HE cubeFossielvrij

Waterstof traject voor oplossen piekproblematiek van zon en wind

Zon en wind produceren stroom met productiegaten. De leveringszekerheid willen we 100% hebben in het rijke Europa. De combinatie van zon en wind vermindert die productiegaten. Een optimale mix ontstaat door 20% zon en 80 % wind.

Netwerkbedrijven in Europa, waaronder Tennet, hebben allerlei programma’s om de pieken af te vlakken. Zoals blockchain-management, piek-afvang met condensatoren, valmeren met hydropower, etc.

Al met al leidt dat ertoe dat 35% van de geproduceerde stroom uit de ideale mix van zon en wind via opslag naar het grid gebracht moet worden. De opslagcapaciteit bedraagt circa 5% van de jaar productie. Die verhouding kan nog verder verbeterd worden door de Europese netten aan elkaar te koppelen.

Via de waterstofroute gaat 64% van de energie verloren in de elektrolyse en de brandstofcellen. (Rendement van de elektrolyse 60% x rendement van de brandstofcellen 60% = 36% totaal rendement).

De som van de kosten van waterstofproductie componenten zijn afhankelijk van de mate van vollasturen, rendementen en de omvang van de opslag en de drukken waarop moet worden opgeslagen. De investeringen die wij hebben vastgesteld op grond van offertes lopen van € 1.500 tot € 7.000 per KWe, voor respectievelijk vollast bedrijf met 30 bar druk en 1500 uur deellast bedrijf met 700 bar druk.

Diverse waterstofpromotors melden kosten van € 2,17 per kg waterstof. Die beschouwingen zijn gebaseerd op louter de kosten van de electrolyzers met vollast belasting (8000 uur per jaar) en stroomprijzen van 2 cent per kWh. De kosten voor compressie en opslag zijn hier niet bij betrokken. Die vollasturen zijn niet mogelijk, omdat juist waterstof ingezet wordt om de piekbelastingen weg te masseren. In de praktijk zullen we 1500 tot 3000 vollasturen aantreffen. De prijzen voor waterstofproductie onder druk op 350 bar zonder winstopslag komen dan uit op circa 8 Euro per kg.



Nu is het volgens diverse experts te verwachten dat de kosten van brandstofcellen en electrolyzers flink kunnen dalen en dat de rendementen wat zullen verbeteren. Grootschalige opslag wordt wellicht mogelijk in bestaande gasbuizen en in zoutcavernes. Daarmee kunnen de kosten hopelijk flink omlaag, want dat zou de energietransitie beter mogelijk maken.

De kosten van stroom zullen naar ons inzicht niet dalen:

  • Goedkope kolenstroom wordt afgeschaft.
  • De kosten van windturbines zijn nauwelijks lager te maken inclusief winstopslag moeten we rekenen dat 5 cent per kWh een bodemprijs zal zijn
  • De grid-kosten van zon en wind lopen in de tientallen miljarden en zullen afgewenteld worden op de consument die gaan dus omhoog en hebben wij begroot als extra kosten van 3 cent per kWh
  • Om zonne- en windstroom 24/7 beschikbaar te maken is opslag nodig. Dit proces is kostbaar en die kosten zullen afgewenteld worden op de belastingbetaler
  • De solar sector koopt panelen in voor 15 cent per Watt-Piek; ook in deze sector is de bodemprijs vrijwel bereikt
  • Kernenergie is een alternatief met voor en tegenstanders; - nieuwe centrales kunnen stroom leveren voor 5 cent per kWh
  • Kernfusie komt mogelijk na 2040 in beeld;- de prijzen zullen 7 cent per kWh worden, omdat de installaties erg kostbaar zijn
  • Waterkracht is in Nederland nergens rendabel. Zonder subsidies bedragen de kWh prijzen van 15 cent tot 30 cent per kWh
  • Getijde energie is op sommige plaatsen met enorme stroomsnelheid rendabel (Schotland), maar in opbrengst een fractie van de behoefte
  • Hydropower uit Noorwegen is betaalbaar. Maar het transport naar Nederland maakt dat die stroom 7 tot 12 cent per kWh moet kosten.
  • De enige technologie die wij kennen die een baseload kan leveren is Dynamic Tidal Power. Opslag is niet nodig, grid-kosten zijn nihil en de kWh prijzen bedragen 5 cent/ kWh voor dammen aan de kust in zee en vanaf 7 cent/ kWh voor dammen in open zee.

