Thuisbatterij: Een thuisbatterij is een batterij die meestal in huishoudens of kleine bedrijven wordt geplaatst. Thuisbatterijen worden achter de elektriciteitsmeter geplaatst. De lithium-ion-batterij is momenteel de commerciële standaard.

Toelichting opslagmogelijkheden

Definities

Thuisbatterij: Een thuisbatterij is een batterij die meestal in huishoudens of kleine bedrijven wordt geplaatst. Thuisbatterijen worden achter de elektriciteitsmeter geplaatst. De lithium-ion-batterij is momenteel de commerciële standaard.

Een thuisbatterij heeft een aantal functies: overtollige zonne-energie opslaan, op energiemarkten handelen of de piekbelasting van het elektriciteitsnetwerk verminderen. Door eigen zonne-energie op te slaan, hoeven huishoudens minder energie hoeven in te kopen bij een energiemaatschappij. Thuisbatterijen hebben een capaciteit van 2 tot 25 kWh. Het vermogen van huidige gangbare generatie is ongeveer 5 tot 10 kW, deze systemen zullen in de komende jaren voornamelijk worden gebruikt.

Buurtbatterij: Een buurtbatterij is een batterijsysteem dat zit op het middenspanningsnet op de plek waar de laagspanningskabels tezamen komen. buurtbatterij is een installatie die de elektriciteitsaansluiting niet deelt met andere installaties of gebruikers. Met andere woorden, de nabijgelegen batterij heeft een eigen netaansluiting. Hiermee verschilt het van een thuisbatterij die achter de elektriciteitsmeter is geïnstalleerd en de netaansluiting deelt met alle andere "installaties" in het huis. Het vermogen van de buurtbatterij kan globaal worden verdeeld in twee verschillende formaten: 2 MW en 200 kW. Deze formaten zijn gangbaar voor het plaatsen bij een MS/LS-station (in de volksmond

“elektriciteitshuisje” genoemd) en op een middenspanningskabel.

Netcongestie: Als de belasting op het elektriciteitsnet hoger wordt dan de capaciteit ervan, wordt dit netcongestie genoemd. Hierbij kan het gaan om twee categorieën: invoedcongestie en afnamecongestie. Via het elektriciteitsnet wordt elektriciteit van plek A naar B getransporteerd. Het net kan daarbij een zekere hoeveelheid elektriciteit tegelijkertijd xxxxxxxxx.Xx is sprake van afnamecongestie als de vraag naar transport van elektriciteit voor verbruik groter is dan beschikbare capaciteit van het net. Dat noemt men afnamecongestie. Een van de meest voorkomende oorzaken van afnamecongestie is de hogere belasting van het elektriciteitsnet als gevolg van het gebruik van laadpalen en warmtepompen. Invoedcongestie wordt meestal veroorzaakt door een hogere belasting op het elektriciteitsnet als gevolg van de teruglevering van lokaal opgewekte duurzame energie door windturbines of zonnepanelen. Netcongestie kan de verduurzaming van de gebouwde omgeving belemmeren. Als gevolg hiervan zijn bestaande woonwijken niet in staat om te verduurzamen, kunnen nieuwbouwwijken niet worden aangesloten op het elektriciteitsnet. Daarbij kan elektriciteit gegenereerd door zonnepanelen niet worden teruggegeven aan het elektriciteitsnet.

Mogelijkheden

Thuisbatterij Lithium

1. C02-reductie door extra verduurzaming: Een thuisbatterij kan bijdragen aan C02-vermindering door extra zonnepanelen mogelijk te maken. Bijvoorbeeld, op zonnige dagen kunnen zonnepanelen worden afgeschakeld door lokale hoge spanningen in een buurt. Als dit het geval is, zouden bewoners geen extra zonnepanelen plaatsen omdat ze geen energie terug kunnen leveren aan het net. Deze terugleveringspieken kunnen worden opgevangen door een thuisbatterij, wat extra

zonnepanelen mogelijk maakt. In de avonduren kan vervolgens de opgeslagen stroom terug geleverd worden aan het net. Huishoudens halen dankzij dit uitgestelde gebruik een groter deel van hun energie uit duurzame eigen energiebronnen. In het geval dat er geen thuisbatterijen waren, hadden huishoudens 's avonds elektriciteit van het net gebruikt, wat door het grote aandeel gascentrales in de elektriciteitsmix is vaak CO2- intensiever is dan overdag. Door batterijen mogelijk te maken voor extra duurzame opwek, kan er op deze manier een indirecte CO2-reductie plaatsvinden. De financiële businesscase voor het opslaan en gebruiken van eigen zonne-energie is nu nog negatief, dus consumenten zullen hier, binnen het huidige beleid, niet snel voor kiezen.

