Onbetrouwbare zon en wind, dan maar batterijen voor het grid?
Geplaatst door Lucas Kruijswijk in Energieopslag, Zelfvoorzienend Geef een reactie
Een veel gehoord argument tegen zon- en windenergie is dat ze onbetrouwbaar zijn. Als de zon onder is of als het niet waait, dan zouden rokende kolencentrales nodig zijn om de elektriciteitsvoorziening zeker te stellen. Daarom zouden zon en wind niet meer dan 20 procent van deze voorziening kunnen invullen.
Maar mensen die off-grid wonen gebruiken oplaadbare batterijen en zijn met de energie van een zonnepaneel goedkoper uit, dan als ze een dieselgenerator zouden gebruiken.
Dus kan het nu wel of niet? Is de onbetrouwbaarheid van wind en zon echt onoverkomelijk als we 80 procent van de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen willen? En kunnen batterijen in het grid een oplossing zijn?
Off-grid als model voor on-grid
Om niet te verdwalen in een abstracte discussie van miljarden watts en evenveel euro’s, is het goed om te beginnen bij een enkel off-grid huis. Een huis dat zijn eigen elektriciteit produceert en opslaat.
Vervolgens kan gekeken worden hoe de kosten verlaagd kunnen worden als meerdere van zulke huizen met een grid (elektriciteitsnet) met elkaar verbonden worden. Om uiteindelijk te komen bij een supergrid, waarbij landen continentaal worden verbonden zodat ook zonne-energie uit de Sahara (DESERTEC plan) mogelijk wordt.
De off-grid situatie is altijd “worst case”, aangezien in een on-grid situatie we altijd kunnen kiezen om geen gebruik te maken van het grid. De kosten zullen bij on-grid dalen, omdat fluctuaties in energieproductie en consumptie opgevangen kunnen worden en dat sommige voorzieningen, zoals back-up capaciteit, grootschalig goedkoper zullen zijn. 100.000 back-up generators van 1kW zijn duurder, minder efficiënt en hebben meer onderhoud nodig dan 1 gascentrale van 100MW.
De familie Ackerman-Leist
In Nederland hebben we zogenoemde “nulwoningen”. Dat zijn woningen die in een jaar evenveel energie gebruiken als produceren. Deze zijn echter on-grid en geven daarmee geen beeld van de voordelen en problemen van gebruik van batterijen. Overigens wordt in het Nederlands het woord batterij meestal gebruikt voor een niet oplaadbare batterij en een accu voor een oplaadbare batterij. Dit in tegenstelling tot het Engelse ‘battery’. In dit artikel zal met batterij steeds oplaadbare batterij bedoeld worden.
Na wat zoeken op het internet, is een goed en beschreven voorbeeld van een off-grid woning te vinden van de familie Ackerman-Leist in Vermont. Ze wonen een kilometer van het elektriciteitsnet af en besloten daarom off-grid te gaan wonen.
Hier volgt een samenvatting van de installaties:
• Verbruik, 2.2 kWh per dag, 800 kWh per jaar.
• Koelkast op propaangas (door middel van absorptie koeling).
• Verwarming met hout.
• Warm water met zonnecollector en propaangas als back-up.
• Zonnepanelen, 960Wp (met volgsysteem)
• Batterijen: 12 x 6V x 6Ah = 16.2 kWh.
• Back-up 4kW diesel generator
Het vermogen van de zonnepanelen komt misschien wat laag over. Het systeem is echter in 2004 aangelegd toen de prijzen van zonnepanelen nog veel hoger lagen.
Het berekenen van kosten en capaciteit van batterijen
Oplaadbare batterijen produceren zelf geen energie. Het is daarmee een beetje een puzzel hoe de kosten berekend moeten worden.
Om te beginnen moet de opslagcapaciteit gezien worden als percentage van het dagelijks gebruik. In het geval van familie Ackerman-Leist is het dagelijks gebruik 2.2 kWh en zijn de batterijen gedimensioneerd op 16.2 kWh (12 x 6V x 225Ah). Oftewel 736% van het dagelijks gebruik. Door met percentages te rekenen kunnen de koster verrekend worden per kWh gebruik en is absolute gebruik minder van belang. Als de prijs per kWh duidelijk is, dan worden de kosten voor kleine en grote installaties vergelijkbaar.
De volgende stap is de kosten te berekenen per gebruikte kWh. Stel dat een kWh opslag 150 euro kost en 25 jaar meegaat (dit is niet het geval, zie verderop in dit artikel). 25 jaar en 7% rente is vergelijkbaar met een kostenprofiel van 10 jaar levensduur en 0% rente. De 7% klinkt misschien wat hoog, maar aan een aanschaf zit ook risico en er is ook wat onderhoud. Men is echter vrij om een lager percentage te kiezen. De kosten zijn daarmee 15 euro per jaar en dat is 4.1 cent per dag per kWh voor een capaciteit van 100% van het dagelijks gebruik. Voor 736% is dit 30.2 cent per kWh. Dit is dus een aanzienlijk kostenpost en is meer dan de prijs voor de zonnepanelen.
De kosten kunnen beperkt worden door het percentage lager te nemen. In de off-grid situatie zijn de mogelijkheden beperkt. Men kan meer panelen nemen of meer gebruik maken van de back-up generator.
In de on-grid situatie is meteen duidelijk dat het heel aantrekkelijk is de fluctuaties via het grid weg te werken en bijvoorbeeld maar een opslag capaciteit te hebben van 50% van het dagelijks gebruik. De extra kosten zouden dan maar 2 cent per kWh zijn. Extra kosten zijn natuurlijk nooit leuk, maar 2 cent per kWh is niet “het apocalyptische einde van de wereld door een energiecrisis”.
Opslag per uur
In sommige artikelen op het internet over batterijen, wordt soms de opslag “per uur” gegeven. Dit zegt niet zoveel over de totale opslag, maar meer over het vermogen in verhouding tot de opslag.
Stel men heeft een batterijbank met 2 uur opslag ergens geïnstalleerd. Dat wil zeggen dat de batterijen in opgeladen toestand in 2 uur leeg getrokken kunnen worden. Oftewel, per kWh opslag heeft men 500W vermogen. Meer uren opslag, betekent dan minder vermogen per opgeslagen kWh!
In het geval Ackerman-Leist met 736% opslag, is het vermogen waarschijnlijk niet een probleem want zou men de batterijen in 7 uur leeg kunnen trekken, dan betekent dat dat in 1 uur een dagconsumptie aan vermogen geleverd kan worden.
Naar mate het percentage van opslag lager wordt, neemt het maximale vermogen proportioneel af bij gebruik van hetzelfde type batterij. Het is waarschijnlijk dat hetzelfde niet voor de behoefte geldt. Als bijvoorbeeld door gebruik van andere technieken de behoefte aan opslag minder wordt, kan de behoefte aan vermogen gelijk blijven. In een grid situatie met een beperkte opslag, hebben de energiemaatschappijen bijzonder interesse in het vermogen.
Back-up power versus peak power
Tegenover de kosten van de batterijen kunnen de kosten van back-up power gezet worden. De familie Ackerman-Leist heeft een generator van 4kW. Met wat Googlen kan zo’n generator tussen de 1500 à 2000 euro gekocht worden. Een investering van 25 jaar en 7% rente is opnieuw vergelijkbaar met een kostenprofiel van 10 jaar en 0% rente. De generator kost daarmee 150 à 200 per jaar en op een gemiddeld verbruik van 2.2 kWh per dag is dat dan ongeveer 20 cent per kWh. Dit is enkel de prijs om de generator te hebben, bovenop de prijs van energie uit de zonnepanelen. Dit is dus duur.
Maar als nauwkeuriger gekeken wordt, dan is de 4kW zwaar over gedimensioneerd. De generator kan in iets meer dan een half uur de elektriciteit genereren voor een hele dag. De back-up is hier ook back-up voor het gehele systeem en is niet afhankelijk van het functioneren van de batterijen. Als de back-up wel wordt gecombineerd met de batterijen, dan kan uitgegaan worden van het gemiddelde verbruik en is een 100W systeem voldoende! Dat is dus 40 keer minder en maar een halve cent per kWh.
100W is zo weinig dat een generator van dat type niet te koop is en de off-grid situatie blijft dus toch duur. Zou je echter in een Nederlandse wijk met 100 huizen back-up power willen hebben voor gemiddeld verbruik, met een verbruik van 10 kWh per dag per huis, dan heb je aan een generator van 50 kW voldoende. Dat is een motor van een kleine auto, die op het internet voor 15.000 dollar te vinden is en dat is eenmalig 150 dollar per huis (15 dollar per jaar). Het is duidelijk dat dit niet veel kost en ook niet veel ruimte in beslag neemt.
Als echter uitgegaan wordt van “peak power”, in het geval dat er geen zon en wind is op het moment dat er veel vraag is, zonder de aanwezigheid van batterijen, dan kan de prijs misschien wel 5 keer hoger liggen voor een wijk en nog meer voor een enkel huis. De kosten worden dan wel significant.
