Elektriciteitsnet stabiel houden bij overvloed aan wind en zon

Switch to the future

Onder het motto ‘Switch to the future’ gaan zij onderzoeken hoe ons toekomstig hernieuwbare energiesysteem, met wind en zon als belangrijkste bronnen, stabiel en betaalbaar kan blijven.

In eerste instantie bestaat SWITCH, mede mogelijk gemaakt door het ministerie van EZK, uit een aantal kleine windturbines, een klein zonnepark, een electrolyser en een batterijsysteem. Door deze op flexibele wijze met elkaar en met het elektriciteitsnet te verbinden, werkt het geheel als één duurzame energiecentrale. WUR/ACRRES en TNO doen samen, en met partners, onderzoek op deze faciliteit. Hierbij richt WUR/ACRRES zich vooral op toepassingen van waterstof voor de agrarische sector, terwijl TNO onderzoekt hoe het net de grote hoeveelheden elektriciteit kan verwerken die vanaf 2030 door windparken op zee worden geproduceerd.

SWITCH geeft mogelijkheden de toepassing van energieproductie en opslag binnen de agrarische sector te innoveren. Zo heeft de agrarische sector te maken met een energieproductie van zon en wind die niet overeenkomt met het energiegebruik van een agrarisch bedrijf. Opslag in waterstof zou hierbij de sleutel kunnen zijn om te werken naar een fossielvrije landbouw.

Fluctuaties elektriciteitsnet opvangen

In het proefstation zijn de windturbines, zonnepanelen, electrolyser en batterijsystemen zodanig aan elkaar gekoppeld dat het energieaanbod kan worden afgestemd op de marktvraag en ook het elektriciteitsnet optimaal wordt benut. Dit biedt de experts van TNO unieke mogelijkheden om een grote variëteit aan configuraties in het veld te testen en hiervoor regelstrategieën te ontwikkelen.

Een belangrijk probleem waarvoor zij oplossingen ontwikkelen is dat het aanbod van wind en zon door het jaar heen sterk fluctueert. Bij een piek in de vraag kan nu een gasgestookte centrale bijspringen, maar straks willen we die niet of zo min mogelijk aanzetten vanwege de CO₂-uitstoot. Dus zijn er andere manieren nodig om wisselingen in vraag en aanbod op te vangen en de flexibiliteit van nu op andere manieren te bereiken.

Stabiliteit en businesscase

Op momenten dat de windturbines op volle kracht draaien kan er overproductie ontstaan, waardoor de marktprijzen sterk dalen en er mogelijk congestie in het elektriciteitsnet optreedt. Een mogelijkheid is dan de elektriciteit door middel van elektrolyse te converteren naar waterstof en die naar land te transporteren en direct te gebruiken of op te slaan.

Een andere mogelijkheid is opslag van elektriciteit in een batterijsysteem. Op momenten van onvoldoende energieaanbod uit wind en zon kan een deel van de piekvraag worden geleverd door het ontladen van de batterijen en het tijdelijk verminderen van de waterstofproductie. Dit zijn niet alleen technologische vraagstukken, want ook de prijs van elektriciteit speelt een belangrijke rol. In de besturing van het fieldlab worden daarom gesimuleerde marktprijzen gebruikt om tot een goede businesscase te komen.

Verschillende innovaties

Voor het optimaal afstemmen van het duurzame aanbod op de vraag van eindgebruikers zijn nog veel vragen te beantwoorden. TNO werkt in het fieldlab samen met industriële partners en universiteiten aan verschillende innovaties.

Een daarvan, ‘flexible power dispatching’, moet uitwijzen op welke momenten het gunstig is de opgewekte elektriciteit om te zetten in waterstof via elektrolyse dan wel op te slaan in batterijen of aan het net te leveren. Daarbij wordt het afremmen van de productie van de windturbines zo veel mogelijk voorkomen. Omgekeerd komt het voor dat er geen wind is maar wel vraag. In elke situatie van aanbod en vraag moet technisch, organisatorisch en economisch steeds de juiste keuze worden gemaakt.

Drijvende zonnepanelen

In de nabije toekomst zullen ook drijvende zonnepanelen op zee tussen windturbines energie kunnen opwekken. TNO onderzoekt hoe deze het best zijn aan te sluiten op de turbines, omdat een aparte kabel richting land voor zonneparken op zee veel te duur zou zijn. TNO wil op dit nog goeddeels onontgonnen terrein de nodige innovaties realiseren.

Cybersecurity

Betrouwbaarheid is een van de sleutelwoorden voor het toekomstige energiesysteem. Leveringszekerheid is daar één aspect van, maar het gaat behalve om de beveiliging van de windturbines tegen schade en dus productieverlies ook om het systeem. In SWITCH gaan cybersecurity experts van TNO innovaties testen die ervoor zorgen dat de netwerken extreem goed beveiligd zijn tegen aanvallen van buitenaf.