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 morgen en de paar dagen erna warm kunt douchen (efficiëntie circa 95%) plús in voor/najaar bijverwarming hebt. Ook een normale huidige (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 en een vervuilende accu. Voor dagopslag is waterstof al ongeschikt 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).
Eigenlijk is dagopslag meer: piek-opslag. Duurzame energie opwekking is nou eenmaal niet constant (zon en wind) en je ziet dus heel veel grootschalige miljoenenprojecten om energie voor korte termijn op te slaan als een soort van buffer. Dus als s`avonds mensen thuiskomen, dat dan toch de energie van de zon overdag gebruikt kan worden bijvoorbeeld. In deze blog zie je hier ook enkele voorbeelden van.
Het grote vraagstuk is echter seizoensopslag. We hebben seizoensopslag nodig omdat we in de zomer genoeg zon hebben en in de winter te weinig om onze huizen mee op te kunnen warmen. Momenteel is er eigenlijk geen opslag die seizoensopslag aan kan voor off-grid gebruik, tenminste, ik behandel het wel in mijn dagcursus Zelfvoorzienend Off-grid maar het is minimaal. Opmerkelijk is dat het hardnekkige misverstand bij zo ongeveer iedereen is dat de seizoensopslag van de toekomst elektrisch zou zijn, en elektrisch wordt het dus zeker weten níet. Nee, elektrische opslag is niet de oplag van de toekomst, ook niet als deze straks zogezegd "onbeperkt aantal laadcycles" hebben, want je zult dan een schuur helemaal knettervol moeten hebben met zulke (onbetaalbare) accu`s want een huis een winter lang verwarmen kost nou eenmaal bizar veel energie. Niet iedereen heeft een miljoen en een grote schuur. De kans is 100% dat we met niet-elektrische opslag gaan werken, en in deze blog zie je daar vele voorbeelden van.
Als je in een gewoon on-grid huis woont, vergeet dan sowieso seizoensopslag, want er zijn waarschijnlijk de komende 20 a 30 jaar nog genoeg kolencentrales uit te zetten én zonnepanelen en windmolens te plaatsen, vóórdat het enigzins zinvol wordt om zelf inefficiënt lokaal zomer-energie op te slaan. Je kunt voorlopig beter groene stroom nemen, en over tientallen jaren heel erg misschien voor niet-elektrische oplossingen kiezen, als je heel rijk bent bovendien. 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.
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 als je energie-neutraal bent, wordt namelijk meestal vergeten. Als salderen definitief is afgeschaft, dan is een zonneboiler het allerbeste om thuis te hebben (en dus niet: alleen maar 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. Een prachtig voorbeeld van verwarringen is deze gelijkstroom-elektrische thermische accu, want dit ding is eigenlijk gewoon een verkapte inefficiënte warmwater-machine. Heel erg dom. 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.
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. Het wordt jaarlijks wel meer, maar reken dan die bos-kap niet mee.
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 wél 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.
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. We zouden het wel kunnen: gewoon volplempen met zonnepanelen en windmolens zodat we met de winterzon nog genoeg hebben; we hebben dan in de zomer zo veel energie over dat we er genoeg andere dingen mee kunnen doen.
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. In plaats van het oneerlijke salderen: maak stroom overdag 5 keer zo duur, en maak s`nachts stroom 5 keer zo goedkoop. Ik voorspel je dat dit meer dan de helft van al onze energieproblemen in een paar maanden oplost. Ik doe dat zelf ook: alleen overdag heb ik de koelkast aan, laad ik laptop en smartphone e.d. op, en s`avonds en s`nachts belast ik de accu niet meer dan met een paar LED-lampjes die mijn huis verlichten. In de zomer ben ik elektrisch aan het boren en zagen (want ik heb dan toch overvloed aan electriciteit), en in de winter lees ik boeken. Overdag draai ik een was, s`avonds staat mijn electrische netwerk bijna helemaal uit. Hier kan de politiek dus het voortouw in nemen. Je zult zien dat binnen een paar maanden we minder electriciteit 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 redden. De angst dat we ietwat minder luxe gaan hebben wint het nu nog van het realisme dat onze kinderen een zeer verschrikkelijke toekomst krijgen als ze even oud zijn als wij. Gedragsverandering betekent echter niet minder luxe: het betekent alleen luxe op een ander tijdstip.
In mijn andere blog "waterstof" vertel ik al meer over de grootste CO2 verspillers en bijbehorende oplossingen. Vooral ammoniak is een belangrijke oplossing, aangezien waarschijnlijk het wereldwijde kolen-transport zal vervangen worden door ammoniak-transport. 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 grote speler in waterkracht is statkraft.com.
