Kan waterstof helpen om netcongestie op te lossen?

Leestijd: 8-10 minuten

In het Friese Oosterwolde vindt een interessant experiment plaats. In 2022 opent energieprojectontwikkelaar GroenLeven er een zonnepark met een vermogen van 50 megawatt. De 132.000 zonnepanelen zijn een flinke impuls voor de regionale energietransitie. Maar het bijzondere van de installatie is dat Groenleven er samen met netwerkbedrijf Alliander ook een elektrolyser van 1,5 megawatt naast zet: project Sinnewetterstof (Fries voor zonnewaterstof).

Geen dikkere kabel maar een elektrolyser
Het idee is simpel: als de stroomopwekking op zonovergoten piekuren groter is dan wat het lokale energienetwerk kan wegwerken, gebruik dan de overtollige elektriciteit om groene waterstof te produceren. Als dat in Oosterwolde goed werkt, dan kan dat ook elders toegepast worden. Dat betekent dat het elektriciteitsnetwerk minder vaak verstevigd hoeft te worden om zonneparken of windturbines aan te sluiten. Leg geen dikkere kabel naar een zonneweide of windmolen, maar zet er een elektrolyser naast. Klaar is Kees.

Kan waterstof een oplossing zijn om het urgente probleem van netcongestie op te lossen?

Elbert Huijzer werkt op de strategieafdeling van Alliander en is enthousiast, maar tegelijkertijd is hij voorzichtig met zijn optimisme: “We hebben het project opgezet om te begrijpen wat er allemaal bij komt kijken als je waterstofproductie koppelt aan het opwekken van duurzame elektriciteit.”

De eerste conclusie van Huijzer luidt dat de markt voor het bouwen van zulke complexe installaties er nog niet helemaal klaar voor is. “Je hebt niet alleen een elektrolyser nodig, maar ook een compressor en nog allerlei andere apparatuur”, legt hij uit. “Alles is nieuw. We hebben gemerkt dat de partijen die betrokken zijn bij de bouw niet op elkaar zijn ingespeeld. Ze spreken elkaars jargon nog niet.” Ondanks deze uitdagingen, wordt de eerste elektrolysermodule in bedrijf genomen en zijn de eerste testen uitgveoerd. In totaal worden er drie waterstofmodules geplaatst.

Martien Visser, lector energietransitie aan de Hanzehogeschool in Groningen, volgt het waterstofproject in Friesland met grote belangstelling. “Er is in Nederland al regelmatig meer aanbod dan vraag van groene stroom”, vertelt hij. “Dat overschot kun je naar Duitsland of Polen willen transporteren, maar daar heb je een zwaarder netwerk voor nodig. Energie uit zon en wind blijft groeien, dus netcongestie zal steeds vaker voorkomen”, voorspelt Visser, die ook manager strategie is bij Gasunie.

Netcongestie is in Nederland een groot probleem. Bijna 10.000 bedrijven staan op de wachtlijst voor een nieuwe of grotere aansluiting. Die aansluitingen zijn nodig om industriële processen te elektrificeren en te verduurzamen. Er is overigens sprake van de nodige dubbeltellingen, omdat bedrijven vanwege de schaarste vaak meerdere aansluitingen tegelijk aanvragen, in de hoop dat er eentje snel wordt gerealiseerd.

Hoeveel bedrijven er ook precies op de wachtlijst staan, netcongestie zit de energietransitie danig in de weg zit. Nederland heeft grote ambities om het aandeel duurzaam opgewekte energie te laten groeien. Dit betekent dat er substantiële hoeveelheden windenergie van de Noordzee gaat komen. “Nederland gaat op de Noordzee veel meer windmolens bouwen dan het zelf aan capaciteit nodig heeft. Gaan we dat allemaal aan het buitenland verkopen? Willen we daarvoor de infrastructuur bouwen?”, vraagt Visser zich af. “Of gaan we er waterstof van maken en doen we er ook zelf iets nuttigs mee?

De elektriciteit zal ons de oren uitkomen
“In de toekomst zal de elektriciteit ons op landelijk niveau vaak de oren uit komen. Maar ook op regionaal niveau zullen er verschillen ontstaan”, verwacht hij. “In Drenthe staan veel zonneweides, die produceren in de zomer veel meer stroom dan de regio nodig heeft, terwijl er in Amsterdam een tekort is. Moeten we dan elektriciteitskabels gaan trekken van Drenthe naar Amsterdam? Voor zulke korte afstanden is waterstofproductie niet meteen een oplossing, maar grote volumes elektriciteit transporteren over lange afstanden is heel erg duur.”

Wat heet. Om alle windparken op de Noordzee aan te sluiten is volgens Visser tot 2030 een investering van 90 miljard euro nodig. “Dat geld moet worden opgebracht door Nederlandse burgers en bedrijven, die het op hun beurt weer zullen doorberekenen aan de burgers. Die 90 miljard komt overeen met 10.000 euro per huishouden”, rekent Visser voor. “Alleen voor de kabels op zee!” Na 2030 gaat Nederland nog veel meer windparken aanleggen, terwijl er al genoeg stroom is als het hard waait. “Wat gaan we met al die elektriciteit doen? Het is aantrekkelijk om er dan waterstof van te maken.”

