Eneergie opslag

Seizoensopslag en energieopslag

Tegenwoordig is er veel maatschappelijke discussie rondom energie opslag. Even voor de helderheid: je hebt twee toepassingen van opslag: dagopslag en seizoensopslag.

Dagopslag is niet zo`n groot probleem. Een zonneboiler is bijvoorbeeld prima in staat om tot bijna een week de warmte van de zon op te slaan (in water) zodat jij de rest van de week warm kunt douchen (efficiëntie circa 95%) en in voor/najaar bijverwarming. Ook een normale (AGM of lithium) accu kan prima energie opslaan zodat jij off-grid s`avonds TV kan kijken en zelfs nog de dag erna (efficiëntie circa 80-90%). Het enige issue met accu`s is dat een accu maar een paar jaar meegaat en enorm vervuilend is, en mede daarom kun je off-grid dus beter een enorm zonnecollector systeem hebben dan heel veel zonnepanelen. Waterstof is voor dagopslag niet eens geschikt met een rendement van slechts 40%, en dat is qua opslag duur en qua veiligheid complex, dus dat valt af (zie de blog "waterstof" voor meer informatie).

Het grote vraagstuk is echter seizoensopslag. Momenteel is er eigenlijk geen opslag die seizoensopslag aan kan voor off-grid gebruik (zie helemaal onderin voor meer details en links). Nee, ook niet nieuwe accu`s met onbeperkt aantal laadcycles zijn géén oplossing, want, je zult dan een schuur helemaal knettervol moeten hebben met zulke accu`s want een huis verwarmen kost nou eenmaal te veel energie. Wel kunnen we door betere accu's een stuk langer rijden met een elektrische auto, maar je huis verwarmen kan dus niet zodra electrische accu's beter worden. Vergeet elektrische opslag.

Als je in een gewoon on-grid huis woont, vergeet dan sowieso seizoensopslag, want er zijn waarschijnlijk de komende 20 a 50 jaar nog genoeg kolencentrales uit te zetten én zonnepanelen en windmolens te plaatsen, vóórdat het enigzins zinvol wordt om zelf inefficiënt lokaal zomer-energie elektrisch op te slaan. Je kunt voorlopig beter groene stroom nemen. Met zelfs Europees nog geen 17% aan groene energie, heeft het als particulier met een eigen on-grid huis echt nog heel lang geen enkele zin. Je helpt de maatschappij méér door on-grid groene stroom te nemen, dan off-grid te gaan met vervuilende accu's.

Meer verwarringen

In mijn cursussen merk ik dat er meer verwarringen zijn. Zo is voor de komende paar jaar zonnepanelen plus warmtepomp plus zonnecollectoren hardstikke handig, want je mag het electriciteitsnetwerk nu nog kosteloos gebruiken als grote accu. Energie-neutraal zijn lijkt ideaal, maar is het vanuit milieu-oogpunt niet. Dat in de winter en in de nacht/ochtend voor jou de kolencentrales dus alsnog aan staan, wordt namelijk meestal vergeten. Als salderen definitief is afgeschaft, dan is een zonneboiler het allerbeste om thuis te hebben (en dus niet: zo veel mogelijk zonnepanelen en een warmtepomp).

Er zijn nog heel veel meer verwarringen in deze chaotische tijd, want iedereen is op zoek naar oplossingen. Zo is een gelijkstroom-elektrische thermische accu niet slim, want dit ding is eigenlijk gewoon een verkapte inefficiënte warmwater-machine. Je stopt er 230V in, en je krijgt er warm water uit, maar dan zónder de efficiëntie van een warmtepomp. Dure grap om hiermee je warmwater te voorzien. We zijn er nog lang niet, en tegelijkertijd is het wel heel fijn dat er wordt geprobeerd.

Overschot?

Soms wordt gezegd dat we een overschot hebben aan duurzame energie, wat dan lijkt alsof we veel duurzame energie hebben. Het is écht schandalig dat hier journalistiek grote aandacht voor is, want die paar dag in het jaar overschot verdoezelt de andere 348 dagen per jaar dat we nauwelijks groen bezig zijn. Slechts 7.3 procent van alle energie werd duurzaam verwekt in 2018, en 60% daarvan is biomassa- ofwel dat zijn de Canadese bossen die we kappen om hier onder de titel "biomassa" op te branden in energiecentrales. In werkelijkheid komt dus nog geen 3% van windmolens en zonnepanelen af.

Waarom wordt er dan wel eens over een overschot aan electriciteit gesproken? Omdat in Duitsland enkele dagen per jaar (6 in 2015) je geld bij electriciteit toe krijgt omdat er meer energie wordt opgewekt dan kan worden verbruikt - zonnepaneel-grasvelden worden in de praktijk nooit uitgezet. O jee een paar miljoen minder winst, nou daar vergaat de wereld echt niet van. De wereld vergaat wel van niet vergroenen. Op deze paar zonnige vakantie- en weekenddagen per jaar staat de groot-industrie toevallig niet aan. Dit zijn verwaarloosbare overschotten: zodanig verwaarloosbaar dat de zonnepaneel-veldjes niet eens worden uitgezet, want: dat kan natuurlijk ook gewoon. Alleen als dit orde van de dag is, zou dit technisch handig zijn om geld aan te besteden. Overschotten hebben we dus écht niet, er zijn nog genoeg kolencentralens om uit te zetten voordat we een overschot hebben.

