Waar laten we al die (duurzame) energie?

Beeld: Steppinstars / Pixabay

Rij met de fiets, trein of auto vanaf het centrum van Nijmegen per brug de Waal over en je komt in een ontwikkelingsgebied terecht. Het stadsdeel de Waalsprong groeide de afgelopen twintig jaar als kool. En nog steeds. Huizen worden er met straat en al uit de grond gestampt. Daarbij horen voorzieningen als winkels, een grote bioscoop, hotel, scholen en een brandweer. In de verte markeert een rij windmolens de grens van het gebied. De turbines draaien hun rondjes op een nieuw bedrijfsterrein langs de A15.

De stormachtige gebiedsontwikkeling vergt aanpassingen van de stroomvoorziening. Naast de groei van het aantal aansluitingen kunnen steeds meer huizen en bedrijven energie van bijvoorbeeld zonnepanelen terugleveren aan het net. Netbeheerder Liander plant een ‘verzwaring’ van het elektriciteitsnet, maar het duurt door de aanvraag van vergunningen, inspraakprocedures en de bouw nog jaren voordat het verdeelstation er is. Het aanleggen van een tijdelijke kabel is kostbaar. Daarom koos Liander voor een andere oplossing: het slimmer verdelen van de stroom op momenten van een hoge vraag voorkomt overbelasting van het netwerk. Dat lukt door vriezers van een supermarkt op het bedrijventerrein en de verwarming van het hotel een tandje lager te zetten. Zo blijft er genoeg elektriciteit over voor de rest van de huizen en bedrijven in het gebied.

Eeuwige balans

Elektriciteitsnetwerken voeren een continue balanceeract uit. Er moet ruwweg evenveel stroom worden opgewekt als gebruikt. Een ongebalanceerde stroomvoorziening is onbetrouwbaar en kan uitvallen. Tot nu toe leunt de landelijke netwerkbeheerder voor deze balans vooral op gascentrales. Deze kunnen – in tegenstelling tot bijvoorbeeld kolencentrales – relatief snel worden aan- of uitgezet. Nu de ‘fossiele’ energievoorziening langzaam door variabele bronnen zoals wind- en zonne-energie wordt overgenomen zijn andere oplossingen nodig. Dat kan het opslaan van energie zijn, maar ook het flexibeler maken van het netwerk. Door als het ware vraag te creëren wanneer er veel stroomaanbod is, of andersom. Contouren van zo’n slimmer netwerk zien we nu op verschillende plekken in Nederland terug, waaronder in Nijmegen.

Doorgaans zal het netwerk hier functioneren als ieder ander netwerk in Nederland. Maar op een koude, donkere en windstille winterdag komt de zogenoemde flexibiliteitsmarkt in actie. Er is dan weinig opwekking door de lokale windmolens en zonnepanelen, terwijl er wél een grote energiebehoefte in het gebied is. Verwarmingen loeien en overal brandt de verlichting. De aanvoerkabels krijgen niet genoeg stroom naar het gebied en de energie moet ergens anders vandaan komen. Bijvoorbeeld uit het lokale Van der Valk-hotel en het distributiecentrum van Lidl. Zonder dat de hotelgasten het doorhebben kan de warmte-installatie van het hotel best een tandje lager voor een paar uur. Dat geldt ook voor de koelcellen van de supermarkt. Bovendien heeft Lidl een grote batterij waaruit het eerder opslagen energie van zonnepanelen levert. Op deze manier wordt tijdelijk stroom bespaard en geleverd, zodat de kabels naar het gebied toe niet aan hun maximale belasting komen.

Een ander voorbeeld van zo’n flexibiliteitsmarkt is te vinden in de Zuidplaspolder in Zuid-Holland, een gebied waarin veel tuinders actief zijn en waar ook een verzwaring van het netwerk nodig is. “Dit is wat betreft stroomvraag en aanbod een heel ander gebied”, zegt Lineke Goorix, programmamanager Vraag- en Aanbodsturing van Liander. “Tuinders maken gebruik van een installatie die gas verbrandt en zo warmte en koolstofdioxide voor de kassen genereert. Tegelijkertijd produceren ze zo stroom die ze terug leveren aan het netwerk.” In het gebied met een totaal vermogen van zestig megawatt beschikt Liander nu over een ‘flexibel’ vermogen van vijf megawatt, dat ze per dag kunnen aanspreken op basis van prognoses over de benodigde stroom.

Leveringszekerheid

Peter Palensky is professor intelligente elektriciteitsnetwerken aan de Technische Universiteit Delft en kent dit soort slimme oplossingen al langer. “In Nederland is het nieuw, maar in Californië begonnen ze twintig jaar geleden al met dit soort systemen”, zegt hij. “Door achterblijvende investeringen liepen ze daar tegen de maximale capaciteit van het netwerk aan. Bedrijven konden waar mogelijk pompsystemen uitschakelen en mensen kregen een vergoeding als ze hun airconditioning via een kastje een tandje lager lieten zetten.”

In feite bedien je op deze manier meer aansluitingen met hetzelfde netwerk. Cruciaal is hierbij het zogenoemde piekvermogen, het moment waarop er (te) veel stroom door het netwerk gaat. “Als je tegen de grens van het netwerk aanloopt dan betekent het niet dat er geen verdere groei meer mogelijk is”, zegt Goorix. “Door het piekvermogen gedeeltelijk naar een ander moment te verplaatsen kun je nog groeien.” Een ander voorbeeld is het slim laden van elektrische auto’s, waar bijvoorbeeld in Amsterdam mee wordt geëxperimenteerd. Voor veel gebruikers maakt het niet uit of de auto wordt opgeladen tussen zes en zeven uur ‘s avonds of tussen twee of drie uur ‘s nachts. Op die manier is vermogen ook te spreiden.