2. Optimaal gebruik van de prijsverschillen in een dynamisch energiecontract door slimme inzet van de eigen energie flexibiliteit maken een thuisbatterij een stuk interessanter voor huishoudens met een e-auto met eigen laadpaal, warmtepomp en zonnepanelen. Hiermee kan is sommige gevallen de accu binnen zijn levensduur van 15 jaar terugverdiend worden. Het is ook mogelijk met een thuisbatterij op de energiemarkten te handelen. Dit kan alleen door de batterij via een zogenaamde “aggregator” aan te laten sturen. Dit zijn bedrijven met een energie handelslicentie en door duizenden thuisaccu’s te bundelen tot één grote virtuele batterij voldoen ze aan het volume om op de energiemarkten te mogen handelen. Een deel van de behaalde winst wordt aan de eigenaren van de thuisbatterijen uitgekeerd, waarbij de huidige prognoses tot een terugverdientijd van 5 jaar (ver)leiden. Dit model kan echter tot vergroten van de netcongestie leiden, zie verderop bij Uitdagingen.

Voordelen:

• Kan snel worden ingezet;

• Kan lokale congestie verminderen maar alleen als voor dat doel aangestuurd!

• Geen impact in de openbare ruimte.

Nadelen:

• Kans op verergering lokale netcongestie zonder beperkingen op inzet;

• Niet voor iedereen en elk huis mogelijk vanwege kosten en ruimte in huis

Buurtbatterij Lithium

Er is een nieuwe aansluiting bij Enexis nodig voor een buurtbatterij, wat bij de huidige volle elektranetten een probleem kan zijn. Dit kan worden ondervangen door het nieuwe batterij contract van Enexis (beschikbaar Q3 2024) te gebruiken, waarin wordt vastgelegd dat de batterij niet congestieverhogend kan worden ingezet.

Daarnaast moeten buurtbatterijen meestal in de openbare ruimte worden geplaatst. Dit kan worden verzacht als een instelling of particulier een deel van zijn perceel hiervoor verpacht.

Voordelen:

• Inzet makkelijker te reguleren ten opzichte van thuisbatterijen;

• Kan lokale congestie verminderen maar alleen als voor dat doel aangestuurd!

Nadelen:

• Extra aansluiting bij Enexis nodig;

• Claim op een stukje openbare ruimte;

Boilervat

Boilervaten zijn niets anders dan geïsoleerde tanks met water met een verwarmingselement . Ze waren lange tijd gemeengoed maar door het goedkope aardgas in combinatie met goed doorontwikkelde combi-ketels de afgelopen decennia op hun retour geraakt. Ze kunnen nu echter weer voor een bijdrage aan de energietransitie zorgen door op goedkope momenten (meestal door veel duurzame opwek) elektriciteit om te zetten in warmte. Die kan dan op een later tijdstip gebruikt worden als er juist een tekort aan elektriciteit is. Het is een simpele en goedkope techniek.

De grote uitdaging zit in de grootte van de installatie. Voor het werk in de keuken volstaat een boilertje ter grootte van een onderkastje, maar om een gezin dagelijks te laten douchen is een vat tussen de 100 en 300 liter nodig. Met de isolatie en leidingwerk erbij neemt dat de ruimte van een kleine wc in beslag. En in de winter een huis verwarmen vereist al snel een orde grotere opslag, waarbij het gewicht ook een rol gaat spelen. Geen grote boilervaten op zolders of op de daken van appartementencomplexen dus. Ook hier zijn wel specifieke oplossingen, zoals bijvoorbeeld grote waterzakken in de kruipruimte of grote ingegraven tanks. Maar geen van alle nog makkelijk en breed in te zetten. Daarnaast kan een boilervat ook direct met warmte gevuld worden door bijvoorbeeld een thermisch paneel. Dit staat parallel aan de elektrische oplossing en kan in sommige situatie een goede aanvulling zijn.

Voordelen:

• Goedkoop;

• In klein formaat met beperkte capaciteit breed en gemakkelijk in te zetten (warm tapwater).

