Hoe kunnen we al die zonne-energie opslaan? Vijf manieren om verspilling tegen te gaan

Nog nooit werd er zoveel zonne-energie opgewekt in Nederland als afgelopen woensdag. Het kost steeds meer moeite de groeiende hoeveelheid duurzaam opgewekte energie te bergen. Vijf oplossingen om verspilling te voorkomen.

Solarpark Azewijn. Beeld Raymond Rutting / de Volkskrant

Het record van Jan Willem Zwang is 26 dagen. Zo lang achtereen is zijn gezin al eens energieonafhankelijk geweest. Dankzij vijftien zonnepanelen op het dak van zijn huis in Woudenberg en een grote accu van Tesla aan de muur kon het gezin wekenlang draaien op de eigen energiecentrale. In de zomer weliswaar, wanneer er zonnestroom in overvloed is. Maar Zwang heeft ook een Volvo die deels op elektriciteit rijdt, en de accu van zijn auto moest ook gevuld. Ging allemaal op de zon.

Het lukt alleen als de zonnestroom overdag wordt opgeslagen in de Tesla-accu. Overdag is het stroomgebruik laag omdat iedereen van huis is. Pas als de zon onder is en het gezin terugkeert, is de energie nodig en dan houdt de accu het huishouden draaiend.

Al is Zwang nog niet helemaal tevreden: op zonnige dagen zoals afgelopen week komt er zo veel groene stroom van zijn dak, dat de accu overloopt en hij moet terugleveren aan het net. En dat doet Zwang liever niet. Want Zwang is niet alleen begaan met het klimaat, hij is ook duurzaamheidsadviseur voor andere bedrijven en wil ook daarom graag zo groen mogelijk leven. Dat betekent: zo veel mogelijk gebruik maken van de zon die op het eigen dak schijnt. Dus komt er binnenkort een accu met nog meer capaciteit. Zodat het record verbroken kan worden.

Met zijn accu doet Jan Willem Zwang in het klein wat in het groot nodig is voor een duurzame energievoorziening. Nu al kost het geregeld halsbrekende toeren om overvloedige stroom van wind en zon te kunnen bergen, maar hoe gaan Nederland, Europa en de rest van de wereld dat de komende jaren oplossen, als de hoeveelheid duurzaam opgewekte elektriciteit verder groeit? Waar laten we de zon? En de wind? Vijf oplossingen, die alle nodig zijn voor een duurzame stroomkring.

Waar moeten we alle zonne-energie laten? Beeld Cornelie Tollens

1. Duurzame bronnen uitzetten als er te veel stroom is

Eeuwig zonde natuurlijk: waait het lekker en schijnt de zon, staan overal aan de einder windmolens stil, de rotors roerloos in de wind. Als het aanbod van stroom groter is dan de vraag, is het uitschakelen van duurzame bronnen nu vaak de eerste en goedkoopste optie. Dat komt deels doordat veel Nederlandse stroom wordt geproduceerd door de vijf kolencentrales (nu zijn het er officieel nog zeven: twee sluiten over precies een week) en die kunnen niet even snel een standje lager worden gezet. Gascentrales kunnen dat wel, maar die staan op hun beurt vaak weer stil door de lage kolenprijs. Dubbel slecht voor het klimaat, want kolenstroom veroorzaakt veel meer kooldioxide dan stroom opgewekt met gas en nog veel meer dan groene stroom. Een kilowattuur stroom (ongeveer negen uur televisiekijken met een moderne televisie) die is opgewekt met een gascentrale levert gemiddeld 360 gram CO2 op; dezelfde hoeveelheid stroom uit een kolencentrale resulteert in ongeveer 700 gram.

EON-kolencentrale, Rotterdam. Beeld Hollandse Hoogte

Om iets te doen aan de overcapaciteit op de Nederlandse stroommarkt zouden het best meerdere kolencentrales gesloten kunnen worden. Maar dat is een dure optie en energieproducenten kijken vooral naar elkaar. 'Wie als eerste gaat afbouwen, is een potje blufpoker', zegt Laurens de Vries, universitair hoofddocent Energie en Industrie aan de TU Delft. 'Je hebt natuurlijk liever dat een concurrent een centrale sluit dan dat jij dat moet doen.'

Om kolen economisch minder aantrekkelijk te maken is een hogere prijs nodig voor de uitstoot van CO2, maar die komt niet van de grond. 'Brussel had het CO2-beleid tanden moeten geven, maar dat is niet gebeurd', zegt De Vries. Dus zullen windmolens voorlopig nog geregeld stil staan.

