Post on 29-May-2020
www.uce-uu.nl
Elektriciteitsopslag:De stand van zaken
Ir. E.H. LysenUtrecht Centrum voor Energieonderzoek (UCE)
FOM Workshop ElektriciteitsopslagRijnhuizen, 1 november 2007
www.uce-uu.nl
Studie kennispositie Nederland elektriciteitsopslag
• Onderzoek kennispositie elektriciteitsopslag in Nederland en rol voor duurzame energievoorziening (opdracht SenterNovem, NEO 0268-05-05-01-002 )
• Literatuuronderzoek en interviews: ECN, Ecofys, Tennet, TU Delft, KEMA, Philips-TU/e, CCM en Universiteit Utrecht
• UCE rapport, september 2006
www.uce-uu.nl
Kennispositie Nederland1. Netgekoppelde opslagsystemen:
– met name bij KEMA en Tennet– ook ECN en TU Delft, en Essent, Ecofys
2. Opslag voor autonome systemen: – Philips (NiMH) en TU/e, TU Delft, Shell Solar, Univ Utrecht
3. Opslag voor voertuigen: – CCM (vliegwiel), Ecofys, Univ Utrecht (H2)
Kennispositie laag hoog1 Netgekoppelde systemen2 Autonome systemen3 Voertuigen
www.uce-uu.nl
Typen opslagsystemenChemische energie opslag
1. Lood-zuur batterij2. Nikkel-Cadmium en Nikkel-Metaal-Hydride batterij3. Lithium-Ion batterij4. Natrium-zwavel batterij5. Zinkbromide flow batterij6. Vanadium-redox flow batterij 7. Regenesys flow batterij8. Metaal-lucht batterij9. Waterstof
Mechanische energie opslag10.Compressed Air Energy Storage (CAES) 11.Pomp-accumulatie12.Vliegwiel
Elektrische energie opslag13.Supercondensator14.Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)
www.uce-uu.nl
1. L
ood-
zuur
2. L
ithiu
m
3. N
ikke
l MH
4. N
a-zw
avel
5.Zi
nk-b
rom
ide
6. R
edox
: Reg
enes
ys
7. R
edox
: van
adiu
m
8. M
etaa
l-luc
ht
9. W
ater
stof
10: C
AES
11. P
omp-
accu
mul
atie
12. V
liegw
iel
13. S
uper
caps
14. S
MES
15. D
iver
sen
16. m
odel
lerin
g
17. t
echn
o-ec
on a
naly
se
18. P
rakt
ijkte
st
BEDRIJVENPhilipsEcofysCCMShell Solar
UNIVERSITEITENTU Delft (Schoonman)TU Delft (vd Sluis)TU Eindhoven (Notten)Univ. Twente ("Procede")Univ. Utrecht (de Jong)
KENNISINSTELLINGENKEMATNO - I&T (MEP)TNO-PMLECN
OCTROOIENPhilipsStorkThalesKleine bedrijvenIndividuen
CHEMISCH MECHANISCH ELEKTRISCH ANALYSE
www.uce-uu.nl
www.uce-uu.nl
Energiedichtheid Benzine:
8900 kWhth/m3
12100 kWhth/ton
www.uce-uu.nl
Ontwikkelingsfase
www.uce-uu.nl
Netgekoppelde systemen: pompaccumulatie
Land Pompaccumulatie
Capaciteit (MW) Totale elektrische capaciteit (MW)
Percentage
Groot-Brittannië 2.833 78.538 3,6% Frankrijk 4.280 116.207 3,7% Duitsland 4.636 124.669 3,7 % Italië 4.244 78.249 5,4 % Polen 1.604 31.407 5,1% Zwitserland 1.440 17.000 8,3% Nederland 0 20.500 0% Europese Unie (15) 32.000 617.000 5,2% USA 19.528 932.830 2,1% Japan 15.606 241.290 6,5% Wereld 90.000 3.625.700 2,5% Diverse bronnen, w.o. International Small Hydro Atlas of IEA, Eurostat, World Energy Outlook, DoE
www.uce-uu.nl
Samengeperste lucht (CAES)• Eerste CAES opslagsysteem: 1978 Huntorf (Dtl)
– Doel: leveren compressor energie van gasturbine, 290 MW gedurende 2 uur, via lucht opgeslagen in twee zoutholtes met een volume van 310.000 m3.
