Windrijk Duitsland profiteert meest van Zwitserse batterij

26.11.2016 | Trends | 1872 keer bekeken
Windrijk Duitsland profiteert meest van Zwitserse batterij

Zwitserland wil met haar pompwaterkrachtcentrales fungeren als de batterij van Europa. Duitsland kan deze energieopslag gebruiken om haar elektriciteitsnet in balans te houden.  De netstabiliteit is dan vooral gebaat bij een windrijk regime.

Dit concludeert de Groningse studente Aagje van Meerwijk in haar afstudeerscriptie, waarmee ze onlangs de Rachel Carson Milieuscriptieprijs 2016 won. In haar scriptie schrijft ze over de opslagmogelijkheden van Zwitserse waterkrachtcentrales voor in Duitsland opgewekte zonne- en windenergie. Deze duurzame bronnen zijn niet altijd beschikbaar, waardoor de leveringszekerheid van elektriciteit tekort kan schieten. Opslag van energie biedt soelaas. Er bestaan diverse oplossingen voor energieopslag, maar tot nu toe is waterkracht de enige rendabele optie. Maar liefst 99 procent van de wereldwijde opslagcapaciteit wordt momenteel geleverd door waterkrachtcentrales.

Batterij van Europa
In Zwitserland staan enkele waterkrachtcentrales die niet alleen elektriciteit kunnen genereren, maar ook, door middel van het oppompen en opslaan van water, als batterij fungeren. Er zijn momenteel meerdere grote projecten in uitvoering om de capaciteit uit te breiden, zodat Zwitserland de ‘batterij van Europa’ zou kunnen worden. Van Meerwijk: ‘Deze pompwaterkrachtcentrales staan niet los van hun omgeving; regen- of smeltwater kan de reservoirs instromen. Deze instroom is sterk seizoens-afhankelijk en bovendien gevoelig voor klimaatverandering, aangezien verwacht wordt dat zowel de neerslagpatronen als de aanwezigheid van gletsjers zullen veranderen de komende decennia.’

Duitsland als case
Van Meerwijk keek voor haar scriptie naar de mogelijke wisselwerking tussen deze klimaatgevoelige instroom-patronen en een elektriciteitssysteem waarin veel hernieuwbare energiebronnen opgesteld staan. Ze koos voor de Duitse elektriciteitssector als casestudie, omdat het een buurland is van Zwitserland waar reeds veel hernieuwbare energiebronnen opgesteld staan en nog veel meer zijn gepland.

Pompcentrales
Drie Zwitserse pompcentrales worden momenteel (om-)gebouwd. Dat zijn de centrales Limmern, Nant de Drance en Veytaux. ‘Deze centrales zijn gekozen als case voor deze studie’, zegt Van Meerwijk. Ze beschreef de lokale hydrologie aan de hand van stroomregimes, die aangeven wanneer en hoeveel water in de bekkens van de centrales stroomt. Deze verschillende regimes dienden als basis voor acht scenario’s die de verwachte effecten van klimaatverandering beschrijven. Om de systeemdynamica te doorgronden is een model gemaakt in het softwareprogramma STELLA, dat zich vooral richt op het begrijpen van interacties tussen de verschillende waterstromen.

Scenario’s
Van Meerwijk voerde een simulatie van de Duitse elektriciteitssector in 2050 uit met Powerplan, een geavanceerd elektriciteitsplanningsmodel. Hiervoor werkte ze drie scenario’s uit: één gebaseerd op een grote rol voor zonne-energie (‘solar’), één met een grote rol voor windenergie (‘wind’) en een scenario met een rol voor zowel zon als wind (‘mix’). De modellen hadden ieder een eigen bijdrage aan het onderzoek; het STELLA-model diende vooral om inzicht te krijgen in de seizoens-dynamiek, terwijl de berekeningen op uursbasis binnen het PowerPlan-model het mogelijk maakten om de effecten van de Zwitserse batterij op het Duitse elektriciteitssysteem beter te kwantificeren.

Opslag vs instroom
Van Meerwijk: ‘Uit het onderzoek blijkt het relevant om rekening houden met de lokale hydrologie als je kijkt naar pompwaterkrachtcentrales. De mogelijkheid om elektriciteitsoverschotten op te slaan conflicteerde in sommige gevallen met de lokale instroom. Dit was met name het geval in de zomer bij  de pompwaterkrachtcentrale Veytaux, die  in eerste instantie ontworpen is om grote hoeveelheden smeltwater op te slaan.’