Het stoppen met kolenstroom

Het stoppen met kolenstroom levert grote besparingen op in de uitstoot van CO2: sluiting van de vijf Nederlandse kolencentrales vanaf 2020 zou de totale emissies in Nederland tot 2050 met 30 procent verminderen, schreef minister Kamp in een brief aan de Tweede Kamer van begin dit jaar. De netto-afname is minder, doordat Nederland dan meer kolenstroom uit Duitsland zal importeren.

2. Stroomsnelwegen aanleggen van Zuid- naar Noord-Europa

De zon schijnt er vaker en intenserdan bij ons, een van de redenen waarom horden Nederlanders de komende maanden naar het zuiden trekken. Zuid-Europa is dankzij de vele zon geschikter voor zonnestroom dan het noorden. Overschotten in het zuiden laten zich via stroomkabels eenvoudig naar het energiehongerige noorden overhevelen. Het aanleggen van stroomsnelwegen is een relatief goedkope oplossing, al zijn er véél kabels nodig; minstens een verdubbeling. Daar zit het probleem. 'Gemeenten in Frankrijk zitten niet te wachten op de aanleg van hoogspanningsmasten', zegt De Vries. Ondergrondse aanleg van kabels, zoals in Duitsland her en der gebeurt, is een oplossing. Maar wel een dure. En in bergachtig gebied vaak onmogelijk.

Beeld Hollandse Hoogte / Flip Franssen

3. Schuiven met de vraag

Al anderhalve eeuw lang is de stroommarkt vraaggedreven. Als bedrijven en huishoudens meer nodig hebben, schakelt de energiemaatschappij vermogen bij. Het stroomnet is altijd perfect in evenwicht en netbeheerders beheersen deze balanceeract tot in de puntjes. Door de opkomst van duurzame stroom is het steeds minder de vraag die bepalend is, en steeds meer het aanbod. We hebben nu eenmaal niet in de hand wanneer het waait en de zon schijnt. 'Eigenlijk moet de vraag afgestemd worden op het aanbod', zegt Hamilcar Knops, adviseur bij de Adviesraad voor wetenschap, technologie en innovatie. Thuis betekent dit: de wasmachine laten draaien als de zon schijnt en de zonnepanelen snorren.

Met slimme apparaten in huis is een deel van de vraag te sturen, maar het gaat om een druppel op de gloeiende plaat. Bovendien zijn er nauwelijks prikkels om slimme stroomverbruikers te kopen, omdat consumenten een vaste prijs betalen voor hun elektriciteit. Zij kunnen dus niet profiteren van prijsschommelingen.

(Tekst gaat verder onder afbeelding).

Groene stroom in 1881

De eerste publieke stroomfabriek ter wereld draaide op groene stroom! Straatverlichting en een handvol winkels in het Britse plaatsje Godalming kregen in 1881 stroom van een generator die draaide op stromend water uit de rivier de Wey.

Wat evenmin helpt, is dat huishoudens hun opgewekte stroom mogen aftrekken van hun verbruik. Dit zogenoemde salderen betekent in feite dat particulieren hetzelfde bedrag terugkrijgen voor de stroom die ze leveren als wat ze ervoor betalen. Deze regeling heeft het bezit van zonnepanelen gestimuleerd. 'Maar salderen is eigenlijk een verkeerde prikkel', vindt Knops. Als bezitters van zonnepanelen in tijden van stroomoverschotten (meestal overdag als veel mensen op kantoor zitten) weinig geld krijgen voor hun stroom, zullen ze eerder geneigd zijn deze zelf op te maken. Bijvoorbeeld met een slimme wasmachine of vaatwasser. Of ze kopen een accu zoals Zwang heeft gedaan. Zo snijdt het mes aan twee kanten: het net wordt minder belast als er te veel stroom is, en 's avonds hoeft de fossiele centrale minder hard te draaien.

Winstpotentieel, zegt Knops, zit vooral bij grootverbruikers. Deze betalen vaak al een variabele stroomprijs. Als grootverbruikers beter op vraag en aanbod inspelen, is er veel te winnen. Hierover verderop meer.

In Nederland wordt op warme dagen de extra elektriciteitsvraag door airco's vaak al ruimschoots goedgemaakt door de extra opbrengst van alle Nederlandse zonnepanelen, meldde Eneco deze week. Die wekken op een zonnige dag 2.500 megawatt op, ongeveer zo veel als twee grote energiecentrales, en ruimschoots genoeg om aan de extra vraag naar koeling te voldoen.

