RIB 153 Update netcongestie
Tekst van het document
Aan de leden van de gemeenteraad
Raadsinformatiebrief 153 Helmond, 13 november 2024 Onderwerp: Update netcongestie
Zaaknummer: 52225817
Geachte leden van de gemeenteraad, In deze raadsinformatiebrief geven wij u een update over de krapte op het elektriciteitsnet en wat dat betekent voor Helmond. Deze update is een vervolg op de raadsinformatiebrief over netwerkschaarste van vorig jaar (RIB 103 van 18 juli 2023). Verder beantwoorden wij de vragen uit de motie “Wie wat bewaart die heeft wat”. Deze motie is aangenomen tijdens de raadsvergadering van 18 juni 2024 en gaat over de mogelijkheden van lokale energie-opslag. Wat is netcongestie Netcongestie betekent dat er te weinig ruimte is op het elektriciteitsnet. Het elektriciteitsnet lijkt een beetje op het wegennet. Tijdens de spits ontstaan er files. Buiten de spits is er niets aan de hand. Het is steeds vaker spitsuur op het stroomnet. Dat komt omdat we met z'n allen steeds meer elektriciteit gebruiken, maar ook omdat het aantal zonnepanelen blijft groeien. Gebouwen met zonnepanelen wekken op zonnige dagen meer stroom op dan ze op dat moment zelf gebruiken. Als al die stroom-overschotten tegelijk terug geleverd worden aan het net, dan ontstaat er ook een file. Deze ontwikkelingen zijn snel gegaan. Netbeheerders werken hard aan het verzwaren van het stroomnet, maar kunnen het tempo van de ontwikkelingen niet bijhouden. De verwachting is dat netcongestie, met alle maatregelen die genomen worden, nog zeker tot 2035 een probleem blijft.
Voor wie is netcongestie een probleem Vanwege congestie geeft de netbeheerder geen stroomaansluitingen meer af aan grootverbruikers. Dat zijn partijen met een stroomaansluiting van meer dan 3x80 ampère, zoals scholen en de meeste bedrijven. Zij worden geremd in hun ontwikkeling, omdat ze bij uitbreiding of verplaatsing geen nieuwe of grotere aansluiting krijgen. Als ze aardgas of benzine willen vervangen door een elektrisch alternatief kan dat ook niet. Men komt op een wachtlijst. Hoelang blijft er nog een wachtlijst voor grootverbruikers Netbeheerders Tennet en Enexis werken hard aan de verzwaring van het stroomnet. Daardoor komt er in de toekomst in stappen ruimte vrij. Na elke stap kan een deel van de partijen op de wachtlijst worden geholpen. Maar er komen in de tussentijd ook weer nieuwe aanvragers bij, waardoor de wachtrij nog zeker tot 2035 blijft bestaan. Volgorde van wachtlijst is per 1 oktober 2024 verandert door ‘maatschappelijk prioriteren’ Tot 1 oktober kreeg degene die het langst op de wachtlijst voor grootverbruik stond, ook als eerste een aansluiting zodra er ruimte vrijkwam. Dit is nu veranderd. Partijen met een groot maatschappelijk belang krijgen voorrang. Bijvoorbeeld een school, zoals het Jan van Brabantcollege. Dit betekent niet dat zo’n partij meteen een stroomaansluiting krijgt.
Een aanvrager met prioriteit komt bovenaan de wachtlijst, maar moet even goed wachten tot er weer ruimte is.
Netcongestie is (nog) geen belemmering voor woningbouw Alle woongebouwen krijgen de komende tijd nog wel een stroomaansluiting. Ook woongebouwen die een grootverbruikersaansluiting nodig hebben, zoals een flat met een lift. Dit verandert pas als er congestie ontstaat op het laagspanningsnet (=het stroomnet in de wijk). In welke mate dat probleem zich daadwerkelijk voor gaat doen, is op dit moment moeilijk te voorspellen. Netbeheerder Enexis kan niet aangeven of en wanneer Helmond te maken krijgt met laagspanningscongestie. Maar de kans dat we hier op termijn mee te maken krijgen lijkt reëel. Daarom gaan we voor de woningbouw slimme, netbewuste oplossingen zoeken. Daarnaast gaan we scenario’s uitwerken, zodat we voorbereid zijn. Hiermee houden we ook rekening bij onze afwegingen rondom de woningbouwversnelling. Voor sommige woningbouwplannen is het nodig dat een bedrijf verhuist, maar omdat het bedrijf op de nieuwe locatie geen stroom krijgt, kan het niet verhuizen. Daardoor kunnen woningbouwplannen ook vertraging oplopen. Qua prioritering binnen de versnelling leggen we de focus op projecten die het minst geraakt worden door het vraagstuk rondom netcongestie en die het beste aansluiten bij onze volkshuisvestelijke opgave.
Netcongestie: groot probleem maar tot nu toe voor een beperkt aantal bedrijven Stichting Bedrijventerreinen Helmond (SBH) heeft dit jaar geïnventariseerd welke bedrijven nu last hebben van netcongestie. Dat aantal bleek nog relatief beperkt. Sommige bedrijven kunnen hun stroomprobleem individueel oplossen, bijvoorbeeld met een batterij. Een andere oplossing is dat bedrijven gaan samenwerken op energiegebied. Op de Automotive Campus gebeurt dat al. Daar is een smart-grid in werking. De gemeente en SBH zijn in 2024 een project gestart om te verkennen of er ook op andere werklocaties belangstelling is voor energiesamenwerking. Er was voldoende belangstelling om de concrete mogelijkheden te gaan onderzoeken. Dat onderzoek leidt hopelijk in 2025 tot uitvoering. De verwachting is dat in de toekomst steeds meer bedrijven geconfronteerd worden met netcongestie. Daarom willen we in 2025 en 2026 ook vervolgtrajecten met nieuwe groepen bedrijven faciliteren. Oplossingen voor netcongestie Er zijn kort gezegd drie soorten oplossingen voor een vol stroomnet. En in Helmond werken we tegelijkertijd aan alle drie: 1. Zo snel mogelijk het stroomnet verzwaren Dit doen wij onder andere via het project UTEB (Uitvoeringsprogramma Toekomstbestendig Energiesysteem Brainportregio). In dit project werken regiogemeenten samen met Enexis aan het versneld bouwen van een aantal middenspanningstations.
Als gemeente kunnen we daaraan bijdragen door te zorgen dat de ruimtelijke inpassing en de vergunningprocedure zo soepel mogelijk verloopt. Zonder daarbij andere gemeentelijke belangen uit het oog te verliezen, zoals ruimte voor parkeren, groen of stedenbouwkundige kwaliteit. 2. Het bestaande stroomnet beter en slimmer gebruiken Een voorbeeld hiervan is het eerder al genoemde project dat SBH met steun van de gemeente uitvoert om bedrijven te stimuleren om op energiegebied te gaan samenwerken. 3. Overschakelen naar een toekomstbestendig energiesysteem Hier werken we samen met de regio aan. Bijvoorbeeld door niet alleen in te zetten op elektrificatie, maar ook op andere duurzame energiebronnen, zoals duurzame warmte. In Helmond starten we met een aanjaagteam netcongestie. Dit team heeft onder andere als opdracht om samen met de projectleiders innovatieve oplossingen voor 'netbewust bouwen’ te verkennen bij onze Helmondse plannen en projecten. Dat is bouwen op een manier waardoor de impact op het elektriciteitsnet zo klein mogelijk is. Er is over onze aanpak nog veel meer te zeggen. Wij werken dit verder uit in een ‘Uitvoeringsagenda Netcongestie Helmond 2025-2028’. Dit zal een overzicht geven van onze lokale aanpak. Nadat wij de agenda hebben vastgesteld, zal deze in het voorjaar van 2025 ter informatie aan de gemeenteraad worden gestuurd.
