Het elektriciteitshuisje van de toekomst bewaart de zomerzon voor de kille winterdagen

Het elektriciteitshuisje van de toekomst bewaart de zomerzon voor de kille winterdagen Ons centraal beheerde elektriciteitsnet is overbelast. Lokale opslag van energie heeft de toekomst, maar hoe ziet dat er uit? In Delft proberen ze dat uit te vogelen, met een fikse nadruk op de praktische kant. Zestig kilogram waterstof.

Dat zal een huishouden ongeveer nodig hebben om in Nederland zelfstandig de winter door te komen. Om dat te testen staan 52 lange, knalrode hogedrukhouders opgesteld voor een bouwkeet, erboven de zonnepanelen die deze waterstofflessen vullen. Deze winter moet blijken of een appartement dankzij die installatie het elektriciteitsnet links kan laten liggen, legt Milos Cvetkovic van de Technische Universiteit Delft uit.



Welkom in The Green Village, een proefdorp op het terrein van de Technische Universiteit Delft. Feitelijk is dit een laboratorium, maar er is zoveel aandacht besteed aan een realistische opstelling dat het aanvoelt als in een woonwijkje dat overal in Nederland zou kunnen staan. Er staan drie doorzonhuizen op een rijtje, elk een voortuintje met tegelpad naar de voordeur.

Aan de overkant staan nog een paar appartementen. Overal liggen zonnepanelen op de daken, maar ook dat is onderhand geen opmerkelijk gezicht meer. De tekenen dat hier volop wordt geëxperimenteerd met de energievoorziening van de toekomst zijn subtieler.

Zoals de ondergrondse stroomkabel die een van die appartementen aansluit op de waterstofinstallatie. Deze test is een van de mogelijkheden om zonne-energie te bewaren. De panelen leveren in de zomer meer stroom dan het huishouden nodig heeft.

Die gaat niet het centrale elektriciteitsnet op, zoals in Nederland nu massaal gebeurt, maar wordt lokaal bewaard. Met het overschot aan elektriciteit wordt water gescheiden in waterstof en zuurstof. Die waterstof wordt opgeslagen in de flessen.

Wanneer de zonnepanelen op een winterse dag minder energie opwekken dan het huishouden vraagt, wordt de waterstof ingezet als energiebron. Door er in een brandstofcel weer zuurstof aan toe te voegen, wordt een chemisch proces in gang gezet dat elektriciteit oplevert. Het restproduct is water.

Als je maar genoeg zonnepanelen heb, en je buffer groot genoeg is, kun je op deze manier het gebruik van zonne-energie eindeloos spreiden. Dag en nacht, zomer en winter. Of je nu op het elektriciteitsnet bent aangesloten of niet.

Decentrale opslag van energie heeft de toekomst, zoveel is wel duidelijk. De oude benadering is één groot net waar iedereen direct op is aangesloten. Dat betekent een wirwar van vraag en aanbod van stroom, met soms enorme pieken en dalen.

De netbeheerder heeft de ondankbare taak om te zorgen dat al die vraag en aanbod continu in balans is. Dat leidt tot veel geschuif met stroom. Neem bijvoorbeeld al die zonne-energie die huishoudens produceren rond het middaguur in de zomer, terwijl ze zelf heel weinig verbruiken.

Het systeem loopt dan ook tegen zijn grenzen aan. In heel Nederland zit het stroomnet nu vol. Grootverbruikers kunnen geen nieuwe aansluiting meer krijgen.

En tegelijk worden veel zonnepanelen simpelweg uitgeschakeld omdat ze hun energie niet kwijt kunnen. Dat komt met name omdat er simpelweg te weinig kabel is om al die elektriciteit heen en weer te sturen. Als we op de oude manier voldoende stroom willen leveren, moet er een derde zoveel kabel bij, becijfert Cvetkovic.