Pijpleidingen zijn twintig keer zo goedkoop
De productie van waterstof kan op zee plaatsvinden of aan de kust. Elektrolyse op zee heeft als voordeel dat pijpleidingen meer energie kunnen transporteren dan stroomkabels. Pijpleidingen zijn volgens Visser twintig keer zo goedkoop dan wat stroomkabels zouden kosten. Daarnaast is het ruimtebeslag aan land minder groot, want de converters die de windstroom aan de kust omzetten van gelijkstroom naar wisselstroom nemen veel plaats in. (Bekijk hier een animatie over offshore energieproductie)

Punt is wel dat elektrolysers op dit moment ‘nog hartstikke duur’ zijn. “Die technologie moet nog helemaal door de leercurve heen”, zegt Visser. Maar als dat gebeurt, wordt waterstofproductie steeds aantrekkelijker. Ook omdat er steeds meer overtollige - en dus ‘gratis’ - stroom beschikbaar zal komen. “Het aantal uren met negatieve prijzen neemt ieder jaar toe. Als elektrolysers goedkoper worden, en er steeds meer overtollige stroom is, dan krijg je een gunstig plaatje.”

Voor de huidige netcongestieproblemen biedt dit geen soelaas. Maar toekomstige windparken waterstof laten produceren voorkomt volgens Visser dat er ‘nieuwe bottlenecks ontstaan’.

Een systeem met variabele en decentrale elektriciteitsopwek vergt een ander netwerk dan het traditionele netwerk met grote regelbare centrales. In 2035 moet de volledige stroomproductie CO2-vrij zijn. Het vermogen zal vooral door zonnepanelen en windturbines geleverd worden. De netcongestie die dat oplevert, vergt enorme investeringen in de verzwaring van de infrastructuur, maar kan dus deels opgelost worden door geen elektriciteit maar waterstof te produceren.

Naast netcongestie aan de opwekkant, is er ook sprake van filevorming aan de vraagkant, legt Marijke Kellner-Van Tjonger uit. Zij is als manager energiesysteem bij Gasunie bezig met de integratie van de wereld van de elektronen (stroom) en moleculen (aardgas, groen gas, waterstof). Netcongestie aan de vraagkant wil zeggen dat niet de producenten maar de afnemers van elektriciteit geen aansluiting kunnen bemachtigen.

“Ondanks de miljardeninvesteringen van de netwerkbedrijven, gaat het 10 tot 15 jaar duren voordat de wachtlijst is weggewerkt en de problemen zijn opgelost”, stelt Kellner-Van Tjonger. “Dat vind ik zorgelijk, omdat daardoor nieuwe en duurzame bedrijvigheid niet van de grond komt. De economie komt langzaam tot stilstand.”

Kellner-Van Tjonger heeft wel een oplossing om filevorming op het stroomnet te ontwijken. “Het simpelste is als bedrijven kunnen overstappen op een alternatief, bijvoorbeeld waterstof. Je zou echter ook met kleine centrales op wijk- of stadsniveau de boel gaande kunnen houden.” De Gasunie-manager denkt aan wkk-achtige installaties (waarmee bijvoorbeeld tuinders warmte en CO2 produceren voor hun kassen, maar waarmee ook elektriciteit wordt opgewekt). Daarvoor is in eerste instantie wel aardgas als brandstof nodig. “Het veroorzaakt weinig uitstoot, omdat je de centrales alleen aanzet tijdens de piekmomenten.” Het duurzame alternatief is om blauwe of groene waterstof te gebruiken, zodra dat in voldoende mate beschikbaar is.

“Vanwege het beperkte aantal draaiuren is het geen makkelijke business case”, schetst Kellner-Van Tjonger. “Maar er is een maatschappelijk belang, dus het is gerechtvaardigd er een subsidieregeling voor in te zetten. Wellicht kunnen bedrijven die hiermee geholpen zijn hier ook een bijdrage aan leveren. Het is een relatief snel uitvoerbare optie.”

"Aan de moleculenkant kunnen we helpen"
Als verduurzaming van de economie middels elektrificatie niet verder versneld kan worden, ontstaat er een mismatch tussen ‘wat we willen en wat we kunnen’. “Aan de moleculenkant kunnen we helpen”, is de overtuiging van Kellner-Van Tjonger. “Met groen gas, waterstof en CO2-opslag kunnen we toch tot emissiereductie komen. Die denkstap moet bij veel mensen nog gemaakt worden.” Het realiseren van grootschalige groene waterstofproductie gaat volgens haar niet lukken vóór 2030. “Voor de korte termijn moeten we naast groen gas daarom inzetten op blauwe waterstof. Dat kunnen we zelf maken of importeren.” Blauwe waterstof wordt gemaakt uit aardgas, maar is toch emissievrij omdat de CO2 wordt afgevangen en opgeslagen.