De rollen en taken van het aanjaagteam netcongestie én de andere aanjaag- en versnellingsteams die wij voor ogen hebben, worden op dit moment nog verder uitgewerkt. Wij zullen de gemeenteraad daar nog over informeren. Dat is gepland voor december van dit jaar. In het kader van de begrotingsbehandeling hebben wij al een aantal technische raadsvragen beantwoord over het aanjaagteam netcongestie, het doel en het budget. Energieopslag: antwoord op vragen uit motie ‘wie wat bewaart die heeft wat’ In de motie worden de volgende vragen gesteld: 1. Onderzoek doen naar de mogelijkheden en kosten/baten voor onder andere wijkgerichte opslag van duurzame energie 2. Daarbij ook innovatieve mogelijkheden zoals een zoutbatterij of een zandbatterij mee te nemen 3. Voorstellen uit te werken om inwoners en ondernemers te stimuleren om zelf met energie-opslag te starten 4. Te onderzoeken of inwoners voor energie-opslag een duurzaamheidslening kunnen aanvragen Onderzoek naar mogelijkheden en kosten en baten van (innovatieve) energie-opslag Er is over het onderwerp energie-opslag een factsheet gemaakt door het NPRES (Nationaal Programma Regionale Energie Strategie), deze wordt als bijlage meegestuurd. Hierin komen allerlei vormen van elektriciteitsopslag aan bod, inclusief de kosten. Van een thuisbatterij tot innovatieve technieken als een flowbatterij en een zoutwaterbatterij.
Deze factsheet geeft antwoord op de eerste twee vragen uit de motie. Deze informatie nemen wij mee in onze lokale aanpak, bijvoorbeeld richting bedrijven. Stimuleren en financieren energie-opslag bij inwoners Wat betreft het stimuleren van energie-opslag bij inwoners: op dit moment is een thuisbatterij, vanwege de salderingsregeling, voor inwoners financieel niet rendabel. Daarom stimuleren wij deze niet actief en valt dit niet onder de duurzaamheidslening. We informeren mensen wel over de mogelijkheden. In het Energiehuis Slim Wonen is informatie beschikbaar en kan men voorbeelden van thuisbatterijen zien. Netbeheerder Enexis heeft een visie opgesteld over elektriciteitsopslag. Deze is ook toegevoegd als bijlage. In deze visie staat de volgende uitleg over thuisbatterijen: “Eind 2021 stonden er 1.351 batterijen in Nederlandse particuliere woningen. Door de hoge kosten en lange terugverdientijd maken nog weinig huishoudens en kleine bedrijven gebruik van thuisbatterijen. De terugverdientijd van batterijsystemen is ongeveer gelijk aan de levensduur van de componenten. Een onderzoek naar de wijziging in de tariefstructuur kan de businesscase voor thuisbatterijen verbeteren en de opmars ervan versnellen.” Wij zien elektriciteitsopslag als onderdeel van het toekomstige energiesysteem, dat door batterijen flexibel, betaalbaar en betrouwbaar blijft.
Maar thuisbatterijen kunnen op dit moment, als ze alleen rekening houden met de actuele elektriciteitsprijs, de congestie ook verergeren. Om dit te voorkomen is nieuw beleid nodig. Netbeheerders geven aan dat zij de mogelijkheid willen om thuisbatterijen aan te kunnen sturen als noodmaatregel om netuitval te voorkomen. Ook vragen zij om een registratieplicht om inzicht te creëren wat er wel en niet mogelijk is per huishouden of wijk. Wij volgen de ontwikkelingen op dit gebied. Zodra er goed beleid is, zodat thuisbatterijen niet langer de congestie kunnen verergeren én zodra thuisbatterijen rendabel worden voor inwoners, zullen wij deze actiever promoten. Ook bekijken we dan of deze voortaan onder de duurzaamheidslening kunnen vallen. Het zou ook mooi zijn als mensen met een elektrische auto deze kunnen gebruiken als thuisbatterij. Dat is nu al beperkt mogelijk. Wij volgen ook deze ontwikkeling met belangstelling. Stimuleren energie-opslag bij ondernemers Er zijn ondertussen al diverse ondernemers in Helmond die een batterij gebruiken. Ondernemers weten de weg naar energie-opslag over het algemeen uit zichzelf te vinden. Ze kunnen bij vragen ook contact opnemen met SBH (waar het traject energiehubs loopt) en met Brainport Development. In januari 2025 wordt voor de tweede keer een grote regionale bijeenkomst voor ondernemers georganiseerd “Slimme
oplossingen bij netcongestie”. Helmond werkt hieraan mee. Bij deze bijeenkomst presenteren koplopers hun verhaal en kunnen ondernemers kennismaken met diverse regionale bedrijven die oplossingen aanbieden. Meestal is zo’n oplossing méér dan alleen een batterij, het gaat ook om een slim energie-managementsysteem en het zoeken naar nieuwe mogelijkheden om energie te besparen en stroompieken te verlagen. Ter informatie een link naar bijeenkomst van vorig jaar: Slimme oplossingen bij netcongestie in de Brainportregio (brainporteindhoven.com) Bijlagen 1. Factsheet Opslag van Elektriciteit, Nationaal Programma Regionale Energie Strategie, versie 23 december 2022. 2. Onze visie op elektriciteitsopslag, Enexis Netbeheer, download van website Enexis, oktober 2024. Hoogachtend, Burgemeester en wethouders van Helmond,
mr. S.C.C.M. Potters burgemeester
drs. P.J. Buijtels gemeentesecretaris
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
1
Nationaal Programma
Factsheet Opslag van elektriciteit Versie: 23 december 2022
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Overzicht
Elektriciteitssysteem
Verdieping
2
Inhoudsopgave
Proclaimer
1.
Inleiding 3
De factsheets zijn opgesteld op basis van vragen uit de regio’s over de inzet van technologieën voor de RES opgave. CE Delft heeft in opdracht van NP RES op basis van de voornaamste objectieve bronnen een overzicht gemaakt van criteria per technologie of bron. NP RES heeft samen met CE Delft afgewogen keuzes gemaakt in het brongebruik, op basis van relevante criteria met betrekking tot de RES opgave. Informatie en beeldmateriaal mogen vrij geciteerd en gebruikt worden mits duidelijke bronverwijzing naar NP RES.
2.
Het elektriciteitssysteem
4
3.
De rol van elektriciteitsopslag
6
4. Wat kun je als lokale overheid met opslag?
9
7.
Tijdelijke conversie (Waterstof)
Overzicht 11
8.
Compressed Air Energy Storage 27
9.
Overige opslagtechnieken
5.
6.
Batterijopslag 14 Thuisbatterijen Grote batterij bij opwekker/verbruiker Gridbatterijen Innovatieve batterijtechnieken
15 17 19 21
24
29
De factsheets zijn voorgelegd en afgestemd met Ministerie van Economische zaken, Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties, IPO, VNG, Unie van Waterschappen, NVDE en Netbeheer Nederland.
Begin met lezen
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
3
1. Inleiding Doel van deze factsheet
Afbakening
Leeswijzer
Het doel van deze factsheet is om overheden van de RESregio’s de (on)mogelijkheden van de opslag van elektriciteit te helpen begrijpen. Op deze manier kunnen zij beter gesprekken voeren over de bijdrage van verschillende vormen van elektriciteitsopslag in hun regio, en hier keuzes in maken.
In deze factsheet komen vormen van elektriciteitsopslag aan bod die realiseerbaar zijn voor 2030. Dit zijn technieken die elektriciteit opslaan en deze energie op een later moment weer als elektriciteit vrijgeven. Deze factsheet kijkt niet naar technieken die elektriciteit opslaan en deze energie vervolgens als een andere vorm van energie (warmte, gas) vrijgeven.
Hoofdstuk 2 geeft een introductie van het elektriciteitssysteem en de gevolgen van de energietransitie op dit systeem. In hoofdstuk 3 laten we zien welke rollen elektriciteitsopslag kan vervullen. Hoofdstuk 4 beschrijft wat lokale overheden kunnen doen met het thema opslag. Tot slot geeft hoofdstuk 4 een overzicht van alle technieken en hun belangrijkste kenmerken.
