Kan pompaccumulatie de stabiliteit van ons elektriciteitsnet waarborgen?

Stel je voor: een hete zomerdag. Iedereen zet de airconditioning aan. Het elektriciteitsnet kraakt onder de last van een onverwachte piek in het energieverbruik. Of andersom: een plotselinge storing in een groot zonnepark vermindert de beschikbare stroom. In beide situaties dreigt een stroomstoring, met alle gevolgen van dien voor ons dagelijks leven. Hoe kunnen we ons wapenen tegen deze schommelingen en een stabiel elektriciteitsnet garanderen? De sleutel ligt in het vinden van flexibele energieoplossingen die snel kunnen inspelen op veranderingen in vraag en aanbod.

Eén van deze oplossingen is pompaccumulatie (PA), ook wel pompcentrales of waterkrachtcentrales met pompwerking genoemd. Het principe is eenvoudig: het werkt als een gigantische waterbatterij. Tijdens perioden van lage vraag en overschot aan elektriciteit, wordt water naar een hoger gelegen reservoir gepompt. Wanneer er een tekort is, wordt het water weer naar beneden gelaten, waardoor turbines elektriciteit opwekken. Deze flexibiliteit maakt PA een waardevolle speler in de energietransitie. Maar hoe draagt het nu concreet bij aan de stabiliteit van ons elektriciteitsnet? En wat zijn de voor- en nadelen van deze technologie in een energiemix die steeds meer gedomineerd wordt door hernieuwbare bronnen?

Hoe pompaccumulatie het net stabiliseert

Pompaccumulatie speelt een cruciale rol in het handhaven van de stabiliteit van het elektriciteitsnet door in te spelen op diverse dynamieken van de energievoorziening. Het vermogen om snel te schakelen tussen energieopslag en energieproductie, evenals de capaciteit om essentiële netdiensten te leveren, maakt deze technologie een waardevolle asset in een modern energiesysteem. Deze flexibiliteit is van onschatbare waarde, vooral in een tijdperk waarin hernieuwbare energiebronnen steeds meer terrein winnen. In deze sectie onderzoeken we concreet hoe pompaccumulatie bijdraagt aan een stabiel elektriciteitsnet.

Levering van elektriciteit bij vraag (snelle respons)

Een van de belangrijkste functies van pompaccumulatie is het snel leveren van elektriciteit wanneer er een tekort dreigt. In slechts enkele minuten kan een pompaccumulatiecentrale van pompen overschakelen naar het genereren van elektriciteit. Dit is cruciaal bij onverwachte pieken in de vraag, bijvoorbeeld tijdens hittegolven wanneer veel mensen tegelijkertijd hun airconditioning aanzetten. Het kan ook helpen bij het opvangen van plotselinge verliezen in de productie, zoals wanneer een groot zonnepark onverwachts uitvalt. De capaciteit om snel extra vermogen te leveren, is essentieel voor het handhaven van de frequentie en spanning van het net binnen veilige grenzen, waardoor stroomuitval wordt voorkomen. Een typische pompaccumulatiecentrale kan binnen 2 tot 5 minuten op vol vermogen zijn, in vergelijking met bijvoorbeeld een gascentrale die 30 minuten nodig heeft.

• Snelle respons op piekvraag.
• Ondersteuning bij plotselinge uitval van andere centrales.
• Essentieel voor het handhaven van de netfrequentie.

Absorptie van elektriciteit bij surplus (overproductie hernieuwbaar)

Aan de andere kant kan pompaccumulatie ook elektriciteit absorberen wanneer er een overschot is, met name tijdens perioden van hoge productie van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie. Overdag, als de zon fel schijnt, produceren zonnepanelen vaak meer elektriciteit dan er op dat moment nodig is. ‘s Nachts, als de wind hard waait, geldt hetzelfde voor windmolens. Pompaccumulatie kan deze overtollige elektriciteit gebruiken om water naar het hoger gelegen reservoir te pompen, waardoor de energie in feite wordt opgeslagen voor later gebruik. Dit voorkomt dat hernieuwbare energiebronnen moeten worden afgeschakeld (curtailment) en maximaliseert de benutting van groene energie.

Dit is een cruciale rol in de optimalisatie van de transportinfrastructuur van het elektriciteitsnet. Zonder voldoende opslagcapaciteit kan een overschot aan lokaal geproduceerde hernieuwbare energie leiden tot congestie op het net, waardoor de elektriciteit niet efficiënt kan worden getransporteerd naar andere regio’s. Pompaccumulatiecentrales, strategisch geplaatst, kunnen deze congestie verminderen door de overtollige elektriciteit lokaal op te slaan en later weer vrij te geven wanneer de vraag hoger is.

• Opvang van overtollige zonne- en windenergie.
• Minimaliseert curtailment van hernieuwbare energie.
• Optimaliseert het gebruik van transportinfrastructuur.

Netdiensten (frequentie- en spanningsstabilisatie)

Naast het leveren en absorberen van elektriciteit kan pompaccumulatie ook een breed scala aan netdiensten leveren, die essentieel zijn voor het handhaven van de kwaliteit van de elektriciteit op het net. Een van deze diensten is de regulering van de frequentie. Het elektriciteitsnet heeft een nominale frequentie (bijvoorbeeld 50 Hz in Europa) die constant moet worden gehouden. Schommelingen in de vraag of aanbod kunnen de frequentie doen afwijken, wat tot problemen kan leiden. Pompaccumulatiecentrales kunnen snel reageren op deze schommelingen door hun productie aan te passen en zo de frequentie te stabiliseren. Een ander belangrijk aspect is spanningsregeling. Pompaccumulatie kan hieraan bijdragen door het leveren van reactief vermogen. Deze diensten dragen bij aan een betrouwbaar elektriciteitsnet.

• Frequentie- en spanningsregulering.
• Levering van reactief vermogen.
• Bijdrage aan een betrouwbaar elektriciteitsnet.

Sommige pompaccumulatiecentrales beschikken over de mogelijkheid tot « black start ». Dit houdt in dat ze het net kunnen herstarten in geval van een grootschalige stroomstoring (een blackout). Dit vereist wel dat de centrale een eigen energiebron heeft, bijvoorbeeld een dieselgenerator, om op te starten. Deze mogelijkheid is cruciaal, omdat het de tijd die nodig is om het net te herstellen aanzienlijk kan verkorten.

Voordelen van pompaccumulatie voor de stabiliteit van het elektriciteitsnet

Pompaccumulatie biedt verschillende voordelen ten opzichte van andere energieopslagmethoden. Van de capaciteit om op grote schaal energie op te slaan tot de lange levensduur en relatief lage exploitatiekosten, deze technologie is een interessante optie voor grootschalige energieopslag. Het is belangrijk om deze voordelen te belichten om een goed beeld te krijgen van de rol van pompaccumulatie in de transitie naar een duurzamer energiesysteem. In de volgende paragrafen gaan we dieper in op deze voordelen.

Grootschalige opslagcapaciteit

Een van de grootste voordelen van pompaccumulatie is de enorme hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen. In vergelijking met batterijen of waterstofopslag biedt deze technologie een veel grotere schaalbaarheid. Een typische pompaccumulatiecentrale kan enkele gigawattuur (GWh) aan energie opslaan, genoeg om een grote stad urenlang van stroom te voorzien. De Hornsdale Power Reserve in Zuid-Australië, een van de grootste lithium-ion batterijen ter wereld, heeft een capaciteit van 0,194 GWh (RenewEconomy). Ter vergelijking: de Bath County Pumped Storage Station in Virginia, VS, heeft een capaciteit van meer dan 37 GWh (U.S. Energy Information Administration). Dit maakt pompaccumulatie ideaal voor het opvangen van grote schommelingen in de vraag en aanbod van elektriciteit, die steeds vaker voorkomen door de toename van hernieuwbare energiebronnen. Bovendien kan de energie voor langere perioden opgeslagen worden.

Lange levensduur en lage exploitatiekosten

Pompaccumulatiecentrales hebben een zeer lange levensduur, vaak wel 50 jaar of meer. Dit in tegenstelling tot batterijen, die na een aantal jaren vervangen moeten worden. Ook de exploitatie- en onderhoudskosten zijn relatief laag. Zodra de centrale is gebouwd, zijn de belangrijkste kosten het pompen van water en het onderhoud van de installatie. Dit maakt pompaccumulatie een economisch aantrekkelijke optie voor grootschalige energieopslag op de lange termijn en een duurzame keuze in de energietransitie. De relatief lage kosten zorgen ervoor dat de energievoorziening betaalbaar kan blijven, terwijl tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd.

Een belangrijke indicator voor het evalueren van de economische haalbaarheid van energieopslagtechnologieën is de Levelized Cost of Storage (LCOS). De LCOS omvat alle kosten gedurende de levensduur van het project, inclusief investeringskosten, operationele kosten en financieringskosten, gedeeld door de totale hoeveelheid energie die gedurende die periode kan worden opgeslagen en geleverd. Voor pompaccumulatie ligt de LCOS over het algemeen lager dan voor batterijen, vooral bij grootschalige projecten en lange opslagduur (IRENA, 2017).

Bewezen technologie en betrouwbaarheid

De technologie achter pompaccumulatie is al decennia lang beproefd en betrouwbaar. De eerste pompaccumulatiecentrales werden al in de jaren 1900 gebouwd en sindsdien is de technologie steeds verder geperfectioneerd. Dit in tegenstelling tot sommige andere energieopslagtechnologieën, die nog in een relatief vroeg stadium van ontwikkeling verkeren. Pompaccumulatiecentrales hebben bewezen in staat te zijn om jarenlang probleemloos te functioneren, wat ze tot een betrouwbare keuze maakt voor het stabiliseren van het elektriciteitsnet. Zo draait de Coo-Trois-Ponts centrale in België, één van de grootste van Europa, al sinds 1970. Met een capaciteit van 1.164 MW levert deze centrale een belangrijke bijdrage aan de stabiliteit van het Belgische elektriciteitsnet (Electrabel).

Nadelen en uitdagingen van pompaccumulatie

Hoewel pompaccumulatie veel voordelen biedt, zijn er ook nadelen en uitdagingen waarmee rekening moet worden gehouden. Het is belangrijk om een realistisch beeld te schetsen van de potentiële beperkingen van de technologie en de inspanningen die nodig zijn om deze te overwinnen. Een eerlijke afweging van de voordelen en nadelen is essentieel voor een weloverwogen besluitvorming.

Milieu-impact

De aanleg van nieuwe pompaccumulatiecentrales kan gevolgen hebben voor het milieu. Het bouwen van dammen en reservoirs kan het landschap veranderen, de waterhuishouding beïnvloeden en de leefomgeving van planten en dieren aantasten. Vooral de impact op aquatische ecosystemen kan groot zijn. Het is daarom cruciaal om bij de planning en bouw van nieuwe centrales rekening te houden met deze impact en maatregelen te nemen om deze te minimaliseren. Dit kan bijvoorbeeld door bestaande waterreservoirs te gebruiken of door ondergrondse centrales te bouwen. Ook de keuze van de locatie is cruciaal. Het vermijden van ecologisch waardevolle gebieden en het herstellen van aangetaste habitats kan helpen om de milieu-impact te beperken.

• Verandering van het landschap.
• Impact op aquatische ecosystemen.
• Verandering van de waterhuishouding.

Geografische beperkingen

Pompaccumulatie is niet overal mogelijk. De technologie vereist specifieke geografische omstandigheden, zoals een aanzienlijk hoogteverschil en de aanwezigheid van voldoende water. Dit beperkt de beschikbaarheid van geschikte locaties voor nieuwe centrales. In vlakke gebieden zijn traditionele pompaccumulatiecentrales geen optie. Echter, er zijn alternatieve ontwerpen die deze beperkingen kunnen overwinnen, zoals ondergrondse centrales of centrales in zee. In 2020 was er wereldwijd 168 GW aan pompaccumulatiecapaciteit (IEA). De top drie landen waren China, Japan en de Verenigde Staten. Het vinden van geschikte locaties blijft dus een uitdaging.

Energieverlies

Het proces van pompen en turbineren van water brengt energieverlies met zich mee. Het rendement van een pompaccumulatiecentrale ligt typisch tussen de 70% en 80%. Dit betekent dat er energie verloren gaat bij het omzetten van elektriciteit naar potentiële energie (door het water omhoog te pompen) en weer terug naar elektriciteit (door het water naar beneden te laten stromen). Hoewel dit een nadeel is, is het belangrijk om te onthouden dat de energie die wordt opgeslagen anders verloren zou gaan (bijvoorbeeld door curtailment van hernieuwbare energie). Bovendien wordt er voortdurend gewerkt aan het verbeteren van het rendement.

Pompaccumulatie en de toekomst van een duurzaam net

De rol van pompaccumulatie in een duurzaam elektriciteitsnet is onmiskenbaar, dankzij het groeiende aandeel van hernieuwbare energiebronnen en de noodzaak om energie op grote schaal op te slaan. Door de integratie te bevorderen en de transitie naar schone energiebronnen te ondersteunen, biedt deze technologie waardevolle ondersteuning. In deze sectie bespreken we de groeiende rol van pompaccumulatie, innovaties en het belang van stimulerend beleid.

Groeiende rol in een hernieuwbare energiemix

Naarmate het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in de energiemix toeneemt, wordt de behoefte aan flexibele energieopslag steeds groter. Pompaccumulatie kan een cruciale rol spelen bij het integreren van intermitterende bronnen zoals zonne- en windenergie. Door overtollige hernieuwbare energie op te slaan en deze vrij te geven wanneer de vraag hoog is, kan pompaccumulatie helpen om het elektriciteitsnet te stabiliseren en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.

• Integreert intermitterende bronnen van energie zoals zonne- en windenergie.
• Stabiliseert het elektriciteitsnet en vermindert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.
• Zorgt voor een betaalbare energievoorziening bij een hoog aandeel van hernieuwbare energiebronnen.

Innovaties en toekomstige trends

Er wordt voortdurend gewerkt aan het verbeteren van de technologie achter pompaccumulatie. Innovaties zoals pompaccumulatiecentrales met variabele snelheid maken de technologie flexibeler. Door de snelheid van de pompen en turbines aan te passen, kan de centrale efficiënter inspelen op schommelingen in de vraag en aanbod van elektriciteit. Ondergrondse pompaccumulatiecentrales bieden een oplossing voor gebieden met beperkte geografische mogelijkheden. Door reservoirs ondergronds aan te leggen, kan de impact op het landschap worden verminderd. Ook wordt er onderzoek gedaan naar het gebruik van zeewater voor pompaccumulatie, wat de beschikbaarheid van locaties aanzienlijk zou vergroten. Daarnaast is de optimalisatie van besturingssystemen belangrijk voor efficiënter gebruik. Onderzoek naar innovatieve materialen en ontwerpen voor turbines en pompen kan de efficiëntie verder verhogen. De Europese Commissie heeft in haar energieplannen aangegeven dat er tegen 2050 een toename van pompaccumulatie nodig is.

Beleid en regelgeving

Een stimulerend beleid en regelgeving zijn essentieel voor het bevorderen van de ontwikkeling van pompaccumulatie. Financiële stimulansen, zoals subsidies en belastingvoordelen, kunnen de investeringskosten verlagen en de technologie aantrekkelijker maken voor investeerders. Ook duidelijke regels over de toegang tot het elektriciteitsnet en de vergoeding voor netdiensten kunnen bijdragen aan een succesvolle implementatie. Verschillende landen hebben al maatregelen genomen om de inzet van pompaccumulatie te stimuleren. Een vergelijking van dergelijke beleidsmaatregelen kan helpen om de beste praktijken te identificeren en een effectief kader te creëren voor de verdere ontwikkeling van deze technologie.

Met stimulerend beleid, technologische innovaties en een focus op duurzaamheid kan pompaccumulatie een essentiële rol spelen in het stabiliseren van ons elektriciteitsnet en het realiseren van een schone en betrouwbare energievoorziening.

Pompaccumulatie: een essentiële stabiliserende factor

Pompaccumulatie is een sleutelcomponent voor de stabilisatie van ons elektriciteitsnet, vooral in de context van de transitie naar een systeem gebaseerd op hernieuwbare energiebronnen. Deze technologie is in staat om snel te reageren op pieken in de vraag en overproductie van hernieuwbare energiebronnen, waardoor de betrouwbaarheid en efficiëntie van het netwerk worden verbeterd. Het stimuleren van pompaccumulatie is cruciaal voor het realiseren van de doelstellingen op het gebied van duurzame energie en het waarborgen van een stabiele energievoorziening voor toekomstige generaties.

Pompaccumulatie is geen wondermiddel. Het is belangrijk om rekening te houden met de nadelen en uitdagingen, zoals de milieu-impact en geografische beperkingen. Maar door deze uitdagingen aan te pakken en te investeren in innovaties, kan pompaccumulatie een waardevolle bijdrage leveren aan een duurzame en betrouwbare energievoorziening.

Benieuwd naar andere oplossingen voor een stabiel elektriciteitsnet? Deel dit artikel en discussieer mee!