Het Nationaal Actieplan Energieopslag

De Energiebeurs 2017
Ik ga in oktober altijd naar de Energiebeurs in Den Bosch. Ik mag er voor Milieudefensie en de SP voor niets in en deze keer was Joost van Mill van de Eindhovense SP meegegaan.
Je kunt daar met gemak dagen doorbrengen, want het is een hele grote beurs en er gebeurt van alles. Je moet kiezen en de laatste jaren kies ik meestal voor warmteonderwerpen en opslagtechnieken.
Nu een verhaal over energieopslag.

De Big Four bij de beheersing van het elektriciteitsnet

Waarom energieopslag en hoe gaat dat?
Het verhaal gaat eerst over stroom.

Er wordt meer duurzame energie opgewekt en daarvan wisselt het gedrag veel sterker over de dag dan in het vroegere systeem. Ook de vraag van afnemers wisselt over de dag, maar dat gaat vooral nog ouderwets.
Naast de door iedereen altijd aangehaalde problemen als er te weinig wind en zon is, zijn er ook periodes dat er daarvan te veel is. Soms zoveel te veel, dat er duurzame energie wordt weggegooid omdat er geen vraag naar is of omdat het stroomnet het niet aankan. Nederland heeft een goed elektriciteitsnet en tot op zekere hoogte heeft ons dat een remmende voorsprong bezorgd, maar die tijden veranderen. Het stroomnet kan er uit knallen, en niet alleen omdat er een Apache tegen aan vliegt.
Je kunt drie kanten op (al dan niet in combinatie):

  • je kunt de vraag meer aanpassen aan het aanbod (de wasmachine aanzetten als de zon schijnt). Daartoe loopt er in woonwijken een proef in Hoogkerk (Groningen) en Amsterdam-west, en een klein proefje in Breda, en verder nog niet.
  • Je kunt het stroomnet flink verzwaren, maar dat kost een hoop geld
  • Je kunt opslagsystemen ontwikkelen. Mondiaal zijn die tussen 2014 en 2016 vervijfvoudigd. In Nederland niet.
    De mondiale groei van de energie-opslagcapaciteit

    Ecofys heeft uitgerekend (april 2016) wat het aan een gemiddeld huishouden jaarlijks extra kost (extra betekent dat de kosten van het bestaande net er niet in zitten) als je de pieken van de toekomst op gaat vangen met flexibiliteitsopties (waaronder vraagverschuiving en opslag), en als je die gaat opvangen met zwaardere netten. (te vinden via www.ecofys.com/nl/publications/waarde-van-congestiemanagement/ )

Dit voor drie scenario’s in 2050:

  • Die waarbij massaal aanwezige Elektrische Voertuigen (EV) de dominante factor zijn (94% van de huishoudens heeft zo’n ding)
  • Die waarbij warmtepompen dominant zijn (69% heeft zo’n machine)
  • Die waarbij PV-panelen dominant zijn (3,3kWp per huishouden)

Je krijgt dan onderstaand plaatje. Lees: als 94% een Elektrisch Voertuig heeft, kost het €320 extra om het net te verzwaren, en €170 extra om de pieken op een  meer intelligente wijze te ondervangen.

Overigens kan ook Ecofys de toekomst niet voorspellen, en de club houdt slagen om de arm.

Een balanceeract met financiele technieken
Ons stroomnet kent een natuurkundige hierarchie: het hoogspanningsnet (ook wel transmissienet), het middenspanningsnet (van uw kant uit achter het transformatorhuisje), en het laagspanningsnet (van uw kant gezien aan deze kant van het trafohuisje).
In heel Nederland is de overheidsonderneming Tennet de baas over het hoogspanningsnet. Tennet moet de spanning en de frekwentie met  grote precisie constant houden en slaagt daar tot nu toe goed in.
In Brabant gaat Enexis over het midden- en laagspanningsnet.
Sinds de scheiding van netbeheer en opwekking mogen netbeheerders zelf geen energie opwekken of er in handelen.

De diverse elektriciteitsmarkten

Omdat Nederland nog maar weinig opslag heeft en Tennet zelf niet mag opwekken, moet Tennet voortdurend goochelen met bij anderen uitstaande reservecapaciteit, bijvoorbeeld een windpark, een centrale of een grote fabriek. Die krijgen geld als ze onder precies geformuleerde condities leveren of standby staan. Tennet mag niet meer en niet  minder dan voor het hoogspanningsnet nodig is. In bovenstaand plaatje is dat de zwarte rechthoek “Onbalansmarkt”. Tennet was in 2016 een kleine 6cent/kWh kwijt.

OTC (de donkerblauwe rechthoek) betekent dat een producent rechtstreeks aan een afnemer levert (Over The Counter), bijvoorbeeld het zonnepark bij Delfzijl aan Google. Dit blijft buiten het financiele systeem en de rest van de wereld staat daar financieel buiten.

Voor het publiek is de lichtblauwe pijl van belang, want daar kopen Greenchoice en NUON energie en verkoopt uw windmolen. Hier bestaat een hierarchie in de tijd: lang van tevoren via de ENDEX; tot 12.00 uur een dag van tevoren via de APX (Day Ahead); en na 12.00 uur (op de dag zelf, tot vijf minuten van tevoren, de Intra Day). De Day Ahead handelt met blokken van een uur en de Intraday in Nederland ook, maar in Duitsland met al blokken van een kwartier.
De APX zit momenteel ergens rond de 3 tot 5 cent/kWh en de Intraday kan wildwest zijn (op 31 juli 2016 tussen de -8 en +35 cent/kWh).
En als men nou denkt “maar ik betaal veel meer”: dat klopt. Daar leeft uw stroomboer van en nog veel meer de Staat der Nederlanden.

Als  huishouden of groep huishoudens besparen of verdienen met flexibele technieken
Ik zeg hier bewust één keer, maar niet de hele tijd “in principe”. Anders blijf ik bezig.

