Update : Energiewende published an analysis in which it states : "Grids are cheaper than storage facilities." The paper explains that we have to go for the largest possible grid so that sources and demand will level out eventually. It assumes due to the lack of storage there will be surplusses up to 41 GW at times in 2030, free electricity, which one would have to transport over ever longer distance to sell, meaning you lose a lot on the way and have no real guarantee to sell. While advising against any investment in storage it is said storage would be necessary if renewable energy reached 70% of production. Why not start now then? Arguments cost cost cost, which is a bogus and does not take into account the real cost of the grid, which is more emissions over a longer period. If you where free to build for instance a SMES factory running on renewables the cost would be very low. In short, Agora Energiewende sucks.
Het electriciteits netwerk is duur, het kost vele miljarden om aan te leggen, het kost vele miljoenen om te onderhouden. In Nederland is het aaneengeregen uit deelnetten van de voormalige lokale energie bedrijven zoals Remu, Eneco etc. Er is een sterke lobby voor een Europees Smart Grid, oa met als doel het transport van zonnestroom uit de woestijn, Desertec (tot voor kort). Het net is een voorwaarde voor de internationale electriciteits markt, met als gevolg dat de lobby voor (ongeacht of het een goed idee is) genoeg geld heeft.
Smart grids zijn netwerken waar beter bekend is wat er doorheenstroomt. Een netwerk heeft geen opslagcapaciteit, er blijft geen stroom tussen uw lichtschakelaar en de lamp in het snoer zitten als u de lamp uitschakelt. Daardoor is het op peil houden van het voltage (voor u van 230 volt) een gevoelige kwestie. Zogauw iemand in uw buurt stroom gebruikt gaat het voltage voor u niets omlaag, en moet worden aangevuld. Als op grote schaal mensen de schakelaar omhalen moet ergens een centrale harder gaan draaien. Hoewel dit waar is heeft niemand echt inzicht in de ‘stabiliteit’ van het net en kan het ook als boeman gebruikt worden voor allerlei zaken.
Deze dynamiek wordt netjes verborgen, u krijgt geen informatie over de stroom variabiliteit/netzekerheid in uw wijk voor de komende 24 uur. In landen waar centrales niet stand by staan maar er bv. fossiel tekort is bestaan er wel schema’s,dwz tussen 12 uur ‘s nachts en 6 uur ‘s ochtends geen stroom. Soms zoals in landen als Pakistan is er een half uur geen stroom, zit je opeens alleen maar bij kaarslicht in het snel warmer wordende resaurant te eten. Deze gevoeligheid wordt momenteel gebruikt om zn. Combi opwekking (Kombikraftwerke) te promoten, dat is een combinatie van bv. Zon, wind en biomassa. Maar eigenlijk is dit een domme oplossing, met name bedoelt om de huidige complexiteit te behouden.
Energie wordt momenteel hoofdzakelijk opgeslagen in eenmalig bruikbare vorm, dus kolen, gas, uranium. In wezen zijn dit opslag media die permanent vernietigd worden bij gebruik. Er is dus opslag, maar deze wordt niet als zodanig erkend. Hoeveel kolen er ook klaarliggen een centrale heeft een eindige capaciteit, die ook afhankelijk is van de mogelijkheid om te koelen, dus in de zomer is deze lager dan in de winter. In wezen gedraagt ons energie systeem zich als een wegwerp batterij die langzaam leegraakt. Ook het aanvullen van de berg kolen of plas olie wordt op gegeven moment zo energie intensief dat het niet meer kan en dan is het afgelopen met de wegwerp batterij. Als de kolen op zijn kunnen de centrales worden afgedankt.
Het is zeker waar dat het eind voor kolen en gas nog niet in zicht is, maar er moet een existentiele beslissing worden gemaakt want door deze brandstoffen te gebruiken verzekeren we onze extinctie. De belangrijkste factor hierin is de vrijheid van de fossiele sector. Die mag doen en laten wat ze wil, voornamelijk omdat mensen er van afhankelijk zijn geworden. Voor de sector is het vanzelfsprekend door te gaan, voor de consument is het dat niet, want de consument snapt dat het anders moet en kan. Het opslaan van hernieuwbare energie is een sterke enabler voor een welvaart die niet meer zucht onder de fatalistische fossiele knoet.