4. Opslag in accu's

Wat Jan-Willem Zwang thuis in het klein doet, kan ook in het groot: met accu's het overschot aan duurzame stroom opslaan om het te gebruiken als er een tekort is. Eneco experimenteert met het gebruik van thuisaccu's en betaalt bezitters jaarlijks enkele honderden euro's als ze eenderde deel van hun capaciteit beschikbaar stellen aan het energiebedrijf. Door vierhonderd van deze accu's slim te koppelen, ontstaat een 'virtuele energiecentrale' van 1 megawatt waarmee schommelingen in het net op te vangen zijn.

Op andere plaatsen wordt geëxperimenteerd met reuzenaccu's, zoals bij de Amsterdamse Arena, waar 280 'oude' accu's uit elektrische Nissans Leaf gebruikt worden als buffer voor de energie uit zonnepanelen op het dak. De Arena kan binnenkort drie uur draaien op deze accustroom, of als er geen bezoekers zijn, enkele duizenden gezinnen van elektriciteit voorzien.

Plannen voor opslag zijn er genoeg. Aan universiteiten wordt gesleuteld aan materialen die elektriciteit in vaste of vloeibare vorm kunnen bewaren. Zoals mierenzuur, ijzervijlsel of ammoniak. Dergelijke stoffen kunnen in grote hoeveelheden en tegen relatief lage kosten worden ingezet als mega-accu. Zo kunnen stroomreserves worden gebouwd, vergelijkbaar met de olieopslagtanks in de Rotterdamse haven.

Snellaadstation aan de A13. Beeld anp

Spaarbekkens als 'accu'

Een andere manier om duurzame energie te bewaren kan door water op te slaan in een spaarbekken op grotere hoogte. Door grote hoeveelheden water op te pompen in tijden van energieoverschotten en de voorraad te laten terugstromen als er een tekort is, kan het terugstromende water gebruikt worden om stroom mee op te wekken. Dit principe gebeurt op veel plaatsen. In de jaren tachtig kende Nederland het Plan-Lievense waarmee het Markermeer als spaarbekken moest dienen. Het meer zou door hoge ringdijken worden omzoomd en worden gevuld met behulp van honderden windturbines. Een gevuld meer zou genoeg elektriciteit kunnen opwekken om Nederland gedurende eenderde etmaal van elektriciteit te voorzien. Het plan Lievense is nooit uitgevoerd, onder meer vanwege het gevaar van een dijkdoorbraak voor de Randstad.


Een ander voorbeeld van energieopslag is te vinden op het kleine Spaanse eiland El Hierro voor de kust van Afrika. Daar zorgt een waterbassin op 700 meter hoogte voor duurzame stroom als er tijdelijk niet genoeg andere duurzame rbonnen voorhanden zijn. Het meer levert een stroombuffer op voor vier dagen windstilte, iets wat bijna niet voorkomt op het eiland.

Maar er is een probleem met opslag van stroom. Accu's zijn kostbaar en ze slijten, zegt Knops. Elke kilowattuur die je erin stopt en er weer uit haalt, kost daardoor afschrijving. Bij een prijs van 300 dollar per kilowattuur accucapaciteit en een levensduur van duizend cycli, kost elke kilowattuur opslag 30 cent, 'meer dan wat stroom uit het stopcontact kost'. Hoewel accuprijzen snel dalen en het aantal cycli steeds groter wordt, zal accuopslag volgens de onderzoeker nog lange tijd meer dan 5 cent per kilowattuur kosten. Accu's zijn hierdoor niet snel rendabel.
Bijkomend probleem is de roundtrip efficiency, de heen- en weerverliezen, zegt De Vries van de TU Delft. Die is vaak maar zo'n 50 procent. Dat betekent dat van elke kilowattuur die je in een ammoniak- of ijzervijlselaccu stopt, de helft in het niets verdwijnt. 'Grootschalige opslag is op papier veelbelovend, maar in de praktijk te duur.'

Pas als er grote overschotten van groene stroom zijn, worden deze vormen van opslag interessant, zegt de onderzoeker. Voorlopig is er van zo'n windoverschot in Nederland geen sprake. 'Het totaal geïnstalleerde vermogen is ook na het bereiken van het Energieakkoord kleiner dan de basisvraag. Het bouwen van grote opslagcapaciteit is nog niet nodig.'

Het verhaal tegengaan

Accu's als de Powerwall van Tesla en muuraccu's van LG en Solarwatt verliezen langzaam capaciteit als ze meer worden gebruikt. Bij normaal gebruik blijft het verval binnen de perken: Solarwatt garandeert minstens 80 procent van de oorspronkelijke capaciteit na achtduizend cycli in tien jaar. Dat betekent twee keer per dag volledig volladen en leegtrekken en dat haalt vooralsnog zelfs de meest energieactieve consument niet.

