OPSLAG VAN DUURZAAM OPGEWEKTE ENERGIE

Veel mensen die in de afgelopen jaren zonnepanelen hebben geïnstalleerd, of overwegen om dat binnenkort te doen, vragen zich af of het de moeite waard is om batterijen aan te schaffen als in 2027 de salderingsregeling wordt afgeschaft. Er zijn al talloze bedrijven die hierop inspelen en de consument willen verleiden om met hen in zee te gaan. Wat zij aanbieden sluit niet altijd goed aan op je eigen situatie. In deze notitie proberen we een antwoord te geven op de vraag of het zinvol is en wat het mag kosten als je er niet op wilt verliezen.

In deze notitie gaan we vooral in op methodes voor energieopslag thuis (of in de buurt in een ‘energiegemeenschap’). Netbeheerders (in ons gebied Enexis) zijn ook bezig met tijdelijke opslag, maar dan op veel grotere schaal en met technieken die op kleine schaal niet rendabel zijn.

Er wordt in ons land steeds meer energie op een duurzame manier opgewekt met behulp van zon en wind. De beschikbaarheid van die energie is echter sterk variabel: als de zon niet schijnt en het is windstil dan wordt er weinig opgewekt, terwijl er wel vraag naar energie is. Bij veel zon en wind is er het omgekeerde probleem: het stroomnet kan het aanbod van energie niet aan (netcongestie) en een deel van de opgewekte duurzame energie wordt verspild. Daarom wordt (tijdelijke) opslag van duurzaam opgewekte energie belangrijker.

Een combinatie van de volgende begrenzingen en beperkingen is in dit verband van belang:

• • Vraag en aanbod zijn plaatsgebonden: de elektriciteit wordt op een andere plek opgewekt dan waar de vraag is. Bij grote verschillen leidt dat tot transportproblemen op het elektriciteitsnet (netcongestie).

• • Duurzame opwek en verbruik zijn tijdsgebonden. Zonnestroom is alleen overdag beschikbaar, varieert met het aantal zonuren en is ook afhankelijk van het seizoen.  Windenergie is niet beschikbaar bij windstilte en bij extreem stormachtig weer. De vraag in de industrie is voornamelijk tijdens werkuren en de vraag van huishoudens is het grootst in de (vroege) avonduren.

Tijdelijke opslag van duurzaam opgewekte energie kan helpen om invoer in het elektriciteitsnet te spreiden naar periodes dat netcapaciteit beschikbaar is. Lokale opslag van elektriciteit achter de meter (d.w.z. op de plek waar de energie wordt opgewekt èn gebruikt) kan helpen om de vraag te bedienen op momenten dat zonnepanelen geen stroom geven en wordt al kostendekkend als de systeemkosten €475 p/kWh of lager zijn.

Een kilowattuur (kWh) is een gebruikelijke maat voor een hoeveel opgeslagen of verbruikte energie. Dit is het product van het geleverde vermogen (1 kW = 1000 Watt) vermenigvuldigd met de tijdsduur in uren (h = “hour”) dat het vermogen geleverd wordt of kan worden.

Technologieën voor opslag van duurzaam opgewekte energie

Er zijn al veel technologieën beschikbaar om energie op te slaan, maar die zijn niet allemaal uitgerijpt tot goed toepasbare methodes van opslag. Sommige technieken zijn al oud en er zijn nog meer in ontwikkeling. Ze kunnen worden gerangschikt in de verschillende fases van onderzoek en ontwikkeling: idee & ontwerp; test in laboratorium; pilot test; grootschalige test; commercieel bevestigd; commercieel beschikbaar. 

Een greep uit de technologieën:

• • Loodaccu. Al decennialang het werkpaard voor kortstondig gebruik b.v. in auto’s.

• • Lithium-ion accu zoals we o.a. kennen uit telefoons en fietsaccu’s en nu ook auto’s.  Deze batterij heeft een zeer hoge energiedichtheid en kan dus in vergelijking met loodaccu’s veel kleiner en lichter zijn. Een beperking is dat de techniek afhankelijk is van zeldzame, moeilijk te winnen grondstoffen.

• • Supercondensator.  Wordt gebruikt voor kortstondige opslag van elektriciteit (b.v. opslag van remenergie bij voertuigen).

• • Vanadium Redox-flow batterij. Deze technologie is geschikt voor grootschalige opslag maar is nog relatief duur. Elektrolyt wordt rondgepompt in de batterij en kan ook nog dienstdoen als koelvloeistof. Voordeel is een lange levensduur.

