Waterstof als oplossing voor netcongestie?

| 22 juni 2020

Waterstof staat de laatste tijd weer volop in de belangstelling. Is waterstof de sleutel om van de energietransitie een succes te maken? Zo door de jaren heen is de ‘waterstof-economie’ al vaak genoemd als lonkend toekomstperspectief. Om een voorbeeld te noemen: president Bush van de Verenigde Staten pompte in het begin van deze eeuw al een miljard dollar in onderzoek naar de waterstofeconomie. Zou waterstof ook kunnen helpen in het sneller aansluiten van zonne- (en wind)projecten?

Door Martijn Bongaerts

In het Friese Oosterwolde is een pilotproject aangekondigd, waarbij zonnestroom in waterstof wordt omgezet. De doelstelling van dit project is om te leren van de toepassing van elektrolysers bij het omzetten van elektriciteit in waterstof, waarbij het elektriciteitsnet ontlast wordt en zo dus duurzame projecten sneller aangesloten zouden kunnen worden.

Wat is waterstof precies en waar kan het voor gebruikt worden?
Waterstof is het eerste scheikundige element uit het periodiek systeem en is het meest voorkomende element in het heelal. Op de aarde komt H2 echter weinig als vrij gas voor en is de meeste waterstof chemisch verbonden in water (H2O), in organische verbindingen en in fossiele brandstoffen. Waterstof is geen energiebron, wel een energiedrager. Dat betekent dat waterstof geproduceerd moet worden, bijvoorbeeld via elektrolyse: een proces waarbij je water (H2O) onder stroom zet en zo water omzet in zuurstof (O) en waterstofgas (H2).

Als gas (H2) is waterstof kleurloos, reukloos, smaakloos, niet radioactief, niet giftig en heeft het een hoge verbrandingswaarde. Waterstof is een extreem licht gas; veertien keer lichter dan lucht.

In onze huidige energiemix wordt ongeveer 20 procent geleverd in de vorm van elektriciteit en 80 procent in de vorm van aardgas of vloeibare fossiele brandstof (benzine, diesel). Door de energietransitie gaat dit komende tijd sterk veranderen, zo zal een groter deel van het energiesysteem op elektriciteit gaan functioneren. Denk aan het grote aandeel dat windturbines en zonnepanelen zullen gaan krijgen, en aan de gebruikskant: de stijgende rol van warmtepompen en elektrische auto’s.

Echter een volledige elektrificering van het energiesysteem is nauwelijks voorstelbaar. Allereerst zijn er een aantal toepassingen zoals zwaar transport, hoge temperatuur processen in de industrie en in de luchtvaart, waar een elektrische oplossing voorlopig nog niet voor handen is.Maar ook in de minder energie-intensieve omgevingen zoals de gebouwde omgeving zal all electric niet altijd haalbaar zijn. De benodigde elektrische infrastructuur vraagt ook de nodige openbare ruimte, zowel onder- als bovengronds (zie ook het kader Problemen in de netten). Dit is in het dichtbevolkte Nederland vaak een flinke uitdaging. Energietransport- en distributie via een gasvormige energiedrager, zoals waterstof, zou dan een kansrijk alternatief kunnen zijn.

Opslag
Een andere belangrijke toepassing van waterstof is opslag. Het gas is relatief eenvoudig in grote hoeveelheden op te slaan en, in tegenstelling tot energie-opslag in batterijen, kan dit ook voor langere periodes (seizoensopslag). Hiermee kan de opslag van waterstof een middel worden om de verschillen tussen vraag en aanbod te overbruggen. Daar waar in de lente en zomer veel zonnestroom beschikbaar is en in de winter veel stroom wordt gevraagd voor bijvoorbeeld warmtepompen, kan waterstofopslag deze onbalans mee helpen oplossen.

Pilot met waterstof in Oosterwolde
Zes partijen  ondertekenden tijdens de Klimaattop Noord Nederland op 31 oktober 2019 een intentieovereenkomst om samen een waterstofinstallatie te ontwikkelen. Netwerkbedrijf Alliander en ontwikkelaar van grootschalige zonne-energie GroenLeven gaan de installatie gezamenlijk ontwikkelen. Ecologisch werklandschap Ecomunitypark, de gemeente Ooststellingwerf en Holthausen Energy Points bieden de ruimte en mogelijkheden om dit project te realiseren en om de waterstof te kunnen transporteren. Dit consortium wordt ondersteund door de New Energy Coalition als zesde partij. De verwachting is dat in de eerste helft van 2021 de installatie in gebruik is.

