N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
Techniek Op het elektriciteitsnet moeten vraag en aanbod precies zijn afgestemd. Dat is lastig met zon en wind als energiebron. Enorme batterijen kunnen helpen.
Het water dat promovendus Emre Boz met een pipetje op een doorschijnend velletje grafiet druppelt glijdt er meteen vanaf. Als van een regenjas. Een ander stukje grafiet is in de oven geweest. Dankzij de warmte slurpt het velletje nu water op. „Maar kijk, de oven heeft ook kleine gaatjes gemaakt”, wijst Boz. „Dat wil je niet. Ik bewerk het grafiet met moleculen zodat het ook zonder de warmtebehandeling goed water gaat opnemen.”
De poreuze grafietvelletjes zijn onderdeel van een kleine flowbatterij. Dat is een batterij waarin vloeistof door elektroden – de grafietvelletjes – gepompt wordt, waar vervolgens een elektrochemische reactie plaatsvindt. Verderop op tafel in het Electrochemical Materials and Systems-lab van de TU Eindhoven staat een testopstelling van de batterij te laden en ontladen. Al gaat het ontladen niet zoals gewenst, zegt Boz terwijl hij wijst naar een te steil aflopend lijntje op een computerscherm.
Opslag van energie is een belangrijke schakel in een energienet met steeds meer duurzaam opgewekte elektriciteit. Energie uit wind en zon is dan wel onuitputtelijk, je krijgt het bijna nooit precies in de hoeveelheid waarin je het nodig hebt op het moment dat je het nodig hebt.
Grootschalige opslag met batterijen komt nu voorzichtig van de grond. Dat gaat met horten en stoten. Zomaar batterijen op het net aansluiten blijkt tot problemen te leiden, in plaats van pieken opvangen dragen ze vaak juist bij aan overbelasting van het energienet. Deels is dat een financieel probleem. Grote batterijen zijn op dit moment nog vooral lithiumbatterijen, die een hoge energiedichtheid hebben, maar ook duur zijn. Die kun je niet dagelijks een paar uur stilleggen.
Omdat balans zo belangrijk is, valt daar het meeste geld te verdienen
Han Slootweg Netbeheer Nederland
Ander beleid rond batterijen kan helpen, andere typen batterijen ook. Die zijn op komst. De verwachting van onder meer flowbatterijen is dat ze goedkoper zullen zijn en meer opslagcapaciteit kunnen bieden. Maar zullen ze op tijd klaar zijn om de plek in het energienet in te nemen die men voor ogen heeft?
Een batterij kan meerdere functies in het energienet vervullen. Een belangrijke is het balanceren van de netfrequentie. In het hele Europese elektriciteitsnet is de frequentie 50 hertz. Om die in stand te houden moet er altijd precies even veel aanbod van elektriciteit zijn als dat er vraag is. Zijn aanbod en vraag niet gelijk, dan gaat er in het elektriciteitsnet van alles mis, en valt de stroom op grote schaal uit.
„Balanceren is altijd al nodig. Veel vraag is te voorspellen, maar er zijn altijd onverwachte dingen. Een storing bij de NS bijvoorbeeld waardoor treinen ineens stilstaan en hun verbruik wegvalt”, zegt Han Slootweg, themaleider flexibel elektriciteitssysteem bij Netbeheer Nederland, directeur asset management bij Enexis en deeltijdhoogleraar smart grids aan de TU Eindhoven. „De complexiteit van het balanceren neemt de laatste jaren toe, nu ook het wisselende aanbod van elektriciteit uit zon en wind onbalans veroorzaakt. Snel op- en afschalen van elektriciteitsproductie om hierop in te spelen is dus cruciaal. Decennialang gebeurde dat vooral met gascentrales, maar batterijen kunnen dat ook heel goed.”
Met 25 MW vermogen en 48 MWh opslagcapaciteit was ‘Buffalo’ van Giga Storage in 2022 de grootste batterij van Nederland.
Foto Walter Herfst
Technisch gezien zijn batterijen ook heel geschikt bij andere taken: handelen op de elektriciteitsmarkt door elektriciteit in te kopen bij lage prijs en te verkopen bij hoge prijs, het opvangen van pieken en het voorkomen van overbelasting van het netwerk – doelen die in elkaars verlengde liggen.
Gedurende de hele dag is de stroomvraag groter dan in de nacht, met in de ochtend en vroeg op de avond een extra piek. Grootschalige batterijen kunnen nu één tot vijf uur op maximaal vermogen energie leveren en zouden hier dus (in ieder geval deels) steun kunnen geven. Maar in de praktijk dragen batterijen juist vaak bij aan pieken en overbelasting doordat ze op verkeerde momenten op- en ontladen, constateerde onderzoeksbureau CE Delft vorige maand in een rapport. Veel batterijplannen staan hierdoor in de wacht. Netbeheerders kunnen ze pas aansluiten als op elk moment van de dag voor het volledige vermogen plek is op het net, en vanwege het toenemend gebrek aan netcapaciteit is dat er vaak niet.
