Netintegratie: Zonnestroom en Stroomnet, hoe past dat?

30.09.2021 Jos Blom

Netintegratie: Zonnestroom en Stroomnet, hoe past dat?

De groei van PV stroom is enorm. Kan dat allemaal wel verdeeld worden over het elektriciteitsnet?

Het elektriciteitsnet heeft een historie van meer dan honderd jaar. Het eerste netwerkje in Nederland was rondom hotel Krasnapolsky in Amsterdam in 1882. Door de grote vraag naar toegang tot stroom en iedereen daartoe de mogelijkheid te geven werd dit al snel opgepakt door de overheid.

Eerst door steden, de GEB’s; Gemeentelijke Energie Bedrijven. Later ook door Provincies, mijn carrière begon in de jaren ’80 bij het PEN, Provinciaal Energiebedrijf Noord Holland. Nu is er Tennet,  die nationaal de regie voert, aangevuld met regionale netbeheerders over vaak meerdere provincies. Verder werkt Tennet samen met andere landelijke bedrijven in de ENTSO-E.

De ENTSO-E heeft een groter verband dan de EU, omdat samenwerking in een groter systeem voor iedereen voordelen heeft. Het netwerk is natuurlijk mee gegroeid van lokaal rondom een centrale tot een groot internationaal netwerk nu. Voor liefhebber zie HoogspanningsNet Netkaart of op Grid Map waar te zien dat Noord Afrika, Turkije en Rusland ook aangesloten zijn.

Wat een groot systeem. Lijkt wel op een kaart van snelwegen. Daar kan je het best wel mee vergelijken. De op en afritten van snelwegen zijn dan de stations waar hoogspanning omgezet wordt in lagere spanning. Om al die elektriciteit uit zonnepanelen te vervoeren zijn er nogal wat issues.

  • ’s Nachts is er geen stroom of bij bewolking weinig stroom, hoe gaan we die organiseren?
     
  • De gelijktijdigheid van opwek door PV. Er komt zoveel stroom het net in dat de spanning (voltage) te hoog wordt. Door de hoge spanning schakelen de zonnepanelen via de omvormer zich automatisch uit.
     
  • De groei van PV is exponentieel, dit wordt nu niet bijgehouden door de groei van netten.


De oplossing wordt nu samengevat onder één woord: Flexibiliteit. Nu moet je bij een toverwoord dat alles op lost  altijd opletten. Iedereen kan er namelijk een eigen invulling aan geven. Daarom is dit toelichten van groot belang. Er zijn namelijk vijf hoofd flexibiliteitsmogelijkheden

1 Opslag
Dit lijkt een inkoppertje, maar er zijn nogal wat uitdagingen. Er zijn vele vormen van stroomopslag, van vliegwielen met enkele kWh’s tot stuwmeren van GWH’s. Welke is het best? Daarbij creëert opslag altijd verliezen van 10 tot meer dan 50 procent. De opslag favoriet batterijen zijn bovendien vervuilend om te maken en recyclen. Netbeheerders promoten nu thuisbatterijen, goed om hun problemen op te lossen, slecht voor het milieu.

2 Productie
Het maken van stroom moet snel harder en zachter kunnen. De grote aardgascentrales kunnen dit heel goed, kolencentrales veel minder. Kerncentrales zijn overigens heel goed harder en zachter stroom maken, maar ze staan meestal vol aan omdat ze (in het huidige reken en geldmodel) het goedkoopst zijn. Maar aardgas en al eerder steenkool gaan we afscheid van nemen.

Een oplossing is de import van solar fuels, brandstoffen gemaakt op de beste plekken in de wereld qua zon via PV, elektrolyse en waterstof naar synthetische vloeistoffen zoals ammoniak of mierenzuur. Deze brandstoffen kan je (het zit in de naam) verbranden en zo een oude centrale laten draaien. Beter is het natuurlijk om deze solar fuels te gebruiken in brandstofcellen voor warmte (ter plekke) en stroom toepassingen zoals voor onze gebouwen in Nederland. Deze import is er nu nog niet, dat gaat wel vijf tot tien jaar duren voor deze enige omvang heeft.

3 Gebruik
Zet je wasmachine aan of verwarm/koel je huis als de zon schijnt. Een grote pool van flexibiliteit komt bij het (ont)laden van auto’s. De verwachtingen hiervan zijn enorm. Een mooi voorbeeld is Allego, opgericht door Alliander, twee jaar geleden verkocht aan een Franse Investeringsmaatschappij voor 100 miljoen euro en nu gaan ze naar de beurs in New York met een miljarden waardering. En dat na twaalf jaar verlies leiden.

4 Conversie
Het te veel aan stroom overdag kan je omzetten naar een andere energiedrager. Omzettingen noem ik geen opslag want dan wordt de definitie opslag veel te ruim. Ik kom in conflict met de eerste energie hoofdwet: energie gaat niet verloren. In elke vorm van materie zit energie. Alles is dan opslag.

Mijn definitie de energiedrager die je in een opslag doet haal je er ook weer uit. In hoofdlijnen zijn er drie energiedragers: stroom, moleculen en warmte.  Als je bijvoorbeeld ammoniak maakt uit PV gaat men dat eerst lokaal gebruiken in de kunstmest. In de waterstofhype die nu heerst wordt een energievorm wat vergeten: warmte.

50 procent van ons energieverbruik is warmte gedreven. Zet overschotten stroom om (al of niet via een warmtepomp) in warmte en sla de warmte op. Veel goedkoper en duurzamer dan stroom opslaan. Warmteopslag kent ook een groot scala aan vormen, te veel om snel te benoemen.  Gebruik die warmte dan een paar uur of een paar seizoenen later.

 5 Meer stroomnetten
De groei van netten is al lang bezig en zal niet stoppen. Hoe meer net hoe groter het gebied waarover alles verdeeld kan worden. Nu is er een grote maatschappelijke beweging om lokale energie systemen op te zetten en zo veel mogelijk autonoom te worden. Het mooie is dat dit goed voelt. Helaas is dit met ons huidig energieverbruik onmogelijk in Nederland.

Een huis met een groot dak of een woonwijk kan dit wel georganiseerd krijgen, maar de industrie en mobiliteit gaan dit niet redden. Kortom er moet meer net komen. Met de vele PV zal met de zon mee oost-west verbindingen steeds belangrijker worden. Dus naar het verre oosten via Rusland, Midden-Oosten tot China en het wilde westen liefs via IJsland naar Amerika. En dan gelijk ook naar Noord-Afrika zoals ooit het plan Desertec.

Naast meer net zijn er ook meer zaken die netbeheerders moeten gaan oppakken zoals:

  • Regelbare transformatoren. Door de hoge spanning van gelijktijdige opwek is door deze techniek mogelijk de spanning zo te regelen dat veel meer stroom afgevoerd kan worden. Het slim gebruiken van bestaande en toevoegen van meer nieuwe regeltrafo’s is een eenvoudige oplossing die nu amper toegepast wordt.
     
  • Lokale markten / congestie management. Het lokaal houden van energie in zijn totaal is zoals eerder gezegd utopie. Maar een gedeelte is natuurlijk wel lokaal te houden en verminderd het aan/afvoer probleem. Hiervoor is een lokale regisseur nodig en dat is de netbeheerder. Vanwege onzekerheid over de kosten mijden ze nu deze oplossing, de nieuwe energiewet zal meer dwang hierop geven.