(Grootschalige) energieopslag door middel van accu’s betaalbaar?
Dinsdag 23 mei 2017
Gastbijdrage van Ir. Kees van Loon
De voorstanders van een snelle transitie naar duurzame energie spreken, als regel, alleen over het bouwen van zoveel mogelijk windmolens en het installeren van een grote oppervlakte aan zonnepanelen. Dat er in de winter vrijwel geen zonne-energie beschikbaar is en dat het soms dagen lang niet of nauwelijks waait en er dus een grote opslagcapaciteit van energie nodig is, dat krijgt nauwelijks aandacht. Dit wordt afgedaan in de geest van ‘daar komt wel een oplossing voor’. Soms verwijst men dan naar de steeds goedkoper worden Lithium-ion accu’s of het benutten van overcapaciteit van windmolens en zonnecollectoren voor de productie van waterstof of methaan.. Over de kosten van grootschalige opslag van elektriciteit wordt al helemaal niet gesproken.
Opslag in accu’s
Op dit moment bieden accu’s – afgezien van waterkrachtcentrales bij stuwdammen – eigenlijk de enige betrouwbare mogelijkheid om grote hoeveelheden elektriciteit op te slaan en – zo nodig- weer snel beschikbaar te hebben. Thans worden de Lithium-ion accu’s van Tesla als meest geavanceerd beschouwd. Ze zijn echter nog behoorlijk prijzig. Zo is er nu een Tesla-accu, de Powerwall 2, op de markt, onder andere voor huizen met zonnepanelen, met een opslagcapaciteit van 14 kWu 1. Deze werd vooraf gegaan door een kleinere versies van 6,4 kWu .
De 14 kWu-accu kost in Nederland, inclusief bijkomende apparatuur en installatie, ca € 8400 incl. btw 2. Dat is € 600 per kWu. Als we er vanuit gaan dat zo’n accu 12 jaar meegaat (de garantietermijn is 10 jaar) en je geld hebt geleend tegen 5% rente dan bedragen de jaarkosten aan afschrijving en rente gemiddeld € 910 per jaar. Bij een jaarverbruik van 3500 kWh kun je met één zo’n accu toe. Het betekent dat je alleen aan opslagkosten al € 0,26/kWh kwijt bent. Echter daarmee ben je nog niet zelfvoorzienend. Immers in de wintermaanden leveren de zonnepanelen zo weinig energie dat je toch een beroep zult moeten doen op de publieke elektriciteitsvoorziening. Dat betekent levering tegen de gebruikelijke kosten. Opslag in accu’s is wellicht wel interessant als je zonnepanelen zijn afgeschreven maar nog wel productief zijn en je geen gebruik meer kunt maken van de salderingsregeling. Vanwege de hoogte van de opslagkosten zal de prijs per kWh dan wel eerst richting € 0,30 moeten stijgen opdat het rendabel is.
In de USA installeert o.a. Tesla inmiddels ook ‘battery packs’ van meerdere tientallen MWh, zoals in Californie waar een installatie voor 80 MWU is neergezet 3. In maart van dit jaar werd bekend dat de ‘battery packs’ voor installaties van meer dan 100 MWh US$ 250 (€ 231) per kWh kosten 4. Dit is exclusief omvormers, belasting, installatie en dergelijke. Volgens Bloomberg 5 vragen deze posten ongeveer een zelfde bedrag (Figuur 1). De totale kosten komen daarmee, voorjaar 2017, voor grote installaties op ca. US$ 500 (€ 463) per kWh.
Volgens schattingen van Bloomberg 5 zal de prijs van een ‘battery pack’ in 2025 ongeveer US$ 100 (€ 92,5) per kWu bedragen, een forse reductie ten opzichte van nu. Echter de kosten van omvormers en andere benodigde apparatuur alsmede installatie dalen veel minder snel en zullen in 2025, naar verwachting, nog US$ 175 (€ 162) per kWh kosten (Figuur 1). Aanzienlijk meer dan de kosten van de accu’s. De totale kosten van grootschalige accucapaciteit wordt dan US$ 275 (€255) per kWu of € 255 miljoen per GWu. Deze kosten kunnen daarna wellicht nog wat verder dalen maar tot veel minder dan € 200 miljoen per GWu lijkt niet erg waarschijnlijk.
Figuur 1: Snel dalende prijs van energie-opslag in accu’s Bron: Bloomberg 5
Opslagkosten bij 100% hernieuwbaar in 2030 Urgenda beweert dat 100% hernieuwbare energie in 2030 in Nederland mogelijk is 6 . Bij dat scenario wordt echter, als backup, energie uit biomassa voorzien. En dat lijkt nu niet bepaald realistisch, vooral als het om backup voor langere perioden gaat. Hiervoor is grootschalige opslag nodig. Op dit moment lijken accu’s daarvoor in Nederland het meest efficiënt. Beter dan bijvoorbeeld productie van waterstof of methaan met behulp van elektriciteit en deze bij een tekort aan stroom weer omzetten in elektriciteit.
