Volgens Stan van den Broek, programmamanager bij Energy Storage NL, is Long Duration Energy Storage (LDES) een containerbegrip. “In principe betekent het gewoon opslag voor een langere termijn dan waar de huidige generatie batterijen voor wordt ingezet. Een vaste definitie bestaat niet. Vroeger werd gezegd: van vier tot honderd uur. Nu begint het bij acht uur of zelfs langer.”
Behoefte flexibel vermogen groeit
Energy Storage NL maakt het onderscheid tussen energieopslag in de vorm van elektriciteit, warmte en moleculen. Al deze vormen kunnen LDES faciliteren, maar elektriciteitsopslag wordt steeds belangrijker. Van den Broek: “LDES schuift nu een klein beetje op naar elektriciteitsopslag die voor langere tijd, dus meer dan acht uur tot een paar dagen, op volledig vermogen capaciteit kan leveren.” Deze verschuiving is volgens hem logisch, omdat het energiesysteem verandert. “Hoe meer zon en wind we in het systeem krijgen en hoe minder gascentrales er draaien, hoe meer behoefte we hebben aan flexibel vermogen.”
Andere vormen onmisbaar
De meeste aandacht gaat nog altijd naar lithiumbatterijen, die op steeds grotere schaal worden toegepast, ook voor LDES. Toch verwacht Van den Broek dat andere vormen van opslag onmisbaar worden. “Je zou eigenlijk willen dat de afhankelijkheid van één type technologie beperkt wordt. En dat je dus niet alleen maar leunt op lithium-batterijen.”
De afhankelijkheid van een enkele technologie is niet het enige probleem. Zo is lithium-winning een vervuilend proces. Het is net als andere batterijcomponenten, zoals kobalt en mangaan, afkomstig uit landen die het niet zo nauw nemen met milieu- en mensenrechten. Van den Broek: “Je zou daarom een techniek willen die goedkoop is en gebaseerd op makkelijk verkrijgbare materialen. Dan krijg je diversificatie van opslagmethoden, waardoor je ook strategisch en geopolitiek onafhankelijker kunt opereren.”
Redoxflow
Daarom worden flowbatterijen gezien als een belangrijk alternatief voor lithium-ion. Deze zijn geschikt voor LDES, gaan bovendien langer mee én zijn makkelijker te recyclen. Bij redoxflow worden positieve en negatieve ionen opgelost in water en opgeslagen in aparte tanks. In een reactor reageren ze met elkaar en wekken ze elektriciteit op, die kan worden opgeslagen. Door een membraan kunnen de ionen daarna weer gescheiden en terug in hun tanks worden gebracht. Met stapelbare batterijcellen kun je de opslagcapaciteit bovendien makkelijk aanpassen. De bekendste variant is de vanadium-redoxflowbatterij. Het Oostenrijkse bedrijf Cellcube is daar marktleider in. Het nadeel van vanadium is dat ook dit een zeldzaam en moeilijk winbaar materiaal is.
Nederlandse flowbatterijen
Daarom werkt het Nederlandse bedrijf AquaBattery aan een soortgelijke oplossing met een zoutwaterbatterij. Zout water wordt met elektriciteit gesplitst in een zure en basische oplossing, die apart worden opgeslagen. Bij gebruik worden ze gemengd tot zout water om weer stroom op te wekken. Dit veilige systeem gebruikt enkel zout en water en heeft geen energieverlies. Een waterbak, zout en membranen zijn voldoende om energie efficiënt te bewaren. AquaBattery heeft meerdere pilots en proefprojecten gedaan en is nu klaar voor opschaling.
Een ander Nederlands bedrijf, Elestor, maakt flowbatterijen met twee opslagtanks: één voor waterstof en één voor vloeibaar ijzersulfaat, gescheiden door een membraan waar een chemische reactie plaatsvindt. Wordt er spanning op de batterij gezet, dan ontstaat waterstof en ijzersulfaat die in aparte tanks terechtkomen. Bij het ontladen worden ze weer samengevoegd en komt elektriciteit vrij; het proces kan steeds worden herhaald.
Ore Energy
Een derde Nederlandse speler is Ore Energy, dat een ander principe gebruikt. Het systeem bevat een ijzeren anode, een waterige elektrolyt en een membraan dat lucht toevoert. Tijdens ontladen roest het ijzer door zuurstof, waardoor elektriciteit ontstaat. Opladen zet roest weer om in ijzer. De elektrolyt zorgt voor stroomoverdracht. ORE Energy plaatst meerdere modules in plastic bakken in een zeecontainer als compleet batterijsysteem.