Een ietwat lowtec achtige oplossing is op grote schaal energie opslaan in zwaartekracht. Dit soort systemen zijn op zulke grote schaal perfect als vervanging van gas om vraag en aanbod van het electriciteitsnet op elkaar aan te laten sluiten omdat ze snel aan en uit te zetten zijn. 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 voorheen Gravitricity) gebruiken zwaartekracht met enorme gewichten (tot wel 12000 ton) om energie op te slaan. Momenteel worden wereldwijd oude mijnen (zoals in Finland) omgebouwd tot "zwaartekracht mijnen" waar enorm veel groene stroom in kan worden opgeslagen. Ook vliegwiel systeemen van QuinteQ Energy, amberkinetics.com, en s4energy.nl zijn daar voorbeelden van: 5.000 kilo vliegwielen die binnen slechts enkele milliseconden 5MW aan energie kan bijsturen zodat ons stroomnetwerk op precies 50 Hertz genoeg stroom blijft bieden, ook als meerdere mensen tegelijkertijd warmtepompen aanzetten of als de zon even wegvalt. Zwaartekracht is dus zeer geschikt om snel stroom bij te schakelen, en dus om dure gascentrales (die nu zorgen voor een stabiel electriciteitsnetwerk) te vervangen.
Merk op dat de vliegwielen die in de vorige alinea genoemd werden, eigenlijk al niet meer seizoensopslag is maar piek-opslag. Daar zijn industrieel wel meer voorbeelden van, zelfs elektrisch, bijvoorbeeld met vanadium flow batterijen.
De mooiste vervoer energieopslag is absoluut niet waterstof of elektrische batterijen en toch zeker wel perslucht. Daar kun je auto`s (MDI) op laten rijden, met een vergelijkbare actie-radius als een electrische auto, maar dan met veel kortere laadtijden en 0% accu vervuiling. Heel eenvoudig opladen met een doodgewone compressor. 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 (tja liever geen toekomst voor onze kinderen, dan 2 keer zo vaak tanken, toch?).
Overigens, perslucht is uberhaupt een mooie oplossing voor het opslaan van energie. Het gekke is dat we daar bijna niets mee doen, terwijl we alle techniek al heel erg lang kennen. We kunnen al meer dan 100 jaar met success lucht op hele hoge druk bewaren. Daar is niets bijzonders aan. Als je deze techniek combineert met thermische opslag, dan kun je zonder toevoegen van extra externe energie (voor het koelen en verwarmen van lucht) vrij successvol gecompresste lucht gebruiken als opslag. Dit heet dan CAES: Compressed Air Energy Storage, en voorbeelden zijn hydrostor.ca (in grotten e.d.) en een achterlijk groot Chinees project genaamd Nengchu-1 (ondergrondse opslag), en dat is nog maar het begin van wat de Chinezen gaan bouwen. De Chinesen zijn over een decennium echt helemaal zelfvoorzienend met groene stroom dankzij dit soort dingen; dat kunnen we in Europa niet zeggen over 10 jaar (we zijn dan nog over geld aan het ruziën denk ik).
In mijn blog "waterstof" vertel ik hoe waterstof wel seizoensoverbruggende opslag kan zijn, maar niet heel ideaal is. Ook electriciteit is dat niet, want de omzetting van stralingswarmte naar elektriciteit (zonnepanelen) en terug (warmtepomp) geeft te veel energieverlies aan alle kanten, en reguliere accu`s lopen dagelijks te veel leeg voor seizoensopslag. Hoe dan wel? Het kan in vele materialen, zolang het dus maar niet elektrisch is. De systemen hieronder zijn trouwens niet altijd 100% een oplossing, soms wordt er in de winter een electrische warmtepomp gebruikt om de opgeslagen warmte op te krikken naar 45 graden.
Ik heb het hier bewust niet over kern-energie. Niet dat ik daar per see iets tegen heb, alleen het kost zooo veel, dat het om puur die reden vele malen effectiever om dat geld meteen te stoppen in windmolens en zonnepaneel-parken. Dit is dus nog even opzij gezet dat je jouw radio-actieve rotzooi aan generaties na jou toelaat. Per Mw stroom is kern-energie zo achterlijk duur (van begin tot afbraak meegerekend) dat uiteindelijk groene stroom véle malen goedkoper is; dat blijkt uit álle bestaande kernreactoren tot nu toe. Ook duurt het veel te lang voordat die centrales gebouwd zijn, ecologisch gezien moet je nú besparen en niet pas over 15 a 20 jaar, dan is het te laat om het roer om te gooien. Op duurzaamnieuws.nl lees je hier een prachtig artikel waarin je ziet dat deze kernenergie lobby echt heel erg de plank mis slaat. Er valt wel veel geld in te verdienen, dus waarschijnlijk alleen daarom krijgen we toch wel nieuwe kerncentrales. Wederom: liever geld verdienen dan een leefbare planeet.
