Energieopslag

Er zijn drie redenen voor energieopslag: aanbod- en leveringszekerheid, flexibiliteit en stabiliteit van het elektriciteitsnet. Voorbeelden van situaties waarin energieopslag wordt toegepast zijn (in volgorde van langere naar kortere opslagduur):

• Het verbeteren van de aanbodzekerheid van geïmporteerde fossiele brandstoffen, biomassa en waterstof, voor het geval dat er een onderbreking ontstaat in de levering.
• Het op een later moment kunnen inzetten van grote hoeveelheden energie. Zo kunnen verwachte grote hoeveelheden elektriciteit uit wind op zee worden opgeslagen tijdens periodes van het jaar dat de vraag lager is dan het aanbod. Om grote hoeveelheden elektriciteit voor langere tijd (weken of maanden) op te slaan, is conversie in een andere vorm van energie nodig, zoals van elektriciteit naar waterstof. Waterstof
• Het opvangen van voorspelbare wisselende vraag naar energie (de verdeling van de energievraag over de dag, de seizoenspiek bij de vraag naar warmte).
• Het verbeteren van de leveringszekerheid van elektriciteit door voldoende regelbare productiecapaciteit voor elektriciteit.
• Het opvangen van minder voorspelbare wisselingen in het aanbod van en de vraag naar elektriciteit op kortere termijn, bijvoorbeeld onzekerheid in productie van wind- en zonne-energie.
• Het voorkomen van netcongestie bij zonne- en windparken, bijvoorbeeld door een tijdelijk teveel aan elektriciteit in batterijen op te slaan en later in het net in te voeden.
• Het opvangen van de wisselende vraag en aanbod van elektriciteit op zeer korte tijdschalen om de netbalans te handhaven. Dit is onder andere op te vangen met vliegwielen en batterijen.

Energieopslag kan dus een rol spelen bij het bieden van leveringszekerheid, flexibiliteit en stabiliteit aan het energiesysteem . Andersom kan de noodzaak voor energieopslag worden voorkomen door meer flexibiliteit in zowel de vraag naar als het aanbod van energie. Flexibiliteit van het energiesysteem

Een eerste manier om naar opslag van energie te kijken is een indeling op basis van de energiedragers: vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen, warmte, elektriciteit en elektrochemische opslag in batterijen. Vaste, vloeibare en gasvormige energiedragers worden al sinds jaar en dag opgeslagen en vergen geen grote technische innovaties voor de energietransitie, mogelijk met uitzondering van waterstof. De grootschalige opslag van warmte en elektriciteit vergen wel innovatieve oplossingen. Elektriciteit is namelijk lastig in grote hoeveelheden op te slaan als er geen mogelijkheid is voor stuwmeren, zoals in Nederland.

Een andere manier om vormen van energieopslag in te delen is gebaseerd op de gebruikte technieken, steeds met een aantal voorbeelden:

• Mechanische opslag (waterkrachtcentrales met pompopslag, compressed air energy storage (CAES), vliegwielen)
• Elektrochemische opslag (batterijen)
• Opslag van elektriciteit (condensatoren, supergeleidende magneetopslag)
• Chemische opslag (brandstoffen zoals waterstof)
• Thermische opslag (gesmolten zout, fase-veranderende materialen, thermochemische opslag, warm water (onder andere warmte/koude-opslag (WKO))

Vaak worden energiedragers dus omgezet in andere dragers of energievormen om ze op te slaan, zoals elektriciteit in mechanische energie (door water omhoog te pompen in stuwmeren), op waterstof gebaseerde brandstoffen en in warmte. Soms wordt de energie weer omgezet in de oorspronkelijke vorm, zoals bij batterijen, maar niet altijd, zoals wanneer met elektrolyse geproduceerde waterstof niet meer wordt omgezet in elektriciteit.

