Energieopslag: omgaan met uitdagingen en kansen

Een belangrijke uitdaging bij de productie van hernieuwbare energie (zoals wind, zon en getijden) is het garanderen dat de opgewekte elektriciteit uit deze onregelmatige bronnen beschikbaar is wanneer nodig – net zoals momenteel het geval is bij energie uit fossiele brandstoffen.

Die uitdaging dient zich op vele manieren aan. De productie van hernieuwbare energie is onderhevig aan weers- en seizoensonderbrekingen, wat betekent dat het aanbod niet aansluit bij de vraag van eindgebruikers. Er zijn ook beperkingen op het nationale elektriciteitsnet die voor uitdagingen kunnen zorgen wanneer er een verhoogde productie van hernieuwbare energie in de energiemix is, omdat het aanbod van de opwekking ver weg ligt van grote vraagbronnen. Energieopslag is een middel om deze uitdagingen op te lossen, en deze relatief recente verschuiving in de vraag naar verbeterde opslagcapaciteit biedt kansen en uitdagingen voor marktdeelnemers. Dit leidt tot een grotere interesse in de markt van investeerders, ontwikkelaars en bedrijven die kijken hoe opslagoplossingen in hun portfolio's of activiteiten kunnen worden geïntegreerd.

In dit eerste van een reeks van vier artikelen, gebaseerd op onze ervaring met klanten en door middel van onderzoek, presenteren we een overzicht van de huidige markt voor energieopslag en schetsen we zowel de kansen als de complexiteit die gepaard gaan met investeringen en operationele activiteiten in die markt. In latere artikelen zullen we ons richten op specifieke overwegingen op het gebied van energieopslag, zoals de huidige marktontwikkeling, het beleids- en regelgevingslandschap, de huidige en verwachte economische modellen voor het opslaan en leveren van energie, en problemen die voortvloeien uit de supply chain die betrokken is bij energieopslag.
 

Het kader schetsen

De wereld evolueert van een meer gecentraliseerd energiesysteem op basis van fossiele brandstoffen naar een gedecentraliseerd model dat gebruik maakt van energie uit hernieuwbare bronnen. Die verschuiving is grotendeels gericht op het streven naar groenere en duurzamere economieën, maar heeft ook betrekking op gerelateerde kwesties zoals energiezekerheid, die scherp in beeld zijn gebracht door het conflict in Oekraïne.

De overgang naar het gebruik van hernieuwbare energiebronnen – inclusief de technologieën die nodig zijn om op te schalen – is echter niet lineair en het tempo van de veranderingen varieert sterk per marktsegment en geografie. Die variatie kan worden toegeschreven aan een aantal factoren, maar omvat:

• De economische of marktdynamiek van elk segment 
• De mate waarin het nationale en regionale beleid elk aspect van de transitie voorschrijft 
• De complicaties die inherent zijn aan de verandering 

In het geval van het segment energieopslag in Nederland spelen al deze factoren een rol. Voordat we ze in meer detail bekijken, helpt het om een breed inzicht te hebben in de technologische noodzaak en beschikbare middelen voor energieopslag, en hoe die middelen kansen bieden voor zowel ondernemers als investeerders.
 

Rol voor opslag – Elektriciteitsnetwerken

Het doel van energieopslagmiddelen is om energie op te slaan op momenten dat deze in ruime mate kan worden geproduceerd voor later verbruik wanneer de vraag hoger is of de opwekkingsniveaus lager zijn. Hoe het gebruik van elektriciteit wordt uitgesteld, is essentieel voor het begrijpen van de economische, technische en politieke overwegingen die verband houden met energieopslag. Simpel gezegd, er zijn middelen op kortere en langere termijn om energie op te slaan voor later verbruik. Hieronder vindt u voorbeelden van de verschillende rollen die opslagmiddelen kunnen spelen:

• Congestie – Congestie treedt op wanneer er te veel elektriciteit wordt getransporteerd op een bepaald deel van het net. Dit heeft tot gevolg dat het net overbelast raakt en er geen extra elektriciteit in dit gebied kan worden getransporteerd. opslagmiddelen kunnen worden gebruikt om elektriciteit van het systeem in deze gelokaliseerde gebieden af te nemen om het elektriciteitsnet te ontlasten door overtollige elektriciteit op te slaan, die vervolgens kan worden gebruikt tijdens perioden van lagere productie of hogere vraag. Deze eis volgt vaak op een kortere duur;
• Frequentie- en balanceringsdiensten – De elektriciteitsnetwerken moeten een bepaalde frequentie (d.w.z. 50 Hz) handhaven om ervoor te zorgen dat ze efficiënt kunnen werken. De frequentie in het net kan worden beïnvloed door factoren zoals de mix van elektriciteitsopwekking en de onbalans tussen vraag en aanbod in het netwerk. Opslagmiddelen kunnen worden gebruikt om elektriciteit te leveren of af te nemen van/naar het net om de vereiste frequentie op het netwerk te behouden.
• Deze eis volgt vaak op een kortere duur; Back-upstroom – opslagmiddelen kunnen een bron van elektriciteit zijn voor het netnetwerk in gevallen waarin het
• net moet worden uitgeschakeld; Load shifting – opslagmiddelen kunnen worden gebruikt om de vraag naar elektriciteit of de opwekking te verschuiven naar een andere periode waarin het economischer of efficiënter is voor de gebruikers van het net (bijv. het opslaan van windenergie die om 03:00 uur wordt geproduceerd om overdag te worden gebruikt wanneer
• de vraag hoger is) en; Lange duur (seizoensgebonden) – opslagmiddelen kunnen worden gebruikt om energie op te slaan tijdens een periode van hoge productie (d.w.z. zonne-energie in de zomer) en de elektriciteit te gebruiken tijdens een periode van hoge vraag (d.w.z. de winter). Deze aanpak kan langdurig basislastvermogen leveren aan het elektriciteitsnet.