Als je als huishouden je stroom per uur of zelfs per kwartier zou kunnen betalen, zou je je wasmachine aan kunnen zetten als de stroom weinig kost en in principe zelfs (sorry) als de prijs negatief is. Idem de koelkast, want een goede koelkast staat meestal niet aan en kan zijn momenten kiezen. Het is alleen een beetje lastig als je er de hele tijd met je mobiel naast moet staan voor de elektriciteitsprijzen, dus dat moet automatisch.
Over dat soort dingen gaan de proeven in Amsterdam-West en Hoogkerk.

Het grijze blok is de behuizing van de wijkaccu De Keen in Etten-Leur

Verder kun je als huishouden (realistischer is als groep huishoudens of als energiecoöperatie) kunnen gaan inkopen als de stroom goedkoop is, en verkopen als hij duur is. Jullie verdienen daarmee en Enexis en Tennet zijn er een klein beetje beter mee. Er moet het een en ander gecoördineerd worden en daar zit werkgelegenheid.
Het gemiddelde verschil tussen inkoop en verkoop was in 2015 2,2 cent/kWh.
Dit is de experimenteeropslag van Enexis in De Keen in Etten-Leur. In opgeladen toestand zit daar 232kWh in. Het is dan ook vooral een technische proef. Zie Stroomopslagexperimenten Enexis worden uitgebreid .

De sociale aspecten zitten soms op andere plaatsen dan de politiek vermoedt.

Boer De Jong uit Odoorn bijvoorbeeld heeft fors zonnepanelen en slaat de elektriciteit op in een zeecontainer. Men moet daar maar eens aan denken inhet flankerend beleid voor de Brabantse landbouw.

Steen en been
De branche (bestaande uit bedrijven in de elektrotechnische hoek) is in deze verenigd in Energy Storage NL, met ex-VVD Kamerlid Ineke Dezentjé als baas. Ze hebben het Nationaal Actieplan Energieopslag uitgebracht (okt. 2016) en dat werd op de beurs in Den Bosch uitgedeeld. Het duurde even, maar ik ben er nu dan toch aan toe gekomen.

Men kan het hier vinden: www.energystoragenl.nl/wp-content/uploads/2016/10/ESNL_Nationaal-Actieplan-Energieopslag_20161019.pdf .

De branche klaagt steen en been. Er zijn ruim 30 knelpunten en daar moet wat aan gedaan worden. Het zijn allemaal kapitalisten, maar soms hebben ze een punt (en soms niet). Ik zal de kritiek in Italic weergeven.

  • Je betaalt zowel bij het opladen als bij het ontladen belasting, en bij het inkopen meer. Verder is er ander juridisch, fiscaal en betaaltechnisch gedoe.
    Hebben ze op zich een punt, maar de VVD (en anderen) hebben het zelf zo ingewikkeld gemaakt door netbeheer en energielevering te scheiden. Het huisje in Etten-Leur is van Enexis, maar Enexis mag niet zelf in- en verkopen.
  • Kleinverbruikers hebben steeds dezelfde stroomprijs en hebben er daarom geen belang bij om de wasmachine op een gunstig moment aan te zetten.
    Klopt op zich en dat moet er van gaan komen. Maar ik zou als consument wel even naar de kleine lettertjes kijken.
  • Weg met de salderingsregeling want die is zo goed dat de mensen hun overtollige stroom gratis op het net dumpen! Kunnen wij naar fluiten.
    Zit iets in, maar nog niet nu. De regeling is overzichtelijk en geeft heel hard nodige stimulansen in den breedte. De meeste mensen houden toch niet heel veel over en dat betekent, dat je allerlei collectieve toestanden uit moet halen om al die kleine beetjes bij elkaar te schrapen. Daar is de tijd niet rijp voor.
    Maar in Duitsland staan al >25000 home storage systems van gemiddeld 7kWh per stuk (ca 18 uur in een gemiddeld Nederlands huishouden). Met een beetje mazzel overbrug je daar een etmaal mee, maar niet met genoeg zekerheid om je te laten  afsluiten. (Is trouwens sowieso een romantisch anarchistisch idee dat nergens op slaat.)
    Maar elke subsidie moet ooit beëindigd worden.
  • Gebrek aan kennis bij installateurs en netbeheerders; schrik bij investeerders; veel te veel kleinschalig gepeuter waardoor geen schaal- en leereffecten; geen grootste visie; standaardisatie.

Klopt op zich, maar dat is precies waarom de overheid, die zo nodig van de VVD en CDA en PvdA en D66 moest terugtreden, nu faalt. Dat moet de markt doen en die verrekt het uit schijterigheid. De overheid is de grootste uitvinder en laat die dan uitvinden.
Ik ben dus voor een krachtige industriepolitiek zijdens de overheid, maar dan ook de baas!

Andere soorten energieopslag
Die komen in het Nationaal Actieplan Energieopslag wel aan de orde, maar de aanpak van het elektriciteitsnetwerk krijgt de meeste aandacht (bij mij ook, trouwens).
Dat is niet onlogisch, want daar is het probleem het grootste en het meest acuut. Elektriciteit is zonder aparte voorzieningen niet op te slaan en bijvoorbeeld warmte veel makkelijker. En over de opslag van warmte heb ik in deze kolommen al vaker geschreven, dus deze keer kan dat wel minder (zie Warmte in Brabant en het Mijnwaterproject en Energy Day TU/e bespreekt Ecovat-systeem en TNO ontwikkelt warmtebatterij op basis van het hydrateren van zouten  of voor alles Inhoudsopgave van alle warmteartikelen .

Maar voor de volledigheid hieronder het volledige overzicht van alle soorten opslag uit de Actieagenda.

Een volle batterij in twee minuten

De Zweedse startup PowerSwap ( http://powerswap.se/ ) heeft een systeem ontwikkeld, waardoor elektrische auto’s (naar eigen zeggen) in twee minuten kunnen worden opgeladen. Niet door aan een laadpaal te gaan staan (wat minstens tien keer zoveel tijd kost) maar door het complete accupakket gerobotiseerd te verwisselen.
Het filmpje https://youtu.be/hNWpJEMCd8s laat zien hoe dat gaat.

De website Fluxenergy.nl, waaraan het idee voor dit artikel ontleend is, meldt dat er aal eerder pogingen gedaan zijn om complete pakketten te vervangen, onder andere op Schiphol. Dat liep toen (in 2013) fout.
Gehoopt wordt dat de robotisering van het proces deze verwisseling van de accupakketten nu wel mogelijk maakt.