Aanleiding Het energiesysteem in Nederland is aan het verduurzamen. Grote gas- en kolencentrales maken plaats voor decentrale wind- en zonneparken. Door het veranderende energiesysteem ontstaan er momenten met overschotten aan elektriciteit in de zomermaanden en maanden waarin de productie van duurzame elektriciteit onvoldoende is voor de vraag. Daarom zijn technieken nodig om elektriciteit tijdelijk op te slaan en op andere momenten weer vrij te geven. Ook op lokaal niveau leiden veranderingen in de vraag en het aanbod van elektriciteit ertoe dat dat de capaciteit van het elektriciteitsnet onvoldoende is voor alle activiteiten. Dit kan ertoe leiden dat initiatieven voor zon en wind vertragen of niet gerealiseerd kunnen worden, of dat nieuwe verbruikers van elektriciteit niet kunnen worden aangesloten. Vanuit deze ontwikkelingen neemt de roep om andere oplossingen, zoals opslag van elektriciteit in batterijen, snel toe. Er zijn veel initiatieven op het gebied van elektriciteitsopslag, maar het is niet altijd duidelijk in hoeverre deze bijdragen aan een robuust energiesysteem. Deze factsheet geeft inzicht in de mogelijke rol van elektriciteitsopslag in dit nieuwe systeem.
In de verdieping beschrijven we alle technieken in meer detail. In deze factsheet komen de volgende technieken aan bod: • Batterijen op verschillende schaalniveaus: • Thuisbatterij • Grote batterij bij opwekker/verbruiker • Gridbatterij met een eigen netaansluiting • Innovatieve batterijtechnieken • Tijdelijke conversie (waterstof) • Compressed air energy storage Tot slot behandelen we ook een aantal andere technieken die technisch minder ver gevorderd zijn, maar wel vaak worden benoemd als interessante opslagtechniek: • Liquid air energy storage • Ondergrondse pompaccumulatiecentrale (O-PAC) en valmeren • Vliegwielen
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
4
2. Het elektriciteitssysteem Bestaand systeem: van hoogspanning naar laagspanning
Balans op het net noodzakelijk om stroomuitval te voorkomen
Onvoldoende capaciteit op het elektriciteitsnet: uitdaging voor balanceren vraag en aanbod
Het bestaande elektriciteitsnet is aangelegd om elektriciteit van grote, centrale elektriciteitscentrales te transporteren naar bedrijven en huishoudens: • Bovengrondse en ondergrondse kabels transporteren elektriciteit uit elektriciteitscentrales en het buitenland naar zeer grote energieafnemers of de regionale netten. Deze hoogspanningskabels zijn eigendom van TenneT. • HS-MS stations, ook wel onderstations genoemd, zetten deze hoogspanning om naar middenspanning. Middenspanningsnetten transporteren elektriciteit naar grote organisaties en lokale wijknetten. HS-MS stations en het middenspanningsnet zijn eigendom van de regionale netbeheerder. • MS-LS stations (transformatorhuisjes) in wijken en buurten zetten middenspanning om naar laagspanning die wordt geleverd aan huishoudens en (kleinere) bedrijven. Ook deze stations en de laagspanningsnetten zijn eigendom van de regionale netbeheerder.
Vraag en aanbod moeten in het elektriciteitssysteem iedere seconde in balans zijn. Zelfs kleine verstoringen in de balans leiden tot stroomuitval als ze niet snel gecorrigeerd worden. Dit is anders dan bij bijvoorbeeld het net voor gas of drinkwater, waar onbalans veel minder snel tot problemen leidt.
Het elektriciteitsnet heeft een beperkte capaciteit, waardoor het niet altijd mogelijk is om op iedere locatie en op ieder moment elektriciteit te gebruiken of te produceren. Dit geeft uitdagingen bij het balanceren van vraag en aanbod en kan leiden tot netcongestie. Er is sprake van netcongestie als de vraag naar transport van elektriciteit groter is dan de transportcapaciteit van het net. Netcongestie kan plaatsvinden op het hoogspanningsnet, maar ook op lagere netniveaus. Eigenaren van de netten zijn verantwoordelijk om knelpunten op te lossen: TenneT is verantwoordelijk voor het hoogspanningsnet en regionale netbeheerders voor het lokale net (midden- en laagspanning).
Deze balans is ook op langere tijdsschalen (uren, dagen, jaren) van belang. De energiemarkt zorgt ervoor dat deze balans ontstaat. TenneT is verantwoordelijk voor de leveringszekerheid van elektriciteit en de handhaving van het evenwicht tussen vraag en aanbod op het net (de zogeheten ‘energiebalans’).
Onderstation (-50.000 - 80.000 kW)
Middenspanningsring (-5.000 kW)
Laagspanningskabel (-300 kW)
Aansluitkabel (-15 kW)
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
5
Het nieuwe energiesysteem Het elektriciteitssysteem is ontworpen om elektriciteit van grote, centrale productielocaties te transporteren naar bedrijven en huishoudens. Met de energietransitie verandert dit momenteel snel: over acht jaar zal circa 85% van de in Nederland opgewekte elektriciteit bestaan uit wind- en zonne-energie1. Wind- en zonne-energie leiden tot pieken en dalen in de stroomproductie. Ook wordt deze energie op andere plekken in het net geproduceerd dan met de huidige elektriciteitscentrales. Ook wordt er voor steeds meer activiteiten (rijden, verwarmen, productie) gebruik gemaakt van elektriciteit. Zowel vraag en aanbod van elektriciteit nemen toe, maar opwek- en verbruiksprofielen sluiten niet perfect op elkaar aan.
Opslag van elektriciteit kan zorgen voor minder fluctuaties in de vraag en het aanbod van elektriciteit. Hiermee kan het elektriciteitsnet optimaler worden benut en worden de pieken en dalen afgevlakt. In deze factsheets bespreken we opslag als oplossingsrichting. Er zijn echter meer oplossingen, zoals slim gebruik van elektriciteit, lokaal balanceren van vraag en aanbod of omzetting van elektriciteit naar andere energiedragers. • Meer lezen over de werking van het elektriciteitsnet? Zie ook het basisdocument over energie-infrastructuur. • Een kaart met de huidige congestiegebieden in Nederland staat hier.
Het nieuwe energiesysteem moet hier rekening mee houden. Op momenten met weinig wind en zon is het nodig om snel extra elektriciteit te kunnen produceren of leveren, en op winderige en zonnige dagen momenten willen we het overschot van elektriciteit benutten. Dit vraagt om een mix van vraagsturing, korte termijn opslag, lange termijn opslag en centrales. Tot slot is de capaciteit van het huidige net op veel plekken niet berekend op de toename van elektriciteitsvraag en -aanbod. Het bestaande net moet verzwaard worden, en tegelijkertijd moeten we slimmer omgaan met het net: door elektriciteit lokaler te gebruiken of slimmere afspraken te maken over wanneer elektriciteit op het net wordt ingevoerd of afgenomen.
1
Klimaat- en energieverkenning 2022
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
6
3. De rol van elektriciteitsopslag In dit hoofdstuk gaan we eerst in op de functies die elektriciteitsopslag kan hebben, vervolgens met welke technieken deze functies kunnen worden vervuld.
Wat zijn de functies van elektriciteitsopslag? Opslagsystemen kunnen vele verschillende functies vervullen binnen het energiesysteem. Het verschil tussen deze functies is vrij technisch, maar het is wel nuttig om te weten welke functies er allemaal zijn. Vaak vervullen opslagsystemen meerdere functies en zijn daarmee op meerdere markten tegelijkertijd actief. Voor de volgende functies bestaat al een markt 2: • Arbitrage is het goedkoop inkopen en duur verkopen van elektriciteit. Dit komt overeen met inkopen op momenten van overvloed en verkopen op een moment van schaarste. In de praktijk doet een opslagsysteem dit door bijvoorbeeld op te laden op een zonnige middag en te ontladen in de avond. Arbitrage wordt zowel voor laden als ontladen gestimuleerd door de elektriciteitsprijs, zowel per uur (“day-ahead markt”) als per kwartier (“intra-day markt”). Opslagsystemen laden dan op bij een lage prijs en ontladen bij een hoge prijs. Zo helpen ze vraag en aanbod in balans te brengen. • Backupvermogen voor langdurige tekorten wordt nu vooral geleverd door fossiele centrales, maar kan ook geleverd worden door langdurige opslag, zoals valmeren en conversie naar waterstof (zie hoofdstuk 5).
