Kennisartikelen

Een veelgehoorde veronderstelling is dat de verduurzaming van ons energiesysteem door een overgang op grootschalige wind en zon niet kan lukken zonder enige vorm van energieopslag. Immers, energie uit wind en zon is niet altijd beschikbaar, aangezien het niet altijd waait en de zon niet altijd schijnt. In deze FAQ proberen we vragen te beantwoorden rondom nut- en noodzaak van energieopslag voor de energietransitie.

Is energieopslag nodig voor de energietransitie in Europa?

Naast de voor de hand liggende behoefte om energie beschikbaar te hebben op momenten dat er geen wind en zon is, zijn er nog een aantal goede redenen om opslag te gebruiken. Hieronder zijn een aantal negatieve effecten genoemd die kunnen ontstaan bij de inpassing van grote hoeveelheden wind en zon en waar energieopslag een positief effect zou kunnen hebben:

• Het invoeden van steeds grotere hoeveelheden fluctuerende stroom heeft tot gevolg dat de prijzen van energie volatieler worden. Prijsvolatiliteit is misschien aantrekkelijk voor de energiehandel en marktspeculatie, maar draagt niet bij aan duurzaamheid.
• Een overaanbod van (beperkt stuurbare) duurzame energie veroorzaakt lagere prijzen waardoor de businesscase van wind- en zonne-energie verslechtert. Een lage winstgevendheid vermindert de prikkel om te investeren in hernieuwbare energie.
• Piekbelastingen van duurzame opwek kunnen netwerkstoringen of uitval tot gevolg hebben en problemen met de stroomkwaliteit zoals spanningsval of harmonische vervuiling veroorzaken. Instabiele en onbetrouwbare energiesystemen kunnen miljoenen euro’s schade veroorzaken.

Alternatieve oplossingen naast opslag

Er zijn meerdere maatregelen die de omschakeling naar een duurzaam energiesysteem op basis van wisselvallige energieopwek mogelijk kunnen maken, waaronder de uitbreiding van het aantal elektrische interconnecties tussen landen voor meer import- en export van elektriciteit, het afschakelen van windturbines of zonneparken (curtailment), vraagsturing (demand-response) en tenslotte conversie van energie, waarbij elektriciteit omgezet wordt naar andere energiedragers, zoals waterstof.

Opslag als voorwaarde voor een 100% duurzaam energiesysteem

Opslag van energie is dus niet het enige bouwblok wat een duurzaam energiesysteem mogelijk maakt. Het is wel de verwachting dat juist een combinatie van alle bovenstaande  oplossingen nodig is om een betaalbaar en betrouwbaar energiesysteem mogelijk maken. Er zijn inmiddels vele onderzoeken, analyses en simulaties gedaan naar de haalbaarheid van 100% duurzame energiesystemen[1], zowel in Europa als wereldwijd zie referenties [1], [2], [3], [4], [5]. Uit deze studies blijkt dat het in Europa goed mogelijk is om tegen 2040 een 100% hernieuwbaar energiesysteem te bouwen wat betrouwbaar én betaalbaar is, wat voldoet aan de ambitieuze doelstelling van het Akkoord van Parijs van 1,5°C, met de bouwblokken van nu, zonder daarbij te hoeven vertrouwen op allerlei nog te ontwikkelen disruptieve energie innovaties.

De voorwaarden voor het bereiken van een 100% hernieuwbaar energiesysteem Europa blijken wel in belangrijke mate afhankelijk van opslag:

• Zon-PV en windenergie zijn de belangrijkste bronnen van elektriciteitsopwekking aangevuld met batterij opslag.
• Een elektrificatiepercentage van ongeveer 85% voor alle sectoren, wat een aanzienlijke efficiëntiewinst heeft voor het energiesysteem (met name voor transport) en een randvoorwaarde is voor groene waterstof voor industrie en transport.
• Warmtepompen zijn een kerntechnologie voor elektrificatie van de gebouwde omgeving en industrie.
• Elektrificatie van personenauto’s en vrachtwagens en synthetische brandstoffen voor grote maritieme en luchtvaart.
• Batterijen zijn de kerntechnologie voor elektrificatie van mobiliteit en het bereiken van een 100% hernieuwbaar elektriciteitssysteem. Naar verwachting dragen batterijen tot 70% bij aan de energieopslag, en dekken daarbij een kwart van de Europese elektriciteitsvraag.
• Sterke transmissie-interconnecties door heel Europa. Dit is een voorwaarde voor optimale benutting van lokale opwek, een geoptimaliseerde elektriciteitshandel, een hoog niveau van elektrificatie, sectorkoppeling en inzet van opslagtechnologieën. Hiermee kan ongeveer 15% van de opgewekte elektriciteit wordt verhandeld tussen de verbonden Europese regio’s, waardoor minimale “curtailment” nodig is (5%).
• Oplopende beprijzing van CO₂ en broeikasgasemissies voor de industrie tot 200 euro/ton CO_2eq in 2040.

