“Kernenergie blijft voorlopig noodzakelijk”

Prof. Dr. Eric van Walle, deeltijds hoogleraar Kernfysica aan de KU Leuven en directeur-generaal van het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK) in Mol, noemde kernenergie geen vijand maar een vriend van het klimaat. Hij citeerde tevens Wouter De Geest, ceo van BASF Antwerpen, die pleit voor een geleidelijke overgang waarbij de zekerheid van levering en prijs centraal staat. “Tegen 2030 zal 40% meer van de wereldbevolking elektriciteit hebben en tegen 2050 zal de wereldwijde vraag naar energie verdubbelen. Welk scenario ook wordt voorgelegd, de klimaat- en elektriciteitsobjectieven zijn onhaalbaar zonder nucleaire productie, tenzij heel grote opslagcapaciteiten beschikbaar worden. Kernenergie zal een rol blijven spelen in elektriciteitsgeneratie en betreedt een duurzaam tijdperk met snelle neutronsystemen die de levensduur, toxiciteit en warmte van de afvalstromen minimaliseren en de energie-efficiëntie, niet-proliferatie en veiligheid verhogen”, poneerde hij.

Tot slot stipte Voka-voorzitter Paul Kumpen aan dat de huidige onvermijdelijke energietransitie niet alleen kosten met zich brengt, maar ook kansen opent voor onze onderzoekers en ondernemers. “We plaatsen onze bekommernis over de competitiviteit van de energiefactuur hoog op de politieke agenda en zijn blij met de energienorm die eraan komt en die deel uitmaakt van een langetermijnvisie. De Energiestrategie zal opgevolgd worden door een Federaal Energiecomité. Voor de industrie zijn drie aspecten belangrijk: leveringszekerheid, de kostprijs en duurzaamheid. Ook een efficiënt gebruik van energie staat voorop en daarvan zijn onze Vlaamse ondernemers doordrongen: 60% van de inspanningen inzake energie-efficiëntie wordt in Vlaanderen door de industrie geleverd. Ook de bouw en het transport leveren een inspanning, maar helaas vertraagt de renovatiegraad van onze gebouwen. Voka moet alle noodzakelijke informatie krijgen over deze materie en moet ook advies mogen geven; dan zal onze organisatie zich hiervoor ook volop  inzetten”, beloofde hij.

Drie principes

Pro Flandria is het netwerk van Vlaamse ondernemers en academici dat ijvert voor het behoud en de verdere uitbouw van de welvaart in Vlaanderen. De werking is gebaseerd op drie principes: ondernemerschap, waarden en Vlaamse autonomie. Met o.m; colloquia, publicaties en netwerking tracht Pro Flandria te wegen op de politieke besluitvorming.

Camps wijst erop dat volgens een Elia-studie het totale verbruik in 2030 slechts 89 TWh (terawattuur) zal bedragen. De eerste vector is energie-efficiëntie. Het verbruik bedroeg in 2016 85 TWh en zal volgens de studie in 2030 dus met slechts 4,7% toenemen ondanks de bevolkingstoename en de economische groei, 400.000 meer elektrische voertuigen en 3.000 tot 5.000 extra warmtepompen per jaar, maar dankzij de hogere energie-efficiëntie die de bijkomende behoefte compenseert. Maar wat als die energie-efficiëntie niet verhoogt? Moeten we dan nog meer invoeren of nog meer gascentrales bouwen? Dat is volgens hem een zeer risicovolle strategie voor het beheer van een levensnoodzakelijke sector.

“In onze elektriciteitsbevoorrading in 2030 volgens Elia’s base case scenario berekend in haar studie vorig jaar (en G2C of Gas to Coal; in dit scenario produceren gascentrales goedkoper dan steenkool) is de tweede vector zon en wind (hernieuwbare energie). Wkk, biomassa en hydro (6 TWh of 6,7%), de zon (pv) (5 TWH of 5,6%), de wind (17 TWh of 19,1%), gas (40 TWh of 45%) en invoer (21 TWh of 23,6%) zorgen voor een totaal van 89 TWh. Dit base case scenario veronderstelt dat alle EU-doelstellingen gehaald worden en dat de Belgische wetgeving wordt uitgevoerd (met de sluiting van de kerncentrales). Ter vergelijking: 1 TWh is ongeveer het jaarlijkse verbruik van de NMBS”, licht Guido Camps toe.

