om een betrouwbare stroomvoorziening te waarborgen, is het cruciaal om voor voldoende energieopslag te zorgen in een tijd dat het elektriciteitsnetwerk steeds afhankelijker wordt van wisselende hernieuwbare energiebronnen (VRE; variable renewable energy). Wat technieken vaak van elkaar onderscheidt, zijn hun opslagmogelijkheden, levensduur, schaalbaarheid en toepassingsvereisten.

1.  Batterijopslag: steeds veiliger en kostenefficiënter
Batterijopslag is steeds belangrijker in zonne- en windtoepassingen, omdat het makkelijk geïnstalleerd kan worden en een kosteneffectieve oplossing biedt. De afgelopen jaren hebben nieuwere batterijtechnieken, als alternatief van traditionele lithium-ion batterijen, hun werking veiliger en kosteneffectiever gemaakt. Zo zijn zinkbatterijen bijvoorbeeld een rendabel alternatief vanwege hun superieure stationaire opslagcapaciteit, niet-ontvlambaarheid en stabiele aanvoer.

2.  Warmteopslag: een rendabel alternatief voor commerciële gebouwen
De opkomst van nieuwere industriële warmteopslag-technieken (TES; thermal energy storage) kunnen een grote bijdrage leveren aan het beperken van de CO2-uitstoot. De industrie heeft veel proceswarmte nodig, die nu vaak nog met fossiele brandstoffen wordt opgewekt. Warmteopslag-systemen kunnen warmte of kou opslaan om later te gebruiken. Ze zijn opgedeeld in drie typen: voelbare warmte (sensible heat), latente warmte (latent heat) en thermochemische warmte (thermochemical heat). Wanneer het in een gebouw wordt geïnstalleerd, laat de TES-oplossing het gebouw zelf als een thermische batterij werken; hernieuwbare energie wordt opgeslagen in tanks of vaten om later te gebruiken wanneer dit nodig is.

3.  Energieopslag in groene waterstof: gebruik van elektrolyse voor stabiele en betrouwbare koolstofvrije energie
Groene waterstof is een ideale koolstofvrije brandstof die de afhankelijkheid van backup-energiecentrales op fossiele brandstoffen kan verminderen om aan vraag en aanbod te voldoen. De hoge energieopslagcapaciteit maakt dit een aantrekkelijke oplossing voor energienetwerken die een groter aandeel variabele energie integreren. Energiebronnen als wind- en zonne-energie zijn erg intermitterend. Via elektrolyse van water kan, op momenten van overschot aan hernieuwbare energie, groen waterstof (GH2) worden geproduceerd. Dit waterstof wordt opgeslagen en kan op momenten van piekvraag stabiele, betrouwbare en koolstofvrije energie leveren. Het efficient transporteren van GH2 is best een uitdaging, waardoor omzetting naar vloeibaar LH2 interessant is. Lees ook Nexans oplossingen voor LH2. 

4.  Supergeleidende magnetische energieopslag: voor een directe en efficiënte afgifte van energie
Supergeleidende magnetische energieopslag (SMES; superconducting magnetic energy storage) slaat energie op in een magnetisch veld. Omdat het opgeslagen energie direct kan vrijgeven, wordt dit gezien als ideale toepassing voor energienetwerken die een snelle reactietijd vereisen. Dankzij het verwaarloosbare energieverlies, groeit de interesse in het vinden van een manier om dit te gebruiken voor grootschalige energieopslag. Een aantal prototypes zijn momenteel al in gebruik, veelal onder toezicht, en beginnen erkend te worden als een mogelijke kostenefficiënte oplossing.