Waarom slaan we warmte van de zon niet op in water, net als met een zonnecollector maar dan op wat grotere schaal? Het kan op huisniveau ook met Summerheat (is gestopt), en GEP watermanagement met een put (plus helaas inefficiënte PVC panelen ipv extreem efficiënte heatpipes). Op wijkniveau was Ecovat er mee bezig, en nu Hocosto met oa een groot project in Vlieland, het zonnewarmte project in ramplaankwartier Haarlem (helaas met PVT panelen ipv heatpipes), en op woonblokniveau zoals studenten uit Eindhoven in 2022 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. Hoe groter de schaal hoe beter. In de winter kun je vervolgens de warmte gebruiken, of de laatste paar graden efficiënt met een warmtepomp verhogen naar de 40 a 45 graden voor vloer/wand-verwarming en douchen.
Water heeft een absurd hoge energie-opslag, alleen, water gaat tot 100 graden. Daarom zijn andere materialen nog veel interessanter. 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 ETES een dergelijk systeem in Basalt met warme lucht. En in Finland nog een dergelijk systeem tot wel 600 graden met gewoon zand van Vatajankoski / Polar Night Energy. 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 (heat-pipe) zonnecollectorsysteem en een begraven buizenstelsel het zand in jouw eigen tuin opwarmen; dit is het meest ideale systeem dat ik ken wat je ook echt nu zelf kan bouwen!
Tenslotte kun je ook in chemische verbindingen warmte opslaan. De meest hoopgevende is: zout. In Jip en Janneke termen uitgelegd: zout plus water geeft warmte, en zout kun je met warmte ontvochten. Dit is de basis van heel veel warmte in zout opslaan. Hoogstwaarschijnlijk zit hier de toekomst van onze verwarming, al is het nu nog stervensduur en in experimentele fase. Alleen van het Eindhovense bedrijf Cellcius weet ik dat zij met een betaalbaar (voor particulieren) systeem bezig zijn. Enkele andere partijen: niet meer te koop: natrium ion zoutwater accu te koop 12V/56Ah voor 850 euro, AquaBattery (zout water), Universiteit Eindhoven (zout water), Dr.Ten (zout water), Merits (warmte en zout, gek genoeg zonder zonneboilers), Suwotec (biobased batterij met zout, zand en bladeren), Aquion Energy (zout water).
Een wat vreemdere en technologisch ingewikkelere eend in de bijt (warmte uit electriciteit terugwinnen), is opslag van warmte in tin; dit lijkt een industriële niche, maar wel slim bedacht.
Het is heel realistisch om te zeggen dat we altijd wat elektrische dagopslag nodig blijven hebben op particulier niveau. Ik typ dit met pure zonne-energie overdag op een off-grid systeem, maar daar hangt ook een batterij achter voor de verlichting vanavond. In de categorie accu`s gebeurt heel erg veel, met name een nieuwe generatie getiteld solid state, en ook accu`s gebaseerd op zout (zie vorige alinea) 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 en online websites), 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. Ik weet dat 95% van de mensen die dit leest mij niet gelooft. Er waait in deze maatschappij een hardnekkig het idee dat we met betere elektrische batterijen wel seizoensopslag kunnen doen, en dat is gewoonweg niet zo en dat gaat ook nooit gebeuren. Accu`s lopen namelijk te veel snel 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 veel en veel en veel te veel. En, accu`s zijn na een paar jaar onbruikbaar geworden. 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, plús een extra schuur van minstens 870 m3 met alleen maar accu`s, volgelegd met zonnepanelen op het dak die bij lange na níet genoeg energie opvangen om die zoutaccu\`s überhaupt te vullen. Snap je het nu? Hebben we genoeg ruimte om ieder woonhuis met een schuur uit te breiden, en iedereen 740 duizend euro extra te laten betalen? Nee toch? Voor de volledigheid: met AGM accu`s (die je niet duurzaam met stroom kan vullen behalve als je een veldje aan zonnepanelen hebt, plus die zijn allang leeg zijn gelopen in de winter) zou je 175 duizend euro verder zijn (en dat iedere 5 jaar opnieuw!), en met Tesla powerwalls ben je ongeveer 600 duizend euro verder (en dat 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, en dan heb je dus na een paar maanden alsnog lege batterijen omdat deze niet lang genoeg vol blijven. En zoals gezegd heb je dus ook een extra weilandje nodig om die elektrische accu`s op te laden. Elektrische opslag is écht geen seizoens-overbruggende opslag.
Ik wens je veel leesplezier met dit lijstje van overige links die niet in bovenstaande tekst zijn verwerkt:
Kijk ook eens bij onze cursus Zelfvoorzienend Off-grid.