Voor Nijmegen en de Zuidplaspolder ligt er uiteindelijk gewoon een verzwaring van het elektriciteitsnet in het verschiet. De flexibiliteitsmarkt is daarna niet meer nodig. “Maar slimme manieren om elektriciteit te verdelen gaan een steeds grotere rol spelen in de netwerken van de toekomst”, zegt Palensky. “Technologie maakt dat steeds makkelijker en het zou raar zijn als we daar geen gebruik van zouden maken.”

Gaan al deze maatregelen niet ten koste van de betrouwbaarheid van het netwerk? Palensky zegt dat de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening een van de belangrijkste punten is voor netwerkbeheerder. “Ze zullen nooit bewust beslissingen nemen die de leveringszekerheid in gevaar brengen, want daar worden ze op afgerekend”, zegt hij. Peter Hofland, woordvoerder bij Liander, vult aan: “Wij hebben een leveringszekerheid van 99,99 procent. Onze klanten zitten per jaar gemiddeld twintig minuten zonder stroom. Daarmee hebben we een van de betrouwbaarste elektriciteitsnetten van de wereld. En dat willen we zo houden.”

‘Uitgereden’ batterijen

Montage van zonnepanelen op het dak van de Johan Cruijff ArenA. Beeld: CC BY-NC 2.0

Bij opslag van elektriciteit denk je al snel aan batterijen. Op steeds meer plekken worden grote accu-installaties geïnstalleerd. Zo ook in de kelder van de Johan Cruijff ArenA. Hier wordt sinds 2018 energie opgeslagen van de zonnepanelen op het dak. De opslag bestaat uit gebruikte batterijen van elektrische auto’s en heeft een capaciteit van 2,8 megawattuur. Daarmee kun je zo’n 7000 huishoudens een uur lang van stroom voorzien. Ook in de buurt van windparken en in woonwijken verrijzen batterij-installaties, waarmee windenergie of zonne-energie van de daken wordt opgeslagen.
Netbeheerder TenneT doet momenteel proeven met elektrische auto’s die als (tijdelijke) opslag dienen. Ondanks een gestage prijsdaling zijn batterijen te kostbaar om grote hoeveelheden energie vast te leggen.

Blokkentoren van beton

Impressie van de blokkentoren van Energy Vault. Beeld: Energy Vault

Het Zwitserse bedrijf Energy Vault heeft een bijzondere oplossing bedacht om stroom uit windmolens en zonnepanelen op te slaan. Een constructie van verschillende kranen tilt met de ‘overtollige’ elektriciteit betonblokken op van zo’n 35 ton. De kraan stapelt ze op tot een hoogte van pakweg 150 meter en laat ze naar beneden als er stroom nodig is. Een dynamo wekt dan elektriciteit op. De grootste uitvoering van de toren slaat zo’n 80 megawattuur op, genoeg om zo’n tien- tot twintigduizend Nederlandse huishoudens tien uur lang van stroom te voorzien. Op dit moment bouwt Energy Vault in Zwitserland een proeftoren om het concept te testen.

Toch weer aan het (gemaakte) gas

Gasopslagfaciliteit in Langeloo, Groningen. Daarin kun je gewonnen fossiele aardgassen opslaan, maar ook waterstof of gas dat met behulp van elektriciteit is gemaakt. Beeld: Shutterstock

Waarom niet gebruikmaken van bestaande infrastructuur? Zoals het Nederlandse gasnetwerk. In Groningen zijn grote gasopslagvoorzieningen. Daarin kun je gewonnen fossiele aardgassen opslaan, maar ook waterstof of gas dat met behulp van elektriciteit is gemaakt. Op papier kun je zo duizenden gigawatturen opslaan, waarmee de seizoensvariatie aan energievraag te ondervangen is. In de winter is veel energie nodig, terwijl er in de zomer juist meer energie wordt opgewekt. Het nadeel is dat er bij de omzetting van elektriciteit naar gas (en terug) een groot deel van de energie verloren gaat. Onlangs maakten onder andere Shell en de Gasunie bekend dat ze het komende decennium investeren in de productie van waterstof met behulp van stroom van windmolens op de Noordzee. In eerste instantie is de waterstof voor de chemische industrie, maar in een later stadium kan het ook voor het maken van ‘groene’ elektriciteit dienen.

Water omhoog pompen

De Hoover Dam in de Verenigde Staten creëert een stuwmeer dat energie opslaat door water ‘op hoogte’ te houden. Beeld: Mariordo, CC BY-SA 4.0

Voor het grotere opslagwerk neem je een stuwmeer. Een waterkrachtcentrale produceert stroom door met water onder hoge druk een lager gelegen dynamo aan te drijven. Sommige centrales draaien dat proces om en gebruiken ‘overtollige’ elektriciteit om water ín het reservoir te pompen. Op het moment dat het nodig is laten ze het weer leeglopen. Het landschap van Nederland lijkt niet geschikt voor stuwmeren. Alhoewel: in de jaren ’80 opperde de ingenieur Luc Lievense het plan om het Markermeer als energiebuffer te gebruiken. Door water in het meer tien meter te laten stijgen of zakken kan het zo’n 100.000 megawattuur aan elektriciteit opslaan. Dat voorziet heel Nederland zonder verdere energieproductie gemiddeld zo’n acht uur van stroom. Ondanks dat het plan verschillende keren is onderzocht, strandt het steeds op praktische en milieutechnische bezwaren.

Dit artikel staat ook in iBestuur magazine 34