Wat dan wel: duurzame energie opslag

Waterstof is alleen interessant voor grote industriën om toch op een duurzame manier met groene stroom enorme extreme hittes te maken, zoals voor staal en beton (waar we trouwens sowieso vanaf moeten en kunnen). Vandaar ook dat die industrie over gaat naar waterstof, in een sneller tempo dan dan dat er windmolens en zonneparken bij komen. Electrische accu`s (inclusief nieuwe solid-state varianten) zijn nu en straks ongeschikt om grote hoeveelheden energie in op te slaan: voor verwarming is te veel opslag nodig, en een half jaar energie opslaan is te veel. Zoals gezegd is wel de hoop dat solid-state accu's zorgen voor meer kilometers elektrisch kunnen rijden. Waarschijnlijk zijn onderstaande ideeën een stuk duurzamer dan waterstof:

Conceptueel

De eerste oplossing is kijken naar de schaal. Er zijn diverse alternatieven, zoals: een overschot aan windmolens en zonnepaneel-parken plaatsen zodanig dat wij als maatschappij zelfs hartje winter nog electriciteit over hebben. Dit zelfvoorzienende alternatief is het meest ecologisch (gesteld dat wij mensen alle ruimte mogen gebruiken) maar het minst economisch want je krijgt slecht betaald voor groene stroom in de zomer omdat er dan overvloed is. Omdat dit idee het minst economisch is, gaan we maatschappelijk helaas nog niet deze kant op.

Mijn favoriete oplossing op maatschappelijk niveau is vloeken in de kerk: je hebt nauwelijks energie-opslag probleem als je met de zon leeft. Je hebt natuurlijk nog wel extra energie nodig voor winterverwarming, maar als je energie gebruikt als het er is, dan kun je écht kolencentrales en gascentrales uit gaan zetten. Ik stel dus voor: grote industrie overdag aan en s`nachts uit, s`zomers veel activiteit en s`winters minder. Ik doe dat zelf ook: overdag heb ik de koelkast aan, laadt ik laptop en smartphone e.d. op, en s`nachts niets. In de zomer ben ik elektrisch aan het boren en zagen, en in de winter lees ik boeken. Overdag draai ik een was, s`avonds nooit. Hier kan de politiek het voortouw in nemen: maak s`nachts (en in de winter) electriciteit hardstikke onbetaalbaar, en overdag (en in de zomer) bijna gratis. Je zult zien dat binnen een paar maanden we minder electriciteite verbruiken. Alleen de klimaatveteraan durft deze "gedragsverandering" nu ter sprake te brengen, echter her en der gedragsverandering -al dan niet gestimuleerd door financiële druk- kan de planeet helpen redden. De angst dat we minder luxe gaan hebben wint het nu nog. Gedragsverandering betekent echter niet minder luxe, het betekent luxe op een ander tijdstip.

Industrieel

In mijn blog "waterstof" vertel ik al meer over de grootste CO2 verspillers en bijbehorende opslagmogelijkheden. Echter er zijn nog meer manieren van grootschalig energie opslaan. Dit hangt natuurlijk ook af van lokale omstandigheden zoals stuwmeren, hoewel we door de duizenden stuwmeren wereldwijd momenteel veel natuurschade veroorzaken. Een ietwat lowtec achtige oplossing is op grote schaal energie opslaan in gewichten met zwaartekracht. Ik heb nog oude brainstormplannen liggen om als accu in de schuur een koelkast op te tillen aan een takel, maar de werkelijkheid haalt me in: Energievault en Gravitricity gebruiken zwaartekracht. Volgens mij zijn dit soort systemen op grote schaal perfect als vervanging van gas om vraag en aanbod van het electriciteitsnet op elkaar aan te laten sluiten. Ook het vliegwiel systeem van QuinteQ Energy en het vliegwielsysteem Kinex van S4 Energy zijn daar geschikt voor: 5.000 kilo vliegwiel die binnen slechts enkele milliseconden 5MW aan energie kan bijsturen.

Vervoer

De mooiste vervoer energieopslag is absoluut niet waterstof of elektrische batterijen en toch zeker wel perslucht. Daar kun je auto`s op laten rijden, met een vergelijkbare actie-radius als een electrische auto. Geen accu vervuiling, en heel eenvoudig op te laden met een doodgewone compressor. En dat tanken gaat dan ook nog supersnel. Als je mij vraagt waarom we hier niet maatschappelijk dik op inzetten, heb ik geen antwoord voor je, behalve dan de angst dat voor een kleinere actie-radius (liever geen toekomst voor onze kinderen, dan 2 keer zo vaak tanken, toch?). De TNO doet wel onderzoek naar opslag in perslucht.