Het probleem van loodaccu’s
In bovenstaande berekeningen van de lood accu, is uit gegaan van een ideaal werkende accu. Dit klopt echter niet. Oplaadbare batterijen hebben vele eigenschappen en elk batterij type scoort goed of juist slecht op een bepaald aspect:
• Prijs per kWh
• Prijs per kW
• Gewicht per kWh
• Gewicht per kW
• Volume per kWh
• Volume per kW
• Roundtrip efficiëntie
• Zelfontlading
• Cycli
• Robuustheid tegen diepe ontlading
• Gevoeligheid voor temperatuur
• Temperatuur waarbij de batterij werkt
• Veiligheid (kans op ontploffen)
• Allerlei milieuaspecten
Voor telefoons is de energiedichtheid en het vermogen erg belangrijk. De lithium gebaseerde batterijen scoren op dit punt zeer goed. De auto heeft vanwege de actieradius een grote batterij nodig en de prijs wordt daarmee ook belangrijk. De prijs van lithium batterijen is in deze context nog problematisch (de auto wordt te duur of de actieradius is te klein).
Voor stationaire toepassingen, zoals het gebruik voor elektriciteit in huis, zijn met name de prijs en het aantal cycli van belang. Als men 1 keer per dag oplaadt en ontlaadt, dan heeft men voor een levensduur van 25 jaar, 25 x 365 is 9125 (laten we zeggen 10.000) cycli nodig.
Qua prijs per kWh scoort de lood accu goed en hij wordt daarom nog veel gebruikt voor de stationaire toepassing. Op het aantal cycli scoort de lood accu (inclusief veel andere batterijen) veel slechter. Hij blijft steken op 1000 à 2000 cycli.
Daarnaast kan de lood accu slecht tegen diepe ontlading (en diep ontladen blijven). Dit is ook een reden waarom de familie Ackerman-Leist een capaciteit van 736% heeft. Op deze manier wordt de batterij maar beperkt ontladen en gaat hij veel langer mee.
Al met al, is de eerder gegeven prijs van 4 cent per kWh bij 100% van het dagelijks gebruik (voor lood accu’s) een veel te optimistisch getal. Omdat het cycli afhankelijk is van de geplaatste overcapaciteit (hoe meer overcapaciteit, hoe meer cycli) is een precieze prijs per kWh moeilijk te geven. Het is echter duidelijk dat deze een aantal keren hoger ligt dan de 4 cent per kWh en dat is dus erg duur.
De energiedichtheid is ook niet ideaal. Deze is ongeveer 60 Wh per liter (30 Wh per kg). Voor de stationaire toepassing is de dichtheid per volume belangrijker dan gewicht. Zou men bij een dagelijks gebruik van 10 kWh in Nederland bijvoorbeeld kiezen voor 50% opslag, zodat van de zonne-energie de helft na zonsondergang gebruikt kan worden (en de ander helft dus overdag gebruikt moet worden), dan heeft men 83 liter nodig. Dat is een doos van 44 x 44 x 44 centimeter. Niet onoverkomelijk, maar om alles in de meterkast te krijgen zou de helft kleiner toch fijn zijn.
Alternatieven voor lood accu’s
De beperkingen van batterijen voor stationaire toepassingen worden inmiddels erkend en met name in de Verenigde Staten is er veel ontwikkeling in en onderzoek naar alternatieve batterijen (Europa loopt hierop achter).
Maar een al bestaand alternatief (commercieel sinds 2000) komt van het Japanse bedrijf NGK Insulators. De batterijen bestaan uit natrium en zwavel, beide materialen die in overvloed aanwezig zijn. De batterijen hebben een drie keer hogere energiedichtheid dan lood accu’s en gaan 15 jaar mee. De 10000 cycli worden dus nog niet gehaald, maar komt een heel stuk in de buurt. De DC-DC roundtrip efficiëntie is met 90% zeer goed. Dat is de efficiëntie van 1 keer opladen en ontladen in gelijkstroom (10% gaat dus verloren en nog iets meer voor de conversie naar wisselspanning). Nadeel is dat deze batterijen bij 300 à 350 graden Celsius werken en zijn daarom niet geschikt voor gebruik in woonhuizen.
General Electric (een Amerikaans bedrijf, enigszins vergelijkbaar met Siemens), is afgelopen zomer begonnen met de verkoop van zijn Durathon batterijen. Deze batterijen bestaan uit natrium en nikkel. Ook deze opereren bij hoge temperatuur (260 graden Celsius), maar door goede isolatie zijn ze aan de buitenkant slechts een beetje warm. Ze worden verkocht in 20 kWh, 100 kWh en 1 MWh units en gaan 4500 cycli mee (15 jaar). De 20 kWh unit is 32 x 55 x 95 centimeter en weegt 245 kg. Ze hebben daarmee een 2 keer betere energiedichtheid (qua volume) dan lood accu’s. De 1 MWh unit lijkt direct te concurreren met de NGK batterijen, maar verschil in prijs is niet te vinden. Na wat verder zoeken is een ergens een prijs van 500 dollar per kWh te vinden. De initiële prijs zal, met de nog beperkte productiecapaciteit, markt gedreven zijn en niet kost gedreven. De prijs kan dus nog dalen.
Het bedrijf Aquion Energy zet al zijn kaarten op goedkoop en robuustheid, ten koste van energiedichtheid. De energiedichtheid van hun batterijen is minder dan van lood accu’s (precieze cijfers worden niet gegeven) en een 5 kWh exemplaar zal zeker niet meer in de meterkast passen. Daar staat tegenover dat ze goedkoop zijn (ze zouden 200 dollar per kWh moeten gaan kosten) en extreem robuust. Ze hebben tests van 15000 cycli doorstaan en gaan niet stuk door diep ontladen of kortsluiting. Ze zijn efficiënt en opereren bij extreme kou tot extreme hitte. De batterijen bestaan uit natrium, zwavel en zout water en zijn geen milieugevaar bij lekkage.
Met deze eigenschappen is het een uitstekend consumentenproduct voor off-grid situaties in landen van Afrika en Azië. In deze landen hebben huishoudens vaak een geringe hoeveelheid zonnepanelen en zijn derhalve maar weinig batterijen nodig. In een off-grid situatie met een paar duizend Wp, kan de benodigde ruimte bezwaarlijk zijn. Aquion verkoopt al batterijen voor test doeleinden en zou dit jaar met de echte productie moeten beginnen. Mogelijk is het ook interessant in on-grid situaties voor Europa en de Verenigde Staten. De energiedichtheid is dan wel slecht, waarschijnlijk iets van 15 Wh per liter, maar dat is nog steeds ongeveer 18 keer hoger dan water op 300 meter in een dam (0.83 Wh per liter). Daarbij moet nog gerealiseerd worden dat plannen in Nederland om water op te pompen nooit hoger gingen dan 30 meter.
Verder is er een reeks van bedrijven die “flow-batteries” verkopen en ontwikkelen. Dat zijn batterijen waarbij het elektrolyt vloeibaar is en in een aparte tank zit. Om stroom te verkrijgen of op te slaan wordt het elektrolyt langs membranen gepompt. Door de tanks te vergroten zou dus goedkoop het aantal kWh verhoogd kunnen. Er is ook een support groep.
De bedrijven Prudent Energy, Cellstrom en Golden Energy Fuel Cell maken gebruik van een chemie op basis vanadium.
De bedrijven Premium Power, Primus Power, RedFlow en ZZB Energy maken gebruik van de chemie zink en broom.
De bedrijven Enervault en Deeya Energy maken gebruikt een chemie op basis van ijzer en chroom.
Sommige van de bedrijven hebben al een redelijk aantal systemen commercieel verkocht. De prijs ligt vaak op 1000 dollar per kWh opslag of hoger en is daarmee 27 dollarcent per kWh, bij 100% opslag van het dagelijks gebruik. Dat is dus behoorlijk duur. De energiedichtheid van de vanadium batterijen is vergelijkbaar of zelfs minder dan lood accu’s. De zink/broom batterijen scoren op dit punt een stuk beter. Hoewel het elektrolyt apart in tanks het ei van Columbus lijkt, is het maar de vraag of deze techniek het gaat redden tegen de modulair opgebouwde batterijen, zoals de Durathon van General Electric. Op kleine schaal, minder dan 100 kWh, is dat niet te verwachten, omdat het gebruik van pompen en dergelijke onderhoud vraagt, wat op grote schaal minder een probleem is.
Tenslotte zijn er tal van onderzoeken naar geheel nieuwe concepten. Zo onderzoekt het bedrijf Ambri batterijen van vloeibaar metaal. Normaal wordt het aantal cycli van een batterij beperkt doordat de elektrolytplaten langzaam stuk gaan door de chemische reacties. De vloeibare batterijen hebben deze platen niet en slijten daardoor niet. Ze zouden goedkoop te maken zijn.
Het bedrijf Sumitomo probeert batterijen van natrium en zwavel te maken, die een operationele temperatuur van onder de 100 graden Celsius hebben. Het bedrijf Ceramatec doet onderzoek naar een vergelijkbare batterij. Of daarmee het hoge aantal cycli voor stationaire toepassing behaald wordt, is nog niet duidelijk.
Waarschijnlijk zijn er nog veel meer ontwikkelingen en er zijn ook nog alternatieven die wel elektriciteit opslaan, maar geen batterijen zijn, zoals gecomprimeerde lucht van Light Sail Energy of vloeibare lucht van Highview Power.
Brandstofproductie bij overschotten
Voor een off-grid situatie van een enkel huis, zoals Ackerman-Leist kan een opslagcapaciteit van een aantal dagen geprefereerd zijn. Voor een kleine community, zal misschien gekozen worden voor 50% – 100% van het dagelijks gebruik, terwijl op een continent met een supergrid, het geprefereerde percentage zal dalen tot 10% of minder, bij een volledige duurzame opwekking. Dit zijn schattingen, meer studie is hier nodig.