Nadelen:

• Groot ruimtebeslag bij grote warmtevraag, zoals hoofdverwarming van de woning .

Bodemwarmte

Opslag van warmte in de bodem wordt in combinatie met een warmtepomp al op veel plekken in Nederland toegepast, waaronder zowel ons gemeente- als provinciehuis.

Het is een goede oplossing maar slaan van de bodemputten is nog steeds een dure aangelegenheid, die zich vooral voor grotere projecten leent. Omdat deze techniek al in het huidige beleid is ingepast zullen we hier nu niet verder op ingaan.

Warmtebatterij

Deze techniek is in Nederland nog minder gangbaar maar al wel lang in gebruik in koudere landen, zoals Scandinavië. De warmte wordt hier niet in water, maar in een vast materiaal met een hoge warmtecapaciteit opgeslagen. Voorbeelden zijn zand, basalt en recent ook afval slakken uit de metaalfabrieken. Het grote voordeel is dat er per kuub veel meer warmte opgeslagen kan worden doordat deze materialen tot ver voorbij de 100℃ kunnen worden verhit, tot wel 800℃.

De warmte wordt ook hier met elektriciteit via een verwarmingselement opgewekt. Via een waterbuizen stelsel kan heet water worden afgetapt, dat via een warmtewisselaar gebouwen en tapwater kan verwarmen. Gezien de hoge

opslagtemperatuur is een goede dikke isolatielaag nodig maar het is mogelijk deze warmte enkele maanden vast te houden met een terugwinefficiëntie van rond de 70%.

Vanwege deze zware isolatie zijn kleine thuis installaties van tussen 1 en 10 kuub een stuk minder efficiënt. Een straat of wijk systeem ligt dan ook meer voor de hand. Het bekendste voorbeeld hiervan in Nederland is de Cesar warmte batterij.

Voordelen:

• Zomer-winter onbalans in duurzame opwek kan worden verminderd, waardoor minder afhankelijk van conventionele energiebronnen;

• Minder ruimtebeslag vergeleken met andere warmteopslag.

Nadelen:

• Nog weinig Nederlandse leveranciers;

• Techniek ontwikkelt nog.

Uitdagingen

Verergering netcongestie door energiehandel

Met de huidige wetgeving zal het gebruik van thuis- en buurtbatterijen netcongestie in potentie vergroten. De reden daartoe is dat -door onder andere het handhaven van de salderingsregeling- de voornaamste prikkel bij het kopen van een batterij het hebben van een business case is en niet het gebruiken van elektriciteit.

Deelname aan de balanceringsmarkten kan de piekbelasting van het lokale netwerk verhogen. Nederland heeft één biedzone en dus één nationaal tarief. Op het moment dat het hard waait op de Noordzee zal het elektriciteitstarief over het algemeen omlaag gaan. Immers, er vindt een verhoging van het aanbod van elektriciteit plaats. Dit kan een prikkel zijn voor batterijen om dan te gaan laden met als doel dat op momenten dat het aanbod zakt en de prijs hoger ligt, de stroom weer te verkopen.

Het probleem hierbij is dat congestie vaak lokaal op het net is. De wind van de Noordzee zal getransporteerd moeten worden naar de batterijen in Limburg of Groningen. De vermogenstransportcapaciteit is binnen ons energiesysteem een beperkende factor. Stel dat de verwachting op zondagavond is dat het op maandagavond hard gaat waaien, dan zijn de elektriciteitsprijzen voor maandagavond waarschijnlijk laag. Dit is een prikkel voor huishoudens met een dynamisch contract om op maandagavond de batterij thuis op te laden. Als ze dat daadwerkelijk doen, helpen ze de balans in het elektriciteitssysteem te herstellen. Dat is gunstig. Echter, bij een grootschalige uitrol van batterijen zal het steeds vaker gebeuren dat in een bepaalde straat of wijk mensen tegelijkertijd hun thuisbatterijen opladen. Dit leiden tot overbelasting van het elektriciteitsnet van de straat of wijk en lokale netcongestie.