Zon en wind en golven en geothermie zijn als een brandend vuur in een kolencentrale. Als je er slim mee omspringt kun je er je welvaart op baseren door er de zaken mee te produceren die het leven aangenaam maken. Deze bronnen zijn echter niet constant (hoewel golf en getijden energie zeer voorspelbaar zijn). Het is alsof de kolen met onzekere snelheid op de lopende band naar de oven worden geschept. Opslag van zonneenergie voor dat deze vrij komt vindt plaats in de zon. Windenergie is vaak opgeslagen in een warme oceaan of landmassa. Zo wordt er meestal niet over gedacht. Opslag van windenergie kan de praktisch bruikbare capaciteit van een windpark vergroten door stroom uit turbines en batterijen tegelijk vrij te laten komen. Stroom opslaan in turbines kan heel efficient in de turbine pilaren mbv zogenaamde Nikkel Waterstof batterijen. Deze zijn zeer duurzaam en met wat verbeteringen ook zeer efficient. Ze zijn jaren in de ruimte gebruikt omdat ze zo extreem betrouwbaar zijn.
Opslag is een krachtig concept tov het grid. Vergelijk het met een restaurant waar één ober langs 20 tafeltjes gaat en een warme maaltijd in een kleine stoof zet, zodat deze met alle anderen tegelijk gegeten kan worden, of een restaurant waar 20 obers de warme maaltijd tegelijk naar 20 tafels brengen. De optie met één ober is efficienter. Je kunt een windpark met een capaciteit van 50 MW een output geven van 80 MW als je in de stille uren 30 MW opslaat. De productiecapaciteit hoeft dus niet de piekvraag te zijn.
Oplaan van stroom is ook belangrijk omdat er nu steeds meer stroom en warmte thuis wordt geproduceerd. Het transport van stroom leidt tot verliezen, vooral op het laagspannings stuk. Een accu in elk huis ter groote van een wasmachine is genoeg voor een gemiddeld gezin. Dat kunnen lood accu’s zijn, die rijden tenslotte met 130 km/u overal rond. Het mogen ook nieuwere accu’s zijn of zeer oude zoals Edison Accu’s, die zeer stabiel zijn en waarvan de oudste meer dan 100 jaar is en nog prima werkt. Uw investering in een Edison Accu (zn. NickelIJzer) heeft u er na 8 jaar uit, en dan gaan ze nog jaren mee. Ze zijn bovendien alkalisch (geen zuur), produceren in het uiterste geval H2 maar zijn niet kapot te krijgen. Ze werden jaren in treinen gebruikt en van het ene versleten treinstel naar het nadere verhuist.
Opslaan kan in vele vormen, er wordt veel over Pumped Hydro geschreven, maar dat is echt geen slimme aanpak. Het is vooral een interessante aanpak vanwege de bouw en financiele component, het zou in Nederland veel werk vergen. Daarmee is niet gezegd dat het Markermeer niet een pumped hydro meer kan worden oid. Het is alleen nergens voor nodig.
CEAS ofwel Compressed Air Energy Storage is ook geen handige optie. Men vergeet te vertellen dat er bij het comprimeren van de lucht warmte vrijkomt (energie) die niet wordt opgeslagen, en later nodig is bij het vrij laten komen van de lucht. De turbines van een CEAS systeem hebben dus warmte nodig, en waar moet die vandaan komen? Kolen?
"During peak hours, the compressed air is released and heated, turning the turbines to create power when needed" (bron)
SMES is Superconducting Magnetic Energy Storage, dwz je wekt een stroom op in een supergeleidende ring, die blijft door de ring stromen tot je hem gebruikt. Een beetje als een vliegwiel alleen dan zonder bewegende delen. Het verlies zit hem in het koel houden van de supergeleidende ring, verder lijkt dit een redelijk ideal systeem. Het kan best zijn dat als men dit in een granietformatie doet dit weinig koel energie verbruikt, en dus goed werkt.