• Tweede CAES: 1991 Alabama (VS)– 110 MW van Alabama Electric Cooperative. Lucht
samengeperst in zoutholte (450 m diep), volume van 500.000 m3. Druk varieert tussen 74 en 45 bar
• Plannen voor 2700 MW CAES in Norton (Ohio) en 540 MW CAES in Markham (Texas) zijn nog niet gerealiseerd.
www.uce-uu.nl
Batterij opslag: Fairbanks, Alaska
• elektrische opslag op basis van NiCd batterijen• piekvermogen van 27 MW (15 min.)• geïnstalleerd aan eind lange transmissielijn• opslag goedkoper dan continubedrijf diesel • diesel wordt gestart als uitval te lang gaat duren • systeem heeft in 2003 – 2005 reeds 90 keer
dreigende netstoring voorkomen
www.uce-uu.nl
Andere bestaande systemen• UPS (Uninterrupted Power Supply)
– UPS neemt bij netuitval tijdelijk een deel van de belasting over (standaard systemen bij ziekenhuizen, banken, enz.) Opslag: accu’s, vliegwielen.
• SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)– Tientallen gebouwd, voor netspanningstabilisatie:
spanningsdippen voorkomen bij snelle belastingswisselingen (Japan, VS)
• Redox flow– Twintig Redox Flow batterijen opgesteld. (Voorbeeld: 30 MW
windcentrale Japan, VRB, 4 MW, 90 minuten, 6 MWh).– Recent nieuw onderzoek door KEMA
www.uce-uu.nl
Studies opslagsystemen• Integratie wind met opslag
– Plan Lievense: 1981 prominente rol bij discussie over opslaan windenergie: op 55 m hoge ringdijk rond een kunstmatig stuwmeer:300 windturbines van 2,8 MW
– Daarna verschillende studies naar ondergrondse pompaccumulatie centrales (OPAC, S-PAC, etc)
– Transitieplatform Duurzame Elektriciteitsvoorziening: workshop Wind energie en Opslag, Amersfoort, 4 oktober 2007
• Integratie wind zonder opslag– DENA studie: van 23,5 TWh wind in 2003 naar 77 TWh wind in
2020 is mogelijk zonder opslag• Micro WKK
– Transitieplatform Nieuw Gas• Waterstof
– DEA studie Denemarken
www.uce-uu.nl
Studie: energie eiland
www.uce-uu.nl
Eigenschappen energie eiland20.000 MWhCapaciteit
2,45 miljard EuroInvesteringskosten-32 tot -40 mWater niveaus 25 tot 30 kmAfstand tot de kust 10 x 6 kmOmvang eiland< 1 minuutReactietijdOngeveer 80% (cyclus)RendementMax. 1 per dagAantal cycli1.500 MW (12 uur)Vermogen (12 x 125 MW)
www.uce-uu.nl
Kostenvoordeel opslagsysteem t.o.v. snelle regeleenheid (CCGT)
Bron: Energie eiland, haalbaarheidsstudie fase 1, KEMA Consulting en R.I. Lievense , juli 2007
www.uce-uu.nl
OPAC (Ondergrondse Pomp Accumulatie Centrale)
Bron: E. van Engelen, Essent (Initiatief groep OPAC)
www.uce-uu.nl
• Boven- en benedenreservoir: 2,5 miljoen m3• Op 1400 m diepte: benedenreservoir, hal met
pompturbines, transformatorhal• Opslagcapaciteit: 8 GWh• Vermogen: 1400 MW• Cyclusrendement 81%• Investering: € 1,65 miljard • Bouwtijd: 5 jaar
Eigenschappen OPAC
Bron: E. van Engelen, Essent (Initiatief groep OPAC)
www.uce-uu.nl
Studie TU Delft en Tennet
Bron: Bart Ummels, TU Delft
www.uce-uu.nl
Niet-inpasbare windproductie
Bron: Bart Ummels, TU Delft
www.uce-uu.nl
Extra CO2 uitstoot
Bron: Bart Ummels, TU Delft
www.uce-uu.nl
Autonome systemen
• 1983: Terschelling
• 1984: Radio Hoyer, Curaçao