Het is in de lijn der verwachting dat de mogelijkheden voor gemeentes om het congestieneutraal uitrollen van batterijen te stimuleren beperkt zijn, gezien artikel 2.3 lid 1 sub a/sub b van de nieuwe energiewet partijen verbiedt om een eindafnemer of actieve afnemer ervan te weerhouden elektriciteit te produceren met het oog op eigen verbruik, opslag, verkoop of levering aan derden, of actief te zijn op het gebied van flexibiliteit of energie-efficiëntie,

Momenteel bestaat er geen prikkel voor huishoudens in Nederland om rekening te houden met de belasting van het elektriciteitsnet. In België is dat anders geregeld. Het bedrag dat Belgische huishoudens aan hun netbeheerder betalen is afhankelijk van hoe zwaar ze het net belasten. In zo'n situatie kunnen thuisbatterijen bijvoorbeeld de kosten van teruglevering van zonne-energie verminderen door de opgewekte energie op te slaan en later te gebruiken of gespreid over een langere periode terug te leveren in plaats van direct terug te leveren. Als gevolg van een lagere belasting van het

elektriciteitsnet betalen huishoudens minder aan de netbeheerder. In zo’n systeem is het wenselijk om een grootschalige uitrol van batterijen te doen plaatsvinden.

In de toekomst, wanneer een nog groter deel van ons energiesysteem afhankelijk zal zijn van de hoeveelheid zon en wind die niet altijd precies kan worden voorspeld, kan het nodig zijn om meer flexibel vermogen (bijvoorbeeld grootschalige batterijopslag) te hebben om het gebruik van thuisbatterijen die alleen worden aangestuurd door de dag-ahead-prijs te compenseren. Dit leidt tot hogere systeemkosten wat de maatschappij als onwenselijk kan achten.

Inpassing buurtbatterij

Daarbij moet rekening worden gehouden met het formaat van het systeem, de ligging ten opzichte van de middenspanningsruimtes en de afstand van het object in relatie tot andere objecten. Naast de batterijmodules zelf, die het formaat hebben van een zeecontainer, is er vaak nog een transformatorstation benodigd. Daarbij zal er ook rekening gehouden moeten worden met de onderlinge afstand van de componenten om bijvoorbeeld de bereikbaarheid voor de brandweer te garanderen. Deze onderlinge afstanden, samen met andere veiligheidsvoorschriften, zijn vastgelegd in de PGS- richtlijn voor batterijsystemen.

De PGS-richtlijn stelt een afstand van 5 tot 10 meter (afhankelijk van brandwerendheid) voor objecten buiten het batterijsysteem. De reden voor deze afstand is brandwerendheid en het risico op overslaande brand. In de PGS-37-richtlijn zijn er ook aandachtspunten voor de aanwezigheid van een bluswatervoorziening en voldoende toegangswegen bij calamiteiten.

Een ander aandachtspunt is geluid. Bij de koeling van een buurtbatterij maken de componenten geluid. Dit geluid neemt toe bij meer warmte, zoals tijdens volledig functioneren of op warme dagen.

Dit brengt voor de gemeente een ruimtelijke uitdaging, gezien meerdere opgaves beslag leggen op de openbare ruimte. Een speeltuin die bijdraagt aan de sociale cohesie en klimaatadaptatie zal moeten concurreren met een buurtbatterij voor het mitigeren van netcongestie, waarbij de omwonenden zo min mogelijk geluidoverlast moeten ondervinden.

Alternatieven:

Er zijn extra flexibiliteitsbronnen in het laagspanningsnetwerk naast thuis- en buurtbatterijen. De opties voor extra flexibiliteit zijn:

1. Load shifting van elektrische voertuigen: Het optimaliseren van de elektriciteitsvraag in de loop van de tijd wordt slim laden genoemd. Hierdoor wordt er meer gelijktijdigheid gecreëerd in de vraag naar elektriciteit. Openbare laadpalen kunnen we als gemeente zelf aansturen. Voor particuliere laadpalen zijn we afhankelijk van de prijsontwikkeling die door de energiewetgeving tot stand komt.

2. Laden in twee richtingen: Als de auto bidirectioneel wordt geladen, kan het ook elektriciteit leveren aan de woning of het net. Daarom fungeert de elektrische auto als een batterij.

Autoproducenten zien hier echter risico’s en er zijn daarom nog maar mondjesmaat modellen die deze optie hebben.

Energieopslagmethoden

Elektrische energie is lastig op te slaan en wordt voor dat doel dan ook bijna altijd omgezet in een andere vorm van energie. Voor deze motie zijn chemische en warmte energie het meest relevant. Overige soorten, zoals bijvoorbeeld kinetische energie (vliegwielen) en zwaartekracht (torens van gestapelde blokken), zijn nog minder rijp voor een brede toepassing.