Duidelijk is in ieder geval, dat seizoenoverschotten en tekorten, niet met batterijen kunnen worden opgevangen. Voor tekorten kan back-up capaciteit gebruikt worden, de overschotten worden echter verspild als daar niet iets op gevonden wordt. In tegenstelling van wat men meestal denkt, zijn overschotten een groter probleem dan tekorten.
Er is niet zoveel anders mogelijk dan de overschotten te gebruiken voor het produceren van een vorm van brandstof. Dit worden “zonnebrandstoffen” genoemd (Solar Fuels) ook als deze uit wind worden gemaakt. Ik heb daar eerder artikel over geschreven voor de Olino website.
De geproduceerde brandstof kan gebruikt worden voor de back-up generator. De brandstof echter ook gebruikt worden voor bijvoorbeeld de auto. In dat geval zal meer duurzame energieproductie nodig zijn, dan enkel voor de elektriciteit. Deze overcapaciteit heeft als bijeffect, dat de back-up minder vaak nodig is.
De meest eenvoudige brandstof is waterstof. Deze kan met elektrolyse uit water worden gebruikt en kan in een brandstofcel gebruikt worden om weer elektriciteit te produceren. Er zijn al bedrijven die hier een kant en klare oplossing voor hebben, zoals het Italiaanse bedrijf Electro Power Systems. De roundtrip efficiëntie zal een stuk lager zijn. Als waterstofproductie met 70% efficiëntie gaat en elektriciteitsproductie met de brandstofcel ook, dan is de totale roundtrip efficiëntie, dus van brandstofproductie en opnieuw elektriciteitsgeneratie, 50%.
Opslag van waterstof is factoren goedkoper dan opslag van elektriciteit en opslag voor een aantal weken zal waarschijnlijk wel betaalbaar zijn. Prijzen voor waterstofopslag zijn heel moeilijk te vinden op het internet (dat betekent meestal dat ze niet gunstig zijn).
Als men in de zomer de energie wil opwekken voor verwarmen in de winter, zonder gebruik te maken van biomassa (zoals houtblokken in een kachel), dan lijkt ammoniak momenteel de enige technisch haalbare oplossing, hoewel deze techniek nog in ontwikkeling is. Met SSAS (Solid State Ammonia Synthesis) kan direct uit elektriciteit, water en lucht ammonia gemaakt worden. Dit kan in de winter gebruikt worden voor verwarmen.
Als voor de winter 1500 m3 gas nodig is, dan is dat 16500 kWh. Wordt gebruik gemaakt van een warmtepomp met een COP van 4, dan is dat 4125 kWh elektrisch. Als ammoniak met 60% efficiency in een brandstofcel omgezet kan worden in elektriciteit (restwarmte kan ook gebruik worden), dan is ongeveer 6875 kWh aan ammoniak nodig. Ammoniak heeft energiedichtheid van 3,23 kWh per liter, dus is 2128 liter ammoniak nodig. Zo’n tank kan in de tuin begraven worden.
Een tank kost tussen de 7000 en 17000 dollar per 1000 gallon. Dat is 0,48 en 1,16 euro per kWh ammoniak. Dat is heel wat goedkoper dan de 200 dollar per kWh batterijen. Bij grootschalige opslag kan de prijs dalen tot 10 cent per kWh (door de ammoniak af te koelen in plaats van onder druk te brengen).
Ook al is opslag van brandstof vele malen goedkoper, een tank in de tuin gaat toch duizenden euro’s kosten. Het is daarom aan te raden om de initiële aanname van 1500 m3 gas te beperken. Dit kan door het huis zeer goed te isoleren en gebruik te maken van thermische zonne-energie. In december en januari gaat dat niet echt, maar in februari en maart wordt de zon al krachtiger, terwijl het nog het steeds koud is.
Batterijen versus het supergrid
Een interessante vraag is of batterijen concurreren met een grid en supergrid (continentaal grid) of juist daar goed mee samenwerken. Of met andere woorden, neemt de economische waarde van een grid/supergrid af of juist toe met de introductie van batterijen?
Het lijkt erop dat de technieken elkaar eerder aanvullen dan elkaar beconcurreren. Dit is moeilijk kwantitatief te onderbouwen en het geheel wordt misschien toch duidelijk met het volgende voorbeeld:
In deze situatie is er een grote stad met een elektriciteitsvoorziening (duurzaam of niet, dat is hier niet zo relevant). Er is echter ook een dorp, dat verbonden is met een niet al te betrouwbare hoogspanningsleiding naar de grote stad. Het dorp heeft geen eigen elektriciteitsvoorziening.
De beste plaats om batterijen te plaatsen is in het dorp. Dat lijkt op het eerste gezicht misschien niet logisch, maar bij nader inzien is dat het wel. Door het plaatsen van de batterijen in het dorp, krijgen deze een dubbele en zelfs driedubbele functie. In geval van piekbelasting kan het dorp de batterijen gebruiken, zodat de grote stad de energievoorziening geheel voor zich zelf heeft. Dit geeft eenzelfde voordeel als de batterijen bij de stad geplaatst zouden zijn. Sterker nog, een beter resultaat, omdat tijdens de piek het totale energie verbruik lager is, omdat de hoogspanningskabel minder gebruikt wordt en er dus minder verliezen zijn.
Maar er zijn nog twee andere voordelen:
• Indien de hoogspanningsleiding uitvalt, dan kan het dorp op batterijen verder. Pech kan er natuurlijk zijn als de leiding uitvalt terwijl de batterijen juist leeg waren, maar dat neemt niet weg dat de gemiddelde betrouwbaarheid omhoog gaat. Verder zijn onderhoud en storm te voorspellen.
• Het transport van elektriciteit kan over langere tijd uitgesmeerd worden, waarmee het aantal ampères in de hoogspanningsleiding minder is en daarmee ook het verlies over de weerstand. Het verlies is namelijk evenredig met het kwadraat van het aantal ampères.
Uit bovenstaande kunnen aantal conclusies getrokken worden:
• Het is heel erg moeilijk om de waarde van batterijen in een grid te bepalen, omdat er meerdere voordelen aan zitten.
• De batterijen verhogen de waarde van het grid. In combinatie met batterijen kunnen de hoogspanningsleidingen meer en betrouwbaarder stroom transporteren.
• De beste locaties van batterijen zijn zo dicht mogelijk bij waar de fluctuaties ontstaan (bij de consument of een fluctuerende producent, zoals zon of wind). Dus niet in de knooppunten (in de knooppunten heeft men immers al de meeste keuze).
Bovenstaande schematische situatie doet zich voor bij het kleine dorpje Presidio in Texas. Daar is in 2010 een grote hoeveelheid NaS batterijen van NGK geplaatst.
Verder doet Enexis een proef in Etten-Leur met Lithium-Ion batterijen. En er is een vergelijkbare proef in Sacramento. Het gaat bij deze proeven niet zozeer om de performance van de lithium-ion batterijen, maar om de waarde van batterijen in het grid te bepalen. En zoals gezegd, is dat niet evident.
Integratie
Alle bovengenoemde technieken moeten uiteindelijk geïntegreerd worden tot een on-grid of off-grid systeem. Dit vergt expertise en elektronische systemen die eigenlijk los staan van de batterijen. Vroeger werd deze integratie geleverd door de batterijfabrikant zelf. Dit is echter aan het veranderen en er ontstaan bedrijven die zich specifiek richten op de integratie en zich niet op 1 specifieke opslag methode richten.
Het bedrijf Xtreme Power maakte eerst eigen geavanceerde lood accu’s, de Xtreme PowerCell, maar ze werken nu samen met Generic Electric met de Durathon batterij. Het lijkt erop dat ze hun eigen batterij hebben laten varen en zich enkel op de integratie richten.
Sommige inverter fabrikanten leveren tegenwoordig kant en klare systemen voor integratie, zowel voor on-grid en off-grid. SMA Solar Technology levert kleine en grote systemen.
In Duitsland is ook nog het bedrijfje Younicos actief. Op hun website is een verhaal te vinden over Graciosa, het één na kleinste eiland van de Azoren. Zonder energieopslag zou maar 15% rendabel met zon en wind kunnen worden opgewekt. Met batterijen stijgt dat tot 70%.
De focus ligt op die systemen die elektriciteit genereren uit diesel. Die zijn terug te vinden op eilanden, maar ook in afgelegen gebieden. In deze gebieden zijn bijvoorbeeld dorpjes, mijnbouw of een GSM-station. Door de stijgende olieprijzen zijn zon- en windenergie aangevuld met batterijen goedkoper dan een oplossing met enkel een dieselgenerator.
Conclusies
• In een off-grid situatie, zijn batterijen noodzakelijk en een aanzienlijke kostenpost.
• Door nieuwe type batterijen kunnen de kosten naar beneden gaan.
• In een on-grid situatie, met volledige duurzame elektriciteitsvoorziening is het gebruik ook wenselijk, maar daar kunnen de kosten naar beneden gebracht worden, door enkel opslagcapaciteit te hebben voor een deel van het dagelijks gebruik.
• Back-up capaciteit voor gemiddeld gebruik is niet duur, het nuttig gebruik van overschotten is een groter probleem.