• 1988: Zonnehuis Castricum
• 1988: Sukatani, Indonesië
www.uce-uu.nl
Opslag in voertuigen
• In 1899 al hybride auto’s• Amsterdam, Haarlem (1909-1926):
80 elektrische taxi’s
• Eindhoven, 2004: Phileas bussen• Rotterdam, 2005: Parkshuttles
(Kralingen < > Rivium)
• VS (EPRI): Plug-in Hybrid Electric Vehicle (1:25)
• China, 2005: 23 miljoen elektrische tweewielers verkocht
Porsche, 1899
Parkshuttle, 2005
PHEV, 2006
www.uce-uu.nl
Studies naar opslag voor voertuigen
• Bossel: “ook de transportsector zal uiteindelijk de elektrische route kiezen”. – 50% van alle ritten zijn korter dan 5 km – 80% van alle benzine wordt gebruikt voor ritten van minder
dan 100 km
• Studies (o.a. Kempton): Vehicle-to-Grid– elektriciteitsopwekking aan boord van voertuigen wordt ook
gebruikt om terug te voeden in het net – 3% van voertuigen in VS kan zo grootschalige wind energie
integratie (50% van elektriciteitsverbruik) mogelijk maken– Gedachten experiment: 191 miljoen auto’s in VS kunnen
2865 GW opwekken, bijna 7x het geïnstalleerd elektrisch vermogen (417 GW)
www.uce-uu.nl
Mobiliteit in Nederland
© Centraal Bureau voor de Statistiek, Voorburg/Heerlen 2007-09-18
59,2964,3658,5733,6636,232,63,033,253,09Zaterdag
63,5964,0664,334,3333,8334,833,253,313,43Vrijdag
63,8662,6261,4632,6632,7331,573,253,243,24Donderdag
62,1363,2361,3731,8232,9132,293,153,173,29Woensdag
61,3563,2761,1331,2132,0530,93,23,223,34Dinsdag
58,9357,4958,329,9128,8828,963,073,053,15Maandag
52,8554,5554,2431,8432,1132,272,122,222,13Zondag
minutenkmaantalMobiliteitskenmerken
200520042003200520042003200520042003Perioden
Reisduur per persoon per dagAfstand per persoon per dagVerplaatsingen per persoon per dagOnderwerpen
Regio's: NederlandMotieven: Totaal motievenPopulatie: Hele bevolking
Mobiliteit per regio naar motief en algemene kenmerken
www.uce-uu.nl
Ontwikkelingen in hybrides
• Parallel hybride (1997): – enkele minuten elektrisch– Verbruik 5 l / 100 km (1:20)
• Seriële hybride (2009?):– 100 km elektrisch – 12 kWh Li-ion batterij– Verbruik: <100 km: 0,1 kWh/km
150 km: 2 l / 100 km (1:50)500 km: 5 l / 100 km (1:20)
www.uce-uu.nl
Opladen: kan niet snel…
• Benzine tanken: 38 liter/minuut• Equivalent vermogen: 38 l/min*8,9 kWh/l * 60 min/h
= 20292 kWh/h = ruim 20 MW !
• Ter vergelijking: elektrische auto met accu van 10 kWh ook opladen in 1 min vraagt (theoretisch) 600 kWh/h: 600 kW (NB: in praktijk 5%-10% omzettingsverlies => warmte!)
• Huis-aansluiting: 3 kW, dus opladen: ruim 3 uur
www.uce-uu.nl
Onderzoeksvragen• Fundamenteel:
– waar liggen de grenzen van elektriciteitsopslag? (Wh/kg, Wh/m3, laad-, ontlaadsnelheid, efficiency)
• Toegepast:– wanneer wordt opslag nodig, bij inpassing van
intermitterende hernieuwbare bronnen, t.o.v. uitbreiding van de interconnector capaciteit?
– wat zijn voordelen en nadelen van enkele grote systemen versus een groot aantal kleinschalige opslagsystemen?
• Ontwikkeling en demonstratie:– Hybride voertuigen met grotere accucapaciteit– Demonstraties met “Plug-in Vehicles” en “Vehicle-to-Grid”
toepassingen– Ontwikkeling batterij-management systemen