Robot verwisselt batterijpakket elektrische auto

Het heeft voor- en nadelen.
Voordeel is dat elektrisch tanken nu minder tijd kost als fossiel tanken. Voor wie thuis of op zijn werk kan laden, maakt dat niet zoveel uit, maar in andere situaties kan het veel verschil maken voor de acceptatie van elektrische auto’s.
Het systeem kan gekoppeld worden met conventionele tankstations.
De “frontoffice” kan snel gaan, maar in de “backoffice” hoeft het laden niet snel te gaan, als je maar genoeg accupakketten in reserve hebt en als die maar gestandaardiseerd genoeg gaan. Die vertraging in het herladen maakt dat je geen  waanzinnige pieken op je elektriciteitsnet krijgt.
Nadeel is dat het systeem om standaardisatie vraagt over de volle breedte van alle elektrische types auto. Dat is geen geringe eis.

Het is dus afwachten hoe het gaat.

De website geeft deze informatie

Het bedrijf bedoelt te zeggen dat de vloeiende lijn het traject is van de Business As Usual – ontwikkeling, en dat de neerwaartse sprong is wat het nieuwe systeem pretendeert.

Zie op deze site ook Elektrische auto’s gaan vooruit! .

Windturbines op zee steeds imposanter

Inleiding
De Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) heeft op 03 april 2017 een publieksbijeenkomst georganiseerd over de Toekomst van windenergie. In praktijk ging het voornamelijk over wind op zee, want daar ligt de toekomst. Ik was erbij in de Openbare Bibliotheek van Amsterdam.

Ik heb na afloop even met een van de sprekers gepraat, Dirk Sijmons. Dat is de auctor intellectualis (althans, een van de ..) van het mooie Energetic Odyssey-plan. Het is aan de ene kant een visionair plan, anderzijds is het perfect uitvoerbaar met grotendeels huidige techniek, mits daar voldoende investering, grootschalige logistiek en voldoende politiek benul aan gekoppeld wordt. Materiaal van zijn hand heb ik al gebruikt als inbreng in het Posad-verhaal over energie in Brabant (zie ZO Brabant als trage supertanker richting energietransitie en de terreinbeheerders in spagaat).

Ook van een andere spreker, Mel Kroon van TenneT, heb ik de inbreng al in deze kolommen verwerkt (zie Het energie-eiland van Tennet).

De constructies
Blijven drie coryfeeën over, waar ik nog niet aan toegekomen was, Gijs van Kuik, Edwin van de Brug en Kees Versteegh.

Gijs van Kuik is emeritus-hoogleraar aan de TU Delft en als het ware de eminence grise van de Nederlandse windmolen-wetenschap. Hij schetste de ontwikkeling, en de vele researchvragen die er nog lagen. Het opschaaltempo van windturbines op zee is beduidend korter dan de technische levensduur van losse exemplaren, dus dat kan in principe nog verrassingen gaan geven. Bijvoorbeeld, hoe de fundering zich houdt van die machtige constructies, want dat is soms gewoon een paal die diep in de grond steekt.

Balastingsmodel van de zeebodem (via Van Kuik)
(Van Kuik, TUDelft, april 2017)

Onder het kopje “De ontwikkeling van de bladtechnologie van Bonus (1985) tot Siemens (2012)” toont van Kuik in een notedop de technische vooruitgang in de sector. Bonus was het eerste bedrijf dat in 1985 commercieel moderne bladen maakte. Sindsdien zijn ze in essentie qua opzet niet veranderd, maar wel groter en beter geworden.
De clou is dat de rotordiameter *10 is, de rotoroppervlak dus *100, het vermogen * bijna 100, en het rotorgewicht *80 (terwijl men op basis van de normale opschaling *1000 zou verwachten).
Desalniettemin, zegt Van Kuik, beginnen de grenzen gevoeld te worden van het eigen gewicht van de machines en de ontoereikende kennis van de metaalmoeheid.
En er doen zich vragen voor van systeemintegratie. Wie is waarover de baas? Hoe stem je elektriciteitsmarkten af? Hoe verzeker je technische zaken als afstemming en opslag?

(Van Kuik, TU Delft, april 2017)

Eén windturbine, zei van Kuik, is goed bestuurbaar. Hierboven de windsnelheid en daaronder het feitelijk afgeleverde vermogen aan het net, vraaggestuurd. Maar werkt dit ook nog bij een heleboel turbines tegelijk?

Ander interessant punt: hoe kunnen windparken op zee multifunctioneel worden? Boten mogen vanwege de kabels niet tussen de palen vissen, wat enerzijds kost en anderzijds wel eens meer zou kunnen opbrengen omdat er rustplekken voor vis in zee komen. Of er waterstof gaan maken (idee van TenneT-baas Kroon). Of energie-opslag?

Van Kuik, TU Delft, april 2017

Edwin van de Brug is regiomanager van Van Oord Offshore Wind Projects – mondiaal een van de paar overgebleven spelers die in deze booming business nog mee kan. “De Denen leveren de turbines, de Nederlanders plaatsen ze en wij zorgen voor de broodjes” aldus een jaloers Engels citaat. Men kan zich de vraag stellen of bij een meer consistente Nederlandse energie- en industriepolitiek in het verleden Nederland niet ook turbines had kunnen leveren, maar dit terzijde.
“We zijn nog maar net begonnen” was de veelzeggende titel van de presentatie, die verder een typische mix was van beroepseer, ontzag voor de bijna waanzinnig grote machines en de eisen die aan een onderneming in dit soort situaties gesteld worden.

Een Nacelle (het “huis” boven op de paal waar de wieken aan vast zitten)
Funderingspaal (Van de Brug, Van Oord, april 2017)
Het huidige grootste installatieschip (Van de Brug, Van oord, april 2017)

De hefschepen werden te klein. Op een gegeven moment had iemand het heldere idee om een coaster te kopen, daar vier bedienbare poten onder te zetten, en daarmee het hele schip zichzelf te laten ophijsen. Dat werkte, maar de constructie was al weer snel te klein. Hierboven het jongste en dus grootste hefschip in de vloot.

