Slimme schakeling tussen offshore windenergie en waterstofopslag
Nederland wil de productie van hernieuwbare energie uit offshore wind aanzienlijk verhogen. De doelstelling wordt geschat op ongeveer 70 GW in 2050. Integratie van zulke grote hoeveelheden variabele, hernieuwbare energie vereist een holistisch ontwerp van het energiesysteem en technologische innovaties. Dit is nodig om overmatige schommelingen in het balanceren van de energievraag en -aanbod te voorkomen. Het FlexH2-project legt zich daarom toe op een nieuw concept voor offshore windenergie en onshore waterstofproductie. Yin Sun, projectleider bij Shell en David de Jager, directeur van GROW lichten het project toe.
Door Evi Husson
Borssele III & IV Blauwwind Foto: Shell
Het nieuwe concept betreft een slimme flexibele oplossing om waterstof goedkoper en beter inpasbaar te maken in toekomstige businessmodellen. Het idee, dat Yin Sun van Shell heeft bedacht, gaat niet over opslag, maar over het slimmer gebruik maken van de opgewekte offshore windenergie. Als het (hard) waait én er is weinig vraag naar elektriciteit, kan het overschot aan energie worden ingezet voor waterstofproductie en hoeven de windturbines niet te worden uitgeschakeld. Is er een grote vraag, dan kan de windenergie als stroom aan land komen. “Dit vergt dus een systeem dat flexibel kan schakelen tussen de levering aan enerzijds het elektriciteitsnet en anderzijds een fabriek waar waterstof kan worden gemaakt”, legt David de Jager van GROW uit.
GROW is een samenwerkingsverband van industriële partijen en kennisinstellingen die willen innoveren op het gebied van windenergie op zee. De Jager: “Samen met 23 industriële partijen willen we de kosten van offshore wind verlagen en de waarde van windenergie in het energiesysteem en het ecosysteem verhogen onder meer door het verder versterken van de symbiose met andere sectoren op zee (olie & gas, visserij, scheepvaart, toerisme, ecologie en natuur). Toen Yin Sun ons de oplossing voorlegde, hebben we gekeken of we hier gezamenlijk – met industriële partners en kennisinstituten – onze schouders onder konden zetten. Onder meer met de MOOI-SIGOHE regeling van Rijksdienst voor Ondernemend Nederland kon het consortium aan de slag. Deze regeling ondersteunt innovaties die bijdragen aan de systeemintegratie van grootschalige duurzame elektriciteitsproductie.” [Zie kader tekst onderaan pagina]
Windenergie economisch rendabel aan land krijgen
Yin Sun gaat in meer detail in op het project. “Het is noodzakelijk om het groeiende aandeel offshore windenergie op een economische haalbare manier aan land te krijgen. Schaalvergroting van offshore windtechnologie mag echter niet leiden tot overbelasting van het bestaande elektriciteitsnet. Daarom is een holistische aanpak nodig, waarbij je alle betrokken partijen en technologieën bij elkaar brengt. Een organische groei is nodig in de volle breedte: van de bouw van offshore windparken die gebruik maken van innovatieve technologie, het economisch aan land brengen van energie, het omzetten in waterstof indien gewenst, het creëren van een goede balans tussen vraag en aanbod en positieve businessmodellen voor alle betrokkenen. Ons doel is een nieuw concept te creëren dat de potentie heeft om op te schalen zodat het leidt tot kostenreductie terwijl het een potentieel heeft om te integreren in het grotere geheel.”
Sun legt meer uit over een aantal deelaspecten van het FlexH2-project. “Ten eerste is een flexibel systeem nodig, dat bepaalt wanneer offshore windenergie in het net mag worden geïnjecteerd en wanneer het voordeliger is om groene waterstof te produceren. Er zijn diverse factoren die hierbij een rol spelen. Niet alleen de elektriciteits- en waterstofprijs spelen een rol, maar ook weersverwachtingen, de productiekosten van waterstof en de mogelijkheid om de productie van groene waterstof voor een langere periode te continueren. Het proces stopzetten brengt ook kosten met zich mee. Daarnaast speelt het verminderen van curtailment (wanneer windenergieproductie moet worden stilgelegd om overbelasting op het net te voorkomen een rol, red.) evenals netaansluitingskosten en subsidies een rol.”
