Energieopslag en energie-omzetting als oplossing voor netcongestie

De roep om meer hernieuwbare opwek van energie wordt steeds luider. Zonnepanelen en windturbines zijn op dit moment de meest gebruikte technologieën om grootschalig hernieuwbare energie op te wekken. De energietransitie gaat dus gepaard met elektrificatie van een deel van de energieopwekking. Daarnaast leiden economische groei en digitalisering van de samenleving tot een grotere vraag naar elektriciteit. De verwachting is dat de elektriciteitsvraag naar 2050 toe verdubbelt.

De huidige infrastructuur groeit niet voldoende mee met de toenemende vraag. Volgens de meest recente kaart van Netbeheer Nederland (zie figuur 1) is al in ruim de helft van Nederland sprake van (aangekondigde) congestie voor invoeding (levering van elektriciteit aan het net). Op het gebied van afname van elektriciteit is de congestieproblematiek kleiner; vooral de Randstad heeft hier last van omdat in dit gebied in verhouding weinig hernieuwbare elektriciteit wordt opgewekt maar de vraag naar elektriciteit hoog is. Daarom moet de infrastructuur worden uitgebreid. Maar de vraag naar ruimte op het elektriciteitsnet groeit sneller dan dat deze infrastructuur kan worden aangepast. De congestieproblematiek zal de komende jaren dus alleen maar groter worden.

Net als bij files op het wegennet zijn er behalve uitbreiding van de infrastructuur ook andere oplossingen om opstoppingen te voorkomen of te verminderen. Denk hierbij aan vraag- en aanbodsturing van elektriciteit, lokale opslag van elektriciteit en omzetting van elektriciteit in warmte of gas. Hieronder lichten we twee van deze opties toe. Voor meer informatie over netcongestie en de gevolgen, zie het artikel ‘Volle elektriciteitsnetten frustreren economie en energietransitie’.

Als bij toekomstige zonne- en windmolenparken een batterijpakket wordt geplaatst, kan toekomstige netcongestie deels worden voorkomen. Zodra een zonne- of windmolenpark veel elektriciteit produceert, wordt een deel van de op dat moment opgewekte energie opgeslagen en niet rechtstreeks ingevoed op het elektriciteitsnet. Dit wordt ook wel het ‘afschaven’ van de piekproductie oftewel ‘peakshaving’ genoemd. Door peakshaving volstaat een kleinere aansluiting op het elektriciteitsnet. Het leidt ook tot een lagere belasting van de infrastructuur. In de praktijk wordt peakshaving door batterijpakketten echter nog weinig toegepast omdat batterijen duur zijn. Maar door de netcongestieproblematiek wordt deze oplossing interessanter.

Hoe werkt peakshaving? Een zonnepark van 10 MWp heeft in de praktijk nooit een aansluiting voor het maximale vermogen, omdat de maximale productie maar een paar keer per jaar (wanneer de omstandigheden ideaal zijn) wordt bereikt. Bij een aansluiting op 70 procent van het vermogen gaat maar 3 procent van de jaarproductie verloren. In dit voorbeeld betekent dit een aansluitcapaciteit van 7 MW. Als een batterijpakket wordt toegevoegd, hoeft de aansluiting bijvoorbeeld maar 5 MW te zijn. Zodra de zonnepanelen meer dan 5 MW vermogen kunnen leveren, wordt die elektriciteit niet ingevoed op het net, maar opgeslagen in de batterij. Vervolgens kan deze energie op een ander moment – waarop de prijs waarschijnlijk gunstiger is – worden ingevoed op het net. Als de batterij niet wordt ingezet voor peakshaving, kan deze voor andere doeleinden worden gebruikt zoals balancering van het net.

Een batterijpakket plaatsen heeft een aantal voordelen voor het zonne- of windmolenpark. Zo is een kleinere netaansluiting goedkoper en kan een deel van de opgewekte elektriciteit voor gunstigere prijzen worden verkocht. Daarnaast kan de batterij worden ingezet om het elektriciteitsnet in balans te houden. Dit stapelen van verschillende businesscases noemen we ‘value stacking’. Het wordt gebruikt om meer inkomsten te genereren. Algoritmes kunnen bepalen op welke manier de batterij zo effectief mogelijk kan worden ingezet. Tegenover deze voordelen staan wel hogere investeringskosten.

Een andere manier om de congestieproblematiek te verlichten vormen installaties die elektriciteit omzetten in thermische energie. Deze warmte kan worden opgeslagen om bijvoorbeeld panden te verwarmen of in te zetten voor productieprocessen.

Een goed voorbeeld hiervan zijn de elektrische boilers (E-boilers) die de industrie gebruikt, waaronder de papierindustrie. Van oudsher wordt daar met behulp van gasgestookte boilers stoom geproduceerd om papier te maken. E-boilers kunnen i de functie van de gasgestookte boilers deels overnemen. Door de E-boilers real-time aan te sturen op basis van de elektriciteitsprijs, kan stoom worden geproduceerd met goedkope hernieuwbare energie. Ze worden dan namelijk alleen ingezet wanneer veel hernieuwbare elektriciteit wordt geproduceerd en de elektriciteitsprijs laag is. De inzet van gasboilers wordt op die momenten teruggeschroefd, waardoor het verbruik van aardgas (en de bijbehorende CO-uitstoot) omlaag gaat. Of de elektriciteit wordt tijdelijk opgeslagen. Deze toepassing kan lokale congestieproblematiek verlichten indien de E-boilers op het juiste moment worden ingezet in een gebied waar soms sprake is van invoedcongestie, bijvoorbeeld door invoeding van elektriciteit door een zonnepark.

De locatie van de E-boiler zal doorslaggevend zijn voor de effectiviteit ervan. Alleen op plekken met veel duurzame productie en weinig afname kan een E-boiler van toegevoegde waarde zijn voor het elektriciteitsnet. Want dan kan de E-boiler de ingevoede duurzame energieproductie in de omgeving direct gebruiken. Daarnaast is enige omvang nodig om impact te hebben; denk aan boilers van minimaal 10 MW.

Gezien de groeiende congestieproblematiek op het elektriciteitsnet verwachten we dat toepassingen zoals accupakketten bij zonne- en windmolenparken en de inzet van E-boilers zullen toenemen. Deze innovaties zullen het congestieprobleem niet oplossen, maar zorgen er wel voor dat we het bestaande net optimaler gebruiken. Dat is fijn, want de energietransitie heeft een versnelling nodig.

Co-auteur: Thomas Dekker.