Kees Versteegh had een adviesbureau VWEC, een bedrijf dat is overgenomen door het Chinese XEMC. Nu gaat hij door het leven als CTO van XEMC-Darwind.
Zijn bijdrage is vooral technisch van aard, maar staat ver van de politiek af. In deze kolommen heb ik een voorkeur voor onderwerpen met een politieke lading en daarom (en uit ruimteoverwegingen) laat ik de bijdrage van Versteegh onbesproken. Maar dat is niet omdat hij niet goed was.

Alle bijdragen, behalve die van Sijmons, (ook die van Kroon en Versteegh) zijn terug te vinden via www.knaw.nl/nl/actueel/agenda/windenergie (tab “sprekers en samenvattingen”).
De ideeën van Sijmons zijn terug te vinden op www.hnsland.nl/nl/projects/2050-energetic-odyssey .

En wat kan dat nou opleveren aan energie? En de gevolgen voor Brabant
De cijfers die voor wind op de Noordzee genoemd worden lopen wat uiteen, maar zitten in dezelfde orde van grootte.

Tennet-baas Kroon spreekt in zijn presentatie van 150GW. Als je uitgaat van 4000 vollasturen, geeft dat grofweg 2160PJ per jaar.
Sijmons heeft het over 25.000 turbines van 10MW gemiddeld, dus over 250GW.  Bij hetzelfde aantal vollasturen geeft dat 3600PJ.
Het blad De Ingenieur noemt bij het plan van Sijmons 4300PJ.

Voor dergelijke nog half-visionaire ideeën voor het jaar 2050 een alleszins acceptabele mate van overeenstemming.

Reken ik verder met Sijmons, dan praat je over 3600PJ voor alle Noordzeelanden samen. Stel eens (leek Sijmons geen gekke schatting) 20% voor Nederland, dan komt er 720PJ stroom deze kant op.
Doe er eens wat verlies af en tel Brabant voor 1/7de deel van Nederland, dan omgerekend 100PJ voor Brabant. Als je erg optimistisch bent over de besparing, is het totale Brabantse energiebudget in 2050 ongeveer het dubbele.
De Noordzee zou dus in een optimistisch scenario in beginsel goed kunnen zijn voor pakweg de helft van de Brabantse energie in 2050. Die andere helft is overigens nog steeds een zware taak. In een meer pessimistisch (en vooralsnog realistischer scenario) is de Noordzee goed voor zo’n 40% van Brabant.
Geforceerde toeren uithalen om de provincie, en elke gemeente binnen de provincie, energieneutraal te laten zijn hoeft niet. Maar ook de resterende taak is zo zwaar, dat het verstandig is om voorlopig te doen alsof je wel energieneutraal moet worden.

Feiten en cijfers – Steenkool_Uniper feb 2016

Wat kost een kWh?
Men kan de PVV geruststellen, die steeds een lachwekkend nummertje maakt over zwaar gesubsidieerde windminaretten (je moet iets kronkeligs verzinnen om bij energiemachines de Islam bij te slepen – de oudst bekende windmolen dateert overigens van 500nChr en stond in Iran): wind op zee is binnenkort goedkoper dan stroom uit kolen (en zeker goedkoper dan stroom uit gas of uit kerncentrales).
Bovenstaand overzicht (gemaakt door Ecofys, 2014) staat in een brochure van Uniper (Uniper is het fossiele sterfhuis van de voormalige reus E.ON). Levelized Costs Of Energy (LCOE) is wat het kost om op de klassieke wijze de kostprijs uit te rekenen als je enerzijds geen subsidie krijgt, en anderzijds indirecte maatschappelijke kosten buiten beschouwing laat). De brochure is binnen te halen via Uniper-brochure over steenkool .
Gemiddeld over de EU kost een kWh uit kolen in Europa 7 tot 8 cent/kWh (en, nog maar eens voor de PVV, atoomstroom kost 10 cent/kWh).
Gemiddeld over Europa kostte een kWh uit wind op zee in 2014 12 a 13 cent/kWh, maar dat is snel gedaald tot 5,5 cent/kWh in de reeds afgesloten contracten Borssele 3 en 4 en 5,0 cent bij Kriegers Flak.

Om dit te plaatsen: de groothandelsprijs voor stroom schommelde in 2016 rond de 3 a 4 cent/kWh .

Er gaat dus nog wat subsidiegeld naar wind op zee, maar er zijn in 2017 al enkele overeenkomsten afgesloten die rond 2024 subsidieloos gaan werken (zie www.wattisduurzaam.nl/9119/featured/nieuw-record-offshore-wind-zakt-zakt-naar-6-cent-per-kwh/ ).
E.ON zag zijn lijk al in de Noordzee drijven en heeft zijn fossiele opwekvermogen niet voor niets in een sterfhuis ondergebracht.

 

Het energie-eiland van Tennet

Het energie-eiland van Tennet op de Doggersbank

Tennet is de staatsonderneming die ons hoogspanningsnet beheert. Dat is een taak met vele aspecten.

Op 8 maart 2017 kwam Tennet met een persbericht, dat het ging samenwerken met andere hoogspanningsbeheerders aan de bouw van een North Sea Wind Power Hub (zeg maar een energie-eiland), waarschijnlijk op de Doggersbank. Nu nog met het Deense Energinet.dk en met de Duitse dochteronderneming TenneT Duitsland, later mogelijk ook met hoogspanningsbeheerders uit Noorwegen, Groot-Brittanie en Belgie en andere infrastructuurondernemingen. Zie www.tennet.eu/nl/persbericht energie-eiland .

Op het eiland kunnen vele windparken worden aangesloten (ca 70 tot 100GW). Omdat het eiland relatief dicht bij de windparken ligt, kunnen de leidingen van de parken naar het eiland in de (goedkopere) wisselstroomtechniek worden uitgevoerd. De lange leidingen naar het land worden in gelijkspanning uitgevoerd (HVDC). Zie ook Overschakelen op gelijkstroom? . Die leidingen dienen dan tevens als verbinding van de Noordzeelanden onderling. Dat is van belang, omdat het grillige karakter van de belangrijkste duurzame bronnen zon en wind statistisch gedempt wordt door een zo groot mogelijk gebied tot één groot net te maken (het waait of schijnt altijd wel ergens wel of niet).
Bovendien kunnen op een dergelijk eiland blijvend mensen, onderdelen en assemblagehallen worden geplaatst.