Figuur 1: Benodigde soorten en hoeveelheid opslag voor een 100% duurzaam energiesysteem in Europa in 2040, bron [1] http://neocarbonenergy.fi/internetofenergy/

Uit Figuur 1 blijkt dat integratie van batterijen in alle delen van de energieketen nodig is, van klein tot groot: bij consumenten (battery residential), dientsverlening en industrie (battery C&I) en netbeheerders (battery utility). Voor de BeNeLux geldt dat er 84 TWh aan opslagcapaciteit nodig is om een 100% duurzaam energiesysteem in Europa mogelijk te maken. Dit komt overeen met 22% van de duurzame opwekcapaciteit die in 2040 nodig is in de BeNeLux (388 TWh), zie referentie [1].

Uit alle studies blijkt dat de kostprijs van opslag in verhouding moet komen met de lage kostprijs van energie uit zon en wind. Voor de dagelijkse opslag van energie uit zon en wind zijn verregaande kostendalingen nodig tot een niveau lager dan 75 €/kWh, zie referentie [2], [5] en [6]. Voor langdurige opslag van energie (weken en maanden) moeten de kosten zelfs lager worden dan 20 €/kWh, zie [4]. Gezien de stand van de techniek en de voorziene ontwikkelingen op batterijgebied is dit op termijn (2040-2050) haalbaar.

Dus is energieopslag nodig voor de energietransitie in Europa? Het antwoord hierop samengevat: Nee, strikt genomen niet, maar het draagt wel bij aan de betrouwbaarheid en betaalbaarheid van het systeem.

Wanneer zijn thuisbatterijen rendabel?

Deze vraag valt uiteen in twee delen: In welke situatie en vanaf welk prijsniveau wordt een thuisbatterij rendabel?

In Figuur 2 worden drie mogelijke situaties beschreven die inzicht bieden in de toegevoegde waarde van een batterij voor het balanceren van de energievoorziening van een Nederlandse woning. De eerste situatie (salderen) stelt een huishouden voor met een zodanig aantal zonnepanelen dat er gedurende een jaar evenveel opgewekt wordt (3500 kWh) als verbruikt (ook 3500 kWh). In de praktijk blijkt dat ongeveer 30% van de door zonnepanelen opgewekte elektriciteit meteen door eigenconsumptie van het huishouden wordt verbruikt. De overige 70% van de elektriciteitsbehoefte wordt betrokken uit net, wat hier precies gelijk is aan de 70% overige zonopwek die gedurende het jaar wordt ingevoed op het net. Onder het salderingsregime zijn de jaarlijkse energiekosten daarmee 0 euro. In deze situatie heeft een batterij vanzelfsprekend geen toegevoegde waarde.

De tweede situatie (geen salderen) stelt een situatie voor waarin niet meer gesaldeerd mag worden. De ingevoede elektriciteit mag nu niet langer weggestreept worden tegen de verbruikte hoeveelheid elektriciteit, maar wordt verrekend tegen een bepaalde terugleververgoeding[1]. De jaarlijkse energiekosten bestaan dan uit de  verbruikte elektriciteit x elektriciteitstarief minus de ingevoede elektriciteit x de terugleververgoeding. In dit geval bedragen de elektriciteitskosten dan 860 euro per jaar.