In eerste instantie gaan we na, wat opslag van stroom in accu’s voor het dagverbruik van Nederland in 2030 zal kosten. Het elektriciteitsverbruik is nu 330 GWu per dag 7. Rekening houdend met enige besparing, de komende jaren, gaan we in 2030 uit van 300 GWu per dag. We nemen aan dat 15% van de behoefte, ook bij weinig wind en weinig zon, beschikbaar is uit zon en wind alsmede uit andere bronnen, zoals biomassa en import. Daarnaast rekenen we met laad- en ontlaadverliezen van de accu’s van 10% Opslag is dan nodig voor 300 minus 45 = 255 + 25 = 280 Gigawattu. Als investering per GWu gaan we uit van € 225 miljoen, daarbij rekening houdend met enige kostenreductie t.o.v. 2025. Voor 280 GWu betekent dat een investering van 280 x 225 miljoen is € 63 miljard.
Als we afhankelijk zijn van uitsluitend duurzame energie, hoofzakelijk bestaande uit wind- en zonne-energie, moeten we rekening houden met perioden van dagenlange windstilte en in de winter een minimum aan zonne-energie. Zo was er in januari van dit jaar onder meer in Nederland en in Duitsland een langdurige periode met weinig wind. In Duitsland was gedurende een periode van 11 dagen de productie van duurzame elektriciteit minder dan 8% van de behoefte 8. (In Nederland zal dat niet veel anders geweest zijn maar exacte gegevens hierover heb ik niet kunnen vinden) Dit geeft aan dat er zonder backup uit fossiele energie opslagcapaciteit nodig is voor tenminste 10 dagen en wellicht nog langer. Daarnaast zullen er extra windcapaciteit nodig zijn om de accu’s te vullen in perioden dat er juist genoeg elektriciteit wordt geproduceerd om aan de vraag op het net te voldoen.
Uitgaande van de kosten voor de investering in opslagcapaciteit voor 1 dag van € 63 miljard zou dit een totale investering vragen van € 630 miljard. Bij een afschrijvingsperiode van 12 jaar en een rente van 5% komen de jaarkosten uit op 68 miljard euro of € 8800 per huishouden (aantal huishoudens 2016) Kortom onbetaalbaar. Grootschalige energieopslag om perioden met te weinig zon en wind te overbruggen is voorlopig dan ook geen optie, daar er binnen afzienbare tijd geen reëel, betaalbaar, alternatief voor grootschalige accuopslag beschikbaar is.
Elektrisch rijden
Als we straks op grote schaal elektrisch gaan autorijden dan zal de stroomproductie en dus ook de opslagcapaciteit nog verder moeten toenemen. Stel in 2030 rijdt 25% van de personenauto’s en bestelwagens elektrisch. We gaan uit van de huidige aantallen: 8,1 miljoen personenauto’s en 828.000 bestelwagens 9. Personenauto’s reden in 2015 gemiddeld 36 km per dag 10, bestelwagens in 2014 (laatst bekende gegevens) 54 km per dag 11. Voor het energieverbruik van personenwagens gaan we uit van 0,15 kWu per km. Dat van bestelwagens schatten we op 0,20 kWu per km. Buitenlandse voertuigen blijven buiten beschouwing. Uit het bovenstaande valt te berekenen dat voor personenwagens en bestelwagens gemiddeld per dag 5,4 respectievelijk 10,8 kWu nodig is. Als 25% van het genoemde wagenpark elektrisch rijdt betekent dat een extra stroombehoefte van 13 GWu per dag, hetgeen een additionele investering vraagt van bijna € 3 miljard. Beperkt elektrisch rijden heeft dus betrekkelijk weinig invloed op de totale stroombehoefte.
Conclusie
Bij volledige transitie naar hernieuwbare energie, bijvoorbeeld in 2030, grotendeels in de vorm van wind- en zonne-energie, is grootschalige opslag van elektriciteit nodig om perioden met windstilte en weinig zon te overbruggen. Bij de huidige stand van de techniek lijkt voor ons land opslag in accu’s hiervoor de beste optie. Dit brengt echter dermate hoge kosten met zich mee dat dit geen reële optie is. Dit houdt in, dat-zolang we kernenergie onacceptabel vinden en er op korte termijn geen technieken beschikbaar komen om elektriciteit goedkoop op te slaan, energietransitie niet mogelijk is zonder grootschalige backup van met fossiele energie gestookte centrales.
Literatuur
- https://understandsolar.com/tesla-powerwall-ii-review/
- https://www.tesla.com/nl_NL/powerwall
- https://arstechnica.com/business/2017/01/a-look-at-the-new-battery-storage-facility-in-california-built-with-tesla-powerpacks/
- https://www.reddit.com/r/teslamotors/comments/5z1wcf/the_new_power_pack_price_is_250kwh_for_large/
- https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-03-17/tesla-s-169-million-battery-play-is-just-the-beginning
- http://www.urgenda.nl/documents/rapport-nederland-100procent-duurzaam2030.pdf
- http://statline.cbs.nl/statweb/publication/?dm=slnl&pa=00377
- http://www.vernunftkraft-hessen.de/wordpress/wp-content/uploads/2017/01/VERNUNFTKRAFT.-zur-Kaltdunkelflaute-Januar-2017.pdf
- http://statline.cbs.nl/StatWeb/publication/?DM=SLNL&PA=7374hvv&D1=2-11&D2=0&D3=a&HDR=T&STB=G2,G1&VW=T
- http://statline.cbs.nl/StatWeb/publication/?VW=T&DM=SLNL&PA=80428NED&LA=NL
- http://download.cbs.nl/pdf/2015-transport-en-mobiliteit-2015.pdf
Lelystad, mei 2017.
Kees van Loon