Hij benadrukt dat de uitdagingen en de kosten enorm zijn. De CO2-emissies stijgen, de strategie is risicovol. Kernenergie wordt vervangen door meer gascentrales en meer invoer (maar ook de buurlanden bouwen steenkoolcentrales af, wat België al in 2016 deed). Om te beantwoorden aan een beperkte(re) behoefte wordt gerekend op een efficiënte verbetering van ongeveer 27% (cfr. de EU-doelstelling). Om gascentrales competitief te maken tegenover steenkoolcentrales zal de prijs per ton CO2-uitstoot moeten stijgen tot 90 €/ton CO2, een verhoging van de groothandelsprijs met ongeveer 18 €/MWh of met 45% tegenover het huidige prijsniveau.

Koen Vermout is burgerlijk ingenieur Elektrotechniek-Werktuigkunde, Elektronica. Hij heeft een succesvol track record in China als ceo van Nexans en Alcatel China productiebedrijven gedurende tien jaar. Vermout richtte het Belgische bedrijf Azteq op, dat zonne-thermische energie (warmte) rechtstreeks toepast in industriële processen; drie projecten starten dit jaar in Vlaanderen. Voor deze technologie bestaat ruime belangstelling vanuit Duitsland, Nederland en Spanje. Tijdens het colloquium spreekt hij over Huiyin Energy en geconcentreerde zonne-energie in China.

Drieklovendam

“In 2016 werd in China 5.990 TWh energie geproduceerd, tegenover ongeveer 3.500 TWh in de EU. Het Chinese Politieke Orgaan voor Ontwikkeling en Hervorming en de Nationale Energie-Administratie stellen in hun strategisch meerjarenplan ‘Revolutiestrategie voor de energieproductie en -consumptie (2016-2030)’ voor om tegen 2030 het aandeel van geproduceerde energie uit hernieuwbare bronnen tot meer dan 50% te laten toenemen. China gaat ook steenkool afbouwen en gedeeltelijk vervangen door gas. Het gaat evenveel toevoegen als heel de EU en aan niet-fossiele energiebronnen (wind, zon, waterkracht van bv. de Drieklovendam, …). In 2016 werd 125 GW extra vermogen (meer dan 2.000 MW of twee kerncentrales van Doel per week) geïnstalleerd, waarvan 52% van water, wind en zon en 5% nucleair. De wind”afkoppeling” stijgt echter tot 17% door een toenemend tekort aan transportcapaciteit naar de behoeftige kuststreken tussen Bejing en Hongkong; in het noorden en noordwesten wordt veel meer wind geproduceerd dan kan gebruikt worden”, stelt hij.

De hydropower”afkoppeling” in het regenseizoen dient om overstromingen stroomafwaarts te vermijden; waterkrachtcentrales, die ook de overstromingen van de rivieren regelen en verhinderen, worden dan afgekoppeld. Het meest bevolkte gebied is ook het meest bewolkte gebied, met de meeste regen. Twee derde van alle investeringen in de Chinese energiesector gaan naar het transport en de transmissie van energie. Zon-pv tussen dag en nacht zorgt voor een onbalans. Er is nood aan “dispatchable power”(stuurbare energie) en aan piekvermogen met een korte opstart.

Koen Vermout belicht tevens de ontwikkelingsmogelijkheden voor CSP (Concentrated Solar Power, elektriciteit opgewekt met warmte uit geconcentreerd zonlicht d.m.v. turbines) in China. “CSP-centrales kunnen een regulerende rol spelen in het elektrische net. In de woestijn kan je bijna permanent elektriciteit leveren. Een CSP-centrale kan zowel een rol spelen voor de “base load” (ze kan continu leveren) als voor de “peak load”, bv. de avondpiek, in het elektrische systeem. De warmteopslag is overgedimensioneerd. De thermische opslag op hoge temperatuur in een tank met gesmolten zout is niet nieuw; het systeem is vergelijkbaar met een thermosfles. Het betreft twee grote vaten, warm en koud, waarin gesmolten zout op 60° C wordt bewaard”, legt hij uit.

De grootte van de zonnethermische installatie en van de thermische opslagcapaciteit moeten bepaald worden door het berekenen van de LCOE (Levelized Cost of Energy, de gemiddelde kost per energie-eenheid waarbij de investeringskost wordt gedeeld door de verwachte levensduur van de installatie en wordt opgeteld bij de jaarlijkse operationele kosten) in verschillende scenario’s voor thermische opslagcapaciteit. Naarmate je meer opslaguren wil hebben, heb je een overdimensionering van je zonneboiler nodig.