Chemische energieopslag kan op vele manieren worden uitgevoerd. De meeste gangbare en concurrerende techniek in de energietransitie is momenteel de Lithium- Ion batterij. Redox-flow cellen zijn in ontwikkeling maar naar verwachting de komende jaren nog niet in woonwijken in te zetten. Over 3 tot 5 jaar kunnen deze een rol gaan spelen vanwege de onafhankelijkheid van zeldzame materialen en grotere capaciteit. Andere chemische opslagmethoden zijn in diverse staat van ontwikkeling en kunnen over enkele jaren wellicht bijdragen aan de benodigde opslag.

Lithium-Ion: er is een aantal verschillende samenstellingen zoals lithium-ijzer-fosfaat (LFP), nikkel-kobalt-aluminium (NCA) en nikkel-mangaan-kobalt (NMC) waaronder men Lithium-Ion batterijen onder kan scharen. Door de groeiende vraag naar geëlektrificeerd transport is ook de vraag naar lithium batterijen gestegen. De productie voor dit type batterijen is afgelopen jaren opgeschaald. Dit heeft een reductie in kosten veroorzaakt voor deze batterijen.

De lithium-ion-batterijen hebben veiligheidssystemen heeft ingebouwd. Toch zijn er veiligheidsrisico's voor de batterij: Er kan een situatie ontstaan die bekend staat als 'thermal runaway', waarbij de batterijcellen te veel warmte opnemen, wat leidt tot oververhitting en een brand die zichzelf in stand houdt. Thermal runaway kan worden veroorzaakt door onjuiste installatie, overbelasting van de batterij en fysieke beschadiging. Als gevolg hiervan ontstaat een felle, een moeilijk te beheersen brand, het vrijkomen van giftige stoffen en de mogelijkheid van een explosie. Het bluswater wordt vervolgens verontreinigd tijdens het blussen. Dit kan schadelijk zijn voor de brandweer en andere mensen die erbij zijn (Veiligheidsregio Haaglanden et al., 2019).De meeste fabrikanten gebruiken momenteel de zogenoemde lithium- ijzerfosfaatbatterij (LFP) voor stationaire batterijen zoals thuis- en buurtbatterijen. Een

LFP-batterij is veiliger omdat ze beter bestand zijn tegen hoge temperaturen dan andere soorten batterijen (NMC of NCA).

Opslag van warmte kent veel voordelen en als belangrijkste nadelen dat er geen of zeer beperkt elektriciteit kan worden terug geleverd en het grote ruimtebeslag. Een warmteopslag systeem bestaat uit drie onderdelen:

1. Warmtebron: bijvoorbeeld restwarmte, thermische zonnepanelen, elektrisch verwarminselement of een warmtepomp

2. Opslagmedium: bijvoorbeeld geïsoleerd vat met water, een geïsoleerd bouwwerk gevuld met zand of stenen of bodemwater.

3. Warmte afgifte: bijvoorbeeld waterleidingcircuit vanuit het opslagmedium

De meest gangbare oplossingen zijn met water gevulde boilervaten en in het geval van bodemwarmte het rondpompen van bodemwarmte door middel van putten tot 200 meter diepte.

Nog weinig toegepast is de zogenaamde zand, beton of ijzerslakken warmte opslag. Hierbij wordt een goed geïsoleerde schuur of loods volgestopt met een goedkoop materiaal dat veel warmte kan vasthouden, zoals zand, speciaal beton of restmateriaal zoals ijzerslakken.

Zie ook

Xxxxx Xxx Xxxxxxxxx, Xxxxxx Xxxxxxxxxxx, Xxxxxxx Xxxxxxxxx, Xxx Xxxxxxxxxxxx, Xxxxxx Xxxxx, & Xxxxxx Xxxxxxxx. (2023). Thuis- en buurtbatterijen: kansen, knelpunten en beleidsaanbevelingen. CE Delft.

CE Delft. (2023). Thuisbatterijen in de energietransitie

Veiligheidsregio Haaglanden, Veiligheidsregio Rotterdam-Rijnmond, & Landelijk Informatiepunt Ongevallen Gevaarlijke Stoffen. (2019). Handreiking Opslag Li-ion energiedragers (accu’s en batterijen).