• Peak capaciteit brengt wel significante kosten met zich mee.
• Meerdaagse opslag wordt erg duur met batterijen en kan niet concurreren met de goedkope back-up capaciteit. Het opvangen van de verschillen van de seizoenen met batterijen is in zijn geheel niet realistisch.
• Opslag concurreert niet met grid of supergrid maar versterkt het.
• Opslag kan het best geplaatst worden bij de fluctuaties van de consument of de fluctuaties van duurzame energie. Op deze plaatsen krijgt de opslag extra voordelen.
• Waterstofproductie of ammoniakproductie door middel van SSAS zou voor meerdaagse opslag gebruikt kunnen worden.
February 16th, 2013 at 7:25 pm
Vreemd dat waterkracht DE belangrijkste grootschalige opslag ongenoemd blijft.
Bij waterstof heet de opslag “voor een aantal weken waarschijnlijk wel betaalbaar” is. Dat is juist een belangrijk probleem bij waterstof. “ammoniak momenteel de enige technisch haalbare oplossing” Waarom is onduidelijk temeer daar “hoewel deze techniek nog in ontwikkeling is” wordt toegevoegd. Dat waterstof nu vooral benut wordt als bijmenging bij aardgas, ontbreekt. Windgas is de schrijver waarschijnlijk onbekend. Opslag “door de ammoniak af te koelen” vergt veel energie zeker voor lange tijd, maar wordt genegeerd.
Het stuk eindigt met enkele vreemde stellingen, zoals:
– Back-up capaciteit voor gemiddeld gebruik is niet duur, het nuttig gebruik van overschotten is een groter probleem.
– Peak capaciteit brengt wel significante kosten met zich mee.
– Opslag concurreert niet met grid of supergrid maar versterkt het.
– Opslag kan het best geplaatst worden bij de fluctuaties van de consument of de fluctuaties van duurzame energie. Op deze plaatsen krijgt de opslag extra voordelen.
Waarom nuttig gebruik van overschot zo’n probleem is, wordt niet duidelijk, evenmin wat “gemiddeld gebruik” is. Piekvraag is duur maar waarom “significant”? Moeilijk aanpasbaar aanbod maakt opslag noodzakelijk, versterking van (super)grid staat daar los van. Sterk wisselende elektriciteitsvraag wisselt is geen argument voor lokale opslag.
February 17th, 2013 at 3:17 pm
Roland, bedankt voor je reactie. Het artikel is in eerste instantie gericht op batterijen en ook in het licht van zeer hoog gebruik van duurzame energie, bijvoorbeeld meer dan 80%. Ik maak hier en daar wel een uitstapje naar andere technieken en ik ben dan niet even compleet en had waterkracht moeten noemen.
Maar let wel, als je 80% elektriciteitsvoorziening op duurzaam hebt, dan is maar de vraag of de waterkracht uit Noorwegen of de Alpen daarin wel kan voldoen. Bovendien, is het wenselijk om binnen Nederland voldoende back-up capaciteit te hebben in geval de kabels uitvallen en dan lijkt lokale opslag wenselijk.
Bijmenging met aardgas is ongetwijfeld een goede oplossing voor nu. Maar aardgas is een fossiele brandstof dus je lift mee op een niet duurzame energievorm. Daarmee niet gezegd dat het komende tientallen jaren nuttig is. Op plaatsen op de wereld waar dorpen van de diesel worden gehaald, is er simpelweg geen aardgas.
Ammoniak word al bij -34 vloeibaar. Voor het vast houden van de kou, geldt dat het oppervlakte van belang is. Als de diameter van een vat groter wordt, dan neemt de inhoud met de derde macht toe, terwijl het oppervlakte met het kwadraat toeneemt. Naarmate het vat groter wordt, wordt opslag via koeling voordeliger dan onder druk.
Als je in een gebied bent met veel seizoensvariatie, dan is opslaan via waterstof problematisch, denk ik. Je zult dus naar een handiger brandstof moeten. Voor koolstof gebaseerde brandstof heb je CO2 nodig, en is het dan de vraag hoe je daar aan komt. Ammoniak wordt al een commerciële installatie gebouwd voor een zilvermijn in Bolivia. Dat deze techniek nog niet in opmars is, komt omdat de prijs van de energieinput, gas is per kWh is goedkoper dan elektriciteit.
Voor back-up heb je de dieselgenerator als standaardoplossing. Er zijn natuurlijk verschillende mogelijkheden om met overschotten wat te doen. Die koop je echter niet kant en klaar. De familie Ackerman-Leist heeft wel een back-up, maar in de zomer zullen ze hun overschotten weggooien.
Gemiddeld gebruik, bedoel ik het gemiddeld gebruik over de dag. Als je voor een gezin dat 10kWh per dag gebruik, back-up over de dag uitsmeert, dan ben je 15 euro per jaar kwijt. Dat is nauwelijks een kostenpost. Als je echter uitgaat van piekgebruik, dan zul je dat toch met een factor moeten vermenigvuldigen en dat wordt het toch een wezenlijk bedrag.
Lucas
February 17th, 2013 at 10:41 pm
Lucas, dank voor je antwoord. Je schrijft “Voor back-up heb je de dieselgenerator als standaardoplossing” dat staat haaks op “zeer hoog gebruik van duurzame energie” zeker als we denken aan zonne-energie met in de winter nauwelijks opbrengst. Dat vergt forse opslag te prijzig voor batterijen. Voor windenergie zeker zeewind kom je snel op een grootschalige opslag, maar minder daar geen of weinig wind beperkt is.
Koude ammoniak voor lokale opslag kost veel energie. Uiteraard hoe groter de opslag hoe minder verlies en hoe langer de opslag hoe meer. Omdat lokale opslag duur is, kiezen Denen voor Noorse, Zweedse waterkracht opslag. Overschot weggooien is een niet zo duurzaam.
Waarom waterstof bijmenging bij aardgas niet duurzaam is, ontgaat mij. Het bespaart een kostbare milieubelastende opslag en benut het bestaande aardgasnet en lift mee met het bestaande. Indien meer opslag nodig is – zeker bij 80% duurzaam – is er teveel waterstof en wordt een deel van deze waterstof om gezet in aardgas, met bijbehorende energieverliezen. Dat geeft een opslag, die zelfs met waterkracht nauwelijks mogelijk is. Deze aardgas blijft nodig voor hoge temperatuur toepassing op duurzame wijze, dus zonder olie of kolen e.d.
Bij een zeker aandeel zon-windenergie is voldoende opslag noodzakelijk, maar gemakshalve wordt aan opslag weinig aandacht besteed of zelfs de indruk gewekt dat een groot netwerk een dergelijke opslag overbodig is. Gemakshalve worden ook de (milieu)kosten van zo’n omvangrijk netwerk genegeerd. Weinig geloofwaardig.
February 18th, 2013 at 12:26 pm
Er zijn trouwens ook manieren om CO2 om te zetten in methanol en deze methanol te gebruiken in een methanol brandstofcel. Is dat ook geen mogelijkheid? Is het trouwens goedkoper om energie terug te leveren aan het net en er geld voor terug te krijgen dan energie op te slaan en in de avonden te gebruiken als er geen zon is?
February 18th, 2013 at 6:30 pm
@Peter, “Is het goedkoper om energie terug te leveren aan het net dan energie op te slaan en in de avonden te gebruiken als er geen zon is?”
Bij een teveel aan zonne-energie zal de prijs voor het overschot laag zijn en in de avond hoog door de vraag. Wie betaalt dat verschil?
Een stuk dat uitgaat van 80% van de elektriciteit uit zon en wind heeft niet alleen te maken met weinig opslag voor korte tijd (minder dan 12 uur) maar ook met veel opslag voor maanden (winter). Dit stuk beperkt zich tot weinig voor korte tijd, waar batterijen bruikbaar zijn, maar benadert van geen net tot supergrid, met “ammoniak als de enige technisch haalbare oplossing, hoewel nog in ontwikkeling is”
Waarom bij een nog te ontwikkelen techniek andere mogelijkheden nu al uitsluiten? Wel kwetsbare batterijen. “Huidige li-ion-accu’s kunnen maximaal ongeveer 400 keer worden opgeladen voordat de resterende capaciteit onbruikbaar laag is” Dus EEN jaar bij dagelijks herladen!
http://energie.rapportaal.nl/actueel/nieuwe-elektrode-maakt-grootschalige-energieopslag-mogelijk/
Terloops komen opmerkingen over veel opslag voor lange tijd, onmisbaar bij die 80% aanname. Dat maakt het stuk moeilijk te volgen. Overschot gemakshalve weggooien op winderige of zonnige dagen overtuigt ook niet. Daar zijn andere mogelijkheden voor ontwikkeld zoals “windgas”.
http://www.gasunie.nl/nieuws/greenpeace-en-gasunie-maken-opslag-windenergie-mogelijk?page=7
Van tijd tot tijd komen uitvinders zoals in 2008 met een doorbraak – hier over 10 jaar. 5 jaar later is daar niets van vernomen.