“De eerste grote centrales werden in de jaren ’80 van vorige eeuw in Californië geplaatst. In het begin van dit millennium heeft Spanje een aantal centrales geïnstalleerd. De kost daalt, met installaties in Marokko, Spanje, Afrika en nu ook China. In Dubai bouwt men een 700 MWe-centrale die 24/7 werkt (DEWA-project van de Dubai Electricity & Water Authority), zich specifiek leent voor de avond- en nachtpiek en voor 7,3 dollarcent per kWh zorgt. In Nevada (Power Tower) wil men er nog zo’n tiental bouwen met in totaal tien uur opslag. In het Marokkaanse Ouarzazate levert een bestaande installatie met parabolische spiegels ’s nachts elektriciteit aan Casablanca; Noor I biedt 160 MWe en heeft drie uur opslagcapaciteit, Noor II en III bieden 350 MWe en 7,5 uur opslag.

Gobi-woestijn

Vervolgens werpt de spreker zijn licht op de beschikbare oppervlakte en de Direct Normal Insolation (DNI; directe loodrechte zonne-instraling in kWh/m²/jaar) in China. China heeft ongeveer 970.000 km² land met een DNI van meer dan 1.700 kWh/m². Vooral in Tibet, de westelijk-centrale provincie Qinghai, de autonome regio in het noordwesten Xinjiang, de noordwestelijke provincie Gansu en de autonome regio Binnen-Mongolië dienen zich kansen aan. Bijna al deze gebieden bevinden zich in de Gobi-woestijn en ze vormen 10% van de totale oppervlakte. China heeft beslist om een aantal demo-installaties met in totaal 1.000 MW geïnstalleerd vermogen te bouwen.

“De eerste demonstratieprojecten zijn in uitvoering. 16 projecten zijn opgenomen in China’s eerste CSP-demonstraties, met 1 GW vermogen in totaal. Alle demonstratiesites moeten tegen 2018-2020 operationeel zijn. Er is een jaarlijkse productie tot 5.400 TWh mogelijk met 10.000 km² land (100 x 100 km²). Het betreft een footprint met een equivalent van 1% van de totale oppervlakte en 10% van de geschikte oppervlakte. Ter vergelijking: de totale EU-consumptie bedroeg ongeveer 3.500 TWh in 2016”, vertelt Koen Vermout.

China plant grootschalige CSP-installaties. De provincie Qinghai heeft hoge DNI-waardes, vooral verspreid in Qaidam Basin in de Gobi-woestijn. De DNI bedraagt 1900 tot 2.000 kWh/m² per jaar. De totale potentiële kwaliteit bedraagt 300 GW. Een 800 kV UHV-transmissielijn is in constructie, een eerste 2  GW CSP-installatie zal daarna deze lijn voeden.

Tot slot pleit de spreker ervoor om eerst te kijken of je niet warmte kan vergroenen. “Warmte heb je veel meer nodig dan elektriciteit”, poneert hij.

Energie kan op verschillende manieren opgeslagen worden: via vraagverschuiving, pompstations, batterijen of moleculen die warmte vasthouden. Jeroen Büscher, doctor in de Experimentele Fysica en teamleader bij EnergyVille inzake opslag van elektrische energie, overloopt de reeds gerealiseerde en de nog te verwachten vooruitgang inzake de opslag van elektrische energie.

“In het kader van de energietransitie moeten we de klimaat- en energiedoelstellingen (- 20% emissie van broeikasgassen, 20% hernieuwbare energie, 20% energie-efficiëntie en 10% interconnectie tegen 2020 en hoogstens - 40% emissie van broeikasgassen, minstens 27% hernieuwbare energie, minstens 27% energie-efficiëntie en 15% interconnectie tegen 2030) in het oog houden en kunnen we lage-emissiezones invoeren. Op 10 juni 2014 deed zich een onvoorziene piek in de windenergieproductie voor (+ 700 MW), gevolgd door een onvoorziene daling in de zonne-energieproductie (- 1.000 MW). Dat heeft ook een impact op de prijzen. We moeten vraag en aanbod balanceren, waarbij er nood is aan flexibiliteit voor stabiliteit. We kunnen gascentrales inzetten als back-up, ‘time of use’-prijzen hanteren om het bewustzijn te scherpen, het transmissienetwerk verbeteren als facilitator, hernieuwbare energie beperken als laatste redmiddel en elektriciteit opslaan om te balanceren“, poneert de productmanager Elektrische Opslag bij EnergyVille.