Verwarming: seizoensoverbruggende opslag

De omzetting van stralingswarmte naar elektriciteit en terug van electriciteit naar warmte betekent heel veel energieverlies, dus elektriciteit opslaan voor verwarming gaat gewoonweg (echt) niet. Hoe dan wel? Het kan in vele materialen, zolang het dus maar niet elektrisch is. Dit zijn trouwens niet 100% off-grid systemen, want veelal wordt er in de winter een electrische warmtepomp gebruikt om de opgeslagen warmte te transporteren.

Waarom slaan we warmte van de zon niet op in water op wat grotere schaal? Het kan op huisniveau ook met Summerheat, op wijkniveau zoals Ecovat en Hocosto doen, en op woonblokniveau zoals studenten uit Eindhoven met CASA 1.0 bewijzen. De koffie die ik nu (oktober 2021) drink komt uit mijn zonneboilersysteem wat nu 500 liter op 95 graden heeft , dus ik kan me voorstellen dat dit overschot aan energie opslaan in water prima werkt, als de schaal maar groot genoeg is.

Je kunt rechtstreeks warmte ook in andere materialen dan water opslaan, want water gaat tot slechts 100 graden. Op wijk-niveau kun je warmte opslaan in Basalt, wat veel warmer kan worden dan kokend water (450 graden). In ecodorp Boekel wordt het CESAR systeem van Kees van Nimwegen gebruikt - hier wordt wel eerst met zonnepanelen electrisch warmte gegenereerd. Op wijkniveau is Siemens Gamesa een dergelijk systeem in Basalt met warme lucht. En in Finland nog een dergelijk systeem tot wel 600 graden met gewoon zand. Ook beton is volgens EnergyNest een alternatief. Als je wil gaan voor een particulier en zeer betaalbaar do-it-yourself systeem, dan kun je met een groot zonnecollectorsysteem en een begraven buizenstelsel het zand in jouw tuin opwarmen.

Dagopslag

Het is heel realistisch om te zeggen dat we altijd dagopslag nodig blijven hebben. Ik typ dit met pure zonne-energie overdag op een off-grid systeem, maar daar hangt ook een batterij achter voor de verlichting vanavond (overig verbruik doe ik alleen overdag). In de categorie accu`s gebeurt heel erg veel, met name een nieuwe generatie getiteld solid state, en ook accu`s gebaseerd op zout en bromide en waterstof+bromide (zie onderin links). De opslagcapaciteit en de prijs zullen bepalen in hoeverre deze accu's voor off-grid toepassingen massaal gebruikt gaan worden, momenteel is het allemaal nog gruwelijk duur of eenvoudigweg nog niet te koop.

Ongeveer 90% van de artikelen en discussies die ik lees (inclusief journalisten van kranten), verwart dagopslag met seizoensoverbruggende opslag. Met name voor seizoens-overbrugging (om in de winter te verwarmen met de energie van de zomerzon) is namelijk giga veel opslagcapaciteit nodig nodig, en, sorry, daarvoor zijn -nogmaals:- alle elektrische opslag dus echt zeer ongeschikt. Er waait in deze maatschappij een hardnekkig het idee dat we met betere batterijen wel seizoensopslag kunnen doen, en dat is gewoonweg niet zo en dat gaat ook niet gebeuren. Accu`s lopen namelijk teveel leeg om de energie een half jaar later nog te kunnen gebruiken, het gebruikt te veel ruimte en de warmtevraag voor een hele winter is te veel. Oh geloof je me niet? Oordeel zelf: wat heb je aan een super dure zout-accu van 0.7kW als je voor de hele winter aan verwarming 900kW nodig hebt? ;) Dat zou momenteel (2023) 740 duizend euro kosten, plus een extra schuur met alleen maar accu`s, volgelegd met zonnepanelen die níet genoeg energie opvangen om die zoutaccu\`s te vullen. Hebben we genoeg ruimte om ieder woonhuis met een schuur uit te breiden, en iedereen 740 duizend euro te laten betalen? Ik dacht het niet. Voor de volledigheid: met AGM accu`s (die allang leeg zijn gelopen in de winter) zou je 175 duizend euro verder zijn (iedere 5 jaar opnieuw), en met Tesla powerwalls ben je ongeveer 600 duizend euro verder (iedere 10 jaar opnieuw). Zoals je hopelijk met me eens bent zijn deze bedragen niet per huis op te hoesten, en de oppervlakte ook niet. Elektrische opslag is geen seizoens-overbruggende opslag, echt.

Ik wens je veel leesplezier met dit lijstje van overige links die niet in bovenstaande tekst zijn verwerkt:

• zoutwater accu te koop (12V/56Ah voor 850 euro)
• AquaBattery (zout water)
• Universiteit Eindhoven (zout water)
• Dr.Ten (zout water)
• Solid Oxide Fuel Cells (ammoniak/waterstof)
• Elestor (krantenartikel)
• Merits (warmte en zout, gek genoeg zonder zonneboilers)
• Aquion Energy (zout water)
• Suwotec (biobased batterij met zout, zand en bladeren)
• ondergrondse oliebronnen gebruiken als ondergrondse energie-opslag
• Zwavel lithium en natrium

Kijk ook eens bij onze cursus Zelfvoorzienend Off-grid.