In het Oosterwolde komt een pilotinstallatie die duurzaam geproduceerde elektriciteit gaat omzetten in waterstof. Dit concept dient als alternatief om in gebieden waar de capaciteit van het elektriciteitsnet niet toereikend is, tóch grootschalige zonne-energie in te kunnen passen. Juist ook in Oosterwolde is de problematiek in het net aanwezig. Er staat al het nodige opgesteld aan duurzame opwek, maar voor de komende jaren staat er nog een grote hoeveelheid zonne-energie op stapel om gerealiseerd te worden. Het elektriciteitsnet is hier oorspronkelijk niet ontworpen voor dit grootschalige aanbod en er is daar dus maar een beperkte transportcapaciteit aanwezig in de netten.

De pilotinstallatie zelf zal de problematiek in Oosterwolde niet oplossen, want de capaciteit van de installatie is daarvoor te klein. De bedoeling is echter om het concept te testen en te ervaren wat er nog allemaal geleerd en ontwikkeld moet worden om te komen tot een veilig, economisch haalbaar en betrouwbaar concept.

Naast alle technische aspecten zal dit project ook inzichten geven in de mogelijke rollen en verantwoordelijkheden van verschillende partijen en de wijze van marktinrichting die nodig is om dergelijke initiatieven te laten slagen.

In onderstaande figuur staat versimpeld weergegeven hoe het project momenteel wordt ingericht schematische opzet van het project.

Opzet van het waterstofproject in Oosterwolde
Bij een reeds bestaand zonnepark, wordt een waterstofinstallatie geplaatst. De geproduceerde waterstof zal met behulp van tube trailers (vrachtwagens met waterstoftanks) afgevoerd worden en gebracht worden naar een tankstation in de buurt.

De waterstofinstallatie heeft hierbij een tweeledig doel. Allereerst zal er waterstof worden geproduceerd als de zonneweide elektriciteit boven een bepaald vermogen produceert, waarmee de pieken uit het elektriciteitsnet worden gehaald.Ten tweede zal ook buiten deze pieken waterstof geproduceerd worden om de gebruiksduur van de waterstofinstallatie groter te maken. Als alleen op momenten van piekproductie van de zon waterstof geproduceerd zou worden, wordt er zo weinig waterstof gemaakt dat het hele dure waterstof wordt, ten opzichte van de (grote) investering die nodig is voor de waterstofinstallatie.Op deze manier levert de waterstofinstallatie én waarde voor de netbeheerder én voor de waterstofleverancier, waardoor de business case beter wordt. Hier blijkt ook het grote belang van samenwerking tussen verschillende stakeholders om te zorgen voor betaalbare oplossingen.

Figuur 2. Schematische mogelijkheden van de opbouw van de waterstofinstallatie

In de blauwe cirkels is aangegeven welke onderdelen gepland zijn in Oosterwolde. In Oosterwolde wordt gekozen om de afvoer van waterstof via tube-trailers naar een tankstation te doen. Dit is in praktische zin het snelst te realiseren en de waterstof heeft voor mobiele toepassingen op dit moment ook de meeste waarde. Deze tube-trailer is in dit project ook meteen de benodigde opslagfaciliteit.

De tweede optie voor de afvoer van waterstof in het schema is het invoeden in het bestaande aardgasnet. Maar daarvoor zal nog de nodige wetgeving en normering aangepast moeten worden, voordat dit in de praktijk op deze schaal toegepast kan worden.
De derde geschetste optie is de industriële toepassing van waterstof, maar dat is op de locatie Oosterwolde niet in de buurt.

In de volgende figuur is een eenvoudige impressie gegeven hoe het er in de werkelijkheid uit kan gaan zien.

Figuur 3: impressie van fysieke opstelling in Oosterwolde

Nog meer leren en ervaren
Het project in Oosterwolde is gericht op het in de praktijk te ervaren en leren. Dit is niet het enige pilotproject in Nederland. En dat is maar goed ook. Er zijn veel verschillende mogelijke toepassingen van waterstof in relatie tot de energienetten en er is nog veel te leren.