SMES voor een kleine waterkrachcentrale in Duitsland (bron)
"Once the superconducting coil is charged, the current will not decay and the magnetic energy can be stored indefinitely." (bron)
SMES lijkt ook voor huishoudens of wijken een goede oplossing. De materialen zijn niet per se duur (ceramiek). Als er industriele toepassingen worden aangeprijst is het vaak ook een prima product voor thuis, alleen bestaat er dan economisch gezien al een markt die niet mag worden aangetast. SMES werd al in 1997 in vijf staten met een capaciteit van 30 MW in de VS toegepast. 100 MW SMES opslag is mogelijk. Het is na CEAS de makkelijkst op te schalen optie (volgens informatie uit 1997). Het is vele malen makkelijker een ondergrondse SMES opslag te regelen, dan een CEAS of Pumped Hydro installatie te bouwen.
SMES is op te schalen tot de GWh capaciteit, genoeg om een gemeenschap uren van stroom te voorzien. Er wordt gewerkt aan zn. HSMES, waarbij hoge temperatuur supergeleiders worden gebruikt, iets waar in 2003 door E.ON AG een demo van werd gebouwd. Hierover is verder weinig informatie te vinden.
Een belangrijke eigenschap van SMES is de hoge piekvermogen, dus het amperage dat direct beschikbaar is of opgenomen kan worden. Meer over SMES opslag hier.
Ultracaps
Ultracapacitors zijn weer een andere manier van stroom opslaan. Het zijn in wezen accu’s met extreem weinig accu vloeistof (redox medium) maar extreem grote electroden. De normale batterij reactie net vindt niet plaats, maar de lading wordt opgeslagen door het binden en herorienteren van de redox stoffen. Het omgekeerde is de Flow Battery die extreem veel accu vloeistof heeft ivm met de kleine electroden. Ultracapacitors zijn zeer goed in staat plotselingen enorme stromen op te wekken, en gaan bij goed gebruik zeer lang mee. Ze zijn goed te fabriceren met koolstof, plastic en eenvoudige battrij vloeistof en zouden dus goedkoper moeten worden. Ze zijn zonder dat we het door hebben al op vele plaatsen in gebruik, bv. ook in electrische auto’s voor het bufferen van de batterij output en rem input.
In het plaatje hierboven wordt de indruk gewekt dat ‘high power supercaps’ altijd een korte ontladingstijd hebben. Dat is niet waar, ze kunnen wel zeer snel ontladen, maar dit proces is zeer goed te beheersen, zodat de energie in een ultracap ook over dagen, weken of maanden benut kan worden. ‘Discharge time at rated power’ van een ultracap zondermeer is dus iets heel anders dan deze maat voor een apparaat dat van ultracaps gebruik maakt.
Op de korte termijn zijn er dus iig redelijke oplossingen voor het opslaan van electriciteit voor bedrijven en consumenten. De kosten moeten zeker omlaag, maar dat is niet zozeer een kwestie van tijd, maar van het toepassen van hernieuwbare energie. Een accurecycler werkend op hernieuwbare energie heeft lagere kosten (krimpende energie kosten) en maakt zo het bezit en onderhoud van accu’s goedkoper. Het ontwikkelen van een makkelijk recyclebare lood accu is mischien ook geen gek idee. De dingen slijten nauwelijks, alleen de electroden moeten worden terug gebracht in de oorspronkelijke vorm.
De meesten van de bovenstaande technieken dateren terug tot in de 70er jaren, de olie crisis
De vraag is wat nu slimmer is, dure grondstoffen en energie investeren in een grid, een netwerk, dat geen welvaart brengt zonder verbonden te zijn met centrales, dat stroom verdeelt op een manier die eigenlijk nergens voor nodig is, dat een groot deel van het budget van hernieuwbaar opslurpt, of opslag, accu’s of andere technologie, die een zeer robuust systeem creert met eindige kosten, overzichtelijk onderhoud en waar bovendien vele eenvoudige vakmensen een baan aan kunnen hebben? Zogauw u uw eigen stroom kunt opslaan en produceren en van het net afkan, zou u dat toch doen? Waarom dan die miljarden in een netwerk investeren waarvoor u blijft betalen? Is ‘Smart’ dan wel echt smart?