2
https://ce.nl/publicaties/omslagpunt-grootschalige-batterijopslag/
3
Grid Operators Platform for Congestions Solutions
4
Er zijn ook andere manieren waarop marktpartijen kunnen helpen om
• Congestiemanagement om overbelasting van elektriciteitskabels en transformatoren te helpen voorkomen. Beheerders van opslagsystemen kunnen via het GOPACS3 platform aanbieden om de netbeheerder te helpen bij congestieproblemen door op afspraak op te laden of juist te ontladen. De netbeheerder stelt hier een vergoeding tegenover. Op het platform concurreren opslagbeheerders met bedrijven die via ditzelfde platform aanbieden om hun productieprocessen tijdelijk af te schakelen4. • Netbalancering om de netfrequentie op precies 50Hz te houden. TenneT koopt balanceringsvermogen in via dagelijkse veilingen5. Installaties die een bieding gewonnen hebben, moeten op afroep van TenneT meer of minder elektriciteit leveren.
• Verhogen eigen gebruik van zelf opgewekte energie geeft de eigenaar een financieel voordeel. Over zelf opgewekte elektriciteit hoeft namelijk geen energiebelasting te worden betaald. Doordat met opslagsystemen zoals batterijen de elektriciteit het net niet opgaat, is er minder netcapaciteit nodig. Daarnaast kunnen opslagsystemen ervoor zorgen dat er een kleinere netaansluiting nodig is of dat er meer kan binnen de bestaande aansluiting.
congestie op te lossen, zoals het capaciteitsbeperkingscontract of het tijdsgebonden contract. Dit zijn echter bilaterale contracten en geen markt. 5
In vaktermen gaat het hier om de FCR, aFRR, mFRR en passieve onbalans.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Elektriciteitsopslag en netcongestie Netcongestie is een groeiend probleem in Nederland. Netbeheerders zijn op verschillende manieren bezig de netcongestieproblematiek op te lossen. Op de meeste plekken is het noodzakelijk om het net te verzwaren. De omvangrijke verzwaring van de elektriciteitsinfrastructuur zal echter meerdere jaren in beslag nemen. Omdat netverzwaring niet overal op korte termijn gereed is, zijn ook tussentijdse maatregelen nodig om nieuwe vragers of aanbieders van elektriciteit te kunnen aansluiten. Door beleidsmaatregelen, het verkleinen van de elektriciteitsvraag en door efficiënt gebruik te maken van het net, wordt de opgave voor netverzwaring verkleind. Er kan slim gebruik gemaakt worden van het net door met bedrijven afspraken te maken om in tijden met hoog aanbod extra stroom af te nemen en in tijden met een
Huidig energiesysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
hoge vraag juist minder stroom te gebruiken. Recente regelgeving zoals de nieuwe netcode congestiemanagement maakt dit al meer mogelijk, maar verdere aanpassingen in wet- en regelgeving zijn ook nog nodig. Elektriciteitsopslag kan ook helpen netcongestie te voorkomen. Zo kunnen batterijen bij zonneparken pieken van energie opslaan en deze pas later op het elektriciteitsnet afgeven. Een andere mogelijkheid is het gebruiken van batterijen om de piekvraag te verkleinen, waardoor een kleinere aansluiting op het net kan worden afgesloten. Goede afspraken nodig om positieve bijdrage aan netproblemen te waarborgen De huidige inzet van opslag draagt echter niet automatisch bij aan het voorkomen van congestie. Sterker nog: zonder verdere afspraken kan dit juist bijdragen aan congestie. Het kan bijvoorbeeld lucratief zijn om de opslag op te laden om zo het landelijke net in balans te houden, terwijl het lokale net op dat
Korte termijn knelpunt niet iedereen kan tijdig aangesloten worden
Lange termijn knelpunt inefficiënt gebruik infrastructuur
7
moment al zwaar belast wordt. Wanneer opslag met reguliere contractvormen wordt aangesloten moet een netbeheerder altijd capaciteit beschikbaar houden. Ook voor opslagsystemen moet het net dan dus verzwaard worden, terwijl zij juist kunnen helpen bij congestie. Het beleid dat ervoor moet zorgen dat opslag de congestie niet verder verergert, is op dit moment in ontwikkeling. Een mogelijke oplossing is dat netbeheerders afspraken maken met exploitanten van opslagsystemen om niet op te laden tijdens bepaalde uren (tijdsgebonden contract). Netbeheerders experimenteren al met dit type afspraken, vooruitlopend op aanpassing van de wet- en regelgeving die dit juridisch mogelijk maakt. Voor meer informatie over netcongestie, lees de rapportage Het net slimmer benut! Of de factsheet van de netbeheerders.
Toekomstig efficiënter duurzaam energiesysteem
Netverzwaring Tussentijdse maatregelen • Efficiënt gebruik maken beschikbare netcapaciteit • Verminderen energievraag • Opslag van elektriciteit
Lange termijn oplossingen • Aanpassing netwerktarieven, hiervoor is nieuwe wet- en regelgeving nodig
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Elektriciteitssysteem
Introductie
Overzicht
Verdieping
Ga terug
Welke rol voor welk type opslag?
De business case van opslag
Onderstaande figuur laat zien wat het typische vermogen is per type opslagsysteem en hoe lang het systeem elektriciteit kan leveren op vol vermogen. Een techniek met een lange opslagduur kan ook kort vermogen leveren, maar andersom kan dat niet. Waterstofconversie
Ondergrondse pompaccumulatie en Valmeren Compressed Air Energy storage en Liquid Air Energy storage
100 MW
Opslagsystemen kunnen flexibel opereren en verschillende functies tegelijkertijd vervullen, op verschillende markten. Een opslagsysteem kan bijvoorbeeld ’s ochtends TenneT helpen de netfrequentie stabiel te houden, ’s middags goedkoop opladen met zonnestroom en ’s avonds de regionale netbeheerder helpen congestie te voorkomen door te ontladen. Het opslagsysteem wordt zo ingezet dat de winst maximaal is. Momenteel is netbalancering de belangrijkste inkomstenbron van opslagsystemen in Nederland. Naarmate er meer systemen komen, die ook groter zijn en energie langer opslaan, zullen de rollen van arbitrage, back-up vermogen en het verhelpen van regionale congestie ook belangrijker worden.
Backupvermogen voor langdurige tekorten vraagt om technieken die grote hoeveelheden energie kunnen opslaan tegen lage kosten. Tijdelijke conversie (bijv. naar waterstof) is hier uitermate geschikt voor. Langdurige opslag in stuwmeren is ook een mogelijkheid, maar daar is Nederland niet geschikt voor. Bijna elke opslagtechniek is technisch geschikt om energie voor langere tijd op te slaan, maar veel technieken zijn hier te duur voor.
10 MW
Vliegwiel 1 MW
100 kW
10 kW
Netbalancering vindt op de korte termijn plaats, met opslagsystemen die vaak hoogstens een paar uur elektriciteit kunnen leveren voordat ze leeg zijn. Het is belangrijk dat het systeem tegen lage kosten een hoog vermogen kan leveren. Vliegwielen en batterijen zijn hier erg geschikt voor. Arbitrage vraagt om een opslagduur van ergens tussen de 2 en de 8 uur. Dit betreft technieken die wat hogere kosten per eenheid vermogen hebben, maar lagere kosten hebben om de energie op te slaan. Batterijen, compressed air storage, liquid air storage en O-PAC zijn hier erg geschikt voor. De laatste drie kunnen minder snel reageren dan vliegwielen en batterijen.