Toekomst
Kortom, er zijn veel parameters om rekening mee te houden. TNO onderzoekt momenteel hoe de waarde van grote hoeveelheden windenergie kan worden gemaximaliseerd, door op ieder moment de juiste keuze te maken zodat duurzame business cases ontstaan die de maximale waarde voor de maatschappij waarborgen. Sun: “Niet alleen voor het huidige energiesysteem, maar ook voor wat de toekomst ons over 10 – 20 jaar zal brengen. Deze rekenmodellen zullen we vervolgens in het geheel moeten zien te integreren zodat geautomatiseerd de juiste keuze wordt gemaakt.”
Het aan land brengen van grote hoeveelheden elektriciteit is eveneens een uitdaging. Sun: “Hoe verder op zee windparken worden gebouwd, des te interessanter het wordt om niet met wisselstroom (AC) maar met gelijkstroom (DC) te werken. Je kunt daarmee namelijk elektriciteit over veel grotere afstanden verplaatsen zonder grote energieverliezen, terwijl er een betere controle over de energiestromen mogelijk is. Maar tegelijkertijd vereist het ook complexe omvormers. We onderzoeken de mogelijkheden van een nieuwe – lichtere, intelligente AC/DC solid state omvormer.”
Daarnaast is het belangrijk om te zorgen voor een goed transmissiesysteem waarmee het eenvoudig wordt om snel over te stappen van aansluiting op het elektriciteitsnet richting de elektrolyse-installatie of omgekeerd. “Ook is een slimme omzetting nodig van de gelijkstroom richting de waterstofinstallatie: van hoog naar laagspanning en van gelijkstroom naar wisselstroom. TU Eindhoven denkt dit slimmer te kunnen met minder verliezen.”
Demonstratiemodel
Om het geheel uiteindelijk te testen zal het consortium een windturbine van 100 kW bouwen als demonstratiemodel om de haalbaarheid van de afzonderlijke technologische innovaties en hun geïntegreerde oplossingen op midden-spanningsniveau te verifiëren. En ook aan de waterstofkant wordt een proefopstelling gebouwd.
Bovengenoemde deelprojecten zijn slechts een glimp van het totale project. “Vaak leidt een oplossing voor één uitdaging weer tot nieuwe uitdagingen die we het hoofd moeten bieden”, stelt Sun. “Veel deelprojecten van dit project zijn al erg complex, maar als het niet complex was, dan was het al lang realiteit. We proberen ook steeds naar een praktische oplossing te zoeken voor problemen. Vervolgens moeten we de verschillende puzzelstukjes aan elkaar zien te knopen tot één integraal geheel. En in die holistische aanpak ligt een belangrijke waarde van het project: de samenwerking tussen alle betrokken partijen.”
De Jager besluit: “FlexH2 toont de toewijding van de industrie en kennisinstellingen om de energietransitie te versnellen en de integratie van offshore wind in het energiesysteem te verbeteren. De innovatie-instrumenten van de Nederlandse overheid zijn essentieel voor GROW-projecten zoals FlexH2. En met een hoog terugverdienpotentieel voor de maatschappij.”
FlexH2
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) heeft het project FlexH2 een subsidie toegekend als onderdeel van het MOOI-SIGOHE tenderprogramma. Het door Shell geleide onderzoeksproject FlexH2 ontvangt van de overheid 4 miljoen euro terwijl de partners ongeveer 5 miljoen euro investeren in het project. Het onderzoeksproject is gestart op 1 april 2022 en zal vier jaar in beslag nemen. General Electric, ABB, VONK, Technische Universiteit Eindhoven en Technische Universiteit Delft ontwikkelen de elektrotechnische innovaties. Shell, Van Oord, TKF, TNO en DNV zetten hun expertise in op het gebied van waterstofelektrolyse, het zoeken naar de juiste balans van de installatie, markt/flexibiliteit en het ontwerp, transport en installatie van sleutelcomponenten.
Category: Longreads, Offshore windparken, Techniek & Innovatie, Wind & Waterstof, Windenergie