Een hoopvolle ontwikkeling is de 'battolyser': een ouderwetse nikkel-ijzeraccu die niet kapot te krijgen is en als mooie bijkomstigheid heeft dat hij waterstof produceert als hij bijna vol is. Grote battolysers kunnen in tijden van een stroomoverschot eerst elektriciteit opslaan, om vervolgens, als het aanbod groot blijft, waterstof te produceren die als brandstof voor auto's en bussen kan dienen.


Het woord is nu al een paar keer gevallen: waterstof - al decennia beschouwd als de energiedrager van de toekomst - lijkt eindelijk begonnen aan een voorzichtige opmars. Zo staat sinds kort in het Duitse Mainz een proeffabriekje van onder meer Linde en Siemens waar waterstof wordt geproduceerd van overtollige stroom uit het windpark en het elektriciteitsnet.


Dit waterstof - de jaarproductie bedraagt gemiddeld 200 ton - wordt onder hoge druk opgeslagen in tanks die bovenop lieflijk glooiende heuvels liggen. Het kan worden bijgemengd in de gasleiding die naar het naburige dorpje Ebersheim loopt, zodat bewoners hun huizen deels al kunnen verwarmen op waterstofgas. Er rijden geregeld ook tubetrailers het fabrieksterrein op: aanhangers waarop grote gascilinders liggen waar het waterstof onder nog hogere druk in wordt opgeslagen. Dit waterstof kan worden gebruikt om tankstations te bevoorraden, die op hun beurt waterstofbussen laten rijden.

Of het proces wordt omgekeerd: in tijden van schaarste wordt met behulp van grote brandstofcellen stroom gemaakt uit waterstof. De fabriek draait niet op waterstof en goedertierenheid alleen; het idee is dat door handig gebruik te maken van prijsverschillen in elektriciteit er geld verdiend kan worden.


Maar ook hier zijn de verliezen aanzienlijk: de elektrolyseapparatuur draait met een maximaal rendement van 70 procent, wat behoorlijk goed is. Maar de omzetting en de energie die het onder druk brengen van waterstof vergt, leiden ertoe dat het totale rendement nog altijd ongeveer 50 procent is. Van elke groene kilowattuur gaat ook in Mainz dus de helft in rook op.


Het Japanse Mitsubishi doet met Eneco iets vergelijkbaars in de deelstaat Sleeswijk-Holstein, maar dan met een accu van 50 megawatt; de grootste van Europa en met genoeg capaciteit om ruim vijfduizend gezinnen een dag lang van stroom te voorzien. Accu's als deze hebben een hoger rendement van 85 procent, zegt Eneco, al moet in de praktijk blijken of de opslag kostenefficiënt kan.

Een andere, vaak genoemde buffer zijn elektrische auto's. Een accu van een Tesla Model S is groot genoeg om een gezin tien dagen van stroom te voorzien. Als er steeds meer elektrische auto's komen, kunnen deze in theorie prachtig als overloopgebied voor overtollige groene stroom dienen. De groei van elektrische auto's lijkt bovendien mooi tred te houden met de groei van het aanbod duurzame energie.


Maar het probleem van de kosten blijft, want het laden en ontladen veroorzaakt slijtage en kost geld. Bovendien blijven mensen ook in tijden van stroomschaarste autorijden, waardoor de buffers van auto's hooguit genoeg zijn voor een paar dagen.


Dat is te weinig. Een nachtmerriescenario voor de toekomst, als Nederland volledig op duurzame stroom draait, is een Elfstedentocht, zegt De Vries. Waar schaatsers al jaren reikhalzend naar uitkijken, is voor energieproducenten straks een ramp. Die gebeurt als een hogedrukgebied in de winter wekenlang boven Europa blijft liggen, waardoor er geen wind is en de zon vanwege zijn lage stand weinig oplevert. Door de koude is er juist veel vraag naar verwarming, waardoor warmtepompen in huizen en kantoren op volle kracht draaien. Kortetermijnopslag in auto's raakt snel uitgeput en er zijn geen kolen- en gascentrales meer om aan de vraag te voldoen.

'Voor dit scenario moeten straks enorme statische accu's worden gebouwd', zegt De Vries. 'Maar er is geen bedrijf dat daarin wil investeren, omdat zo'n tekort bijna nooit voorkomt en de investeringen groot zijn.'