10 GW
1 GW
8
Batterijen
1 kW
seconde Stabiliteit
minuut
uur
dag Flexibiliteit
week
seizoen Back-up vermogen
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
9
4. Wat kun je als lokale overheid met opslag? De opslag van elektriciteit gaat in het nieuwe energiesysteem een belangrijkere rol vervullen. Op dit moment krijgen gemeenten dan ook al te maken met verschillende plannen van ontwikkelaars voor opslagsystemen, zeker in gebieden met netcongestie. Het oplossen van netcongestie is de primaire taak van de netbeheerders (zie hoofdstuk 2), maar ook gemeenten hebben hier een rol te vervullen. Bovendien is het voorkomen van netcongestie van belang voor het behalen van de RES-doelstellingen. De rol van een lokale overheid bestaat deels uit de formele bevoegdheden vanuit ruimtelijke ordening en veiligheid, maar hiernaast kan een lokale overheid initiatieven faciliteren. Waterschappen hebben als beheerder van hun eigen assets een andere rol, en kunnen zelf initiatief nemen tot het plaatsen van opslagsystemen.
Borg de mogelijkheden voor opslag in het omgevingsplan
Gebruik eventuele grondposities
Lokale overheden hebben een wettelijke taak vanuit het ruimtelijke instrumentarium. Het plaatsen en gebruiken van opslagsystemen heeft impact op de fysieke leefomgeving. Ze vragen ruimte en er kunnen veiligheidsaspecten spelen. Wanneer u elektriciteitsopslag wilt inzetten, is het dus van belang om dit mee te nemen in het ontwerp van nieuwe wijken (stedenbouwkundig plan) en in de bestaande situatie bij de herinrichting van de openbare ruimte. Daarnaast zijn in sommige gevallen vergunningen of ruimtelijke toetsen nodig voordat een opslagsysteem geplaatst kan worden. Het is belangrijk om hier rekening mee te houden. In de komende periode doen we hiermee ervaring op – het NP RES zal deze verzamelen en meenemen in verdere kennisdeling.
Uitgangspunten bij de advisering over veiligheid Het Nederlands Instituut Publieke Veiligheid heeft een korte factsheet met de belangrijkste aandachtspunten voor de energietransitie opgesteld. Deze is hier te vinden.
Wanneer je als gemeente zelf een grond in eigendom hebt, is het mogelijk om eisen te stellen aan toekomstige gebruikers over het plaatsen van opslagsystemen bij grote gebruikers van elektriciteit of bij zonnevelden/windmolens. Hierbij is het van belang om met de netbeheerder af te stemmen of het plaatsen van een opslagsysteem daadwerkelijk voordelen met zich meebrengt.
Stem met elkaar af in de regio Opslag is niet op alle plekken een in het elektriciteitsnet een oplossing. Samen met de netbeheerder kan een RES regio onderzoeken waar knelpunten in het huidige elektriciteitsnet zijn of in de toekomst kunnen ontstaan, rekening houdend met de opgave die er ook op andere vlakken (woningbouw, mobiliteit, natuur, bedrijventerreinen, etc) ligt. De jaarlijkse netimpactberekeningen van de netbeheerders die plaatsvinden in alle RES-regio’s geven een goede aanleiding voor deze afstemming, net zoals de afstemming binnen het provinciaal Meerjarenprogramma Infrastructuur Energie en Klimaat (pMIEK).
Opslagsystemen worden over het algemeen geplaatst voor een duur van meer dan 20 jaar en hebben daarmee een permanent ruimtegebruik. Gemeenten kunnen in het omgevingsplan regels opnemen voor het plaatsen van opslagsystemen en de locaties waar dit wel of niet is toegestaan.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
10
Faciliteer initiatiefnemers Overheden kunnen partijen helpen met het nemen van juiste keuzes bij netcongestie. Dit kan bijvoorbeeld door een adviseur in dienst te nemen die partijen helpt bij het nadenken over alternatieve energiesystemen (waaronder opslag) bij netcongestie. Deze adviseur kan ook helpen om plannen van bijvoorbeeld bedrijven concreter te maken, zodat een netbeheerder rekening kan houden met deze plannen bij diens investeringsplanning. De rol van waterschappen Waterschappen hebben eigen assets waar steeds vaker energie wordt opgewekt. Bijvoorbeeld door de inzet van biogas of zonnevelden op hun eigen terreinen. De zuiveringsterreinen van waterschappen hebben een industriefunctie, wat het mogelijk maakt om relatief eenvoudig elektriciteitsopslag systemen te realiseren.
Een voorbeeld hiervan is het realiseren van een waterstofelektrolyser om stroom van zonnepanelen om te zetten in waterstof en pure zuurstof. De waterstof kan gebruikt worden door derden. De elektrolyser heeft warmte en pure zuurstof als restproducten die ingezet kunnen worden op de zuivering. Hiermee kan 50% energie worden bespaard, doordat veel minder elektriciteit nodig is voor de beluchting. Momenteel voert het Waterschap Drents Overijsselse Delta een proef uit met deze techniek.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
11
5. Overzicht Uitleg tabel
Uitleg van de termen
Hoe gebruik je deze tabel?
Vermogen en capaciteit Watt (W) en Wattuur (Wh) lijken op elkaar, maar zijn toch verschillend. Watt is het vermogen: dit is hoeveel energie een apparaat nodig heeft om te werken per tijdseenheid. Wattuur is een maat voor de hoeveelheid energie die wordt verbruikt, opgeslagen of geleverd: Een elektrische kachel met een vermogen van 1 kW die een uur aan staat, heeft 1 kWh verbruikt. Een batterij met een capaciteit van 5 kWh kan 5 uur stroom leveren op een vermogen van 1 kW.
De tabel op de volgende pagina geeft inzicht in de technische aspecten van verschillende vormen van opslag. Partijen die behoefte hebben aan een vorm van elektriciteitsopslag kunnen deze tabel gebruiken om een keuze te maken voor een opslagtechniek. Dit kan door de onderstaande vragen te beantwoorden: • Hoeveel energie wil ik opslaan? • Welk vermogen heb ik nodig? • Wat zijn de kosten die ik over heb voor het systeem? • Wanneer wil ik het systeem gerealiseerd hebben? Daarnaast geeft de tabel inzicht in het ruimtebeslag en de belangrijkste veiligheidsaspecten van de verschillende technieken. Deze aspecten zijn met name interessant voor overheden.
Tijdsduur ontladen op vol vermogen Hoe lang duurt het op- of ontladen van de opslag als deze op vol vermogen opgeladen of ontladen wordt? Deze tijdsduur staat los van hoe lang de energie opgeslagen kan blijven. Een voorbeeld: een opslag met een vermogen van 1 MW en een capaciteit van 6 MWh doet er 6 uur over om op te laden met het maximale vermogen van 1 MW. De energie kan vervolgens meerdere uren, dagen of zelfs maanden opgeslagen blijven, afhankelijk van de techniek. Vervolgens duurt het weer 6 uur om de opslag te ontladen met 1 MW. Toepasbaarheid Kan deze techniek worden ingezet op het hoogspanningsmiddenspannings- of laagspanningsnet, of bij een individuele woning of bedrijf? Realisatie voor 2030 Is het technisch mogelijk om een project met dit opslagsysteem uiterlijk in 2030 te realiseren als nu gestart wordt?
Investeringskosten Dit zijn de kosten (in euro) die nodig zijn om één MWh aan opslagcapaciteit te realiseren. Let op!: Opslagcapaciteit kan over de levensloop van een systeem vele malen worden benut. Dit getal geeft dan ook geen beeld van de kosten van opslag zelf. Die zijn afhankelijk van levensduur, onderhoudskosten, et cetera. Efficiëntie De efficiëntie of het rendement beschrijft hoeveel energie er verloren gaat tussen het opladen en ontladen van de opslag. Bijvoorbeeld: als een opslagtechniek met een efficiëntie van 75% 100 kWh elektriciteit gebruikt om op te laden, dan komt er 75 kWh vrij als de opslag ontlaadt. De overige 25 kWh is verloren gegaan. Doorlooptijd Wat is de gemiddelde doorlooptijd van een project totdat het project operationeel is? Ruimtelijke impact We geven het ruimtebeslag weer van een installatie om 1 MWh op te slaan. Er is hierbij niet gekeken naar de ruimtelijke impact van materiaalgebruik, grondstoffenwinning, netinfrastructuur et cetera). Veiligheidsaspecten Waar bekend noemen we de belangrijkste veiligheidsaspecten of verwijzen we naar documenten die deze aspecten verder uitwerken.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
12
Uitkomsten Overzichtstabel met per techniek de belangrijkste kentallen op een rij.