De samenwerking gaat bekrachtigd worden tijdens het North Seas Energy Forum in Brussel van 23 maart 2017 (zie ec.europa.eu/energy/events/north-seas-energy-forum )

Het eiland (eventueel meerdere eilanden) gaan veel geld kosten: de komende 10 jaar ca 25 miljard Euro. Maar TenneT blijkt in staat met Green Bonds grote bedragen te kunnen ophalen. In 2016 haalde TenneT 3 miljard aan obligaties op. Die worden zwaar overtekend en vliegen dus als zoete broodjes weg.

Op dit moment is wind op zee de goedkoopste wijze van energie opwekken. De meest recente projecten zijn zelfs goedkoper dan kolen, en halen bijna de groothandelsprijs van elektrische energie (en worden dan dus financieel zonder subsidie rendabel).

Wind op zee is voor Brabant geen ver-van-mijn-bed-show. Alle windenergie, die op zee geoogst wordt, hoeft niet op het land geoogst te worden. Als Brabant op eigen grondgebied in 2050 geheel duurzaam zou willen worden, zou dat o.a vragen om 2270 windturbines met een ashoogte van 130m en 190km² zonnepanelen. Zie Duurzame energie kan zeer grote impact krijgen op het Brabants landschap . Veel wind op zee zou op het land minstens een slok op een borrel schelen.

Maximale opbrengst windturbines 7,58MW Brabant (Posad-studie)

Overschakelen op gelijkstroom?

De aanleiding: de promotie van een ex-leerling
Onlangs is mijn ex-leerling Erik Lemmen gepromoveerd op aspecten van de vermogenselektronica (The Extended Commutation Cell).  Hij is op mijn oude school begonnen op het Gymnasium, afgezakt naar de HAVO, HBO, TU Eindhoven en nu dus gepromoveerd op een onderdeel van de vermogenselektronica. Typische stapelaar, typisch briljant in natuur-
kunde en wiskunde maar niet comfortabel in ons standaard schoolsysteem. Zie je trouwens vaker bij goede mensen in mijn oude sector.
En nu heeft het gosertje van toen vier patenten op zijn naam staan of lopen, en promoveert hij. Ik mocht hem wel en hij mij wel, zodoende kreeg ik een uitnodiging.

De Extended Commutation Cell (vermogenselektronica)

Links gaat er een gelijkspanning in (bijvoorbeeld van een zonnepaneel of een accu) en rechts komt er zo ongeveer elke gewenste gelijk- of wisselspanning uit. Dat gebeurt door al die schakelaars met een razendsnel computerprogramma te bedienen (niet ingetekend). Zoiets kon al wel, maar door Erik werkt het soepeler en betrouwbaarder. Het persbericht van de TUE is te vinden op www.tue.nl/universiteit/faculteiten/electrical-engineering/nieuws/slimmere-stroomschakeling-voorkomt-stilvallen-elektrische-auto/ . De schakeling maakt de elektronica betrouwbaarder en daardoor hoeft die vaak niet meer dubbel uitgevoerd te worden. Bij een storing kan de elektrische auto vaak toch nog doorrijden. Dat scheelt allemaal een slok op een borrel. Er is dan ook grote interesse uit het bedrijfsleven.
Bovendien is het systeem integreerbaar met accu’s, waardoor accu’s individueel adresseerbaar zijn. Het wordt een flexbatterij. Niet langer is de slechtste accu bepalend is voor het eindresultaat.
De schakeling kan bijvoorbeeld ook gebruikt worden om zonnepanelen, windturbines etc aan  het elektriciteitsnet te koppelen.

Gelijkstroom
Toen ik zo bij die promotie zat te luisteren, bedacht ik me dat het onderwerp van belang was voor de in vakkringen lopende discussie over
gelijkstroom- of wisselstroom. Ik wist dat die discussie bestond, maar tot nu toe had ik die nauwelijks gevolgd. Ik ken van het onderwerp dan ook niet veel meer dan de beginselen. Toch is die discussie veel politieker dan hij zo op het eerste gezicht lijkt, want het gaat over de organisatie van het elektriciteitsnet, en daarmee over de uitvoerbaarheid van
duurzame energie.

Nu hebben we een overwegend centraal elektriciteitsnet. Elektriciteit wordt opgewekt in grote centrales en top down naar de gebruikers getransporteerd.
Maar die gebruikers hebben steeds vaker windturbines of zonnepanelen. Het grillige gedrag daarvan levert bottom up stroom aan een netwerk dat daar niet voor ontworpen is. Gemiddeld kan het netwerk dat nog wel aan, maar bij heel veel wind of zon (bijvoorbeeld in Duitsland) komt de grens van het klassieke systeem vroeg of laat in zicht.

Straatverlichting op gelijkstroom

Nu kan men het bestaande net lomper en dus robuuster maken. Dat kost geld en is lelijk.

Een voor de hand liggend alternatief is om zoveel mogelijk duurzaam geproduceerde energie in het eigen huis of de eigen wijk te gebruiken, want dan gaat die energie niet meer Europa rondzwerven. Op papier moet dat kunnen, want de gemiddelde stroomvraag per huis ligt ver boven de gemiddelde eigen stroomopwekking.
Gematigde geesten zoeken wegen om het bestaande wisselstroomnet aan te vullen met een gelijkspanningsnet, radicale geesten willen zich afkoppelen en dus het bestaande net vervangen door hun eigen
gelijkspanningsnet.
Ik beperk mij tot de gematigde geesten.

Nu even een, helaas noodzakelijk, stukje natuurkunde. Wie opgelet heeft op de middelbare school, heeft daar gehoord dat er twee redenen zijn waarom wij een wisselspanningsnet hebben:
* Elektrische energie moet over langere afstanden getransporteerd worden bij een zo hoog mogelijke spanning en een zo laag mogelijke stroom, want anders wordt in de transportleiding bijna alle elektrische energie omgezet in warmte en blijft er op het eind van de leiding praktisch niets over.
* Je kunt wisselspanning wel omhoog (en omlaag) transformeren en ge-
lijkspanning niet.

