Alle groene pieken opslaan in een park vol megabatterijen

Energie Groene energie komt met pieken en dalen: alleen als het waait of als de zon schijnt. Batterijparken bieden uitkomst.

De Gateway Energy Storage bij San Diego in Californië is een van de nieuwe batterijparken in de VS.
De Gateway Energy Storage bij San Diego in Californië is een van de nieuwe batterijparken in de VS. Foto Bing Guan/Bloomberg

In een gebouw ter grootte van een voetbalveld vlak bij San Diego in Californië staat de krachtigste batterij ter wereld. Deze Gateway Energy Storage is een lithium-ionbatterij en heeft 250 megawatt vermogen. Overdag laden zonnepanelen de batterij op en hij komt in actie als de panelen te weinig of geen stroom kunnen leveren, op piekmomenten of in de avond.

De megabatterij van energiebedrijf LS Power draait nu een paar weken. Hij is beter te omschrijven als een batterijpark, zoals veel zonnepanelen samen een zonnepark vormen. In een timelapse-video van de bouw zijn kasten met gestapelde batterijmodules in grote hallen zichtbaar. Het batterijpark geeft in eerste instantie op vol vermogen een uur lang elektriciteit. De bedoeling is dat dat uitgebreid wordt naar 4 uur. Qua techniek werkt zo’n batterij niet heel veel anders dan de batterij in een telefoon of auto. Het verschil zit hem in schaal: de batterij in San Diego is nu 25 en straks 100 miljoen keer groter dan die in een telefoon.

Overal ter wereld worden nu batterijparken gebouwd. Alleen al in Californië, waar stevig op zonne-energie wordt ingezet, moet eind dit jaar 648 megawatt batterijvermogen beschikbaar zijn, schrijft de Financial Times. De totale capaciteit voor de Verenigde Staten zal richting de 2.000 megawatt in 2023 gaan, schatte de US Energy Information Administration vorig jaar. Het nieuwe park in Californië stootte Tesla’s Hornsdale Power Reserve in Australië van de troon. Die was tot nu toe de grootste, momenteel wordt dit park uitgebreid van 100 naar 150 megawatt.

Ook dichterbij wordt er aan batterijen gebouwd, zij het op kleinere schaal. In het Belgische Ruien gaat het bedrijf Yuso een batterijpark van 25 megawatt bouwen, op het terrein van een voormalige energiecentrale. Op Goeree-Overflakkee is Vattenfall bezig met de bouw van een gecombineerd park met wind- en zonne-energie en een batterij. In 12 zeecontainers komt daar een batterij van 12 megawatt te staan, die een uur stroom kan geven.

„Grootschalige opslag in batterijen begint op te komen”, zegt Fokko Mulder, hoogleraar energieopslag en conversiematerialen aan de TU Delft. „Er is steeds meer behoefte aan opslag van duurzame energie. Een batterij is maar één manier om dat te doen, maar wel de methode die het hardst groeit. Er is vooral behoefte aan energie-opslag voor korte duur. Dat kun je met batterijen goed doen, dat gaat behoorlijk efficiënt.”

Batterijen zijn goed op de korte baan, om vraag en aanbod op het elektriciteitsnet in balans te houden. „De batterijen die wij installeren zijn bedoeld voor inzet gedurende enkele milliseconden tot enkele uren”, zegt Daan Terpstra, teamleider batterijprojecten bij Vattenfall. Dat snelle is handig als de vraag net anders uitvalt dan de verwachting was, als er ineens een piek in het verbruik is. „Eerder waren het vooral gascentrales die snel konden reageren op veranderende vraag. Wij denken dat batterijen op termijn die functie kunnen overnemen.” In het geval van de Verenigde Staten en Australië speelt ook mee dat het elektriciteitsnet er minder betrouwbaar is dan in Europa. Mede doordat veel elektriciteitskabels boven de grond lopen komen er vaker storingen voor. Een batterij kan een stroomstoring tijdelijk opvangen.

Dezelfde kant op duwen

„De prijs van de lithium-ionbatterijen is de afgelopen vijf jaar met 58 procent gedaald, en daardoor wordt het steeds aantrekkelijker om ze ook toe te passen”, zegt Terpstra. Daarnaast is er de laatste jaren steeds meer krapte op het elektriciteitsnet. Het aantal wind- en zonneparken neemt toe, maar die kunnen niet altijd direct aangesloten worden. Het elektriciteitsnet moet zo ingericht zijn dat het ook alle piekleveringen die horen bij groene energie aan moet kunnen. Als je die pieken opslaat in een batterij, heb je een minder grote aansluiting op het elektriciteitsnet nodig. „Dit zijn twee bewegingen die dezelfde kant op duwen en zorgen dat integratie van wind- en zonneparken met batterijen steeds hoger op de agenda staat”, zegt Terpstra.