Hij definieert energieopslag in het elektriciteitssysteem als “de handeling van het uitstellen van een hoeveelheid van de elektrische energie die werd gegenereerd naar het moment van gebruik, hetzij als eindenergie of omgezet in een andere energiedrager”. In dit kader onderscheidt hij chemische, elektrische, elektrochemische, mechanische en thermische energieopslag. Ze hebben elk een ander vermogen en een verschillende ontlaad- en reactietijd, efficiëntie, levensduur en maturiteit. Sommige technologieën bestaan trouwens al heel lang. Mechanische energieopslag (pompcentrales) scoort vrij hoog. Inzake energieopslag bestaan er diensten om die balans te garanderen en om de uitdaging van hernieuwbare energie op te vangen: de netgekoppelde diensten ‘Regeling’, ‘Arbitrage’ (inspelen op de prijzen), ‘Back-up en reserve’, ‘Black-start’ (eventueel opnieuw starten) en ‘Investeringsuitstel’ (door het installeren van een opslag) zijn netgekoppelde diensten, in tegenstelling tot ‘Off-grid energie’.

“Ons energiesysteem is helemaal in verandering en evolueert naar een systeem waar alles geconnecteerd is. Door de energietransitie komen nieuwe markten in beeld. Batterijen moeten voldoen aan een aantal uitdagingen: ze moeten veilig zijn, een lange levensduur en een hoge energiecapaciteit hebben, snel laden en goedkoop en duurzaam zijn. Er is echter geen ‘silver bullet’-technologie, waardoor we zullen moeten inzetten op verschillende technologieën”, verklaart Jeroen Büscher.

Li-ion-batterijen zijn een sterke speler: ze wegen licht, hebben een hoge energiedensiteit en een lage zelfontlading, vergen weinig onderhoud, hebben een lange en voorspelbare levensduur, kunnen snel en efficiënt laden en ontladen en zijn milieuvriendelijker dan eerdere technologieën. “Het gebruik van Li-ion-batterijen is ‘sky-rocketing’ (rijst de pan uit), vooral door de kostenreductie, en dat zal ook de komende tien tot 15 jaar zo zijn. Er is evenwel ruimte voor meer dan één technologie. Zo hebben loodzuurbatterijen nog altijd het grootste vermogen”, meldt de teamleader bij EnergyVille.

Een eerste toepassing is het verhogen van de zelfconsumptie. Nu moet nog aandacht besteed worden aan de terugdraaiende teller (het net is een gratis batterij), de vaste kosten van de energiefactuur en de efficiëntieverliezen van de batterij. Momenteel is dit een moeilijke kwestie. Er bestaat interesse om de lokale energieproductie en -opslag te verhogen. In de toekomst worden het batterijsubsidieprogramma (2018), het verdwijnen van de terugdraaiende teller (2019-2020) en nieuwe nettarieven (2018) aangekondigd. In Duitsland is de situatie helemaal anders: daar bestaan al steunmaatregelen voor batterijen, hoge elektriciteitsprijzen en dalende feed-in tarieven. In deze leidende natie werden in 2017 30.000 pv-batterijsystemen geïnstalleerd. 50% van de nieuwe pv-installaties komen samen met opslag.

“Een tweede toepassing is de frequentieregeling, de balans tussen vraag en aanbod. “Hierbij bekijken we de Frequency Containment Reserves (FCR) activatie (R1). Als de netfrequentie hoger is dan 50 Hz kan je je batterijen opladen; indien ze lager is dan 50 Hz kan je je ze ontladen en injecteren in het net. Er zijn wekelijkse ‘bids’ voor R1; de prijs en de selectie zorgen voor een zekere onzekerheid. We zien ook wijzigende productvereisten inzake de minimum ‘bid’grootte (momenteel 1 MW), de  vereiste volle activatieperiode (gedaald naar 15 i.p.v. 30 minuten) en de ‘bid’-frequentie (wekelijks versus dagelijks versus blokken van vier uur). De eerste commerciële projecten worden gelanceerd: in het Verenigd Koninkrijk, Duitsland, Kilroot (Noord-Ierland) en Zeeland (Nederland) en ook in België duiken de eerste projecten op: een project van REstore met de LRM (18 MW begin 2018) en Engie (20 MW; in 2017 al 6 MW geïnstalleerd)”, licht dr. Jeroen Büscher toe.