Opslagpotentieel
Volgens Van Meerwijk wordt de leveringszekerheid door de instroom niet aangetast, maar heeft het wel een effect op de omvang van de overschotten die kunnen worden opgeslagen. ‘Dit geldt ook voor de effecten van klimaatverandering op het systeem: er zijn geen significante consequenties voor de leveringszekerheid naar de Duitse markt; wél verandert het potentieel om overschotten op te slaan in de bovenreservoirs van de pompwaterkrachtcentrales. Door het smelten van de gletsjers kan het de komende decennia op sommige plekken lastiger worden om de centrales te benutten voor energieopslag, met name in het ‘solar’ scenario.’ 

Beperkingen van het opslagsysteem
Zwitserse centrales kunnen een belangrijke rol spelen in een systeem met een hoog percentage aan hernieuwbare energiebronnen, concludeert Van Meerwijk. ‘Er blijven echter leveringstekorten bestaan, vooral tegen het einde van de winter. Wanneer windenergie een grotere rol speelt, is het batterij-systeem een stuk stabieler. De mogelijkheid voor Zwitserland om als batterij te dienen wordt vooral beperkt door te kleine bovenreservoirs en te weinig overschotten in de winter. Wel kan het systeem intensiever gebruikt worden, door meerdere landen, vooral in het wind-scenario.’  

Interessant voor Nederland?
Is de Zwitserse batterij interessant voor Nederland? Nederland maakt immers al gebruik van de ‘Noorse batterij’: Nederland kan elektriciteit uit Noorse waterkrachtcentrales importeren via de NorNed-kabel tussen de Groningse Eemshaven en Noorwegen. Van Meerwijk: ‘Ik maak zelf nergens de link naar Nederland in mijn studie. Maar omdat zowel de Nederlandse vraag als de productiepatronen van zon en wind vergelijkbaar zijn met Duitsland, geldt ook voor ons dat we meer kunnen profiteren van een dergelijk opslagsysteem als we relatief meer windenergie aan het elektriciteitsnet toevoegen.’

Aagje jpg.jpg

Aagje van Meerwijk studeert dit jaar af voor haar masteropleiding Energy and Environmental Sciences aan de Rijksuniversiteit Groningen. In haar scriptie gaat ze in op de opslagmogelijkheden van Zwitserse waterkrachtcentrales voor in Duitsland opgewekte zonne- en windenergie, Voor haar scriptie ontving ze op 17 november de Rachel Carson Milieuscriptieprijs 2016 van de Vereniging van Milieukundigen (VVM). De jury noemt het onderwerp verrassend en vernieuwend, en ook uiterst actueel gezien de grote vraag naar energieopslag in de nabije toekomst. Van Meerwijk keek zowel naar de situatie van waterkracht in Zwitserland als naar de effecten van klimaatverandering. ‘Hier komen dingen aan de orde die niet eerder zijn uitgezocht’, aldus de jury.

Wetenschappelijk artikel
Aagje J. H. van MEERWIJK, René M. J. BENDERS, Alejandro DAVILA-MARTINEZ, Gideon A. H. LAUGS: Swiss pumped hydro storage potential for Germany’s electricity system under high penetration of intermittent renewable energy. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, October 2016, Volume 4, Issue 4,  pp 542–553. [Bron: rdcu.be/lnRJ

Foto : De Zwitserse pompwaterkrachtcentrale Nante de Drance (bron: Flickr)

Redactie Ensoc, 24-nov-16

Meld je aan voor de nieuwsbrief

Meld jezelf nu aan voor de Ensoc nieuwsbrief en ontvang het laatste nieuws, trends en aanbiedingen.

Reacties (8)

Reageren
  • P. Lomito
    03.12.2016 - 12:47 uur | P. Lomito

    Naast de financiële moeilijkheden van opslagsystemen is er ook sprake van geringe energieopbrengst ten opzichte van de energie-investering (EROEI), voor zonnepanelen is deze al zo laag dat bij ongunstige plaatsing (oriëntatie/hellinghoek/beschaduwing) de balans negatief is en er meer fossiele energie ingestopt moet worden dan er ooit aan hernieuwbare energie gewonnen kan worden. Dat geldt ook voor de combinatie van windenergie en opslagsystemen waarbij geen gebruik gemaakt kan worden van gunstige natuurlijke omstandigheden zoals in geval van de Noorse stuwmeren.