Dat lithium-ionbatterijen steeds groter worden helpt ook. Het begon met telefoons en andere kleine elektronica. Toen kwam de elektrische auto, waar veel meer batterijcapaciteit voor nodig is. „In een telefoon zit een enkele batterijcel van ongeveer 10 wattuur. In een auto gaat 80 kilowattuur, dat is een enorme opschaling”, zegt Mulder. In een auto zitten bijvoorbeeld 8.000 cellen van 10 wattuur. Die worden georganiseerd in modules, een verzameling cellen die in serie geschakeld zijn om tot een hoger voltage te komen. Die modules schakel je parallel om de hele batterij voor in de auto te vormen, een zogenaamd battery pack. „In batterijparken zitten nog grotere packs, van bijvoorbeeld 250 kilowatuur, of 1 megawattuur. En dat dan dus 250 keer, in het geval van die Gatewaybatterij.”

Een stilstaande batterij is iets anders dan een batterij in een auto

Fokko Mulder hoogleraar TU Delft

„Je kunt je afvragen of voor stationaire opslag, voor iets wat stilstaat en aan het net gekoppeld is, de lithium-ionbatterij wel de beste oplossing is”, zegt Mulder. „Een stilstaande batterij is iets anders dan een batterij die in een auto rond moet rijden. Er worden ook andere batterijen overwogen, vanadium flow batteries bijvoorbeeld, die schaalbaarder zijn en langer kunnen meegaan. En in Japan begonnen ze jaren geleden met natrium-zwavelbatterijen voor stationaire opslag. Maar deze technieken hebben nu tegenwind omdat lithium-ion zo opkomt.” Voor alle technieken geldt dat er nog ervaring mee moet worden opgedaan. „Er wordt nu een levensduur van 10 jaar gegarandeerd voor de grote lithiumbatterijen, maar we moeten nog zien hoe lang het in de praktijk meegaat”, zegt Mulder.

Hoewel batterijen in een razend tempo groter zijn geworden, zullen ze niet oneindig doorgroeien, denkt Mulder. „Batterijen zijn op een gegeven moment beperkt. Ze zijn gewoon te duur om hele grote hoeveelheden elektriciteit op te slaan voor lange tijd. Terwijl, het echte doel van de energietransitie is om alle energiegebruik te verduurzamen. Niet alleen elektriciteit, maar ook alles wat nu op andere brandstoffen draait. Vervoer, industrie, verwarming. We zitten nu nog te rommelen op het niveau van het elektriciteitsverbruik. Maar dat is maar een heel klein deel.”

„Stel dat zonne-energie wereldwijd de belangrijkste energiebron gaat worden, daar gaan veel scenario’s nu vanuit. Dat ga je vooral in de zomer en overdag binnenharken. Daarmee moet je niet alleen de avonden, maar ook de donkere wintermaanden kunnen overbruggen”, zegt Mulder. „Dan zie je dat je meer nodig hebt dan alleen kortetermijnopslag in batterijen. Je moet de energie in het ene seizoen kunnen opslaan en in het andere seizoen kunnen gebruiken.” Nu worden om in die behoefte te voorzien nog volop brandstoffen en kolen- en gascentrales gebruikt.

Als warmte verloren

„Andere methodes van elektriciteitsopslag zoals het omzetten van energie in waterstof en ammoniak zijn dan wel minder efficiënt, bij het weer omzetten naar elektriciteit gaat een deel als warmte (vaak) verloren”, zegt Mulder. „Maar het voordeel ervan is dat je veel grotere hoeveelheden kunt opslaan dan in batterijen, je kunt het langer bewaren en eenvoudiger vervoeren, en naast elektriciteitsopslag is het ook een grondstof voor industriële producten. Om al het energieverbruik duurzaam te maken, moeten veel dingen tegelijkertijd ontwikkelen. Het aantal zonne- en windparken moet groeien, vervoer en industrie moeten elektrificeren, en opslag moet geregeld worden voor de leveringszekerheid. Voor de korte termijn in batterijen en voor de lange termijn en als grondstof in waterstof of ammoniak.”

Parken waar zowel wind- en zonne-energie als batterijen en ook waterstof een plek hebben, ziet Margit Deimel, directeur zonontwikkeling bij Vattenfall, inmiddels al als een vanzelfsprekende ontwikkeling. „Het project op Goeree-Overflakkee is het eerste dat zon, wind en batterijen combineert. Ze vullen elkaar goed aan. Voor elke nieuwe locatie die erbij komt kijken we nu naar al die componenten. Dat geldt voor Nederland, Duitsland en het Verenigd Koninkrijk en – al schijnt er minder zon – ook verder naar het noorden.”

Ze zullen niet het enige bedrijf zijn voor wie dit geldt, denkt ze. „In de toekomst zullen er nog veel meer van zulke integrale parken bijkomen. In Duitsland is een innovatiesubsidie geopend waar je je kunt inschrijven met een duurzaam project nadrukkelijk tezamen met batterijen. Ze stimuleren het daar dus ook als overheid, en koppelen batterijen aan duurzame productie. Batterijen zijn een essentieel onderdeel van de energietransitie.”