Elektriciteit opslaan om te tanken met hernieuwbare energie

Het bereiken van een evenwicht tussen vraag en aanbod van elektriciteit

Dat is de uitdaging van hernieuwbare energiebronnen. In een tijd waarin het aandeel van wind- en zonne-energie groeit, lijkt het beheersen van de opslag essentieel. Van collectieve of individuele oplossingen die al bestaan tot lopend onderzoek, hoe staan we ervoor? Inventarisatie.

Dit is een van de meest afgezaagde argumenten van tegenstanders van wind- of zonne-energie: tussenpozen. Afhankelijk van de weersomstandigheden of de aanwezigheid van zonlicht zijn deze hernieuwbare energiebronnen (RE) niet altijd in lijn met de elektriciteitsvraag. De door de staat gestelde doelstellingen laten echter geen dubbelzinnigheid toe. Aangezien 40% van de elektriciteitsproductie in 2030 afkomstig is van hernieuwbare energiebronnen, zal de energietransitie aanzienlijk versnellen. In dit verband zijn de toename van de opslagcapaciteit en innovaties noodzakelijk om de opkomst van hernieuwbare energie te ondersteunen.

Produceren is opslaan

Thermodynamische zonnecentrales hebben een groot voordeel. Ze zorgen ervoor dat ook in het donker elektriciteit kan worden geproduceerd. Er bestaan verschillende technologieën, maar het principe blijft hetzelfde: concentreer de zonnestralen met een spiegel om een warmteoverdrachtsvloeistof (olie of gesmolten zouten) te verwarmen. Deze vloeistof kan vervolgens worden opgeslagen en omgezet in stoom om een turbine te laten draaien. Op deze manier kan de elektriciteitsproductie met 16 uur worden verlengd. De planten kunnen dus dag en nacht werken met maximale zonneschijn. Daarom zijn ze momenteel gevestigd in Californië, Zuid-Spanje en Marokko. Feit blijft dat de kosten per kWh duurder zijn dan die van fotovoltaïsche energie.

Powerline

Als elektriciteit niet duurzaam en efficiënt kan worden opgeslagen, bestaan er volwassen oplossingen. Dit is het geval bij elektriciteitscentrales met pompopslag (PSHP's). Het principe is eenvoudig en maakt het mogelijk grote hoeveelheden elektrische energie op te slaan in de vorm van... water. Het water bevindt zich in bassins op verschillende hoogtes en kan worden opgepompt of afgevoerd (turbinatie). Pompen maakt gebruik van overtollige elektriciteitsproductie. Omgekeerd injecteren turbines elektriciteit om het piekverbruik op te vangen. Dit is de meest gebruikte opslagoplossing ter wereld. De helft van de meer dan 400 werkende PSHP's bevindt zich in Europa. Op individueel niveau zijn warmwatertanks een andere bekende oplossing. In combinatie met fotovoltaïsche panelen kunnen ze vervolgens later energie vrijgeven in de vorm van warmte.

In batterijen

Stationair en gedecentraliseerd zijn batterijen een andere opslagmethode, zij het met een lagere intensiteit. Ze kunnen voldoen aan de behoeften van fotovoltaïsch zelfverbruik van individuen of worden ingezet in microgrids. Alleen hun energiedichtheid (aantal kWh per kg of liter) vormt nog steeds een barrière. Als de 20e eeuw op olie is gebouwd, komt dat door een energiedichtheid die 35 keer hoger is dan die van een lithiumbatterij. En zelfs als dit zeldzame en dure metaal zou worden vervangen door natriumionen, zouden de milieueffecten verre van bevredigend zijn. Bovendien biedt geen enkele batterij de energiedichtheid die nodig is voor massale opslag op de schaal die vereist is voor de energietransitie.

Het H2-uur

Zou dan hoop van waterstof kunnen komen? „Power to Gas” zet overtollige elektriciteit uit hernieuwbare bronnen om in waterstof. Hiervoor gaat de elektrische stroom door water om de moleculen af te breken en de zuurstof van de waterstof te scheiden. Dit laatste kan worden opgeslagen en getransporteerd in aardgasnetwerken. „Power to Gas” heeft verre van de efficiëntie van STePS, maar het enorme voordeel dat het overal kan worden ingezet, in tegenstelling tot hydraulische opslag. Recent zijn er projecten gestart. Engie ontwikkelt oplossingen voor huisvesting en mobiliteit in Duinkerken, en GRTgaz bouwt een industriële demonstrator Jupiter 1000 in Fos-sur-Mer.

Energie uit perslucht

Veel minder bekend is de opslag van perslucht. Dit omvat het comprimeren van overtollige elektriciteitsproductie. Het wordt onder druk in een reservoir geïnjecteerd en vervolgens door een turbine vrijgegeven om aan de elektrische energiebehoeften te voldoen. Compressie zorgt er echter voor dat de lucht opwarmt, die moet worden gekoeld. Hetzelfde geldt voor decompressie; de lucht moet worden verwarmd voordat deze door de turbine wordt geleid. Om het energieverlies als gevolg van deze stappen te vermijden, wordt momenteel een oplossing ontwikkeld. Hoewel opslag van perslucht technisch complex blijft om te implementeren, biedt dit het voordeel van grote opslagcapaciteiten, wat de toename van projecten wereldwijd verklaart.

Samenvattend

Hoewel er opslagoplossingen bestaan en veel factoren pleiten voor hun ontwikkeling, rijst de kwestie van de kosten voortdurend. Zeker, batterijen kunnen de meest voor de hand liggende manier zijn om vraag en aanbod op het elektriciteitsnet op elkaar af te stemmen. Veel technische, reglementaire en economische beperkingen staan hun ontwikkeling echter in de weg. Moeten we de impact op het milieu niet verder verminderen? Zelfontlading beperken? Eén ding is zeker: voor de meeste van de genoemde technologieën moeten aanzienlijke inspanningen op het gebied van onderzoek en ontwikkeling worden verricht om tot economisch haalbare oplossingen te komen. De recente stijging van de olieprijzen en voorspellingen van de prijzen van ruwe olie tot 2025[1] zou echter kunnen helpen om de investeringen te ontsluiten die nodig zijn voor de energietransitie.

Cyrille Arnoux, hoofdredactiemanager voor het web

[1] Deloitte olie- en gasprijsvoorspelling, 30 juni 2018.