MIT researchers have hit upon a simple, inexpensive, highly efficient process for storing solar energy.
http://web.mit.edu/newsoffice/2008/oxygen-0731.html
February 18th, 2013 at 8:14 pm
Onafhankelijk worden van het net is voorlopig nog een veel te dure opgave. Alleen als je niet de beschikking hebt over een aansluiting op het net zit er niets anders op dan om een stand-alone optie te kiezen. Voor het gemiddelde huishouden is zonnepanelen gewoon de meest simpele en goedkope oplossing. Langzaamaan zullen en wel kleine accu-mogelijkheden op de markt komen zoals die van Nedap. Lees dat bij http://www.sun4ever.info/eigenopslag.php
De consument schuift in de toekomst langzaam in de richting van meer onafhankelijkheid van het net maar dan praat je over dat er minder van de zelf opgewekte stroom op het net wordt gezet maar direct of middels een accu zelf wordt gebruikt. Die accu kan ook die van de elektrische auto zijn.
Overigens hebben meerdere Duitse onderzoeken aangetoond dat grootschalige opslag niet echt nodig is. Gewoon wind, zon, biomassa, beperkte opslag en het aan elkaar knopen van alle netten in West- en Midden Europa levert een stabiel geheel op.
February 18th, 2013 at 8:32 pm
@Joop hamer,
“Duitse onderzoeken aangetoond dat grootschalige opslag niet echt nodig is” Vreemd dit land heeft nu al problemen bij veel zon of wind met de verplicht in het net te verwerken elektriciteit en dumpt die tegen weggeefprijs bij ons!
Er zijn dure plannen om het net tussen Noord en Zuid Duitsland te versterken. Ook als alle netten aan elkaar geknoopt worden, lukt het niet, ook belast zo’n zwaar net het milieu aanzienlijk.
Hoeveel biomassa vergen windstille wintertijden?
February 19th, 2013 at 3:59 pm
Zonne-energie levert op een winterdag slechts 1/12e op van een zomerdag. Zou een windmolen de boel groener maken?
Vraag me ook af hoeveel CO2 voor de productie van fancy accu’s/waterstofopslagsystemen nodig is.
Familie Ackerman: Off-grid? Ja. Groen? No way.
February 20th, 2013 at 10:23 am
@Roland,
Dat is precies het huidige probleem in Duitsland. Ze krijgen de grote windopbrengsten qua stroom niet goed in naar het Zuiden van het land. Doordat procedures voor de grote tracees van Noord naar Zuid lang de tijd nemen door oppositie (nimby effect) zijn de windparken er eerder dan de grote verbindingen. Maar dat is tijdelijk natuurlijk.
Lees ook het onderste deel van http://www.sun4ever.info/toekomstPV.php
en vooral de Duitse infographics er van.
February 20th, 2013 at 11:48 am
@Joop hamer,
Hoezo tijdelijk, tenzij het lukt om “om het stroomaanbod en de stroomvraag optimaal op elkaar af te stemmen” volgens sun4ever. Veel verder dan het afvlakking van pieken komen ze niet. Wat te doen in een lange windstille winterperiode?
Wel aardig dat ze verder kijken dan de vaak genoemde batterijen met geringe en dure opslag. Windgas is nogal onbekend maar veelbelovend. De afweging blijft tussen veel lokale opslag en een beperkt net, dan wel een heel groot net met minder opslag, een ingrijpende keuze met grote gevolgen.
February 20th, 2013 at 10:08 pm
@Roland. Dat is nu de vraag die ik in het artikel stel. Concurreren batterijen met het grid/supergrid of zijn het een aanvulling? Ik denk persoonlijk het laatste. Toevoeging van een relatieve kleine hoeveelheid opslag lokaal, lijkt me wenselijk. Het verminderd de pieken lokaal en maakt het grid/supergrid en backup effectiever.
De volgende vraag is, hoeveel lokale opslag zou dan nodig zijn, 10%, 20% of zelfs 50% van het dagelijks gebruik? Dat is van zoveel factoren afhankelijk, dat dat niet zomaar te zeggen is en is zeker een hele studie waard. Meer dan 50% in een grid situatie, lijkt me te duur worden in vergelijking met supergrid, maar ik heb daar geen harde berekeningen van.
En nogmaals, windgas is een heel goed idee. Echter, je hebt een CO2 bron nodig. Zie voor allerlei synthetische brandstoffen mijn eerdere artikel over zonnebrandstof.
Lucas
February 21st, 2013 at 11:13 am
@Lucas,
– Gelet op de geringe opslag kunnen batterijen alleen maar aanvullend zijn en dat is maar goed ook, het is chemies afval met waarschijnlijk een korte levensduur dus behoorlijk milieubelastend. Zelfs voor lokale opslag voor korte tijd heeft een andere opslag de voorkeur. Gaven niet juist de batterijen in dat nieuwe vliegtuig zoveel problemen?
– Bij grote afhankelijkheid van zeewind en vooral Sahara zon is een zwaar netwerk onmisbaar om aan de piekvraag te kunnen voldoen, tenzij je lokaal beschikt over een grote buffer biomassa met weer andere problemen. Een land als Duitsland zal moeilijk zwaar afhankelijk kunnen zijn van zeewind, niet alleen omdat hun zeedeel beperkt is, maar ook omdat de afstand tot zee groot is en dus een zwaar net vereist. De massale komst van de e-auto maakt het probleem alleen maar groter, verhalen over het gebruik als buffer lijkt me onzin. Gaan iedereen met de fiets bij een grote elektriciteitsvraag en gering aanbod?
Wat “meer dan 50% in een grid situatie” betekent is mij onduidelijk.
– Betwistbaar is dat dorpsopslag beter is dan stedelijke opslag door minder netwerk verliezen. Schaalvoordelen van grotere opslag wegen op tegen transportverliezen.
– “De beste locaties van batterijen zijn zo dicht mogelijk bij waar de fluctuaties ontstaan” Bij een sterke afhankelijkheid van wisselend aanbod zorgt opslag bij de bron – dus bij zeewindmolens – voor minder netbelasting dus kan het netwerk beperkt blijven en toch piekaanbod verwerkt worden. Aanvullend bufferen aan de vraagkant kan de netomvang verder te beperken en de netafhankelijkheid verminderen.
– Een CO2 bron lijkt me geen enkel probleem zolang we zo afhankelijk zijn van fossiel en tegen hoge kosten CO2 ondergronds willen opslaan. In een fossiel vrije toekomst kent vaak een grote inbreng van biomassa, dus een grote bron van CO2.
– Waar vind ik dat gekoelde ammoniak opslag (veel) goedkoper is dan hoge druk opslag? Voor een lage temperatuur verwarming is een COP van 4 zeker mogelijk. Bij warm wateropslag van zo’n 60 graden veel moeilijker.
February 21st, 2013 at 2:48 pm
@Roland. Je kunt alleen van “geringe opslag” praten in combinatie met prijs, ruimte of gewicht. Loodaccu’s zijn milieuvervuilend, maar de genoemde alternatieven in dit artikel scoren op dit punt veel beter. De NAS batterijen zijn niet ongevaarlijk qua brand, maar qua milieu zijn ze niet gevaarlijk. De batterijen van Aquion Energy vallen niet onder chemisch afval en bestaan uit zouten en koolstof.
Met batterijen kun je juist de piekvraag verminderen. De gemiddelde load over de dag zul je wel moeten kunnen leveren.
50% bedoel ik, 50% van het dagelijks gebruik. Dus als je 10kWh per dag gebruikt, dan 5kWh opslag.
Schaalvoordelen zijn er vooral voor chemische processen met ketels en zo. Ook voor wind (een grote molen heeft een schaalvoordeel tov kleine model). Schaalvoordelen gelden veel minder voor modulaire technologieen, zoals, zonnepanelen, batterijen, brandstofcellen, elektrolysers.
CO2 bron hoeft inderdaad geen probleem te zijn. Het artikel had echter even als voorwaarde dat er geen gebruik gemaakt werd van biomassa.
De koeling van ammoniak is maar een klein deel van de energie die zit in ammoniak na verbranding. Dat is dus niet te vergelijken met water, waarbij je temperatuur als opslag gebruikt. Ammoniak is in deze context een brandstof.
February 22nd, 2013 at 10:39 am
@Lucas, de wering van je stuk is: \Zonder energieopslag zou maar 15% rendabel met zon en wind kunnen worden opgewekt, met batterijen stijgt dat tot 70%\ Maar daarna stel je \het nuttig gebruik van overschotten is een groter probleem\, \meerdaagse opslag wordt erg duur met batterijen\. Anders gezegd grootschalige batterijenopslag is ondoenlijk, andere opslag is noodzakelijk om de 15% zon-windenergie te overstijgen. De ervaring in Duitsland ondersterkt dat. Daarnaast maakt Duitsland ook nog gebruik van waterkracht – heel geschikt voor de dagelijke stroomwisseling – en biomassa. Je \voorwaarde dat er geen gebruik gemaakt werd van biomassa\ versterkt dat \zon en wind niet meer dan 20% van deze voorziening kunnen invullen\ en zeker loskoppeling van het net.
Begrijpelijk dat veel toekomst energiemodellen een groot aandeel biomassa kennen, (veel) groter dan die uit zonenergie!
– NAS batterijen lijkt me zeker en vast chemies afval met de zwavel, natrium verbinding en beperkte levensduur bij veel op/ontladen. Edoch zonnepanelen leveren in wintertijd weinig stroom, dagelijkse opslag is dan onmogelijk. Inzet van NAS batterijen voor overschotten is niet echt een probleem zoals blijkt uit de verwijzing.
http://www.energymag.be/nl/dossiers/energieopslag/81-stockage-delectricite/514-elektriciteitsnet-zoekt-batterij
February 22nd, 2013 at 1:34 pm
Spanje is ver met zijn gebruik van duurzaam opgewekte elektriciteit doordat ze aan de ene kant veel waterkracht hebben, veel wind en inmiddels ook een behoorlijke portie zonne-energie. Vooral in de warme maanden is er veel zonne-energie en in herfst en winter veel windenergie.