„Op dit moment willen batterijpartijen het liefst de onbalansmarkt op”, zegt Slootweg. „Omdat balans zo belangrijk is, valt daar het meeste geld te verdienen. Voor het net zou het beter zijn als er bij piekbelasting niet geladen wordt, maar als gebrek aan netcapaciteit een heel aantal uren per jaar inbreuk maakt op het verdienmodel van de batterij dan krijgen ze de businesscase niet meer rond.”
In 2018 waren ijzerfosfaatbatterijen nog onbetaalbaar, nu is het veel meer gemeengoed
Ruud Nijs Giga Storage
„Je kunt een batterij prima instellen om onder bepaalde omstandigheden of op bepaalde tijden niet te laden”, zegt Ruud Nijs van batterijprojectontwikkelaar Giga Storage. „Dan opereert de batterij echt ten dienste van het net. Maar daar moet dan wel een vorm van compensatie tegenover staan. Die mogen netbeheerders nu niet bieden. De conclusie van dat rapport van CE Delft had wat mij betreft moeten zijn dat het beleid anders moet, niet dat batterijen niet werken om netcongestie te voorkomen.”
Nijs wil niet wachten tot er misschien ooit een volledige aansluiting voor zijn batterijen beschikbaar komt. Liever sluit hij een flexibel contract met de netbeheerder, waarbij zijn batterij op piekmomenten dus niet laadt – vooraf is wel een maximaal aantal momenten afgesproken. „We zouden dat niet doen als we dat niet rond zouden krijgen. We hebben software ontwikkeld die de batterij laat afstemmen met het net en we verhuren bovendien een deel van de batterij. We stapelen onze verdienmodellen dus. Maar ik kan me voorstellen dat niet iedereen dat kan.”
In 2018 lanceerde Giga Storage de toen grootste batterij van Europa, in Lelystad. Met een vermogen van 12 megawatt en capaciteit van 7,5 megawattuur. „Die kan in een krap half uur vol of leeg zijn”, zegt Nijs. Projectkosten: 8 miljoen euro. In 2022 zetten ze op hetzelfde terrein een grotere versie neer: 24 MW en 48 MWh – in twee uur vol of leeg. Projectkosten: 25 miljoen. Vorige maand zei het bedrijf het terrein van het failliete Aldel in Delfzijl te hebben gekocht – inclusief de bestaande aansluiting op het hoogspanningsnet – om daar een nog grotere batterij neer te zetten. Kosten: „Vele honderden miljoenen.”
De twee bestaande batterijen van Giga Storage zijn lithiumbatterijen, al zijn kathodematerialen nikkel, mangaan en kobalt in de tweede batterij vervangen voor ijzerfosfaat, dat ecologisch, geopolitiek en uit veiligheidsoogpunt te prefereren is. Voor de koeling gebruikt de tweede batterij vloeistof in plaats van minder efficiënte luchtkoeling.
„De technologie is in deze paar jaar enorm voortgeschreden”, zegt Nijs. „In 2018 waren ijzerfosfaatbatterijen nog onbetaalbaar, nu is het veel meer gemeengoed. Ik ben overigens technologie-agnostisch, als er een betere techniek de markt op komt gaan we dat zeker overwegen. Onze missie is echt om kolen- en gascentrales zo snel mogelijk onnodig te maken. Maar een nieuwe techniek moet zich wel bewezen hebben, we gaan niet experimenteren.”
De vraag is of lithiumbatterijen überhaupt de meest voor de hand liggende batterijen zijn voor het energienet. Decennialang is hard aan dit type batterij gewerkt. Vooral toen de elektrische auto opkwam was er veel aan gelegen om zo veel mogelijk energie bij een zo licht mogelijk gewicht in een compacte behuizing te stoppen en dat kan goed met lithium. Lithiumbatterijen zijn daardoor ver doorontwikkeld en worden nog steeds beter.
De schoonheid van een flowbatterij is dat opslagcapaciteit en vermogen losgekoppeld zijn
Antoni Forner Cuenca TU Eindhoven
Maar voor een functie in het elektriciteitsnet is energiedichtheid, gewicht en compactheid minder van belang. Noodzakelijker is dat de batterijen goedkoop zijn, veel opslagcapaciteit hebben en lang meegaan.
„De schoonheid van een flowbatterij is dat opslagcapaciteit en vermogen losgekoppeld zijn”, zegt Antoni Forner Cuenca, hoofd van het Electrochemical Materials and Systems-lab van de TU Eindhoven. De actieve materialen zijn opgelost in vloeistoffen, de elektrolyt, die in tanks worden bewaard. In de ene tank zit de elektrolyt voor de positieve kant van de batterij, in de andere de elektrolyt voor de negatieve kant. De tanks zijn verbonden met een elektrochemische cel, waar de chemische energie wordt omgezet in elektrische energie of andersom. Een pomp laat de elektrolyt door de elektrochemische cel stromen.
„Maak je de tanks heel groot, dan heb je heel veel opslagcapaciteit. Een grote elektrochemische cel zorgt voor veel vermogen”, zegt Forner Cuenca. „Bij een lithiumbatterij hangen vermoden en opslagcapaciteit onlosmakelijk met elkaar samen, daar gebeurt alles in dezelfde behuizing.”
Er zijn al flowbatterijen te koop. Vooral vanadium-flowbatterijen, met vanadium als actief materiaal, hebben zich Source: NRC