Die grote capaciteit is nodig, plat gezegd, omdat we in de huidige inrichting van het netwerk zoveel stroom van hot naar her slepen. Maar wat als we dat niet zouden doen? Daar komt decentrale opslag om de hoek kijken. Als je een lokale buffer zou hebben in de energievoorziening, heb je op het centrale net minder capaciteit nodig.

Vergelijk het met verkeer. Als iedereen dichter bij huis zou gaan werken, is er per saldo minder verkeer onderweg en heb je wellicht geen spoor- en snelwegverbreding nodig. Een paar grote veranderingen maken die decentrale opslag nu realistisch.

Om te beginnen wordt er door de zonnepanelenrevolutie van de laatste jaren drastisch meer elektriciteit lokaal opgewekt. “We stoppen nu heel veel zonne-energie in het systeem”, zegt Cvetkovic. “Dat zou nog veel meer moeten en kunnen worden.

De technologie van de panelen is er klaar voor, maar de grote uitdaging is die netcongestie. We hebben niet de netwerkcapaciteit om al die energie rond te pompen.” Daar komt een tweede ontwikkeling om de hoek kijken, de vooruitgang in energie-opslag.

Nog niet zo lang geleden waren batterijen vooral op basis van metalen, en daarmee schaars en duur. Maar intussen is de technologie achter bijvoorbeeld waterstofopslag sterk verbeterd. Lokale opslag wordt zo een realistisch perspectief, en daarmee komt de mogelijkheid om twee zwaktes van zonne-energie in één klap op te lossen: je vermindert de netcongestie, én je overbrugt het probleem dat zonnepanelen vaak leveren op het moment dat je de energie niet nodig hebt.

“Met decentrale hubs kun je beginnen om lokale energiebehoeften te vervullen met lokale productie, zegt Cvetkovic. “Niet alleen op de momenten dat je produceert, maar wanneer je het nodig hebt.” De theorie staat als een huis, maar dan moet je het systeem nog wel kunnen bouwen.

De panelen zijn dus de minste zorg, maar het opslaan en omzetten van energie kent tal van uitdagingen. “Opslag is nog volop in ontwikkeling”, legt Cvetkovic uit. “Er zijn technieken die in het lab veelbelovend zijn, maar het is nog niet duidelijk of en hoe we die kunnen opschalen.

” De beste manier om die onzekerheid te bestrijden, is om gewoon te beginnen en iets uit te proberen. Voor deze opstelling in The Green Village werd het dus waterstof. Cvetkovic en collega’s wilden vooral eens zien hoe een technologie die zich in het lab heeft bewezen, uitpakt in de praktijk.

“Als je het gaat doen, loop je tegen van alles aan, en dat is vreselijk leerzaam”, vertelt Marjan Kreijns, directeur, of ‘burgemeester’, van The Green Village. Dit experiment moet een paar basale vragen beantwoorden. De vraag of er in een natte Nederlandse zomer genoeg zon is om de flessen te vullen, is alvast beantwoord: de flessen zitten, na een matige zomer, vol.

Nu komt de vraag of het ook genoeg is om het huishouden comfortabel de winter door te helpen. Dat is niet alleen een kwestie van de metertjes in de gaten houden, de beleving van de bewoners speelt ook een grote rol. Als die bij wijze van spreken een half uur moeten wachten op warm water, is er iets mis.

Wat direct in het oog springt, is dat het geheel nogal fors is. De installatie beslaat minstens dertig vierkante meter. Dan heb je een keet met daarin de apparatuur en erboven een afdak waarop de panelen rusten.

Ervoor staan de waterstofflessen, met een flinke bufferzone met een hek eromheen en waarschuwingsborden. Gaandeweg bleken de vereiste veiligheidsmaatregelen ingrijpend. Dat ligt niet zozeer aan het gevaar op zich.

Waterstof is natuurlijk een explosief goedje, maar dat is aardgas ook. Het grote verschil tussen de twee is dat waterstof niet eerder is uitgeprobeerd in de bebouwde kom. Ook dat hoort bij pionieren.