Batterijsystemen Huidige technieken
Innovatieve technieken
Thuisbatterij
Grote batterij bij opwekker/ verbruiker
Gridbatterij
Flowbatterij
Zoutwaterbatterij
Vermogen
2 - 10 kW (0,002 – 0,01 MW)
0,3 - 10 MW
ca 0,3 - 3MW (buurtbatterij), 5 - 1000+ MW (grote gridbatterij).
1 - 100 MW
Enkele kilowatten
Capaciteit
2 - 40 KWh
0,3 - 40 MWh
0,6 - 1000+ MWh
1 - 1000+ MWh
1-100 kWh
Tijdsduur ontladen op vol vermogen
1 - 4 uur
1 - 4 uur
2 - 4 uur
4 - 100 uur
2 uur en meer
Toepasbaarheid op schaalniveau
Woningniveau
Alle niveaus
Van buurtniveau tot hoogspanningsnet
Alle niveaus
Alle niveaus
Technische realisatie voor 2030
Zeker te realiseren
Zeker te realiseren
Zeker te realiseren
Zeker te realiseren
Mogelijk te realiseren
Investeringskosten
ca. 700 – 1200 €/kWh plus 5001000 € installatiekosten.
500 €/kWh (stationaire batterij, >1 MW) tot 700 €/kWh (mobiele batterij)
ca. 700 €/kWh voor buurtbatterij, ca. 380 €/kWh voor grote gridbatterij (60 MW, 240 MWh)
ca. 500 €/kWh
Duurder dan lithium-ion, geen betrouwbare kostenschatting beschikbaar.
Efficiëntie
ca. 90%
ca. 90%
Ca. 85%
ca. 70%
80-90%, afhankelijk van laadsnelheid
Doorlooptijd
<1 jaar
1 - 2 jaar
1 - 2 jaar
1 - 2 jaar als techniek eenmaal beschikbaar is
1 - 2 jaar als techniek eenmaal beschikbaar is
Ruimtelijke impact
< 1 m2, past meestal in meter-
30 - 80 m2 /MWh
ca. 25 m2 /MWh voor gridbatterij
ca. 10 m2 per MWh
Geen betrouwbare cijfers, maar fors groter ruimtebeslag dan lithium-ion.
Nog geen normen. Veiliger dan lithium-ion, want componenten zijn vloeibaar en niet ontvlambaar.
Geen, bevat enkel zout water.
kast Veiligheidsaspecten
Brandveiligheid bij oudere types lithium-ion (NMC). De nieuwere lithium-ijzer-fosfaat (LFP) batterijen zijn veel veiliger.
Er is een circulaire beschikbaar met veiligheidsvoorschriften, in afwachting van de PGS37-2. Brandveiligheid is het voornaamste aandachtspunt. Voor realisatie van buurtbatterijen is een NENnorm opgesteld.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Elektriciteitssysteem
Overzicht
Verdieping
Ga terug
13
Innovatie Waterstofconversie
Compressed air energy storage
Liquid air energy storage
Ondergrondse pompaccumulatiecentrale (O-PAC)
Vliegwielen
Vermogen
1 MW – 10 GW
100-300 MW
100 – 300 MW
1,4 GW
1 MW
Capaciteit
0,125 tot 0,25 TWh
400 – 4000 MWh
600 – 10.000+ MWh
8,4 GWh
30 kWh
Tijdsduur ontladen op vol vermogen
Enkele dagen tot enkele maanden
6 tot 12 uur
6 uur en langer
6 uur
Enkele minuten
Toepasbaarheid op schaalniveau
Middenspanningsnet - hoogspanningsnet
Hoogspanningsnet
Hoogspanningsnet
Hoogspanningsnet
Laagspanningsnet
Technische realisatie voor 2030
Zeker te realiseren
Zeker te realiseren
Vermoedelijk te realiseren
Ja, mits start in 2023
Zeker te realiseren
Investeringskosten
Onbekend 6
150 €/kWh
300 – 600 €/kWh
41€/MWh
200 – 250 €/kWh afhankelijk van het materiaal
Efficiëntie
~40%
D-CAES: 60%, AA-CAES: 70%
70 - 80%
80%
92%
Doorlooptijd
2-5 jaar bij bestaande caverne, >5 jaar als nieuwe caverne nodig is
2-5 jaar bij bestaande caverne, >5 jaar als nieuwe caverne nodig is
2-5 jaar
>5 jaar
1-2 jaar
Ruimtelijke impact
7 m2 /MWh
11 m2 /MWh
16 m2 /MWh
Ruimte voor waterreservoir bovengronds, verder met name impact in de ondergrond
533 m2 per MWh
Veiligheidsaspecten
Mogelijk risico op bodemdaling, seismiciteit of lekkage van waterstof ondergronds
Kans op verzakking van de bodem en seismische activiteiten
Ontvlammings- en explosiegevaar van zuurstof in extreem gekoelde lucht, maar vergeleken met vloeibaar aardgas is dit risico een stuk kleiner. Als het verwarmen van de lucht met duurzame energie gedaan wordt, stoot LAES geen CO2 uit.
Bodem moet geschikt zijn
Veilig en haast geruisloos
6
6
We kiezen er hier bewust voor om geen getal te noemen voor de investeringskosten voor waterstofopslag. Deze liggen namelijk veel lager dan bij andere technieken. Daardoor zou de (onterechte) indruk kunnen ontstaan dat het goedkoop is om elektriciteit op te slaan in waterstof, terwijl dat door de hoge energieverliezen zeker niet het geval is.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
14
Tijdelijke conversie
Compressed air
6. Batterijopslag Wat is het?
Veiligheid van lithium-ion batterijen
Een batterij slaat elektriciteit op door middel van een omkeerbare chemische reactie.
Lithium-ion batterijen kennen verschillende risico’s. Wat de meeste lithium-ion batterijen met elkaar gemeen hebben is dat zij instabiel kunnen worden bij overladen, volledig ontladen, hoge én lage temperaturen en schade aan de batterij. Dit kan in het ergste geval leiden tot kortsluiting, oververhitting en brand waarbij zeer giftige stoffen vrijkomen. Om deze reden wordt er gewerkt aan een veiligheidsrichtlijn voor energieopslagsystemen met lithium-ion batterijen. Het concept van deze richtlijn staat hier. De concept richtlijn bevat eisen over de constructie, de plaatsing en het benodigde onderhoud van de batterijen.
Verschillende varianten Batterijen kunnen op verschillende plekken in het systeem ingezet worden. We maken onderscheid tussen de volgende types: • Thuisbatterij bij een huishouden • Grote batterij bij opwekker/verbruiker • Gridbatterij met zijn eigen aansluiting • Tot slot kijken we naar innovatieve batterijconcepten. Op de volgende pagina’s werken we deze varianten verder uit.
Verschillende technieken Batterijen verschillen niet alleen in de plek waar ze worden ingezet, maar ook in de batterijtechniek. De lithium-ion batterij is het meest gangbaar en momenteel voor de meeste toepassingen het goedkoopst. In de factsheets gaan we daarom steeds uit van lithium-ion batterijen. In de factsheet ‘innovatie’ behandelen we enkele opkomende batterijtechnieken.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
15
Tijdelijke conversie
Compressed air
Thuisbatterijen Wat is het? De thuisbatterij is een kleine batterij die achter de elektriciteitsmeter wordt geplaatst bij huishoudens of kleine bedrijven. De batterij heeft voldoende opslagcapaciteit om een paar uur tot een dag te overbruggen. Het voornaamste voordeel voor de gebruiker is dat het eigen verbruik van zelf opgewekte zonne-energie kan worden verhoogd. Bovendien kunnen gebruikers die een dynamisch energiecontract hebben (waarbij de prijzen fluctueren gedurende de dag) elektriciteit inkopen tegen gunstige tarieven.