Ondertussen worden in Oosterwolde door GroenLeven en Alliander diverse praktijktesten met waterstofproductie uitgevoerd. Huijzer van Alliander: “Hoe reageert de elektrolyser op het variërende aanbod van elektriciteit? De leverancier zegt dat het kan. Maar iedereen waarschuwt dat het op- en afschakelen tijd kost.” Huijzer denkt dat er misschien nog een batterij als buffer geplaatst moet worden, om de stroomtoevoer naar de elektrolyser goed te kunnen regelen.

Maar het is niet alleen de techniek die beproefd moet worden, ook de commerciële relaties die ontstaan moeten op elkaar aansluiten. “Je kunt netcongestie verminderen, want je kunt ervoor zorgen dat de stroom niet naar het net gaat maar naar de elektrolyser”, schetst Huijzer. “Maar het kan ook andersom gaan. Dat er stroom naar de elektrolyser gaat, terwijl je de stroom nodig hebt.” Volgens Huijzer kan er concurrentie ontstaan tussen stroom- en waterstofproductie. “Als we waterstof gaan produceren, dan willen we dat ook verkopen, anders hebben we er niks aan. De waterstofklant wil op een gegeven moment zijn waterstof hebben, ook als de stroomprijs hoog is en je eigenlijk liever elektriciteit zou opwekken.”

Het is een onderschatte discussie, zegt Huijzer. “Waterstof is niet alleen een energiedrager, het is ook een grondstof. Een product met waarde. Dat mis je nog weleens in de discussie over flexibiliteit. Als je een elektrolyser neerzet, dan ga je daar klanten voor zoeken, en die willen gewoon waterstof hebben. Als je een waterstoftankstation hebt, dan wil je geen nee verkopen aan je klanten.”

Waterstofproductie kan dus flexibiliteit bieden, maar alleen als er grote opslagfaciliteiten ontstaan, zodat er altijd geleverd kan worden. In het fossiele energiesysteem zat flexibiliteit aan de aanbodkant, namelijk in regelbare elektriciteitscentrales. Nu windmolens en zonneparken de basis van de elektriciteitsvoorziening gaan vormen, moet die flexibiliteit ergens anders in de keten gerealiseerd worden. “Je ontkomt niet aan een energiesysteem waar heel veel flexibiliteit in zit. Uiteindelijk is waterstof daar een handig middel voor”, aldus Huijzer.

Voor de Alliander-manager is het eindplaatje duidelijk. “Met het stroomaanbod dat gaat komen, kunnen we niet alles met kabels wegwerken, dat is simpelweg onhaalbaar. Het piekvermogen wordt daarvoor te hoog. Als er meer aanbod dan vraag is, dan is een elektrolyser gunstig, want dan kun je toch je duurzame energie oogsten. Die waterstof kan de mobiliteit of de industrie in. Of je maakt er weer elektriciteit van. Dat is niet efficiënt, maar in het eindplaatje kan het niet anders.”

Batterijen kunnen een rol spelen in de tijdelijke en kleinschalige opslag van elektriciteit. Voor grootschalige opslag, nodig om bijvoorbeeld de seizoenen te overbruggen, zijn andere systemen nodig. Net als aardgas kan waterstof in grote volumes in lege zoutcavernes worden opgeslagen. Als de vraag naar elektriciteit groter is dan het aanbod, dan kan in centrales stroom worden opgewekt met de waterstof. Het elektriciteitsysteem kan draaien op elektriciteit uit wind en zon, met waterstof als buffer tussen vraag en aanbod.

Geen quick fix
Sinnewetterstof is een eerste vingeroefening in die richting. “We wilden leren hoe snel we dit zouden kunnen bouwen. Er zijn na Sinnewetterstof nog geen andere projecten gestart. Dat toont aan dat het niet makkelijk is. Het is geen quick fix”, aldus Huijzer.

De complexiteit zit ‘m in het aan elkaar knopen van de markten voor elektriciteit en gas. “Prijstechnisch kan het allemaal nog niet. Over 20 jaar moet de uitwisseling van stroom en gas net zo omvangrijk zijn en soepel verlopen als het aardgassysteem van nu. Waterstof lijkt een beetje op aardgas, maar vanwege de koppeling met elektriciteit is het financieel veel complexer. We zitten in een overgangsfase.”

Als de lessen van Sinnewetterstof getrokken zijn, is het volgens Huijzer tijd voor opschaling. “Straks zeggen we: okay, we snappen nu hoe het werkt en hoe het allemaal in elkaar grijpt. Laten we een consortium vormen en 50 van dit soort installaties in Nederland neerzetten.”

Dan dienen zich meteen de volgende vragen aan. “Gaan we bij ieder zonnepark een kleine elektrolyser neerzetten? Of plaatsen we bij de onderstations van Tennet een grotere waterstoffabriek? Dan heb je serieuze productie. En gaan we dan rondrijden met vrachtwagens om de waterstof af te voeren? Of leggen we dan een pijpleiding aan?”

Veel vragen. Kellner-Van Tjonger van Gasunie weet in ieder geval dat het energiesysteem ‘in samenhang’ zal veranderen. “Vraag en aanbod, flexibiliteit en opslag, elektronen en moleculen; we zullen integraal de overgang naar een klimaatneutraal energiesysteem moeten realiseren.”