• • Gesmolten zout batterij. Bestaande technologie met niche toepassingen (ZEBRA batterij werkzaam bij 245 ^oC).

• • Waterstof elektrolyse. Dit wordt steeds vaker op grote schaal toegepast om waterstof als brandstof te genereren met behulp van duurzaam opgewekte elektriciteit.  PEME (proton exchange membraan elektrolyse) is de meest rendabele technologie. Waterstof spreekt tot de verbeelding omdat het vergeleken wordt met het aardgas dat we in Nederland de laatste 60 jaar op grote schaal hebben gebruikt. Voor toepassing in huishoudens is deze technologie echter te kostbaar, maar er wordt wel gewerkt aan een transportnetwerk voor industriële toepassing.

• • Zeezout batterij. Prototypes van deze batterij worden op verschillende locaties getest. De batterij moet nog verder ontwikkeld worden om veel laadcycli mogelijk te maken. De technologie is aantrekkelijk omdat de benodigde grondstoffen ruim voorhanden zijn.

• • Zwaartekracht batterij.  Het al lang bekende concept van waterkrachtcentrales wordt nu aangevuld door met behulp van duurzaam opgewerkte energie water op te pompen naar hooggelegen reservoirs.

• • Zoutbatterij met warmteopslag. Thermochemische opslag van warmte op basis van zouthydraten.

Verder zijn er nog vele technologieën op de tekentafel en in ontwikkeling.

 Lithium-ion accu

De laatste twee decennia is de lithium-ion accu sterk in opkomst, eerst in kleine mobiele apparaten en nu ook in elektrische auto’s en voor kortstondige opslag van elektrische energie in of bij b.v. huizen en bedrijven. Onderzoek en ontwikkeling is nog steeds gaande om betere materialen voor de kathode te vinden en minder kobalt te hoeven gebruiken (cel chemie).  Verder zijn er innovatie trends op het gebied van architectuur van de batterijpakketten, materiaal selectie en brandveiligheid, batterij management en cel design.

De lithium-ion accu heeft een hoge opslagcapaciteit (meer dan 250 kWh per m³) en levert een adequaat vermogen (ongeveer 300 Watt per kg).  De energiedichtheid kan wel 5x hoger zijn dan bij lood accu’s. De beschikbaarheid van lithium is wereldwijd nog een probleem maar er worden steeds meer vindplaatsen ontwikkeld. Het grootste risico bij het gebruik van deze accu is (zelf)ontbranding waarbij giftig waterstoffluoride gas (een sterk zuur) kan vrijkomen. Brandende accu’s moeten langdurig worden ondergedompeld in water om ze te blussen.

Op Wikipedia wordt vermeld dat de huidige prijs (midden 2024) voor lithium-ion batterijen US$ 130 per kWh bedraagt. Het is de prijs die de (auto)industrie betaalt (het accupakket in een 80 kWh elektrische auto is dan ongeveer US$ 10.000 waard). 

De huidige levensduur wordt geschat op meer dan 800 laadcycli.

 Thuisbatterij

Voor lokale opslag thuis richten we ons in deze notitie primair op de lithium-ion accu, maar er zijn andere methodes die worden getest en uitgeprobeerd, zoals de zeezout batterij. Deze zijn echter nog niet algemeen toepasbaar.

Voor energieopslag zijn de volgende gegevens van belang:

• • Hoogte van de investering per kWh opslagcapaciteit (of per Joule, 1 kWh = 3,6 megajoule).  Het financieel rendement hangt hier sterk van af.

• • De energiedichtheid. Dit is het volume of gewicht van het opslagmedium per opgeslagen hoeveelheid energie (b.v. Wh per liter of kWh per m³).

• • Vermogen (Watt) dat kan worden geleverd met de opgeslagen energie. 

• • Rendement. Bij opslag van elektriciteit is de afgegeven energie ongeveer 95% van de opgeslagen energie. 

• • Levensduur en maximum aantal laadcycli van het energieopslagmedium.

Zolang salderen van zonnestroom nog mogelijk is fungeert het elektriciteitsnet als ‘kosteloze batterij’.  Verschillende energieleveranciers hanteren nu terugleverkosten en vanaf 2027 wordt salderen in Nederland afgebouwd Tot en met 2030 is er garantie dat er een teruglevertarief wordt gehanteerd van minimaal 50% van de marktprijs voor groene stroom, daarna stelt de ACM een redelijke minimale terugleververgoeding vast.  Het gaat hierbij om de netto marktprijs, zonder belastingen en andere zaken die in rekening worden gebracht bij de inkoop van stroom.