Kenmerken Criterium Vermogen
2 – 10 kW (0,002 – 0,01 MW)
Capaciteit
2 - 40 KWh
Tijdsduur ontladen op vol vermogen
1 – 4 uur
Toepasbaarheid op schaalniveau
Woningniveau
Technische realisatie voor 2030
Zeker te realiseren
Investeringskosten
ca. 700 – 1200 €/kWh7 plus 500-1000 € installatiekosten.
Efficiëntie
ca. 90%
Doorlooptijd
<1 jaar
Ruimtelijke impact
< 1 m2, past meestal in meterkast
Veiligheidsaspecten
Brandgevaar bij oudere types lithium-ion (NMC). De nieuwere lithium-ijzer-fosfaat (LFP) batterijen zijn veiliger, maar kennen nog steeds dezelfde veiligheidsrisico’s als NMC.8 De plek van de thuisbatterij in de meterkast kan vanuit veiligheidsaspecten onwenselijk zijn, aangezien deze zich vaak naast de voordeur, en daarmee op de vluchtweg bevindt.
7
https://www.thuisbatterij.be/prijs
8
https://nipv.nl/wp-content/uploads/2022/03/20210301-IFV-LIOGS-VRH-Veiligheidsprincipes-kleinschalige-EOSen.pdf
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Waar is het toepasbaar?
Verdieping Innovatie
16
Tijdelijke conversie
Voorbeeld
Compressed air
Knelpunten
Thuisbatterijen zijn toepasbaar in ieder huishouden met genoeg ruimte om de batterij te plaatsen.
Het voornaamste knelpunt voor de thuisbatterij is financieel: de salderingsregeling. Met de salderingsregeling maakt het niet uit of zonnestroom direct zelf wordt verbruikt of eerst aan het net wordt teruggeleverd en later gebruikt. De batterij biedt dan nog een klein voordeel omdat elektriciteit met een dynamisch contract goedkoper kan worden ingekocht, maar dat is (lang) niet genoeg voor een rendabele businesscase.
Een thuisbatterij is het meest rendabel in combinatie met zonnepanelen. Het voornaamste doel van een thuisbatterij is zo veel mogelijk zonnestroom zelf gebruiken. Dat biedt ook voordelen voor het energiesysteem, omdat er energie van de middag (hoog aanbod van energie) wordt verplaatst naar de avond (hoge energievraag), wat de pieken op het net vermindert.
In de toekomst zal het salderen worden afgebouwd en zullen ook de kosten van de batterijen verder dalen, waardoor er wel een businesscase ontstaat. Daarnaast onderzoeken netbeheerders een aanpassing in de nettarieven voor kleinverbruikers, zodat zij gestimuleerd worden om hun piekvraag te beperken.
Figuur 1 – Omvormer voor zonnepanelen (boven) en 10 kWh thuisbatterij (onder) Bron: Q-home
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
17
Compressed air
Grote batterij bij opwekker/verbruiker Wat is het? Een grote batterij wordt geplaatst bij een bedrijf, een zonnepark of een windpark. Deze batterij is vrijwel dezelfde als de thuisbatterij, maar dan met een (veel) groter vermogen. De batterijen bestaan uit modulaire elementen: een grotere batterij wordt gemaakt door meerdere kleine batterijen te combineren. De business case van de grote batterij is beter dan die van de thuisbatterij. Dit heeft meerdere redenen: 1. Grote batterijen zijn per kWh opslagcapaciteit goedkoper door schaalvoordelen; 2. Grootverbruikers mogen opwek niet wegstrepen tegen verbruik (kleinverbruikers hebben de salderingsregeling); 3. Grotere afnemers betalen een hoger nettarief als ze meer netcapaciteit gebruiken. Een batterij beperkt deze kosten; 4. Grotere batterijen kunnen makkelijker ingezet worden om de netfrequentie stabiel te houden, waar TenneT hoge vergoedingen voor betaalt.
Kenmerken
Waar is het toepasbaar? Criterium
Vermogen
0,3 – 10 MW
Capaciteit
0,3 – 40 MWh
Tijdsduur ontladen op vol vermogen
1 – 4 uur
Toepasbaarheid op schaalniveau
Alle niveaus: van bedrijfsniveau tot hoogspanningsnet
Technische realisatie voor 2030
Zeker te realiseren
Investeringskosten
500 €/kWh (stationaire batterij, >1 MW) tot 700 €/kWh (mobiele batterij)9
Efficiëntie
ca. 90%
Doorlooptijd
1-2 jaar
Ruimtelijke impact
30 – 80 m2 /MWh
Veiligheidsaspecten
Er is een regeling waarin de veiligheidsvoorschriften worden beschreven10, in afwachting van
De grote batterij is toepasbaar bij bedrijven of opwekkers van hernieuwbare elektriciteit waarbij de productie of afname van elektriciteit sterk fluctueert over de dag, bijvoorbeeld een zonnepark, een snellaadstation voor mobiliteit of een bedrijf dat alleen overdag produceert. Batterijen kunnen in die toepassing de energie een paar uur verschuiven (arbitrage), het net ontlasten (congestiemanagement) en eventueel een bijdrage leveren aan het constant houden van de netfrequentie. Bij een tekort aan beschikbare netcapaciteit kan een (tijdelijke) batterij ervoor zorgen dat bepaalde projecten of ontwikkelingen toch door kunnen gaan. Hierbij accepteren ondernemers in sommige gevallen dat de batterij meer kost dan de directe besparingen, omdat zij zonder de batterij winst door bedrijfsuitbreiding mislopen.
de PGS37-1. Brandveiligheid is het voornaamste aandachtspunt.
9
https://ce.nl/publicaties/laden-voor-logistiek-bij-beperkte-netcapaciteit/
10
https://wetten.overheid.nl/BWBR0043769/2020-07-01
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Voorbeeld
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
18
Compressed air
Knelpunten De hoge kosten van de batterijen is de voornaamste belemmering. Ondernemers kunnen deze kosten niet rechtvaardigen als zij deze niet terugverdienen door extra inkomsten of besparingen op andere kosten. De financierbaarheid van batterijen is daarom lastig omdat de inkomsten erg onzeker zijn.
Figuur 2 – Artist’s impression van batterij van 1 MW bij Prologis in
Daarnaast kan het lastig zijn om een plek te vinden voor de batterij: er moet ruimte zijn voor de batterij zelf, de batterij moet niet te ver van het aansluitpunt staan, maar moet ook voldoende afstand hebben tot andere gebouwen en voertuigen in verband met de veiligheid. Dit punt speelt met name bij bedrijven en minder bij zonneparken en windparken, die vaak wat meer afgelegen zijn.
Tilburg Bron: Prologis
Figuur 3 – Batterijen van totaal 10 MWh bij windpark Hartelkanaal van Greenchoice Bron: Alfen
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
19
Compressed air
Gridbatterijen Wat is het? Een gridbatterij gebruikt dezelfde techniek als andere batterijen, maar is op een andere plek in het energiesysteem aangesloten. De gridbatterij heeft zijn eigen aansluiting op het elektriciteitsnet, zonder verbonden te zijn met andere verbruikers of opwekkers. De gridbatterij heeft dus altijd de hele aansluiting ‘voor zichzelf’, zodat de netaansluiting geen beperking vormt voor de inzet van de batterij. We bespreken twee typen gridbatterijen: de buurtbatterij en de grootschalige gridbatterij. • Een buurtbatterij is vaak een kleinere, mobiele batterij in een zeecontainer, die in woonwijken geplaatst kan worden. • De grootschalige gridbatterij bestaat typisch uit tientallen batterijeenheden die samen één grote batterij vormen. Dit type batterij staat vaak op een meer afgelegen locatie, met een grotere netaansluiting.
Kenmerken
Waar is het toepasbaar? Criterium
Vermogen Capaciteit Tijdsduur ontladen op vol vermogen Toepasbaarheid op schaalniveau Technische realisatie voor 2030 Investeringskosten
Efficiëntie Doorlooptijd Ruimtelijke impact Veiligheidsaspecten
ca 0,3-3MW (buurtbatterij), 5-1000+MW (grote gridbatterij) 0,6 - 1000+ MWh 2-4 uur Van buurtniveau tot hoogspanningsnet Zeker te realiseren ca. 700 €/kWh voor buurtbatterij11 ca. 380 €/kWh voor grote gridbatterij (60 MW, 240 MWh)12 ca. 85% 1-2 jaar ca. 25 m2 /MWh voor gridbatterij13 Er is een circulaire beschikbaar met veiligheidsvoorschriften14, in afwachting van de PGS37-1. Brandveiligheid is het voornaamste aandachtspunt. Voor realisatie van buurtbatterijen is een NEN-norm opgesteld.