Tijdens onze enquête onder marktdeelnemers in Q1 2023 werden congestiebeheer (93%) en frequentie- en balanceringsdiensten (93%) beschouwd als de gebieden waar opslagmiddelen op dit moment het meest essentieel waren. Dit benadrukt de rol die opslagsystemen kunnen spelen bij het waarborgen van de stabiliteit van het net wanneer het reageert op de groeiende hoeveelheid intermitterende hernieuwbare energiebronnen
 

Rol voor opslag – Alternatief gebruik

Het bovenstaande richt zich op de rol die opslag kan spelen binnen het elektriciteitsnetportfolio. Daar zullen naar verwachting de grote investeringen naartoe gaan, maar er is ook ruimte voor kleinschaligere energieopslagprojecten om een rol te spelen. Dit kan zijn door te voorzien in lokale leveringsbehoeften of flexibele off-grid oplossingen.

Opslagmiddelen kunnen voldoen aan de behoeften van zowel industriële als maatschappelijke verbruikers waar toegang tot het net problematisch of oneconomisch is. Een voorbeeld van hoe dit wordt gedaan is door het gebruik van 'achter de meter'-oplossingen waarbij een opslagmedium wordt geïnstalleerd (mogelijk naast op dezelfde locatie gelegen hernieuwbare opwekkingsmiddelen) om een efficiënter gebruik van de bestaande netwerkaansluiting mogelijk te maken. Dit kan uitbreiding op een bepaalde locatie mogelijk maken zonder te hoeven wachten op upgrades van het elektriciteitsnet.

Een andere rol die opslagmiddelen kunnen spelen, is voor bedrijven die actief zijn op locaties waar het niet mogelijk is om toegang te krijgen tot het net en niet-vaste opslagoplossingen kunnen worden gebruikt. Voorbeelden hiervan zijn bouwplaatsen/festivals waar verplaatsbare opslagmiddelen kunnen worden gebruikt in plaats van dieselgeneratoren. Dit kan voordelen opleveren voor bedrijven, aangezien er geen vergunning nodig is voor het opslagmiddel en het kan hen een koolstofarme energiebron bieden in vergelijking met de alternatieve opties.
 

Soorten opslag

Er zijn verschillende soorten opslagtechnieken die kunnen worden gebruikt om elektrische energie op te slaan. Deze kunnen als volgt in verschillende groepen worden ingedeeld:

• Elektrochemisch – Voorbeelden zijn li-ionbatterijen, flowbatterijen en solid-state batterijen;
• Elektrisch – Voorbeelden zijn supercondensatoren en supergeleidend magnetisch;
• Mechanisch – Voorbeelden zijn onder meer gepompte waterkracht en persluchtopslag;
• Chemisch – Voorbeelden zijn onder meer power to gas (d.w.z. H2)
  
  

Elk van de verschillende technieken en onderliggende technologieën heeft een verschillende mate van volwassenheid en toepasbaarheid voor het elektriciteitsnetwerk op dit moment.

De meest dominante technologie die wordt gebruikt, is de lithium-ion- of Li-ion-batterij, die met name geschikt is voor behoeften van kortere duur, zoals onmiddellijke of onvoorziene pieken in de vraag, of voor frequentie- en balanceringsdiensten zoals hierboven beschreven. Wereldwijd en binnen Nederland zijn er gevestigde grootschalige batterij-energieopslagsystemen (BESS) die gebruik maken van Li-ion-technologie en op netschaal werken.

Voor opslagbehoeften op langere termijn, zoals back-upstroom en lastverschuiving, zijn andere technologieën waarschijnlijk geschikter, waaronder andere batterijsystemen zoals flowbatterijen, opslagsystemen voor vloeibare lucht of opslagsystemen voor perslucht. Als alternatief is er de mogelijkheid om waterstof te produceren via elektrolysers en dit vervolgens op te slaan in tanks of zoutcavernes voordat het wordt gebruikt om elektriciteit te produceren. Deze technologieën bevinden zich wereldwijd nog in de pre-commercialiseringsfase en zijn dus minder ingeburgerd in vergelijking met Li-ion-assets.

Elk van de opslagmechanismen die momenteel in gebruik zijn of binnenkort in gebruik zullen worden genomen, heeft verschillende kenmerken. Hoewel Li-ion-batterijen momenteel het meest ingeburgerd zijn, zijn wij van mening dat een combinatie van opslagtechnologieën nodig zal zijn om de volledige integratie van hernieuwbare energiemiddelen in het elektriciteitsnetwerk in de komende jaren te ondersteunen.
 

In ons volgende artikel kijken we naar de huidige positie voor opslagmiddelen in Nederland. Als u in de tussentijd wilt onderzoeken hoe energieopslag uw bedrijf beïnvloedt - en hoe Deloitte u kan helpen plannen te maken voor de duurzame toekomst - neem dan contact op met Keiran Everden.