Compressed Air Energy Storage
Daarnaast bestaan er nog andere opslagmethoden, zoals Compressed Air Energy Storage (CAES). In Nederland was heel lang een project in ontwikkeling bij Corre Energy in het Groningse Zuidwending. Het bedrijf had plannen voor de opslag van perslucht in lege zoutcavernes om daarmee later elektriciteit op te wekken. Dit plan kwam echter niet van de grond, onder andere door problemen met het verkrijgen van vergunningen.
Lievense
Een bijzondere Nederlandse variant van LDES is Plan Lievense, dat al in de jaren tachtig werd bedacht: een waterkrachtcentrale op basis van een kunstmatig valmeer. Het bedrijf Delta 21 zet dit plan nu voort en is al een tijd met de Universiteit Delft en de provincie Zuid-Holland aan het kijken hoe zo’n valmeer eruit zou kunnen zien. Ze kijken daarbij onder andere naar een goede dimensionering en hoe je gebruikmaakt van de ruimte voor natuurontwikkeling.
Auto-industrie
Hoewel deze technieken in theorie veel voordelen hebben tegenover batterijen, zijn er ook factoren die de doorbraak van deze technieken beperken. Batterijtechniek is momenteel de grootste en meest doorontwikkelde opslagtechniek voor elektriciteit en daarmee de grootste concurrent van deze recente en innovatieve technieken, zegt Van den Broek. “De nieuwe technieken hebben allemaal hun eigen ecosysteem. Terwijl achter de batterijontwikkeling de hele wereldwijde auto-industrie zit. Door landen zoals China is daar al heel veel in geïnvesteerd. Dat maakt dat de taart voor andere LDES-technieken steeds iets kleiner wordt.”
Maatschappelijke waarde
Toch ziet hij belangrijke redenen om verder te investeren in alternatieve opslagtechnieken. “Veiligheid is een ding bij batterijen. Daar zijn hele goede afspraken over te maken, maar het blijft een complexe technologie. Als het eenmaal ontbrandt, is het lastig te blussen. Dus als je technieken hebt die veiliger zijn of makkelijker te managen, dan heeft dat ook maatschappelijke waarde.”
Een ander argument is strategische onafhankelijkheid, licht Van den Broek toe. “Batterijen zijn complex om te maken en te recyclen. En we willen niet volledig afhankelijk zijn van China voor cruciale materialen. Je wilt dus opslagtechnieken die gebruikmaken van materialen die goedkoop, eenvoudig te recyclen en voldoende voorradig zijn.”
Aardgas
Een andere concurrent voor vernieuwende LDES-technieken is momenteel nog aardgas. “Voor lange termijnopslag is er nog geen echt verdienmodel, omdat we nog voldoende gas hebben en daarop leunen als het spannend wordt. Tegelijkertijd weten we dat dat eindig is en verwacht netbeheerder TenneT na 2030 al serieuze risico’s voor de leveringszekerheid. Er wordt gewerkt aan een mechanisme om dat op te vangen, maar dat is er nog niet.”
Lange termijn flexibiliteit
In Nederland zijn de meeste LDES-projecten nog kleinschalig, maar dat is langzaam aan het veranderen. De overheid investeert veel in onderzoek en innovatie, bijvoorbeeld via het Battery Competence Cluster, zegt Van den Broek. “Het aanjagen van innovatie betekent echter ook dat er een aantal grotere demonstraties moet komen. Dat betekent dat de overheid een coördinerende rol moet pakken, ook qua vergunningverlening. Dat geldt zeker voor complexere projecten die over beleidsterreinen heen gaan, zoals Delta21 en Compressed Air Energy Storage.”
LDES staat nog aan het begin van de leercurve, maar Van den Broek ziet de noodzaak toenemen. “De batterij-opslagsystemen die nu worden uitgerold, worden zo gedimensioneerd dat ze in principe binnen een aantal uur leeg zijn. Echter zien we dat netcongestie vaak juist ook vraagt om langere duur. Hoe meer zon en wind we in het systeem krijgen, hoe meer behoefte er is aan opslag die ook op de langere termijn flexibiliteit kan bieden.”