11
https://ce.nl/wp-content/uploads/2022/09/CE_Delft_220147_Laden_voor_logistiek_bij_beperkte_netcapaciteit_Logistiekrapport_def.pdf
12
https://atb.nrel.gov/electricity/2022/utility-scale_battery_storage
13
Eigen analyse CE Delft o.b.v. bestaande grootschalige opslagprojecten.
14
https://wetten.overheid.nl/BWBR0043769/2020-07-01
De buurtbatterij kan in woonwijken worden ingezet om te helpen het net te ontlasten. De batterij kan vrij handelen op de energiemarkten tijdens perioden dat er wel voldoende netcapaciteit is. De grootschalige gridbatterij wordt doorgaans vanuit zuiver commercieel oogpunt gebouwd, met als doel de batterij zo optimaal mogelijk in te zetten op meerdere verschillende markten en een zo hoog mogelijke winst te behalen. Nu betekent dat meestal dat de batterij het grootste gedeelte van de tijd wordt ingezet voor netbalancering. Zonder aanvullende maatregelen is het echter niet zeker dat de batterij bijdraagt aan het oplossen van netcongestie.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Voorbeeld
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
20
Compressed air
Knelpunten Buurtbatterijen komen moeizaam van de grond omdat ze relatief duur zijn per eenheid opgeslagen energie in vergelijking met grotere batterijen. Er is weliswaar een besparing op de kosten voor de aanleg van het elektriciteitsnet, maar deze besparing is deels nodig om de batterij-eigenaar te compenseren voor gemiste opbrengsten omdat er niet altijd vrij gehandeld kan worden.
Figuur 4 – Buurtbatterij in Woerden (2018, 200 kWh)15
Grootschalige gridbatterijen zijn momenteel (najaar ’22) commercieel interessant en er is veel interesse vanuit marktpartijen om ze te bouwen. Het grootste probleem is om een netaansluiting te krijgen, omdat het elektriciteitsnet op veel plekken vol zit. Batterijen kunnen congestie verhelpen als ze op de goede manier worden ingezet, maar kunnen ook bijdragen aan congestie als zij geen rekening houden met de netbelasting. Netbeheerders onderzoeken momenteel verder hoe zij batterijen toch kunnen aansluiten, waarbij de netbeheerder de zekerheid heeft dat de batterij de congestie niet verergert.
Figuur 5 – Twee grootschalige gridbatterijen van Giga Storage: links de Giga Rhino (2020, 12 MW/7,5 MWh) en rechts de Giga Buffalo (2022, 25 MW/48 MWh) Bron: Giga Storage
15
Alfen: Buurtbatterij van Alfen helpt slimme energiewijk in Woerden | Alfen N.V.
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie Thuisbatterij
Overzicht
Elektriciteitssysteem Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
21
Compressed air
Innovatieve batterijtechnieken
Andere batterijtypes
Flowbatterijen
We bespreken hieronder kort enkele andere veelbesproken bestaande en toekomstige batterijtypes voor stationaire opslag.
Wat is het?
Natrium-ion Natrium-ion batterijen (sodium ion) lijken op lithium-ion batterijen, maar gebruiken veel goedkoper en minder zeldzaam natrium in plaats van lithium. Natrium-ion batterijen kunnen binnen enkele jaren competitief worden met lithium-ion en zouden een grote rol kunnen spelen voor stationaire opslag16.
Solid state batterijen Solid state batterijen (letterlijk: vastestofbatterijen) bevatten geen vloeistof tussen de plus- en de minpool, maar een vaste stof. Dit resulteert in een betere levensduur, een hogere veiligheid en een hogere energiedichtheid.17 Solid state lithium batterijen worden midden jaren ’20 verwacht in voertuigen en enkele jaren later in stationaire toepassingen.
Kenmerken Criterium Vermogen
Flowbatterijen slaan energie op in een vloeistof. De vloeistof is een chemische verbinding die een opgeladen en ontladen toestand heeft. De opgeladen en de ontladen vloeistof worden in aparte tanks opgeslagen. De batterij wordt opgeladen en ontladen door de twee vloeistoffen door een membraancel te pompen waar onder invloed van elektriciteit moleculen worden uitgewisseld. Het grote voordeel van flowbatterijen is dat de capaciteit (MWh) en het vermogen (MW) onafhankelijk van elkaar schaalbaar zijn. Het vermogen wordt bepaald door het oppervlak van het membraan. De capaciteit wordt bepaald door de grootte van de opslagtanks. De vloeistof en tanks zijn relatief goedkoop, dus de meerkosten voor een langere opslagduur zijn beperkt. Er zijn vele verschillende types flowbatterijen. Enkele van de meest bekende zijn de lithium-bromide batterij (LiBr) en de vanadium redox flow batterij (VRFB). De gebruikte vloeistoffen in deze batterijen zijn schadelijk voor het milieu. Er zijn veel flowbatterijen in ontwikkeling die gebruik maken van organische verbindingen die onschadelijk zijn voor het milieu.
16
https://news.metal.com/newscontent/101700063/catl-will-form-a-basic-industrial-chain-of-sodium-ion-battery-by-2023
17
https://www.asme.org/topics-resources/content/advancing-battery-technology-for-modern-innovations
18
https://www.pnnl.gov/sites/default/files/media/file/RedoxFlow_Methodology.pdf
19
https://techxplore.com/news/2022-09-world-largest-battery-energy-storage.html
1 - 100 MW
Capaciteit 10 - 1000+ MWh Tijdsduur ontladen op vol 4 - 100 uur vermogen Toepasbaarheid op schaal- Alle niveaus niveau Technische realisatie voor 2030
Zeker te realiseren
Investeringskosten Efficiëntie Doorlooptijd
ca. 500 €/kWh18 ca. 70% 1-2 jaar als techniek eenmaal beschikbaar is ca. 10 m2 per MWh19 Nog geen normen. Andersoortig dan lithium-ion batterijen, want de componenten zijn vloeibaar en niet ontvlambaar. Flowbatterijen daarentegen bevatten veel meer toxische componenten.
Ruimtelijke impact Veiligheidsaspecten
Nationaal Programma Regionale Energiestrategie - Opslag van elektriciteit - versie 23 december 2022
Introductie
Overzicht
Elektriciteitssysteem
Thuisbatterij
Grote batterij
Gridbatterijen
Verdieping Innovatie
Ga terug
Tijdelijke conversie
Waar is het toepasbaar?
Knelpunten
Flowbatterijen worden gezien als oplossing voor middellange termijn opslag: van ca. 4 uur tot een week. In die functie kunnen ze helpen om overschotten en tekorten over de dag te vereffenen, maar ook om langere perioden van aanhoudend tekort (dunkelflaute) of aanhoudend overschot (storm) te overbruggen.
De technologie van flowbatterijen is nog sterk in ontwikkeling en er zijn nog weinig systemen ‘van de plank’ leverbaar.
Voorbeeld -
+
Stroom opwek Elektrode Positief geladen vloeistof tank
Pomp
Negatief geladen vloeistof tank
Ion-selectief membraan
Figuur 6 – Schematische weergave van de werking van een flowbatterij
20
22
Compressed air
Kenmerken
Het lage rendement en de hogere investeringskosten ten opzichte van lithium-ion zorgen ervoor dat flowbatterijen op de korte termijn commercieel niet aantrekkelijk zijn. Naarmate de tijd voortschrijdt, zal de technologie verbeteren, zullen de kosten lager worden en zal de behoefte aan opslag voor langere perioden groeien.
Zoutwaterbatterijen Wat is het?
Criterium Vermogen Capaciteit Tijdsduur ontladen op vol vermogen Toepasbaarheid op schaalniveau Technische realisatie voor 2030 Investeringskosten