We hebben daarom voor het opslagtraject via waterstof een productieprijs aangehouden van 4,5 cent per kWh.

Energiekosten van compressie H2

Stacks Image 32

Opslagkosten H2 in relatie tot druk per kg

Stacks Image 34
STROOM 100% LCOE WINST GRID 61% DIRECT NAAR GRID 40% OPSLAG in WATERSTOF Input 60% output 21%

Kosten waterstof productie per kg met stroom uit wind en zon

Rendement waterstofproductie (*)60,0%Totale plant inclusief opslag tot 350 bar
Opslagcapciteit in vaten5%Van jaarproductie = 18 dagen
Kosten elektriciteit € 0,050 €/kWh
(*) Op onderwaarde 
Vollasturen80006000400020001000
Capex electrolyzer systeem € 0,53 € 0,71 € 1,07 € 2,14 € 4,27
Opex stacks € 0,56 € 0,59 € 0,88 € 1,76 € 3,51
Demi water/ KOH/ maintenance € 0,05 € 0,05 € 0,05 € 0,05 € 0,05
Capex compressie € 0,38 € 0,51 € 0,77 € 1,54 € 3,08
Capex opslag € 1,52 € 1,52 € 1,52 € 1,52 € 1,52
Stroom kosten € 2,78 € 2,78 € 2,78 € 2,78 € 2,78
      
Onvoorzien 5 % € 0,29 € 0,31 € 0,35 € 0,49 € 0,76
Totaal € 6,11 € 6,46 € 7,41 € 10,26 € 15,96
Toelichting bij de tabel
Om dezelve hoeveelheid waterstof te produceren in een korte tijd moeten zwaardere electrolyzers worden geïnstalleerd. Dus meer koten per kg. Dat geldt ook voor de vervanging van de stack’s en de compressoren.

Moeten de stroomkosten nul zijn, dan wort de kilo prijs van watertstof € 2,78 goedkoper.

Van de geproduceerde waterstof moet nog stroom gemaakt worden met brandstofcellen. Dat gaat met een rendement van 60 - 70%.

De vervuiler betaalt


We kennen die stelling allemaal. Eigenlijk zou je moeten zeggen vervuiling is een misdaad. Je zou er niet mee weg moeten kunnen komen door te betalen. Maar zo ver zijn we nog niet. De economische belangen zijn te groot en daarom CO2 heffing voor de vervuilers.

Van zon- en wind energie kun je ook stellen dat ze vervuilen. In die zin dat ze congestieproblemen veroorzaken op het grid van vele miljarden en dan nog steeds geen baseload leveren. Opslag moet ook geregeld worden.
In het verkeer denken we aan spitsheffing of rekening rijden als je van de infrastructuur gebruik maakt tijdens spitsuren. Een dergelijk systeem gaat er ook komen voor het leveren van stroom in het net door wind en zon. De netwerkbedrijven roepen dat nu al.

Feitelijk heeft de regering de ontwikkeling van deze netvervuiling aangejaagd door allerlei subsidie vormen. Waarvan de de SDE+ het meeste kost. Vele wind- en zonneparken ontvangen bij elkaar miljarden aan subsidie terwijl zij de netwerkbedrijven opzadelen met grote congestiekosten en de noodzaak opslag te realiseren. Zo niet dan moet de piekstroom onbenut afvloeien;- dat noemen we curtailment. Tennet mag 4% van de stroom “curtailen” in Nederland en Duitsland zonder boetes.

Er zal een periode aanbreken dat de wal het schip gaat keren en de overheden het gebruik van het net gaan reguleren met een beprijzing van stroom die het net opgezonden worden als functie van de tijd. De slimme meters zijn daarbij de instrumenten om af te rekenen. Je zou de stelling kunnen verdedigen dat een geleverde kWh in de spits de samenleving per saldo 50 Euro cent kost, zoals we hierboven hebben aangetoond. Bij die spits-beprijzing worden thuisaccu’s een alternatief. De noodzaak daartoe zal pregnant worden als we de 50% CO2 reductie gaan bereiken.

De energietransitie wordt een avontuur voor ons allemaal in Europa. Goedkope en eenvoudige oplossingen hebben we nog niet gevonden om onze leefwijze met energie in zekere mate te behouden.