Bij de keuze voor een bepaalde vorm van energieopslag spelen de kosten van de installatie, de opslagcapaciteit, het vermogen en de tijdschaal waarop de energie opgeslagen kan worden een rol. Ook de energetische duurzaamheid van de opslag (‘round-trip efficiency’, dat wil zeggen de verliezen bij zowel het opslaan van de energie als bij het er weer uithalen, zie ook Techno-Economic Modelling of Large-Scale Energy Storage Systems) is een belangrijke factor. Bij de operationele kosten spelen belastingen en heffingen een rol. Zo wordt er energiebelasting geheven bij het laden van grote batterijen aan het net en kent Nederland een transportheffing voor deze batterijen. Daarnaast spelen juridische en sociale aspecten een rol, zoals draagvlak voor opslagtechnieken die een risico in zich dragen. Techno-Economic Modelling of Large-Scale Energy Storage Systems

Voor meer informatie over verschillende technieken voor energieopslag verwijzen we naar de datasheets (zoek naar “energy storage”). In onderstaande figuur zijn energieopslagtechnieken opgenomen en zijn de kosten per kW vermogen (op de verticale as), de karakteristieke tijdsduur van de opslag (op de horizontale as), de opslagcapaciteit (de grootte van de bol) en een indicatie van de efficiëntie van de opslag (hoe groener hoe hoger de efficiëntie) afgebeeld.

Kosten per kilowatt (verticale as), tijdsduur van opslag (horizontale as), opslagcapaciteit (grootte van de bol, van 2,5 kWh voor een supercapacitor tot 55 GWh voor pompopslag) en efficiëntie van de opslagcyclus (hoe donkerder hoe efficiënter)van meerdere energieopslagtechnieken. Behalve bij gesmolten zout voor de opslag van warmte gaat het om opslag van elektriciteit. Bron: Study on energy storage, 2020, met verwijzingen naar ease-storage.eu en Imperial.ac.uk.

Bij de energietransitie zal de (eventuele conversie en) opslag van elektriciteit, warmte en waterstof naar verwachting een grote rol gaan spelen, en vanwege de grote benodigde opslagcapaciteit zal het vaak gaan om grootschalige ondergrondse opslag. In de in 2023 gepubliceerde Routekaart Energieopslag wordt gekeken naar alle vormen van energieopslag, onderverdeeld in elektriciteits-, moleculen- en warmteopslag.

De kleinschalige opslag van elektriciteit zal toenemen door de groei van het aantal elektrische auto’s en andere vervoermiddelen (die soms ook stroom kunnen terugleveren aan het net) en afhankelijk zijn van de economische aantrekkelijkheid van thuisbatterijen . Batterijen die in het distributienet zijn opgenomen, kunnen ook een rol spelen bij het voorkomen van netcongestie . Batterijen voor de elektrificatie van de transportsector

Grootschalige opslag is een van de flexibiliteitsopties die kan helpen de fluctuerende elektriciteitsproductie uit zon en wind in balans te brengen met de elektriciteitsvraag. Voor grootschalige opslag zijn er verschillende mogelijkheden. In Nederland loopt onderzoek naar de opslag van waterstof in lege zoutcavernes (zie Waterstofopslag op zee, Verkenning energie-functionaliteit energie-eilanden Noordzee en Hystock – over opslag op land) net als elektriciteitsopslag op grote schaal door lucht samen te persen (compressed air energy storage – CAES) in lege zoutcavernes. Ook in flowbatterijen, die vloeistoffen gebruiken als opslagmedium, kan elektriciteit grootschalig worden opgeslagen. Goede mogelijkheden ondergrondse waterstofopslag op zee Verkenning energie-functionaliteit energie-eilanden Noordzee

Verder biedt ijzerpoeder mogelijkheden voor waterstofopslag. IJzeroxide kan met waterstof worden omgezet in ijzerpoeder. Als het ijzerpoeder met stoom reageert wordt het weer omgezet in ijzeroxide waarbij waterstof vrijkomt (zie ook Metal fuels as dense CO2-free energy carriers).

Seizoensopslag van warmte gebeurt op kleine schaal al met warmte/koude-opslag voor kantoorgebouwen. Seizoensopslag op grotere schaal en met hogere temperaturen is in opkomst. Een voorbeeld is de warmtewinning met zonnecollectoren en opslag in Nagele.