Accupech2

Een gastbijdrage van Hugo Matthijssen.

Allereerst komt de vraag wat je met je accu’s wilt bereiken.

1. Met thuisaccu’s wil men kennelijk zonne-energie zodanig opslaan dat je de dag- nacht-cycli kunt overbruggen (seizoensopslag van zonne-energie is wat thuisaccu betreft onmogelijk. Daarvoor is de capaciteit veel te gering.)

2. In de nabije toekomst ontstaat er een nieuwe situatie waarbij door het vergroten van het aandeel weersafhankelijke stroom van zon en wind voorkomen moet worden dat het net steeds onstabieler wordt en de kans op netuitval groter zal worden. De vraag is dan ook of je met accu’s het wisselende aanbod van weersafhankelijke stroom kunt balanceren.

1. Inzet als thuisaccu. Allereerst wijs ik de lezer op het artikel in de ingenieur, ‘Thuisaccu bij zonnepaneel kost energie’, waarin ook 2 aansluitmogelijkheden worden aangegeven.

Als eerste de toepassing als opslag van niet direct benutte stroom uit de zonnepanelen en een combinatie waarbij stroom uit de zonnepanelen wordt opgeslagen en bij onvoldoende levering van de zonnepanelen bijvoorbeeld in de winter, en momenten in de herfst en de lente, kan de accu als buffer opgeladen worden uit het netwerk.

Als je het onderzoek volgt zie je dat dat verricht is in Texas ongeveer op de 30ste breedtegraad en zelfs daar kost de inzet van thuisaccu’s energie. Hier is het nog veel beroerder. Wij wonen op de 52ste breedtegraad. Dat betekent dat in de zomermaanden zonnepanelen kunnen pieken en er in de winter momenten zijn dat er hooguit een paar procent geleverd wordt.

Toelichting: Zonnepanelen op het dak leveren gemiddeld door het jaar heen 10% van het geplaatste vermogen maal het aantal uren per jaar. Het gebruik gemiddeld is uitgaande van een jaargebruik van 3200 kWu 8,8 kWu per dag. Zonder achtergrondkennis zou je kunnen denken dat je met zo’n tesla accu en zonnepanelen je energie zou kunnen regelen. Dat is in de praktijk bij ons in Nederland niet zo. Als je de wereldbol bekijkt waar wij op de 52ste breedtegraad wonen, dan kun je zien dat we dichter bij de noordpool wonen dan bij de evenaar. We hebben nog een redelijk klimaat omdat de warme golfstroom langs komt en de overheersende wind zuid west is met het brongebied in de buurt van het Azoren. Wij moeten dan ook ongeveer 10x zoveel zonnepanelen plaatsen als bij plaatsing tussen de keerkringen om dezelfde hoeveelheid stroom door het jaar heen te leveren. In de praktijk echter leveren zonnepanelen in de zomer heel veel stroom en in de winter bijna niets.

Wat betekent dat voor de thuisaccu-capaciteit? Seizoensopslag is totaal onmogelijk en 24 uurs opslag is op bepaalde momenten in de zomer haalbaar, maar dan kun je meestal lang niet alle stroom opslaan die op zonnige zomerse dag door zonnepanelen wordt geleverd. Wat laden betreft zul je midden in de zomer een aantal dagen vinden dat de panelen veel meer leveren, zodat je de geleverde stroom niet volledig kunt benutten. De accucapaciteit is dan onvoldoende om al die stroom op te slaan. In de herfst en winter zul je zien dat na aftrek van je thuisgebruik je je accu nooit vol krijgt met zonnestroom. In de praktijk is een thuisaccu in Nederland zinloos. En dan laat ik de laad- en ontlaadverliezen nog buiten beschouwing.

2. In de nabije toekomst een ontstaat er een nieuwe situatie, waarbij door het vergroten van het aandeel weersafhankelijke stroom van zon en wind voorkomen moet worden dat het net steeds onstabieler wordt en de kans op netuitval groter zal worden.

2.1. De thuisaccu. Je zou er dan voor kunnen kiezen om zo’n thuisaccu als noodvoorziening te gebruiken zodat je enige tijd kunt overbruggen. Maar dan moet je hem continu geladen houden, ook als er te weinig zon is en in de winter. Gezien de kosten kun je in de huidige situatie daarvoor echter veel beter een kleine generator aanschaffen met een branstofvoorraad voor een paar dagen. Een ander aspect is dat in diezelfde toekomst de zogenaamde smart grids de mogelijke overtollige eigen opgewekte stroom de schaarste bij andere bewoners in de wijk gaat aanvullen.

Een andere toepassing is bufferen om de goedkoopste stroom te benutten als smart grids en intelligente meters beprijzing op gebruikersniveau mogelijk maken. De plannen liggen er al om met behulp van een smart grid in de wijk en een intelligente meter men de prijs bij pieklevering laag houden en dreigt de vraag hoger te worden als de levering. Dan zou je geld kunnen verdienen door zoveel mogelijk alleen goedkope stroom uit het net te gebruiken. Maar dan moeten de accu’s veel goedkoper worden. Omdat men juist op gebruikersniveau in de wijk meer en meer zonnestroom wil gaan inzetten, kleven aan accu’s op wijkniveau dezelfde bezwaren als bij de inzet van thuisaccu’s en zonnepanelen. De pieken in de zomer kunnen te groot worden en in de winter is er bijna geen levering van de zonnepanelen.