Sonnen Community

Een derde toepassing is het combineren van diensten. ‘Revenu stacking’ kan helpen om tot een positieve(re) business case te komen. In Nederland bestaat het Eneco CrowdNett met gepoolde thuisbatterijen, het leveren van flexibiliteitsdiensten aan het elektriciteitsnet en gegarandeerde inkomsten bovenop eventuele winsten uit zelfconsumptie. Duitsland kent het SENEC Econamic Grid en de Sonnen Community. Hoe dieper in het net hoe meer diensten je potentieel kan leveren, wat Eneco in Nederland heeft gedaan.

“Nog andere belangrijke factoren bij batterijontwikkelingen zijn de levensduur/cycli, de duurzaamheid, recyclage/second life-toepassingen en sneller laden. De time to market-periode voor een nieuwe technologie bedraagt wel tien tot 15 jaar”, stipt de doctor in de Experimentele Fysica aan.

Een andere technologie zijn flow-batterijen. Je kan een ontkoppeling maken tussen geïnstalleerde energie en vermogenscapaciteit. Daarvoor is een kostenreductie nodig. Het vermogen slaat op het aantal cellen, de oppervlakte van het membraan en de pompen; de capaciteit heeft betrekking op het volume van de opslagtanks. Verschillende technologieën worden geïntroduceerd: Vanadium (VRB), zinc-bromine (Zn-Br), polysul­phide-bromide (PSB) en echte redox of hybride. Modulair design zorgt voor redundantie en betrouwbaarheid. In de toekomst worden een kostenreductie-membraan, nieuwe redox-koppels en vermogendichtheid gemeengoed. Toepassingen zijn grootschalige, stationaire energieopslag en piekreductie en verschuiving van de energieconsumptie.

“Een pompcentrale (PHS) maakt gebruik van de potentiële energie van water en is de meest mature opslagoplossing (170 GW wereldwijd). Toepassingen zijn balanceren en netdiensten. Belgische projecten zijn Coo-Trois-Ponts Engie-Electrabel (1164 MW; 5 GWh; uitbreiding (on hold): 600 MW – 3 GWh), Plate-Taille van Lampiris (144 MW; 796 MWh) en iLand (Energy ‘donut’ at sea) (studie: 550 MW; 2 GWh; on hold: 1,2 miljard €)”, verklaart Jeroen Büscher.

Ook gecomprimeerde lucht (Compressed Air Energy Storage; CAES) met luchtcompressie en -opslag in ondergrondse caviteiten vormt een technologie. A-CAES is de simultaan thermische opslag van geproduceerde warmte. De elektriciteitsproductie gebeurt via een turbine-generator (D-CAES met aardgas/brandstof, A-CAES met warmterecuperatie). Er bestaan wereldwijd twee D-CAES-installaties: McIntosh in de USA (110 MW) en Huntorf in Duitsland (320 MW). A-CAES zit in de o&o-fase met het oog op commercialisering tegen 2020. Toepassingen zijn dag/week balanceren, arbitrage, reserve, … Naast PHS is dit de enige erkende grootschalige opslagtechnologie op commercieel vlak.

Een volgende technologie is het omzetten van elektriciteit naar waterstofproductie en P2G/P2X. “Het betreft de elektrolyse van water en elektriciteitsopwekking via een brandstofcel/gasturbine of motor. De elektrolyse gebeurt met de alkaline-technologie, de meest mature technologie, met de PEM-technologie (Proton Exchange Membrane; MW in demonstratiefase) of op hoge temperatuur (o&o). De wateropslag vindt plaats op minder dan - 253° C, in tanks of zoutcaviteiten en fysisch als metaalhydridesamenstelling. Hij wordt medisch omgezet in ammonia of methanol en opslag als vloeistof, in synthetisch aardgas (SNG) dat wordt geïnjecteerd in het gasnet en opgelost in vloeistoffen. Er zijn vele P2G-projecten in Europa en tal van toepassingen: op het vlak van mobiliteit (wagens, bussen, taxi’s, trucks), op de groothandelsmarkt via het gasnet, voor grootschalige opslag in het Verenigd Koninkrijk en de USA en op het gebied van commodity voor de chemische industrie. In de toekomst kondigen zich een kostenreductie (electroyser), demo’s met zoutcaviteiten, de toename van menging in het gasnet en een doorontwikkeling van de methanisatie aan”, signaleert de productmanager Elektrische Opslag bij EnergyVille in Genk.

In een volgende editie van Bouwkroniek belichten we de rest van dit symposium.