Hieronder staan een aantal andere projecten genoemd:

  • Rozenburg
    In Rozenburg (ZH) worden (voor het eerst in Nederland) bestaande huizen verwarmd op 100 procent waterstof. Bij dit project wordt lokaal waterstof geproduceerd en via een separaat gasnet getransporteerd naar het ketelhuis van het appartementencomplex. In het ketelhuis hangen drie verschillende HR-ketels. Deze ketels verwarmen vervolgens een deel van het nabijgelegen appartementencomplex van Ressort Wonen.
  • Hoogeveen
    Met het project Waterstofwijk Hoogeveen wordt een blauwdruk ontwikkeld voor het verwarmen van huizen met een CV-ketel die draait op waterstof. Het bestaande aardgasleidingnetwerk gaat in plaats van fossiele aardgas, waterstof vervoeren dat geproduceerd is met duurzaam opgewekte elektriciteit. In de huizen zullen vervolgens de bestaande CV’s worden vervangen door waterstof CV’s.
  • HyStock
    In pilotproject HyStock wordt 1 MW duurzame stroom omgezet in groene waterstof. Met deze waterstofpilot wordt ervaring opgedaan met de omzetting van duurzaam opgewekte energie in waterstof en dient als opstap naar grootschalige inzet van groene waterstof.
  • Lochem
    In de Lochemse wijk Berkeloord wordt een pilot voorbereid met 10 tot 20 monumentale panden, waarbij aardgas wordt vervangen door waterstof. Hiervoor wordt het bestaande aardgas dat er aanwezig is gebruikt. In de huizen komen waterstof-CV ketels te hangen.

 

———KADER 1 ——–

Problemen in de netten
Het elektriciteitsnet heeft op veel plekken gebrek aan capaciteit om de snel groeiende opwek van met name zonne-energie aan te kunnen. Hier hebben we in WindNieuws al verschillende keren aandacht aan besteed. Netbeheerders kunnen niet tijdig op projecten anticiperen, aangezien netuitbreiding en -verzwaring veel langer duurt dan de aanleg van een zonnepark. Het komt geregeld voor dat vanwege de transporstschaarste op het net duurzame energieprojecten niet of met aanzienlijke vertraging toegang krijgen tot het elektriciteitsnetwerk. Dit zet de realisatie van deze projecten onder druk, en daarmee ook de verduurzaming van onze energievoorziening.

Zo moest netbeheerder Liander in 2019 146 concrete aanvragen voor zonneprojecten in Friesland (deels) weigeren omdat er onvoldoende ruimte is op het elektriciteitsnet. Samen is dit goed voor 261 megawatt aan piekvermogen, wat er in theorie voor zorgt dat er voor ruim 250.000 huishoudens aan groene stroom misgelopen wordt. Daar kwam eind 2019 nog een aanverwant probleem bij: het gebrek aan ruimte in de grond voor de aanleg van aansluitkabels voor nieuwe wind- en zonneparken.

Mogelijke oplossingen
Er wordt gewerkt aan een scala aan oplossingen voor deze problematiek. Op technisch vlak wordt er gewerkt aan onder andere slimme spanningsregelingen, het verlaten van redundantie in de hoogspanningsnetten (verplichte reservecapaciteit op het net voor als er storing optreedt), cablepooling (bijvoorbeeld zon-en windprojecten op een locatie die gebruikmaken van dezelfde aansluitkabel) en batterijen. Op organisatorisch en maatschappelijk vlak worden er andere oplossingen uitgewerkt, zoals snellere vergunningprocedures, een netcheck bij de aanvraag van SDE+-subsidie en vroegtijdige samenwerking met de netbeheerder in de regionale planvorming. Ook een potentiële oplossing is de omzetting van elektriciteit in waterstof.

——–KADER 2 ————-

Een waterstofinstallatie is een generieke naam voor een samenstel van deelsystemen• Elektrische omvormer, zorgt voor juiste gelijkspanning voor de elektrolyser

• Elektrolyser, de daadwerkelijk omzetter van elektriciteit in waterstof

• Compressor, brengt de waterstof op de juiste druk om hem daarna af te kunnen voeren

• Opslag, om de waterstof op te slaan, voordat het verder het gebruikt of getransporteerd wordt

—————————

BRONNEN:

https://frieschdagblad.nl/2020/1/24/vol-net-houdt-honderden-megawatts-aan-zonneprojecten-tegen?harvest_referrer=https:%2F%2Fintranet.alliander.com%2Fblog%2Fview%2F12827405%2Fgrootste-deel-elektriciteitsnet-friesland-bereikt-grens-capaciteit

https://energeia.nl/energeia-artikel/40085504/te-weinig-plek-in-de-ondergrond-voor-aansluitkabels-zon-en-wind

Dit artikel verscheen in nummer 1 van 2020 van WindNieuws.

Tags: , , , ,

Category: Techniek & Innovatie

Reacties zijn gesloten.