    Het gaat hier om basisvoorwaarden als economisch en energetisch rendement die niet overtuigend, in ieder geval onvoldoende om daar nu vol op in te zetten. De middelen en onderzoekscapaciteit kunnen beter besteed worden aan het ontwikkelen van een toekomstbestendige energievoorziening die zorgt voor ruim beschikbare en goedkope energie. Daar heeft de groeiende wereldbevolking meer aan dan aan de economie belastende en energieverspillende hernieuwbare energiebronnen.

  • 01.12.2016 - 22:48 uur | Carel Anink

    De huidige opslag via NorNed in de Noorse stuwmeren en ook de pomp opslag in Zwitserland zijn al volledig benut. Deze vormen van opslag zijn ontstaan door het prijsverschil dat door het afname profiel ontstaat. Er is nog een (beperkt) onbenut potentieel. Daar zal pas in geïnvesteerd worden zodra het prijsverschil voldoende groot is en de opslag voldoende frequent gebruik zal worden om er wat mee te verdienen. Dat verdienen gaat nu doordat er elke dag tijdens de off Peak uren wordt opgeslagen en tijdens de Peak uren wordt geleverd. Bijvoorbeeld: de opslagcapaciteit wordt in een continuproces van 8 uur geladen en op een ander moment van het etmaal weer teruggeleverd. Dat zal vaak over een lagere periode zijn omdat er ook nog rivierwater dat het stuwmeer instroomt omgezet moet worden in elektriciteit. Dit is de meeste gevallen ook de beperking van de opslag; als er veel rivier water is valt er niets op te slaan. De vraag is, gedraagt wind en zon zich zodanig dat je kan plannen wanneer je gaat opslaan en voor welke benuttingsperiode je dat doet. En, gebeurt het frequent genoeg om een goede benutting van opslag te verkrijgen. Het antwoord is nee. Nu verstoort zon de opslagverdiensten al doordat op een zonnige dag het prijsverschil tussen off Peak en Peak nihil is. In deze markt zal niemand zich er aan wagen om in nieuwe opslag te investeren verwacht ik. Tenzij de overheid haar portemonnee weer trekt. In dat geval trekt de burger weer aan het kortste eind omdat die de inefficiëntie moet betalen.

    P.S. Er kan opgeslagen worden met door terug te pompen maar ook door de niet te produceren. In beide gevallen zal het water in het stuwmeer stijgen en daardoor zal de hoeveelheid/voorraad van potentiele energie toenemen.

  • Anton Schiere
    01.12.2016 - 17:50 uur | Anton Schiere

    @ P. Lomito
    Dank voor de reactie, dit draagt in ieder geval bij aan de oordeelsvorming.
    Uit de verschillende artikelen hou ik over, dat er eigenlijk sprake is van twee dimensioneringsfouten bij de El Hiero installatie:
    - te klein waterbekken in relatie tot de geïnstalleerde wind opwek capaciteit en
    - onvoldoend snel op te schalen generatorvermogen om aan vraagpieken te voldoen, leidend tot black outs.
    Dat is natuurlijk zowel in technische als budgettaire zin erg begrotelijk, maar het goede nieuws is ook dat als voorafgaand aan een project als dit zulke kennis kennelijk niet voldoende voorhanden was en daar lijkt het op, dat deze er nu wel is.
    Blijft in z'n algemeenheid nog als belemmerende factor bij grootschalige uitrol van dit soort projecten het risico dat het inrichten van grote waterbekkens met zich brengt, zeker als dit op geologisch niet stabiele locaties gebeurt.
    Voor wat betreft het in ms tijd kunnen inspelen op kortstondige vraagpieken zou ik me kunnen voorstellen, dat hierin met een compacte Lithium buffer is te voorzien, al wordt het project daar niet goedkoper van.
    Renault heeft wel binnenkort veel Lithium, dat weliswaar nog maar 80 % van z'n oorspronkelijke capaciteit heeft, voorhanden, wat hier goed voor zou kunnen worden ingezet. Daarmee los je overigens nog niet het anderszins geconstateerde opslag/waterbekken capaciteit tekort op.
    Het zou mooi zijn als ook Mevrouw van Meerwijk haar licht, met behulp van de door haar ontwikkelde modellen, eens op deze case zou willen laten schijnen.