Daarom staat er op de traditionele hoogspanningsleidingen 150.000 of 380.000Volt (380kV) wisselspanning.

Door het soort vermogenselektronica als waar ‘mijn’ Erik ook een bijdrage aan geleverd heeft, is de tweede bewering niet meer waar (de eerste nog steeds wel!). De 580km lange NorNedkabel van Nederland naar Noorwegen werkt op 450.000V gelijkspanning (en is 700MW).
Bij dit soort afstanden, en vooral als de kabel in zee ligt, werkt gelijk-
spanning beter. Ze noemen dat HVDC-kabels (High Voltage Direct Current). Daar liggen er inmiddels al honderden van in de wereld.

Het is dus op papier mogelijk om binnen Nederland een gelijkspanningshoogspanningsnet aan te leggen, maar omdat het bestaande wisselspanningsnet een robuust en kosteneffectief systeem is, waar miljarden in geïnvesteerd zijn, zal dat voorlopig niet gebeuren. Voor nieuwe leidingen naar ver weg gelegen buitenland, die onderweg niet afgetakt hoeven te worden, ligt dat eenvoudiger.

Maar in een nieuwbouwwijk een gelijkspanningsnet aanleggen, dat is een ander verhaal.

Gelijkspanning in de wijk (DC-Groot gelijk – boek van Eneco)

(De afbeeldingen komen uit een informatief en voor de leek redelijk begrijpbaar boek van Eneco, het ‘DC-boek Groot gelijk’, dat te downloaden is op www.gelijkspanning.org/nl/gelijkspanning/boek-groot-gelijk).

Beide systemen hebben hun voor- en nadelen, maar volgens voorstanders (aan wie enige geloofsijver soms niet te ontzeggen valt) is
gelijkstroom beter. Een aantal van hun argumenten kloppen.
* je kunt meer energie door dezelfde draad sturen (andersom geredeneerd: je hebt minder koper of aluminium nodig)
* veel moderne apparatuur werkt van binnen op gelijkspanning (radio, TV, computer), en zonnepanelen en accu’s geven gelijkspanning. Nu de moderne elektronica het mogelijk maakt elke spanning in elke andere spanning om te zetten, valt het een met minder tussenstappen met het ander te combineren want
* nu wordt gelijkspanning omgezet in wisselspanning (de omvormer van het zonnepaneel), en in de computer wordt van die wisselspanning weer gelijkspanning gemaakt. Dat geeft allemaal verlies. Op papier moet het overslaan van die tussenstappen een winst van ca 5% kunnen opleveren.
* gelijkspanning combineert soepeler met elektronische aansturing

Daar staat tegen over dat
* gelijkspanning moeilijker met een gewone schakelaar uit te zetten is en mede daardoor iets gevaarlijker is
* krachtstroom-elektromotoren (die heel veel toegepast worden voor het zware werk) alleen op wisselstroom werken (die niet voor niets ook draaistroom heet).
* er nog geen goede gelijkstroomnormalisatie is, waardoor er nog steeds verschillende gelijkspanningen rondwaren
* waardoor de ene gelijkspanning nog steeds met een tussenstap in de andere moet worden omgezet, wat ook weer verliezen geeft

Gelijkspanning in huis (DC-Groot gelijk – boek van Eneco)

De elektrotechnische vakmensen in het Eneco-boekje komen meestal op een hybride systeem uit.
Daarin is gelijkspanning goed voor het internationale lange afstands-transport.
Het nationale net blijft vooralsnog wisselspanning.
De wijk als geheel hangt aan het wisselspanningsnet, en binnen die wijk (pakweg zo groot als het huidige verzorgingsgebied van een transformatorhuisje) speelt gelijkspanning een toenemende rol. Als dat systeem in de toekomst beter uitgewerkt is, ontstaan er mogelijkheden om op een meer lokale manier met elektrische energie om te gaan. Misschien wordt de mens nog eens een ‘prosument’, zoals Jan Rotmans, nooit te beroerd voor grote woorden, dat noemt.
Ook kan het beheer van het ‘grote’ wisselspanningsnet baat hebben bij modernere organisatie van het ‘kleine’ lokale net. Dat kan in beginsel zelfs tot lokale verdienmodellen leiden.
Je ziet nu in de vakpers allerlei pilots op dit gebied langs komen – wat nog niet alles zegt, want kleine pilots worden in dit land lang niet altijd groot.
Er zijn bijvoorbeeld al heel wat pilots om woningen Nul op de Meter te maken, maar van een opschaling tot getallen die er toe doen, komt vooralsnog geen hout terecht. (zie ook SP krijgt voortgangsrapportage over Nul op de Meter – project .

Niet de, maar een toekomst
Mijn mening wordt vooralsnog verwoord door iemand die er meer verstand van heeft dan ik, namelijk Lou van der Sluis van de TU Delft in het Eneco-boek:”Gelijkspanning heeft zeker een toekomst, maar niet dé toekomst”.

Stroomopslagexperimenten Enexis worden uitgebreid

BN-De Stem kopte op 4 juli 2015 “Batterij in Keen loont nog niet”. Het
artikel is gebaseerd op tussentijdse gegevens. Het project loopt tot eind 2017.

Het grijze blok is de behuizing van de wijkaccu De Keen
Het grijze blok is de behuizing van de wijkaccu De Keen

De Keen is een wijk in Etten-Leur. Daar staat sinds 2012 een buurtbatterij (het grijze blok steekt overigens zowat twee meter diep de grond in). De wijk telt 240 woningen waarvan er zo’n 40 zonnepanelen hebben. Het ding bevat vier stalen kasten met lithium-ion accu’s, samen goed voor 232 kWh (ruim genoeg om 100 wasmachines een uur op te laten draaien). De batterij kan maximaal met 100kW laden (wat op een zonnige dag niet genoeg is) en met maximaal 400kW ontladen (wat rond de Kerst bijna gehaald werd).