Op de steeds mooier wordende site van sun4ever kun je hier – http://www.sun4ever.info/zonnigelinks.php – zien wat er in Spanje op het net gebeurt. Neem gewoon de tijd om te zien hoe zij vooral met waterkracht, maar ook warmtekrachtkoppeling hun stroom opwekken maar vooral stabiliseren. Vergelijk verschillende dagen in het jaar en zie wat er gebeurt in een land als Spanje.
Deze Spaanse netwerk site is uiteraard in het Spaans maar Sun4ever heeft duidelijk weergegeven wat een aantal dingen betekenen. Lees dat goed en een wereld gaat voor je open.
Het ontbreken van waterkracht bij ons is een groot gemis. Batterijen zijn geen opslag op grote schaal maar zijn vooral in de toekomst waarschijnlijk een belangrijke factor in de stabilisering van het net. We zullen het van het ‘smart’ worden van het net moeten hebben. Dat is niet het aanbod op de vraag afstemmen,zoals we nu doen, maar tevens de vraag sturen met het prijselement en ECHT slimme meters.
February 22nd, 2013 at 2:18 pm
@Joop Hamer,
Vreemd dat zonne-energie en biomassa in de grafiek zijn samengenomen. Spanje kan weinig stroom in Frankrijk afzetten en heeft dus grote problemen op zonnige, winderige dagen. Wij kunnen mogelijk overtollige zon- windenergie omzetten in waterstof en bijmengen in ons uitgebreide gasnet.
Ook de Denen hebben geen waterkracht, maar benutten die in Noorwegen.
Voor het stabiliseren van het net zijn nu al veel mogelijkheden, dat is niet een dringend probleem. Veel landen gebruiken daarvoor waterkracht. We hebben toch ook goedkope nachtstroom?
http://www.sun4ever.info blijkt zo druk is met de sitebouw dat de tijd ontbreekt voor herstel van onjuistheden!
February 22nd, 2013 at 8:37 pm
@Roland,
Ja, zonne-energie en de rest van duurzame energie in een schijf van het Spaanse netwerkbedrijf is niet optimaal maar het is niet anders.
Wat jij noemt over de uitvoer van elektriciteit naar Frankrijk klopt. Er liggen slechts twee kleine interconnecties tussen Spanje en Frankrijk en bewoners in Zuid-Frankrijk tegen de Pyreneeën aan houden alle uitbreidingen tegen. Dat is het NIMBY-effect. Dat is overigens voor grote tracees in Duitsland dus hetzelfde en ook een zeer groot obstakel voor het Desertec project. De kabels moeten enorm zijn om Europa van 15% van haar stroom te voorzien in 2000zoveel.
Maar op zonnige en winderige dagen hebben zij nu juist wat wij ontberen. Kijk eens goed naar het deel waterkracht in Spanje’s verhaal. Dat is vaak negatief en dat betekent dus OPSLAG. Daar maken ze terdege goed gebruik van want dat volg ik al jaren. Dat hebben wij helaas niet. Ook Noorwegen heeft dat en dat zouden wij kunnen gebruiken. Daarom onze interconnectie met de Noren. Maar de Noren hebben zoveel elektriciteit over dat die kabel vrijwel alleen stroom deze kant op voert en niet naar de Noren.
Het Europese gasnet kan makkelijk 5% meer gas opnemen op piekmomenten als we WINDgas gaan produceren en is daarmee de grootste accu die we ons kunnen voorstellen. Vergeet al die chemische accu-oplossingen met gebruik van allerlei grondstoffen die we beter kunnen gebruiken.
Wind, zon, biomassa, waterkracht(en opslag), kleine (woning-)batterijen, accu’s van elektrische auto’s samen met smartgrid waar zowel vraag als aanbod continue via het prijsmechnisme op elkaar worden afgestemd is de toekomst. Dat is het totale plaatje.
Uh, volgens deze niet techneut.
February 23rd, 2013 at 6:14 pm
@Joop,
Je stelt: “smartgrid waar zowel vraag als aanbod continue op elkaar worden afgestemd is de toekomst”. Zonder een groot aandeel biomassa, met de bijbehorende milieuproblemen? Zonder grootschalige opslag, veel meer dan met de huidige waterkracht? Hoe gaat het dan lukken in de winter als zon-pv vrijwel niet opbrengt en een windstille periode mogelijk is. Een gem. huis met e-auto vergt minstens een opslag van zo’n 2.000 kWh. Moet de e-auto gebruiker gaan fietsen bij grote stroomvraag?
Als we nog niet in staat zijn tot een behoorlijke stroomverbinding tussen Spanje en Frankrijk, is een megalomaan net niet zo waarschijnlijk, nog los van de materiaalkosten en de milieulast.
Gebrek aan opslag zorgt nu al dat piekaanbod op zonnige winderige dagen of verloren gaat of tegen dumpprijzen dus weinig nuttig wordt afgezet. Wat is daar duurzaam aan?
Daarvoor is – ook op deze site – nauwelijks aandacht. Duurzame energie moet toch fossiel vervangen en niet slechts aanvullen?
February 24th, 2013 at 5:08 pm
Zijn batterijen ook minder geschikt voor kleine opslag voor korte tijd?
\De grootste winst van het systeem ligt echter in het feit dat het door een chemische batterij aangedreven tractiesysteem, dat momenteel wereldwijd gebruikt wordt in metrosystemen, vervangen kan worden door de schone vliegwiel techniek\
http://21energie.nl/2012/11/15/metro-los-angeles-investeert-in-duurzame-energieopwekking-uit-remmende-treinen/
February 24th, 2013 at 7:55 pm
Vliegwielen hebben een hoog vermogen maar de energiedichtheid en de prijs per kWh is niet zo gunstig. Ze worden daarom ingezet op plaatsen waar in korte tijd veel energie geleverd moet worden. Er lopen ook experimenten om deze in het grid toe te passen, om tekorten van een aantal minuten op te vangen. Dit gaat het \spinning reserves\ tegen, gascentrales die geen energie leveren, maar toch draaien voor het geval er opeens meer vraag is of aanbod wegvalt. Een gascentrale heeft een aantal minuten nodig om op te starten. Een kolencentrale heeft een aantal uur nodig. Waterkracht een aantal seconden. Vliegwielen en batterijen kunnen direct reageren, maar vliegwielen met meer vermogen.
Verder is iets wat ‘chemisch’ is niet bij voorbaat vervuilend. Biologische processen zijn ook chemisch. Natrium en zwavel zijn twee elementen die biologisch noodzakelijk zijn. Een lichaam bestaat uit 140 gram zwavel.
Lood is wel een heel vervelende stof. Daarom dat we benzine ook loodvrij hebben gemaakt. Als lood in het afval terecht komt en dat afval wordt weer verbrand, dan kan het lood in de lucht komen. Recycling van loodaccu’s gebeurt vaak in derde wereld landen en is meestal vervuilend.
Als je echter een batterij met andere chemie hebt, heb je een totaal ander milieuverhaal. Verder is het maken van gas ook een chemisch proces. En mogelijk wordt daar kobalt voor katalysator gebruikt, wat ook niet al te vriendelijke element is.
February 25th, 2013 at 9:21 am
Gasvormige loodverbindingen zijn heel giftig, zoals bleek bij toevoeging aan benzine, aantoonbare schadelijk voor kinderen langs drukke wegen. Door de onverenigbaarheid met een katalisator verdween deze loodverbinding uit de benzine.
Lood is ook lange tijd gebruikt voor waterleidingbuizen
Natrium komt als zout in het lichaam voor, maar kan in een andere verbinding in lage doses giftig zijn.
February 25th, 2013 at 8:40 pm
@Roland,
Biomassa is een goed bruikbaar en onmisbare schakel in een duurzame elektriciteitsvoorziening. Je moet alleen niet voedingsbiomassa gebruiken natuurlijk. Ik noemde ‘Wind, zon, biomassa, waterkracht(en opslag), kleine (woning-)batterijen, accu’s van elektrische auto’s samen met smartgrid waar zowel vraag als aanbod continue via het prijsmechnisme op elkaar worden afgestemd is de toekomst’ maar vergat Windgas en getijdenenergie. Voor windgas heeft sun4ever>
http://www.sun4ever.info/Windgas.php
Getijdenenergie staat kostentechnisch nog in de kinderschoenen maar fungeert wel als baseload.
Ook smartgrid voegt enorm veel meerwaarde toe. Sun4ever heeft daar een aardige bijdrage gemaakt >
http://www.sun4ever.info/Smartgrid.php
Hun bijdrage over opslag is volgens mij nog wat summier maar alle beetjes helpen >
http://www.sun4ever.info/Opslagelektriciteit.php
Kijk vooral naar deze video van de Universiteit van Kassel die sun4ever noemt. Die hebben al in 2010 uitgetest of 100% van alle elektriciteit uit duurzame bronnen mogelijk zou kunnen zijn. Dat kan dus en dat zonder smartgrid technologie, Windgas, getijdenenergie, kleine huisaccus, vliegwielenergieopslag etc etc. link>
http://www.youtube.com/watch?v=OIa9q1_KvVs&feature=plcp&context=C4e2fa27VDvjVQa1PpcFNifLo9VobPKwmIZJP7OjmUGr1CIL2rAas%3D
Inmiddels zijn we weer een kleine 3 jaar verder en ontwikkeld de techniek zich in stevig tempo. Het is dus gewoon mogelijk zonder grootschalige opslag die jij je voorstelt.