  • P. Lomito
    30.11.2016 - 21:47 uur | P. Lomito

    @ Anton Schiere Ik ben bekend met de installatie op El Hierro dankzij de uitgebreide verslaglegging op EIKE zoals bijvoorbeeld deze: http://www.eike-klima-energie.eu/energie-anzeige/100-ee-millionengrab-el-hierro-windenergie-unreif-fuer-die-insel/

    In een ander artikel op de EIKE-site wordt het ook wel een "Energiewende Märchen" genoemd, ofwel een hernieuwbaar sprookjesverhaal. En dat is het ook, behalve dan voor de Spaanse belastingbetalers...

  • 29.11.2016 - 20:11 uur | jos Schalks

    Dit zijn leuke inzichten en oplossingen.

    Ik mis echter een stukje , of lees er overheen.
    Je hebt een bekken wat gevoed wordt door rivier en of smeltwater, dat water laat je door een turbine weglopen en levert energie.
    overtollige windenergie pompt dat bekken weer bij of vol, maar waar haal je in godsnaam dat water vandaan?
    stuwmeren liggen in een rivier en voeren het water snel af om overstromingen stroomafwaarts te voorkomen. om dit plan te laten werken heb je dus 2 stuwmeren nodig. De laagste stroomt over bij aanvoer van te veel water(via turbine?) maar moet voldoende water bevatten om het hoge stuwmeer bij te kunnen vullen. dat gaan we niet zomaar overal vinden ben ik bang. we hebben het al snel over een paar honderdduizend m3 water per MW voor een paar uur accu capaciteit. Maar als je de ruimte en hoogte verschillen hebt is het bewezen techniek.

  • Anton Schiere
    29.11.2016 - 10:05 uur | Anton Schiere

    Ben bang dat de heer Lomito bij het schrijven van zijn onderstaande regels even off grid was.

    De studie van Mw. van Meerwijk is uitermate zinvol en ad idem energieopslag in waterbekkens. Daar hebben we er dus nog veel meer van nodig, om volledig te kunnen profiteren van alle niet direct te gebruiken opgewekte zon- en windenergie en zo onze afhankelijkheid van fossiel opgewekte energie duurzaam te verkleinen. Kijk bijvoorbeeld eens naar de case op het eiland El Hiero.
    Het is eigenlijk vreemd dat i.t.t. bouw van windmolenparken, realisatie van adequate opslag faciliteiten voor alle niet direct te gebruiken opgewekte zon- en windenergie in de politieke besluitvorming zo onderbelicht blijft. Waar nu in de aanbestedingen van zulke parken de focus ligt op de kWh prijs voor enkel het opwekken, zouden zulke aanbestedingen eigenlijk meteen 1:1 gekoppeld moeten worden aan het inrichten van een bijbehorende buffercapaciteit. Dit mede in de context van de transitie van gas naar elektrische energie voor verwarmingsgebruik, die naast rust voor de Groningers, ons allemaal ook geopolitiek geen windeieren zal leggen.

  • Arie Kastelein
    29.11.2016 - 09:52 uur | Arie Kastelein

    Wat is duur? Je kan beter zeggen: wat is een schone leefomgeving je waard. In sommige steden in de wereld lopen mensen al met mondkapjes over straat. Als met een stuk "dure" techniek bereikt kan worden dat dit niet meer nodig is, dan zeg ik: Weg met die "goedkope" fossiele brandstoffen.

  • P. Lomito
    26.11.2016 - 16:02 uur | P. Lomito

    Zonder dure en onregelmatige windenergie hebben we ook geen behoefte aan eveneens dure en energie-inefficiënte opslagcapaciteit, het grote voordeel van fossiele brandstoffen is dat deze op voorraad gehouden kunnen worden en ingezet naargelang daar vraag naar is. Goedkoop en betrouwbaar, precies wat we nodig hebben.