De opslag werkt technisch (na wat kinderziektes) vlekkeloos.
De uitdrukking ‘loont niet’ heeft slechts een financiele strekking en betekent dat op dit moment andere oplossingen om het elektriciteitsnet te ontlasten goedkoper zijn. Zoiets gebeurt wel vaker bij nieuwe ontwikkelingen.
Tijden veranderen en het kan bijvoorbeeld zijn, dat in 2020 de salde-
ringsregeling voor zonne-energie wordt afgeschaft (al dan niet met een overgangsregeling). Nu krijg je voor aan het net geleverde zonnestroom evenveel terug als je zelf betaalt, zolang je niet boven je verbruik uitkomt. Als die regeling vervalt, wordt het een stuk aantrekkelijker om aan je eigen (buurt)accu te leveren. Het financiële verhaal ligt dan in één keer anders.
Tijden veranderen ook in die zin dat er nog steeds technische ontwikkelingen plaatsvinden op accugebied. Bijvoorbeeld die van Tesla.

Inmiddels heeft Enexis aangekondigd na de zomer in de Bredase wijken Meulenspie en Easystreet met een vervolgproef te beginnen/ Hier wordt het een accu per afzonderlijk huis. In deze wijk hebben bewoners in de afgelopen jaren al meegewerkt aan ‘smart grid-experimenten’. Bepaalde vormen van afname (bijvoorbeeld de wasmachine) worden via ICT en met de tijd wisselende prijzen gestuurd naar momenten dat er veel goedkope stroom is.

De Bredase wijk Meulenspie
De Bredase wijk Meulenspie

Met bovenstaande experimenten heb je overigens zo ongeveer wel alles gehad wat er aan smart-grid experimenten met huishoudens in Brabant is. De echte grootschalige ontwikkelingen op dit gebied vinden elders plaats, bijvoorbeeld in Hoogkerk in Groningen, Meppel en Amsterdam. Ik vind het raar dat Brabant zo achterloopt, temeer daar de TU/e een belangrijke speler is. Die moet elders zijn experimenten uitvoeren.
Het zou een goede zaak zijn als het nieuwe College van GS in de provincie meer werk van dit onderwerp zou maken.

Ik heb eerder een artikel geschreven op basis van een TU/e-rapport over de (helaas fictieve) verduurzaming met accuopslag in de Eindhovense wijk Acht. Zie —> Acht

Mogelijke energie-opwekking en -opslag in Eindhoven-Acht

De “thuisbatterij van Tesla” als aanleiding …..
Op 1 mei 2015 kopte de NRC “Tesla wil na de auto ook de energiemarkt vernieuwen”.
Er is vaker gesproken tussen elektrotechnische bedrijven en de autowereld. ABB heeft met General Motors gepraat en BMW met Vattenfall. Na verloop van tijd gaan de accu’s in elektrische auto’s achteruit. Als er nog maar zo’n 80% van de capaciteit over is, krijgt de auto een nieuwe accu. De vrijgekomen accu’s kunnen echter in principe nog een hele tijd dienst te doen in statische opstellingen, bijvoorbeeld als buffer voor zonne- en windenergie.
De stap die Tesla-topman Elon Musk zet is in zoverre nieuw, dat hij rechtstreeks batterijen voor statische opstellingen aanbiedt. En omdat Musk een redelijk krachtdadig type is, kan dat wat worden. Hij is in elk geval bezig om in Nevada zijn ‘Gigafactory’ te bouwen, die de wereldproductie aan lithium-ion batterijen moet geen verdubbelen. Je kunt bij Musk voor 3500 dollar (nu ca €3200) een 10kWh-accu kopen. 10kWh is ongeveer het gemiddelde dagelijkse stroomverbruik van één Nederlands huishouden.

… en hoe dat in praktijk uit zou zien in Eindhoven-Acht
Eindhoven wil in 2045 energieneutraal zijn. Dat is een heftige ambitie en de tijd moet het leren, maar het is in elk geval een goed streven. Daartoe is veel onderzoek nodig.
De TU/e neemt daarvan een deel voor zijn rekening. Het is handig als je een overzichtelijke woonwijk hebt om je modellen op los te laten. Daarvoor gebruikt de TU/e o.a. de woonwijk Acht (zonder de bedrijventerreinen).

Let wel: het betreft hier pure Gedachtenspielerei, geen feitelijk voorstel!

Twee studenten aan de TU/e deden er afstudeeronderzoek aan. Hun professor Bauke de Vries noemde hun werk tijdens de Energy Day op de TU/e van 2 okt 2014.

De productie van duurzame energie
Acht telt 1359 percelen, goed voor 8.605.254kWh/y (dat is jaargemiddeld 982kW). De zon levert er jaargemiddeld 117W/m2 en het waait er jaargemiddeld 4,83 m/sec. De wijk heeft een oppervlakte van 104 hectare (ha).

Student Saleh Mohammadi rekent met 100kW–turbines (ashoogte 35m) en met panelen met een rendement van 15%. Hij rekent over een technische levensduur van 25 jaar. Zie http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878029614001790

Als je de bestaande elektriciteitsvraag in Acht jaargemiddeld wilt opvangen met alleen zonne-energie, moet je 5,6ha zonnepaneel kwijt in de goede orientatie t.o.v. de zon. Bij 1300 percelen is dat 43m2 of 26 panelen per perceel. Mohammadi’s financiele aannames leiden tot een (ongesubsidieerde) kWh-prijs van 16,6 €cent.

De energievraag valt jaargemiddeld ook op te vangen met vijf windturbines. Waarschijnlijk echter zijn dergelijke molens niet in de buurt van Acht toegestaan vanwege het vliegveld – weer een voorbeeld van economische schade die het vliegveld aanbrengt).

Een combi met 60% zon – 40% wind vereist 3,35ha goed gesitueerd paneel en virtueel twee windturbines van 100kW. Als je bovendien €100/m2 paneel subsidie veronderstelt (dus bij elkaar €3,35 miljoen), wordt de kWh-prijs van zonne-energie 13€cent/kWh en van wind 10€cent/kWh.
De kale kostprijs van grijze stroom op dit moment is  ca 5 cent/kWh.