Als er niet meer gesaldeerd mag worden kan een batterij ingezet worden om meer van de zelf opgewekte elektriciteit te benutten (verhoging eigenverbruik). De praktijk wijst uit dat de inzet van een geschikt gekozen batterij (met een capaciteit die in relatie staat tot de hoeveelheid opwek en verbruik) het percentage eigenverbruik van de zonnepanelen kan verhogen tot 70-80%. Een deel van de energie die in de batterij wordt opgeslagen gaat echter verloren; dit staat bekend als de “round-trip” efficiëntie. De energiestromen zijn weergegeven in de onderstaande figuur. In dit voorbeeld dalen de jaarlijkse energiekosten ten opzichte van de situatie “geen salderen”, maar door de verliezen in de batterij en het feit dat het eigenverbruik maximaal 70% is, zijn de energiekosten nog altijd 378 euro per jaar.

[1] De terugleververgoeding is vaak gelijk gekozen aan de kale elektriciteitsprijs zonder BTW, opslagen en leveringstarieven. Deze ligt nu ongeveer op 0,125 euro/kWh.

Door inzet van de batterij wordt, ten opzichte van de situatie waarin salderen niet meer mogelijk is, een  kleine 500 euro per jaar bespaard op elektriciteitskosten, maar daar staan de additionele uitgaven voor het batterijsysteem wel tegenover. Stel dat de woningeigenaar tevreden zou zijn met een terugverdientijd van 10 jaar, dan mag het gehele batterijsysteem inclusief omvormer en installatie 4750 euro kosten. Een geschikte thuisbatterij heeft zeker een capaciteit van 10 kWh nodig om de bovenstaande energiestromen te kunnen opvangen. Daarmee komen de break-even kosten voor een geïnstalleerd thuisbatterijsysteem op 475 euro/kWh. De kale prijs voor de batterijen zelf bedraagt dan ongeveer 250 euro/kWh.

De verwachting is dat thuisbatterijen voor consumenten in 2025 in de buurt komen van dit prijspeil. Overigens is een kale batterijprijs lager dan 100 euro/kWh nodig voor een echt overtuigende businesscase en redelijke terugverdientermijnen, waarmee opslag echt zou kunnen doorbreken. Daarnaast moeten batterijen verder doorontwikkeld worden t.a.v. veiligheid, levensduur, duurzaamheid en hergebruik, om als volwassen bouwblok aan het energiesysteem bij te kunnen dragen.

Dus wanneer zijn thuisbatterijen rendabel? Het antwoord hierop samengevat: Als de saldering is afgeschaft en als de batterijen verkrijgbaar zijn voor een all-in prijspeil van minder dan 475 euro/kWh.

Referenties

1. SolarPower Europe and LUT University, „100% Renewable Europe: How To Make Europe’s Energy System Climate-Neutral Before 2050,” SolarPower Europe, Brussels, Belgium, April 2020.
2. M. Child, D. Bogdanov en C. Breyer, „The role of storage technologies for the transition to a 100% renewable energy system in Europe,” Energy Procedia, vol. 155, pp. 44 – 60, November 2018.
3. W. Zappa, M. Junginger en M. v. d. Broek, „Is a 100% renewable European power system feasible by 2050?,” Applied Energy, Vols. %1 van %2233-234, pp. 1027-1050, January 2019.
4. M. S. Ziegler, J. M. Mueller, G. D. Pereira, J. Song, M. Ferrara, Y.-M. Chiang en J. E. Trancik, „Storage Requirements and Costs of Shaping Renewable Energy Toward Grid Decarbonization,” Joule, vol. 3, nr. 9, pp. 2134-2153, 18 September 2019.
5. M. Ram, D. Bogdanov, A. Aghahosseini, A. Gulagi, S. A. Oyewo, M. Child, U. Caldera, K. Sadovskaia, J. Farfan, L. S. Barbosa, M. Fasihi, S. Khalili, C. Breyer en H.-J. Fell, „Global Energy System based on 100% Renewable Energy – Energy Transition in Europe Across Power, Heat, Transport and Desalination Sector,” Study by LUT University and Energy Watch Group, Lappeenranta, Berlin, December 2018.
6. O. Ruhnau en S. Qvist, „Storage requirements in a 100% renewable electricity system: extreme events and inter-annual variability,” Environmental Research Letters, vol. 17, nr. 4, 15 March 2022.

Links

• http://neocarbonenergy.fi/internetofenergy/