2.2. Nu de accu’s om het stroomnet te balanceren. Daar wordt door de minister hoog van opgegeven. Maar de praktijk is ronduit triest te noemen

Allereerst de nu theoretische situatie dat er geen weersafhankelijke bronnen op het net zijn aangesloten. De netbeheerder volgt de vraag vanuit een basislast (laagste vraag per 24 uur). Die kun je leveren met centrales die 24/24 kunnen draaien. 50% Van de piekvraag kun je leveren met slecht regelbare centrales die een zeer hoog rendement leveren (55%). De rest wordt tot de piek geleidelijk opgebouwd met meer flexibele centrales, die starten met 35% en na de piekvraag vervolgens weer worden afgeschakeld.

Er is nog een ander groot voordeel wat de balancering van het net met centrales betreft. Denk even aan al die stoomturbines met daaraan gekoppelde generatoren die keurig hun werk doen en een zodanig toerental draaien dat de stroom wordt geleverd met 50 hertz. Al die turbines en generatoren kun je zien als een groot virtueel vliegwiel, waarin veel kinetische energie in is opgeslagen. Neemt de vraag toe dan zal de frequentie iets teruglopen en heb je tijd om centrales bij te schakelen.

Nu de situatie met windstroom op het net. Windmolens leveren bij wisselende wind tussen windkracht 4 en 6 van bijna geen vermogen tot het maximum van de molen (het opgestelde vermogen). Het gevolg daarvan is de helft van de tijd wisselende levering. In de praktijk wordt dan ook door windmolens in de helft van de tijd minder dan 20% van het opgestelde vermogen geleverd. Uit een Engels onderzoek naar de levering van windenergie over een periode van meer dan 2 jaar blijkt het volgende:

In fact, the report finds that:

On 124 separate occasions from November 2008 to December 2010, the total generation from the windfarms metered by National Grid was less than 20MW (a fraction of the 450MW expected from a capacity in excess of 1600MW+). These periods of low wind lasted an average of 4.5 hours.

Actually, low wind occurred every six days throughout the 26-month study period. The report finds that the average frequency and duration of a low wind event of 20MW or less between November 2008 and December 2010 was once every 6.38 days for a period of 4.93 hours.

At each of the four highest peak demand points of 2010, wind output was extremely low at 4.72%, 5.51%, 2.59% and 2.51% of capacity at peak demand.

In fact, the average output from wind was 27.18% of metered capacity in 2009, 21.14% in 2010, and 24.08% between November 2008 and December 2010 inclusive.

The entire pumped storage hydro capacity in the UK can provide up to 2788MW for only 5 hours then it drops to 1060MW, and finally runs out of water after 22 hours.

The report also found that during the study period, wind generation was:

  • below 20% of capacity more than half the time
  • below 10% of capacity over one third of the time
  • below 2.5% capacity for the equivalent of one day in twelve
  • below 1.25% capacity for the equivalent of just under one day a month”

Onlangs las ik een artikel over de grootste accu bij een windmolenpark die een capaciteit leverde van 5MWu.

Als we naar de pumped storage kijken uit het onderzoek, dan zie je dat die  5 x 2788MW + 17 x 1060 MW = 31.960 MWu kan leveren. Dat kun je nooit redden met accu’s van 5 MWu. Zelfs een 100MWu accu stelt naar verhouding nog niet veel voor.

Wij hebben geen pompend storage zodat we alles moeten opvangen met back-up centrales. Meestal pieken de buurlanden bijna gelijk met ons. Kijk hier eens naar, dan zie je het effect van te weinig wind op ons netwerk. Je kunt dan ook de conclusie trekken dat voor buffering op het netwerk accu’s niet voldoende leveren. Voor vermogensopslag hebben we dan ook vrijwel niets aan deze accu’s. Als je in het filmpje kijkt, zie je hoeveel er per stap wordt opgeschakeld aan centrale capaciteit.

Rest de verbetering van inpassing van clusters windmolens: Windenergie is sterk wisselend, van bijna niets tot maximaal en perioden met wisselende wind tussen windkracht 4 en 6.  Windmolens wisselen dan qua capaciteit en toerental. Door wiekverstelling kun je iets regelen.

De geleverde stroom moet qua frequentie perfect gelijk lopen met het net. Dat wil wel eens moeizaam gaan omdat de frequentie van windenergie electronisch wordt afgestemd op die van het netwerk. Dat is lastig bij wisselende toerentallen en vermogenslevering van windmolens. Hier zou je met een of meer back-up accu’s de output van een windpark korte tijd beter kunnen stabiliseren. Dat is eigenlijk het enige nut van accu’s op ons door windenergie geplaagde netwerk.

Aldus Hugo Matthijssen.

Voor mijn eerdere bijdragen over klimaat en aanverwante zaken zie hierhierhierhier en hier.