Kreijns heeft goede hoop dat de zorgen te overwinnen zijn. “Buitenlanders vinden het juist eng hoe wij met aardgas omgaan en dat vinden wij normaal omdat we die omslag hebben gemaakt. We kunnen waterstof ook normaal gaan vinden, maar het is dus wel een aandachtspunt voor de lijst.

” Cvetkovic glimlacht als de tegenvallende omvang ter sprake komt. “Als onderzoeker ben je vooraf natuurlijk enigszins hoopvol”, zegt hij diplomatiek. Maar zoiets als dit bouw je niet even voor elk van de 8 miljoen huishoudens in Nederland.

Dat hoeft dan ook geenszins. In een dichtbevolkt land als Nederland zou je gek zijn om deze opstelling massaal uit te rollen. Er zijn heel veel slimme combinaties die je kunt maken om drastisch efficiënter te werken.

“Dit is het baseline experiment”, legt Cvetkovic uit. “Vervolgens kun je ermee gaan spelen.” Die speelmogelijkheden vormen een lange lijst: Als je minder energie weet te verbruiken in de winter, bijvoorbeeld door betere isolatie, kun je met een kleinere buffer toe.

Het delen van een hub over meer dan één huishouden scheelt fors in de kosten en in de ruimte die de installatie inneemt per huishouden. En dat delen brengt weer nieuwe optimalisaties met zich mee. Want niet iedereen doucht tegelijkertijd, dus de maximumcapaciteit die je nodig hebt voor vijf huishoudens is flink lager dan vijf keer de maximumcapaciteit voor één huishouden.

Enzovoorts. Hoeveel winst zulke aanpassingen opleveren, zul je allemaal pas echt merken als je het bouwt. “Je kunt hier een model van maken”, zegt Cvetkovic.

“Maar het is heel ingewikkeld om vooraf te zeggen hoe het gaat worden. Uitvoeren is wezenlijk anders dan modelleren. Als je het echt gaat bouwen, moet je allemaal beslissingen nemen over het ontwerp.

En zodra je die neemt, is de situatie veranderd. Wat je dacht te weten, kan het raam uit. Dat is de schoonheid ervan.

” Een uitkomst die in ieder geval al te voorzien is, is dat De Perfecte Hub zal afhangen van de omgeving. Hoeveel zonnepanelen zijn er in een wijk, hoe dicht staan de huizen op elkaar, is er stadsverwarming, zijn het oude huizen of nieuwbouw? Zulke verschillen zijn cruciaal voor het vinden van een passende hub. “Je zult toe moeten naar maatwerk per type wijk of woning”, zegt Kreijns.

Dat betekent weer dat je een brede gereedschapskist moet ontwikkelen met flexibele opties. en die moet je natuurlijk allemaal grondig testen en goed op elkaar aansluiten. Met dat proces van fijnslijpen zal The Green Village voorlopig nog wel zoet zijn, weet Kreijns uit ervaring.

Al die tests leveren brengen weer uitdagingen aan het licht die opgepakt kunnen worden. Soms zijn dat hobbels in de regelgeving van de overheid, zoals met de waterstofopslag, soms zit het hem in de samenwerking tussen apparaten. En ook het apparaat zelf blijkt altijd beter te kunnen.

De bedrijven die ze produceren, hebben daar ook weer baat bij. Kreijns lacht: “Iedereen die hier met een ontwerp binnenkomt, denkt dat het al perfect is. Maar we hebben er nu honderden gehad, en ze gingen allemaal met verbeterpunten weer weg.

” Ook in Zuid-Holland zit het stroomnet nu officieel vol. Bedrijven en instellingen kunnen in heel Nederland niet zomaar een aansluiting krijgen. Er wordt gezocht naar alternatieve oplossingen .

Vincent Dekker schrijft over innovaties en ontwikkelingen op het gebied van groene energie, dichtbij en ver van huis . Vincent heeft nu ook een podcast, onder meer over warmtepompen – beluister die via deze link of zoek hem op via de bekende kanalen..