5.  Mechanische energieopslag & waterpompcentrales: het waarborgen van betrouwbaarheid van het net op grote schaal
Mechanische energieopslag omvat een brede variatie aan technieken, waaronder energieopslag in waterpompcentrales (PHS; pumped hydro-storage), vliegwielen, persluchtopslag (CAES; compressed air energy storage) en vloeibare luchtopslag (LAES; liquid air energy storage). Vandaag de dag is PHS de meest gebruikte technologie in grootschalige energieopslag, omdat dit als de ideale vorm van schone energieopslag voor elektriciteitsnetwerken die afhankelijk zijn van wind- en zonne-energie wordt beschouwd.
Door het absorberen van energieoverschotten geeft de PHS-techniek energie vrij op het moment dat de vraag piekt, waardoor de betrouwbaarheid van het energienetwerk op grote schaal wordt gewaarborgd. De International Hydropower Association (IHA) schat dat PHS-projecten wereldwijd tot wel 9000 gigawattuur (GWh) aan elektriciteit opslaan, wat meer dan 94% van de wereldwijd geïnstalleerde energieopslagcapaciteit vertegenwoordigt. 

De toekomst van energieopslag

De opslagbatterijen voor overtollige hernieuwbare energie evolueren snel dankzij nieuwe materialen en toenemende eisen. De nieuwste vermogenselektronica kan opgeslagen energie efficiënt omzetten in elektriciteit en zo oplossingen bieden die weinig tot geen invloed hebben op het klimaat.

Nexans draagt op verschillende manieren bij aan de energietransitie, waarin elektriciteitsopslag een belangrijk onderdeel is, beginnend bij het leveren van transmissie- en distributienetwerken voor de opslag van hernieuwbare energie. Om energieverlies te beperken, is het belangrijk om energie dicht bij de bron (zoals offshore windmolenparken) tegen aanvaardbare kosten te kunnen opslaan. De integratie van energieopslag is gebaseerd op dezelfde transmissiecapaciteit; of dit nu grootschalig met een hoog vermogen is of meer verdeeld over de regio.

Het integreren van diverse fluctuerende hernieuwbare energiebronnen in slimme energienetwerken zal vereisen dat men steeds beter en in realtime energiebehoeften kan monitoren, met daarnaast verder geautomatiseerde systemen die vraag en aanbod kunnen balanceren. Vanwege de vraag naar meer flexibiliteit, heeft Nexans nieuwe services ontwikkeld die hierop aansluiten.

Voor elektrische mobiliteitsoplossingen, die erg afhankelijk zijn van de technische en economische prestatie van energieopslag, levert Nexans passende kabelverbindingen en –beveiliging. Een voorbeeld hiervan zijn laadstations voor elektrische voertuigen, met specifieke veiligheidsfuncties om veilige energieopslag te garanderen.

Nexans heeft ook wereldwijd expertise en leiderschap in elektrische veiligheid en brandveiligheid verworven dat kan worden uitgebouwd naar de nieuwe toepassingen voor opslag, zoals voertuigaccu's, aangezien dit steeds belangrijker wordt.

De Groep is al tientallen jaren bezig met innovatie op het gebied van industriële cryogene en supergeleidende systemen, zoals met de ontwikkeling van een cryogeen transfersysteem met vloeibaar aardgas en waterstof. Omdat vloeibare waterstof hoogstwaarschijnlijk een belangrijke rol zal spelen bij energieopslag, zal Nexans blijven innoveren met baanbrekende technieken om het energienetwerk van de toekomst te ontwerpen.

Vooruitgang in energieopslagtechnieken is essentieel voor de transitie naar schone energie en het decarboniseren van elektriciteit. In de toekomst zullen grootschalige energieopslagtechnieken evolueren en daarmee slimme elektriciteitsnetwerken helpen om hun volle potentieel te bereiken. Het diversifiëren en versterken van de distributieketen van nieuwe apparatuur voor massale inzet, is een grote uitdaging. Dit geldt vooral voor zeldzame grondstoffen in een gespannen geopolitieke context. Innovaties zoals materialen recyclen uit afgedankte gebruiksgoederen (end-of-life products), is al een focuspunt waar Nexans al enige ervaring in heeft.