Wat te doen? 'Je zou kunnen denken aan een abonnement waarmee afnemers gegarandeerd zijn van een minimumaantal kilowatt capaciteit', zegt De Vries. Om er straks zeker van te zijn dat de warmtepomp ook tijdens een Elfstedenwinter blijft draaien, betaalt elke klant nu maandelijks een klein bedrag voor de hoeveelheid stroom die hij minimaal nodig heeft. 'Als zo'n uitzonderlijke weersituatie zich dan voordoet, heeft iedereen lange tijd geld gestoken in achtervang.' Een beetje zoals huiseigenaren in een VvE nu geld opzij zetten voor de reparatie van het dak over dertig jaar.

5. Maak het op

De mega-accu's, stroomsnelwegen, een grote elektrische autovloot; ze zijn er allemaal nog niet. Er zijn dus nog maar weinig mogelijkheden om de groene stroomvloed - die ook nu al geregeld optreedt - goed te managen. Dus zetten we windmolens uit, en schakelen we zonnepanelen af. Eeuwig zonde inderdaad.

Maar er is nog een oplossing, een heel eenvoudige. 'Maak het op,' zegt Knops. 'Opslag van stroom zal altijd een laatste redmiddel blijven.' Bedenk liever manieren om het stroomgebruik makkelijk te vergroten. Kansen liggen vooral bij industrieën die veel met stoom werken, zoals in de Botlek en andere regio's waar veel chemie is. Dat zijn de grootverbruikers, en voor deze gebieden is het investeren in enorme waterkokers financieel interessant, blijkt uit een studie die Knops in zijn vroegere tijd als onderzoeker aan de TU Delft met andere onderzoekers heeft uitgevoerd.

(Tekst gaat verder onder afbeelding).

Windpark bij en in het IJsselmeer. Beeld Hollandse Hoogte / Robin Utrecht

Reuzenwaterkokers zijn relatief goedkoop te maken en kunnen naast bestaande installaties worden gezet. Meerdere fabrieken kunnen de stoomopbrengst (en de bouwkosten) delen. Als stroom bijna niets kost in tijden van overschotten, schakelen fabrieken over op de waterkoker, die op zo'n moment goedkopere stoom levert. Stoom met stroom dus.

Het produceren van stoom kost geweldig veel energie, en met waterkokers kunnen overschotten zo goedkoop en efficiënt worden opgesoupeerd. Het spel met duurzame stroom lijkt daarmee ineens verdomd veel op hoe economische processen altijd al verlopen, stelt Knops. 'In feite gaat het om het wegwerken van overschotten.'

Voor Jan Willem Zwang spelen deze problemen allemaal niet. Als hij 's avonds thuis komt, draaien koelkast, ledlampen en televisie op de accu aan de muur, die zich de afgelopen zonnige periode dagelijks volzuigt met groene stroom van de zonnepanelen op het dak. Zwang heeft zijn zaakjes voor elkaar. Nu de rest van de wereld nog.

Het principe van de megabatterij

Ze heten superbatterij of megabatterij: enorme overloopgebieden voor overvloedige duurzame stroom die in de jaren na de decenniumwisseling geregeld op ons af zullen komen.

Het principe achter deze batterijen is steeds hetzelfde: met behulp van elektriciteit wordt waterstof geproduceerd waarmee een tweede stof wordt omgezet in een derde, die lange tijd bewaard kan worden. Bijvoorbeeld: stikstof + waterstof maakt ammoniak.

Op het moment dat de in de nieuwe stof opgeslagen energie nodig is, wordt het proces omgekeerd en komt energie vrij, zonder extra CO2. Energiebedrijf Nuon experimenteert met de TU Delft met de opslag van energie in ammoniak. Nuon wil vanaf 2023 in de Magnumcentrale waterstof uit ammoniak gaan bijstoken. Na 2030 wil het bedrijf uit overtollige wind ammoniak gaan produceren. Het bedrijf heeft de minister van Economische Zaken gevraagd of de ammoniakcentrale onder de huidige subsidieregeling voor groene stroom kan komen te vallen.

Een vergelijkbaar principe kan worden toegepast op mierenzuur en ijzervijlsel, waarmee aan de TU Eindhoven wordt geëxperimenteerd.

Waterstof zelf kan ook als energiedrager dienen, maar de opslag daarvan is ingewikkelder omdat waterstof - in tegenstelling tot bijvoorbeeld ammoniak - onder hoge druk moet gebeuren. Nadeel van megabatterijen met ammoniak, mierenzuur of ijzervijlsel is overigens dat bij omzettingen van de ene naar de andere stof veel energie verloren gaat.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden