Hoe de Integratie van Hernieuwbare Energiebronnen de Toekomst van Elektriciteitsnetwerken Vormt

De verschuiving naar hernieuwbare energiebronnen (RES) is een essentieel onderdeel van de wereldwijde inspanningen om de klimaatverandering tegen te gaan. Na de Overeenkomst van Parijs in 2016 is het wereldwijd inzetten op hernieuwbare energie, vooral wind- en zonne-energie, aanzienlijk toegenomen. De voorspellingen voor 2040, volgens het 450-scenario van het Internationaal Energieagentschap (IEA), geven aan dat bijna 60% van de wereldwijde energieopwekking uit hernieuwbare bronnen zal komen, waarbij wind- en zonne-energie een aanzienlijk aandeel hebben. Tegelijkertijd verwachten analisten dat de kosten van zonne-energie en onshore windenergie tegen 2040 met respectievelijk 40–70% en 10–25% zullen dalen.

De integratie van zonne-energie en windenergie, met een penetratie van ongeveer 25% in de energie-mix, is op dit moment financieel haalbaar qua systeemontwerp en -werking. Echter, naarmate het aandeel van hernieuwbare energiebronnen verder toeneemt, wordt het noodzakelijk om variabiliteit en onvoorspelbaarheid van de output van wind en zon adequaat te kunnen opvangen. Hiervoor kunnen opslagtechnologieën en vraagresponsmechanismen een cruciale rol spelen. In het NZE-scenario wordt verwacht dat de implementatie van grootschalige batterijopslag tussen 2022 en 2030 met meer dan 4000% zal toenemen. Batterijen slaan niet alleen de overtollige energie van wind en zon op wanneer deze overvloedig is, maar ondersteunen ook het net tijdens perioden van verhoogde vraag of wanneer wind of zon niet beschikbaar zijn, en dragen zo bij aan de netstabiliteit en betrouwbaarheid.

Naast batterijen zijn er andere vormen van energieopslag, zoals op zwaartekracht gebaseerde systemen, warmteopslag en vliegwielopslag, die zich in een ontwikkelingsfase bevinden en naar verwachting een aanvulling zullen vormen op batterijopslag. Het is belangrijk te begrijpen dat de integratie van variabele hernieuwbare energiebronnen de voorspelbaarheid van de stroomdoorvoer door het systeem beïnvloedt, wat leidt tot dynamische en complexere systeemcondities die moeilijker te beheersen zijn. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, spelen digitale en slimme technologieën een steeds grotere rol.

Slimme sensoren, regelsystemen en bijbehorende software kunnen dynamische systeeminformatie in real-time leveren. Deze real-time beoordeling van de gezondheid van het systeem maakt een efficiënter gebruik van bestaande bronnen mogelijk, waardoor het netwerk optimaal benut kan worden zonder concessies te doen aan stabiliteit, betrouwbaarheid en veerkracht. Door de inzet van digitale technologieën en snelle communicatie tussen de belanghebbenden kunnen betere gecoördineerde planningen en operaties worden gerealiseerd, wat bijdraagt aan een verbeterde netbeveiliging.

De nadruk op de integratie van hernieuwbare energiebronnen heeft wereldwijd geleid tot ongekende overheidsinvesteringen in de modernisering van het elektriciteitssysteem, met name gericht op de integratie van hernieuwbare energie in het net. Na de Covid-19-pandemie wordt verwacht dat de energie-investeerders hun inspanningen zullen opvoeren, met name in de sectoren hernieuwbare energie en netwerken. De toegenomen investeringen in deze gebieden benadrukken het belang van een goed geïntegreerd elektriciteitsnet om de energietransitie te ondersteunen.

Het is van essentieel belang dat de ontwikkeling van opslagtechnologieën, zoals batterijen en alternatieve vormen van opslag, verder wordt gestimuleerd en dat de digitale technologieën die nodig zijn voor het beheer van complexe netwerken verder worden verfijnd. Het succesvol integreren van hernieuwbare energie in het bestaande elektriciteitsnet vereist aanzienlijke investeringen in zowel fysieke infrastructuur als digitale technologie, wat uiteindelijk zal leiden tot een duurzamer, efficiënter en betrouwbaarder energiebeheersysteem.

Wat is de rol van hybride PHS-systemen in de stabilisatie van energievoorziening en kosten?

Hybride pomp-accumulatiehydro (PHS) systemen spelen een cruciale rol in het stabiliseren van netwerken die afhankelijk zijn van hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon. Dit is vooral belangrijk in gevallen waar de variabiliteit en intermittenties van deze bronnen een uitdaging vormen voor het handhaven van een stabiele energievoorziening. In een hybride systeem wordt overtollige energie, opgewekt door bijvoorbeeld zonne- of windenergie, gebruikt om water naar een hoger reservoir te pompen. Dit opgeslagen water kan vervolgens worden gebruikt om een turbine aan te drijven en elektriciteit op te wekken wanneer de vraag naar energie hoger is dan de productie van hernieuwbare bronnen.

Bijvoorbeeld, in afgelegen regio’s van India werd een hybride wind-PHS-systeem geoptimaliseerd om de energiebehoefte te dekken. Het resultaat was een minimale spanningsdaling van slechts 3,5%, wat de betrouwbaarheid van het systeem benadrukt, zelfs in gebieden die anders moeilijk te voorzien zijn van constante energie. Een ander belangrijk voordeel van hybride zonne-wind-PHS-systemen is dat deze niet alleen bijdragen aan een stabiele energievoorziening, maar ook helpen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, de energiekosten te verlagen en de uitstoot van broeikasgassen te beperken.

Kosteneffectiviteit is een belangrijke overweging bij het kiezen van hybride PHS-systemen. Vergelijkingen tussen verschillende configuraties tonen aan dat hybride zonne-wind-PHS-systemen de laagste energiekosten vertonen in vergelijking met systemen die uitsluitend gebruik maken van wind of zon. Dit maakt hybride zonne-wind-opslag de meest financieel efficiënte oplossing voor het combineren van hernieuwbare energiebronnen met energieopslag.

Echter, de implementatie van PHS-systemen is niet zonder milieukundige overwegingen. Hoewel PHS wordt beschouwd als een relatief milieuvriendelijke energieopslagtechnologie door de lage uitstoot van broeikasgassen, kunnen er toch negatieve milieueffecten optreden, vooral in tropische klimaten waar hogere temperaturen en een grotere concentratie organisch afval in de reservoirs leiden tot verhoogde emissies van methaan en andere broeikasgassen. De grootte van het reservoir, het waterniveau en de hoeveelheid organisch materiaal spelen een grote rol in de mate van emissies.

De bouw van PHS-systemen vereist vaak grote stukken land, wat kan leiden tot ontbossing, bodemerosie en verstoring van lokale ecosystemen. Het wijzigen van de natuurlijke waterstroom door de bouw van dammen en reservoirs kan aanzienlijke gevolgen hebben voor aquatische omgevingen, de waterkwaliteit beïnvloeden en de biodiversiteit verstoren. In sommige gevallen kan de verplaatsing van gemeenschappen noodzakelijk zijn, wat kan leiden tot sociaal-economische gevolgen voor de lokale bevolking.

Daarnaast is er de impact op vispopulaties door veranderingen in de sedimentatie en de temperatuur van het water. Veranderingen in de zuurstofconcentratie en temperatuur kunnen vis- en andere aquatische habitats ernstig verstoren, wat de ecologische balans kan verstoren. In bepaalde geologische contexten kan het fluctuerende waterniveau zelfs de seismische activiteit beïnvloeden, wat een ander aspect is waar rekening mee gehouden moet worden bij het ontwerp van PHS-systemen.

Economisch gezien biedt de ontwikkeling van PHS-systemen de mogelijkheid om werkgelegenheid te creëren en economische groei te stimuleren, vooral in afgelegen regio’s. Het draagt bij aan de energiezekerheid en kan de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen. Aan de andere kant kunnen de sociaal-economische implicaties van de ontwikkeling van PHS-projecten niet worden genegeerd. Gemeenschappen kunnen gedwongen worden hun huizen en land te verlaten voor de aanleg van reservoirs en andere infrastructuur, wat zorgt voor sociale onrust en economische verstoringen. Het is dan ook essentieel dat de lokale gemeenschappen worden betrokken bij het besluitvormingsproces en dat eerlijke compensatie wordt geboden voor de ontwrichtingen die deze projecten kunnen veroorzaken.