Bij de afbouw van de salderingsregeling wordt voor huishoudens (en buurtgemeenschappen) lokale opslag van elektriciteit achter de meter interessant.  De thuisbatterij kan helpen om de vraag te bedienen op momenten dat zonnepanelen geen stroom leveren.  Het wordt al kostendekkend als de systeemkosten € 475 per kWh of lager zijn. De prijs van lithium-ion thuisaccu’s daalt nog steeds en een 5 kWh accu (= 5 uur lang 1.000 Watt) is in Nederland te koop voor € 1.600 (= € 320 per kWh).

Dan de vraag: hoe groot moet de batterij zijn?

Een optimale configuratie wordt verkregen met een batterij met een opslagcapaciteit van 2x de jaarlijkse opwek van zonnepanelen in megawattuur (1 MWh = 1000 kWh).  Bijvoorbeeld een batterijcapaciteit van 6 kWh bij een jaarlijkse opwek van 3000 kWh.

Dan raakt in de zomermaanden de batterij snel vol en wordt vervolgens een deel van de opgewekte zonnestroom verkocht aan het netwerk. In de wintermaanden is er onvoldoende zonnestroom om aan de dagelijkse energiebehoefte te voldoen en moet stroom worden ingekocht.  Gedurende periodes in het voorjaar en najaar is dit min of meer evenwichtig en kan de batterij voldoende laden met overtollige zonnestroom om de gehele dag aan de vraag te voldoen zonder stroom te hoeven terug te leveren of in te kopen.

Bovenstaande figuur geeft een voorbeeld van een optimale configuratie.  De panelen leveren 3.000 kWh per jaar op en het jaarlijks stroomverbruik is eveneens 3.000 kWh. Bij inzet van een batterij is gemiddeld een extra opbrengst van 40% of meer voor eigen verbruik haalbaar.

Zonder batterij (zwarte getallen) leveren de zonnepanelen ongeveer 30% (900 kWh per jaar) van het eigen verbruik en 70% (2100 kWh per jaar) wordt terug geleverd aan het net.  Als een batterij wordt geplaatst (rode getallen) wordt eveneens 900 kWh per jaar rechtstreeks van de panelen aan huis geleverd. Daarnaast kan overtollige zonnestroom eerst worden gebruikt om de batterij te laden (1263 kWh per jaar).  Vervolgens wordt de elektriciteitsvraag zo lang mogelijk geleverd uit de batterij (1200 kWh per jaar).  Met batterij wordt dus in dit voorbeeld 900 kWh per jaar rechtstreeks vanuit de zonnepanelen geleverd, aangevuld met 1200 kWh per jaar uit de batterij. In plaats van 2100 kWh per jaar hoeft nog maar 900 kWh per jaar te worden ingekocht via het net om te voldoen aan de behoefte van 3.000 kWh.

Het verschil tussen 1263 kWh en 1200 kWh is te verklaren omdat het technisch rendement van energieopslag bij elektriciteit ongeveer 95% is.

Als voorbeeld geeft onderstaande figuur de situatie weer aan het eind van de zomer.  Er is voldoende opwek om aan de verbruiksvraag te voldoen en er hoeft geen stroom van het net te worden afgenomen.

 

Invloed elektrische auto

De business case voor de thuisbatterij is sterk afhankelijk van de prijs van de accu, de periode van afschrijving (15 jaar in dit voorbeeld) en de hoeveelheid opgeslagen energie in de batterij voor eigen gebruik. Heb je zonnepanelen en een elektrische auto die je overdag oplaadt dan haal je misschien al een hoger eigen gebruik dan 30% per jaar en dit verbetert de business case voor zonnepanelen. Maar de business case voor een thuisbatterij verslechtert daarmee, een batterij met een kleinere capaciteit voldoet dan misschien beter.

Met behulp van onderstaande Excel spreadsheet kun je je eigen situatie doorrekenen (jaarlijkse opbrengst eigen panelen en eigen jaarlijkse stroomvraag, zonder elektrische auto). Bij #1 is sprake van de huidige situatie met salderen, bij #2 de situatie zonder salderen en bij #3 de situatie met een optimale thuisaccu.

We hopen je hiermee op weg te hebben geholpen om tot een goede afweging te komen.

Je kan de Excel spreadsheet downloaden voor eigen gebruik via https://ijhorstenergie.nl/wp-content/uploads/2025/01/Businesscase-Thuisbatterij.xlsx