February 26th, 2013 at 11:06 am
@Joop,
Je uitspraak “Getijdenenergie staat kostentechnisch in de kinderschoenen maar fungeert wel als baseload” lijkt tegenstrijdig. De heel oude Franse getijdecentrale kent nauwelijks navolging, veelzeggend zie http://www.withouthotair.com
– De video laat slechts zien hoe een dagelijks wisselende stroomvraag / aanbod regelbaar is. In welke mate is biomassa / biogas / windgas daarbij benut? De afstemming op de grillige stroomvraag is niet nieuw. Met opslag in waterkracht is veel ervaring. Frankrijk slaat in de nacht zo hun atoomstroom op en benut die overdag.
Hoe ga je met wisselend seizoensaanbod om vooral bij zonnestroom?
– De uitspraak “In praktijk bleek o.a. windparken en zonne-installaties het grootste deel van de stroom te kunnen leveren” blijkt nergens. Ook de bekende bewering “Elektrische auto’s gaan een wezenlijk onderdeel van deze smart grid uitmaken” overtuigt mij niet. Gaan mensen fietsen bij stroomtekort en hoe lang kan een accu op/ontladen?
– Pikant is de http://www.sun4ever.info vaststelling: “Overigens is het de vraag of het initiatief op langere termijn stand houdt. Mensen willen geen kabels langs hun huis of wijk die grote hoeveelheden stroom transporteren. Bovendien kunnen de kosten van stroom in de Sahara wel goedkoop zijn straks maar de kosten om de enorme stroomverbindingen te leggen naar b.v. West_Europa liegen er ook niet om en zorgen ervoor dat een belangrijk deel van het kostenvoordeel weer teloor gaat”
– Wind zorgt voor stroom, doch de meeste energie vraagt warmte en transport. De laatste groeit bovendien flink – luchtvaart jaarlijks 5%
– De kernvraag is of ons energieverbruik blijft stijgen en over zo’n 30 jaar verdubbeld, dan wel we met besparing jaarlijks minder verbruiken en het verbruik dan halveert.
February 26th, 2013 at 4:28 pm
@Roland,
Je blijft maar herhalen dat wind en zon samen niet aan de vraag kunnen voldoen. Nee, dat lijkt me duidelijk, dus je moet aanvullingen zoeken op dat aanbod van zon en wind. Dan hoef je steeds maar tijdelijke dips op te vangen.
Om die dips op te vangen gebruik je dus vooral het verschuiven van een deel van de vraag naar momenten dat dat aanbod van wind en zon er wel is. Daarmee los je al een behoorlijk deel op.
Voor de overblijvende tekorten kun je dus een heel erg breed scala aan andere bronnen inzetten. Daarvan heb ik waarschijnlijk al een groot aantal genoemd. Ik ben nog vergeten de koel- en vrieshuizen die ook een opslagfunctie vertegenwoordigen. Maar zeker weten dat ik er ook nog mogelijke bronnen ben vergeten.
Voor jou is duidelijk dat het allemaal niet gaat werken. Mooi, dat is duidelijk. Kunnen we wel stoppen met al die duurzame energie onzin. Dat is jouw standpunt dat ik destileer uit jouw bijdragen hier.
Ik ben optimistisch gestemd en zie de energietoekomst met vertrouwen tegemoet. Energie zal gewoon een stukje duurder worden dan vandaag om de problemen opgelost te krijgen. Merken we weinig van want dat gaat heel geleidelijk. Ze zijn daar in Duitsland tenslotte nog tot 2050 mee bezig en in Nederland in ons huidige tempo nog tot eind van de eeuw.
February 26th, 2013 at 7:28 pm
@Roland,
Ik vergeet nog een belangrijk detail gerelateerd aan mijn laatste opmerking. Voordat wij een probleem krijgen met het feit dat zon en/of wind te weinig opleveren moeten ze een substantieel deel van onze elektriciteitsvoorziening uitmaken. Dankzij politici die alles wat duurzaam is tegenhouden bereiken we die situatie waarschijnlijk ergens in 2045-2060. Dus stop met alle opslagperspectieven want die zijn volledig onnodig.
February 26th, 2013 at 8:22 pm
@Joop,
Dat wind en zon samen niet aan de vraag kunnen voldoen, zeg ik niet.
In Duitsland zien we op een zonnige, winderige zondag een teveel aan stroom. Je kunt het voor een dumpprijs afzetten of zelfs de molens stil zetten. Beide gebeuren nu al, het kan dus maar mogelijk is het beter een deel op te slaan. Blijkbaar is dat onzin “stop met alle opslagperspectieven want die zijn volledig onnodig” schrijf je. Ja duurder wordt het wel, nu 4 cent per kWh in Duitsland.
Als als we fossiel willen mijden, ontstaat een tekort probleem bij weinig wind en zon. Voor korte tijd is dat best met waterkracht oplosbaar, gebeurt nu al grootschalig. Voor een langere windstille periode in de winter ken ik geen grootschalig “heel erg breed scala aan andere bronnen” zonder fossiel.
Biomassa maar dan veel meer dan we nu gebruiken, van elders i.p.v. voedselteelt? Ook de site waar je naar verwijst geeft dat aan sommige oplossingen nogal wat bezwaren kleven, maar die kun je wegwuiven in een optimistische stemming. Door fose (prijs)ingrepen is het ook mogelijk de stroomvraag sterk terug te dringen, mij lijkt dat minder gemakkelijk dan te zorgen voor een stevige buffer en vooral om te beginnen met minder verbruik, lees http://www.withouthotair.com
February 26th, 2013 at 10:04 pm
@Roland,
Waterkracht in Nederland? We hebben toch geen bergen?
In Duitsland worden windmolens stilgezet alleen omdat het trace hoogspanning van Noord naar Zuid niet aangelegd is.
Verder blijf ik er bij dat we pas opslag nodig hebben als pak weg 30% van onze elektriciteitsvoorziening wind en zon is en dat is heel erg ver weg. En dan spreken we over 30 tot 40 jaar. Tijd genoeg waarschijnlijk.
February 26th, 2013 at 10:38 pm
@Joop Er zijn natuurlijk andere plaatsen waar je het al eerder wil. Zoals in afgelegen dorpen in Afrika. Echter, daar zijn de seizoensverschillen met zon, veel minder extreem als in Nederland. Ik heb een keer een wandeltoertocht in Zuid-Afrika gedaan en op plaatsen overnacht waar helemaal geen elektriciteit was. En als je geen TV hebt met GTST op vast tijdstip, is het helemaal niet zo erg als je een keer geen elektriciteit hebt. Belangrijkste was de koelkast, mobiele telefoons en wat verlichting. Maar met LED-lampen heb je helemaal niet zoveel opslag nodig en de koelkast blijft ‘s nachts ook wel koel.
@Roland. Als je nog maar beperkte productie uit zon en wind hebt, dan zul je de fossiele brandstoffen daar gebruiken waar ze het meest nuttig zijn. Dus als het hele tijd windstil is. Dat wil niet zeggen dat er geen oplossing is.
Als je meer met zon en wind gaan doen, moet je daar ook wat aan gaan doen. Zoals in het artikel gezegd, je zult dan brandstoffen moeten maken. Gas (methaan) of methanol. Dan heb je wel CO2 nodig. Oplossing met ammoniak vergt geen CO2. Je kunt dan denken in combinatie met DESERTEC dat in de zomer in de Sahara ammoniak wordt gemaakt. Dat gaat in pijpleidingen naar Europa, waar het opgeslagen wordt. Daar kunnen we dan gebruik van maken als het winter is, of als het supergrid naar de Sahara is uitgevallen. Zo heb je energiezekerheid. Ammoniak in pijpleidingen vervoeren gaat efficiënter dan aardgas (factor 2 ongeveer).
Hoe het precies gaat lopen is moeilijk te zeggen. Want je kunt ook waterstof in de industrie kwijt of zoals gezegd in het aardgasnet. Als je enkel off-grid huis hebt of een eiland, zijn de opties een stuk overzichtelijker, maar door de beperktere opties, ben je dan ook meestal duurder uit.
Het geheel gaat zeker geld kosten. Maar als ik er aan reken dan kom je niet op apocalyptische prijzen, maar wel zodanig dat we zuinig aan moeten doen.
Lucas
February 27th, 2013 at 2:34 pm
We kunnen ook de overmaat aan energie opslaan in methanol (vanuit CO2). Dit kan als grondstof verkocht worden of gebruikt worden in brandstofcellen. Het lijkt mij dan beter om dit meer lokaal te doen. Misschien moeten we ook eens overwegen om bepaalde producten alleen te maken als er een overschot aan energie is.
February 28th, 2013 at 11:00 am
@Lucas en anderen,
– “Ammoniak in pijpleidingen vervoeren gaat efficiënter dan aardgas (factor 2)” is dat aannemenlijk te maken met ammoniak als vloeistof?
– zo’n megalomaan DESERTEC netwerk is kwetsbaar, kostbaar en milieubelastend.