Er valt wel wat af te dingen op de uitkomsten (maar dat was niet de taak van Mohammadi).
Inwoners van Acht gebruiken per huishouden ruim 6300kWh/y (zijnde 8605254/1359), dat is bijna het dubbele van het landelijk gemiddelde van 3500kWh/y. Een fors energiebesparingsprogramma lijkt in Acht mogelijk en zeer gewenst.
Verder: er worden voor zonnepanelen fors hogere rendementen voorspeld dan de huidige 15%-standaard, maar ze zullen dan per m2 ook wel duurder zijn. Tot welke financiële gevolgen dat gaat leiden, valt nog niet te zeggen.

De opslag van duurzame energie
Student Hieu Doan studeerde in aug 2014 af op Energy Storage Technologies in Residential Areas, opnieuw zijnde Eindhoven-Acht. Hij bekeek wat een zinvolle toedeling van accu’s zou zijn in allerlei mogelijke scenario’s. Zie http://alexandria.tue.nl/extra2/afstversl/bwk/Doan_2014.pdf

Het ‘combined scenario’ leidt tot (zie onder).

De mogelijke plaatsing van accu's in Acht
De mogelijke plaatsing van accu’s in Acht

Elk stipje stelt een accu voor. Nadere gegevens –> gegevenstabel_opslag_Acht.
Er zijn samen 104 accu’s, voor 1079 huishoudens, totaal beschikbaar 6288kWh, maximaal collectief op/ontlaadtempo 1641kW. De laatste twee cijfers moeten met een korrel zout genomen worden.

Het is van belang enkele uitgangspunten aan te stippen, omdat deze een politiek karakter hebben:
–              dit systeem veronderstelt een variabele elektriciteitsprijs,
bijvoorbeeld variërend per uur. Deze wordt kort van tevoren bekend gemaakt.
–              Bij slim gedrag kan dit ook buiten de accu om tot individuele consumentenvoordelen leiden
–              Opslag is vooralsnog slechts te betalen bij een collectieve aanpak. Als 1079 huishoudens elk hun eigen accu willen, schiet de kosten-batenanalyse 12 miljoen in de min, misschien ook nog wel met Tesla-
prijzen
–              de truc is dat de accu oplaadt als het goedkoop is en ontlaadt als het duur is. Het accu-systeem kan dan rendabel draaien

Baten (na aftrek van kosten) en kosten. De laatste kolom is het gekozen scenario.
Baten (na aftrek van kosten) en kosten. De laatste kolom is het gekozen scenario.

–           Acht is jaargemiddeld 982kW. Maar wind en zon kunnen op een goede dag ongeveer 10* zoveel opleveren. Het maximale opslurptempo van de accu’s (dat in praktijk bij lange na niet gehaald wordt) wordt dan ver overschreden. Het accu-systeem is nooit groot genoeg om op zichzelf alleen de lokale productiepieken op te vangen. Daarnaast is ook gedragsaanpassing en koppeling met het grotere elektriciteitsnet nodig.

Hoogspanningsleidingen en telefoons: gevaren niet aangetoond

Brochure em-velden
Ik heb in december 2011 voor Paulus Jansen (toen Tweede Kamerlid)  een brochure geschreven over elektromagnetische straling van hoogspanningsleidingen en telefoons. De algemene boodschap toendertijd was dat :
– elk serieus onderzoek aan straling van GSM- en UMTS-zenders en ontvangers uitwijst dat er geen enkel gevaar is
– er een spoortje van twijfel was dat hoogspanningsleidingen gecorreleerd zouden kunnen zijn met leukemie bij kinderen, maar men zit dan op de grens van het waarneembare te meten
– een correlatie is geen oorzakelijk verband. Er hebben ècht op sommige plaatsen en tijden correlaties tussen de aantal ooievaars en het aantal baby’s bestaan, maar dat kon altijd verklaard worden uit een achterliggende gemeenschappelijke oorzaak
– proefdieronderzoek nooit tot effecten leidt
– er geen logisch verhaal is waarom er schade zou kunnen optreden anders dan door warmte, en dat warmte-effecten goed begrepen worden
Mijn tekst van juli 2011 —> Brochure over niet-ioniserende straling .

Opnieuw vanwege de nieuwe 380kV – leiding in West-Brabant
Sindsdien is er een paar jaar verstreken. Toen ging de zaak spelen van de nieuwe 380kV – leiding in West-Brabant en de vreemde omgang met de vaststelling van het tracé. Om binnen onze SP-fractie in PS een advies te kunnen geven ben ik opnieuw in de literatuur gedoken. Dat leidde tot mijn tekst van december 2014—> Engelstalige literatuur over hoogspanningsleidingen en kanker_2014 . De conclusie is dat het recentere onderzoek het verband tussen  hoogspanningsleidingen en leukemie bij kinderen nog zwakker geworden is, of zelfs verdwenen.

Hoogspanningsleidingen op IJsland, waar elektrische energie dominant is
Hoogspanningsleidingen op IJsland, waar elektrische energie dominant is

De vraag naar hoe het tracé van de nieuwe 380kV – leiding moet lopen, heeft zakelijk gezien (als men er objectief medisch naar kijkt) geen volksgezondheidsaspecten. Het is een klassiek ruimtelijke ordenings-
vraagstuk. Over deze RO-argumenten heb ik mij niet uitgesproken, want daar weet ik te weinig van. Ik ken het gebied nauwelijks. Ik vond de
procedure raar.

Onder de grond?
150kV-leidingen en lager kunnen technisch onder de grond en dat heeft voor- en nadelen (waaronder de hoge prijs, die in het tarief verwerkt wordt). Er zijn geen medische redenen om dat te willen, maar er kunnen wel andere zijn (bijv. de aanwezigheid van Schiphol of een waardevol landschapsbeeld).

380kV – leidingen kunnen om elektrotechnische redenen nog niet onder de grond. Althans niet over grote afstanden. Er loopt nu in Nederland een experiment met zo’n 20 km 380kV onder de grond. Ook elders in de wereld bestaan nog geen lange ondergrondse 380kV – trajecten.