– Er is zoveel CO2, dat veel geld besteed wordt aan proeven met afvang en opslag. Dat kan beter, zoals omzetting van waterstof in aardgas.
– Vooralsnog zal zon-en windstroom aangevuld blijven met forse aanvullling door fossiel opgewekte stroom, zeker als de stroomvraag blijft stijgen. Een verdubbeling van het stroomverbruik met 50% aandeel duurzame stroom geeft niet verminder fossiel stroomverbruik!
– De ervaring in Duitsland leert met ruim 20% duurzame stroom, deels waterkracht en biomassa, dat met een gering – dus veel minder dan 30% – aandeel zon-windstroom al stroomoverschot dreigt. Handige zakenlui kopen die stroom tegen een prikje op of je betaalt windmolens voor stilstand tegen netoverbelasting!
– Als je vindt dat ook zon-windstroom zo nuttig mogelijk benut moet worden, zorg je voor opslag. Die opslag kan benut worden voor warmte of transportvraag, waar duurzame energie beperkt is. Stroom is slechts een klein deel van onze totale energievraag.
– Meer dan een miljard mensen heeft geen of heel onbetrouwbare stroom, die zijn dus aangewezen op lokale opslag, biomassa (hout) of fossiel.
April 2nd, 2013 at 5:39 pm
Ik woon in een huis ZONDER elektra, tenminste tot 19 december 2013. Toen werden we aangesloten op het net. Eindelijk af van het geploeter met accu’s, zonnepanelen en aggregaat. Het werkt gewoon niet. De 20 loodaccu’s zijn al naar een jaar door het maximaal ontladen zo slecht, dat ze nauwelijks capaciteit houden. Alle verhalen over off the grid, zelfs met een gigantische laag eigen verbruik, zijn dus leuk in theorie, maar werken niet in de praktijk.
En nu zijn we dus aangesloten op elektra. Het zuinig omgaan met elektra zit nog in de genen, want het weekverbruik schomelt (voor 2 personen) tussen de 7 en 17 kWh, dankzij led-verlichting, led-tv (19 W) etc etc. Maar wat een ongekende luxe is een stroomaansluiting toch. Je hoeft nergens meer om te denken. Dit geeft pas echte vrijheid, werkelijk waar.
Wie dit niet gelooft, komt maar de ervaringen aanhoren. Het huis staat op de Veluwe, en had door de liggen aan de ‘verkeerde’ kan van het spoor en snelweg geen elektra. doordat KPN een 3G-mast tussen snelweg en spoor plaatste, hoefden we nog maar één boring (onder de snelweg) te betalen.
April 15th, 2013 at 7:07 pm
De afstemming tussen vraag en aanbod van electriciteit is er nu ook al: anders kenden we het begrip nachtstroom niet. Ook nu zijn er perioden van piekgebruik en slappe periodes. De oplossing lijkt met een intelligent net ook niet zo ver weg: als er weinig electriciteit is wordt hij (heel veel) duurder. Veel huishoudelijke toepassingen kunnen best een tijdje uitgesteld worden. Wassen doe je dan, net als onze grootmoeders, liefst als de zon schijnt. Vermoedelijk zijn er ook andere soorten buffers denkbaar: koelhuizen kunnen b.v. best een koude buffer creeeren, etc.
April 16th, 2013 at 5:39 pm
@32,
Met nadruk op zon-pv moet voor de winterperiode voor een forse buffer gezorgd worden In die periode is de stroom/warmtevraag groot. Hoe die fors wordt veminderd met steun van welke buffers is mij een raadsel.
Maar we kunnen ook doen alsof er geen opslag probleem is, wat niet weet wat niet deert.
June 5th, 2013 at 7:33 pm
Interessante thread. Geeft aan dat er veel gebeurd maar dat we er nog niet zijn.
Er wordt gedacht/gesproken over het huis en het grid
en er wordt los daarvan gesproken over elektrische auto’s.
Graag daag ik jullie uit om mee te denken in een combi richting:
Stel
– we gaan elektrische auto rijden
– en we zetten een zonnepaneel op ons autodak
– zodat we thuis komen met een vrij volle accu
– we koppelen onze elektrische auto aan ons huis
– en de accu van onze elektrische auto ondersteunt het huis bij een drukke elektriciteitsfase van koken, TV-kijken etc etc,
– ‘s nachts -als we slapen- nemen we -goedkope- energie af en laden daarbij onze elektrische auto,
Kortom: Wat als we de elektrische auto’s in onze straat nu eens gaan gebruiken als de gewenste accu’s in de elektra-grid van onze straat ?
June 7th, 2013 at 12:10 am
Ad,
Bedankt voor je reactie. Het is niet bij voorbaat een rare gedachte. Het top model van de Tesla-S heeft een accu van maar liefst 85kWh. Terwijl het dagelijks gebruik van een gemiddeld gezin 10kWh is. De accu van zo’n auto heeft dus zeker genoeg opslag en vermogen om voor die taken ingezet te worden.
De vraag is of deze ‘smart-grid’ oplossingen bij de consument gaan aanslaan. Je hebt immers niet een 85kWh accu in je auto, om vervolgens te bemerken dat hij niet altijd vol is, ook al heeft al uren aan het stopcontact gehangen. Het kan, maar ik heb wel zo mijn twijfels.
Overigens zag ik recentelijk nog een interessante nieuwkomer: http://www.eosenergystorage.com/. Zink-lucht batterij (waar ook de eenmalige batterijen van gehoorapparaten van gemaakt zijn). Voordeel, zeer goede energiedichtheid (beter dan huidige lithium-batterijen), goedkoop. Nadeel, round-trip efficiëntie enigszins matig.
Lucas
July 19th, 2013 at 2:04 pm
Ik sluit mij aan bij Richard in bericht 31. We hebben hier zowel netstroom als eigen stroom uit een zon-, wind- en accusysteem met een generator als back-up. Ik dank op mijn knieën het reguliere stroomnet. Opslagsystemen klinken in theorie prima, maar de praktijk is wat weerbarstiger. Daarnaast wil je er niet aan rekenen wat de energetische terugverdientijd is van chemische opslagsystemen en alle gevoelige regeltralala die er om heen hangt. Het rendement is veel te laag. In de zomer gooi je 80% weg en in de winter kom je 80% tekort (het waait in de winter echt niet veel meer). Leuk om een paar dagen te overbruggen, maar geen seizoenen. En of die investering het dan waard is? En wat hebben we aan enkele tientallen jaren uitstel van executie. Beter kiezen voor andere, meer sobere toekomst.
Groet,
DJ
September 7th, 2013 at 10:37 pm
Kunnen we niet gewoon de overschotten van de zomerperiode omzetten in waterstof en dit opslaan in het inmiddels half lege Slochterenveld?
Dan hebben we genoeg opslag om zelfs vele winters te overbruggen.
En omdat dan de druk in dit veld weer oploopt, zijn er wellicht ook minder aardbevingen!
October 10th, 2013 at 2:31 pm
Ik kwam de volgende website tegen waar ze voornamelijk LiFePO4 accu’s
verkopen. Deze kunnen een paar duizend cycles aan en zijn in niet
te groot of te zwaar. Ze mogen natuurlijk, net als veel accu’s niet te ver ontladen
worden. Deze zijn redelijk vergelijkbaar in gebruik met de loodzuur accu’s.
http://ev-power.eu/ (Tsjechië)
De prijs ex BTW is daar ongeveer 14 euro per Cel per 10Ah.
Een accu pak van 38,4 Volt, (12 cellen) van 60Ah is dus een 12 x 84 =
1008 euro. (+21% BTW) Deze accu is ongeveer 38 x 60 ~= 2,2kWh wat genoeg
is om een achtergrond belasting van 150 Watt 12 uur vol te houden voor
het vergroten van het eigen verbruik. Genoeg voor de nacht, de uitdaging
is om in de winter genoeg op te wekken voor een nacht.
Met mijn installatie (3200wp, oost-west) zijn er in de winter dagen
waarin ik niet genoeg opwek voor de dag zelf.
Door een gewone 36 Volt LiFePO4 lader te gebruiken om te laden en een micro
inverter voor een zonnepaneel (200-300Watt). Dit in combinatie met een
controller (met LAN aansluiting) is het mogelijk om aan de hand van
tijdstip, verbruik, opwek de lader en de micro inverter te schakelen.
Micro Inverter
http://www.ev-power.eu/GridFree-Inverters/GridFree-Micro-AC-Direct-Invertor-DC-AC-230V-230W-CE.html
LiFe Lader 36 volt 8A
http://www.ev-power.eu/Chargers-6V-to-36V/Charger-36V-8A-for-Lithium-Yttrium-Cells-LiFePO4-LiFeYPO4.html
Controller met LAN aansluiting 35 euro
http://www.ev-power.eu/Measure-Test-Tools-1-1/LAN-controler-with-relay.html
Controller Relais uitbreiding
http://www.ev-power.eu/Measure-Test-Tools-1-1/Relay-board-for-LAN-Controler-4-relays.html
Hoe dan ook een dure grap, de electronica is redelijk betaalbaar, ruimschoots overstegen door de kosten van de accu capaciteit.
Wel een redelijk makkelijk zelf te realiseren oplossing voor de zelfbouwer. De accu capaciteit bepaalt hoe lang en hoe veel vermogen er dan teruggeleverd kan worden.