Windenergie en waterstof verenigd voor klimaatbescherming

Windenergie en waterstof verenigd voor klimaatbescherming

Waterstof wordt beschouwd als DE oplossing voor de energietransitie. Windenergie is krachtig, maar benut haar potentieel niet volledig. De twee moeten kunnen worden samengebracht om het koolstofarm maken te bevorderen. Tenslotte is alleen "groene" waterstof, geproduceerd met behulp van hernieuwbare energiebronnen, echt nuttig tegen de klimaatverandering.

In dit artikel heb ik beide onderwerpen behandeld en onderzocht hoe ze samen de energietransitie en de klimaatbescherming kunnen bevorderen. Drie voorbeelden tonen aan dat deze interactie reeds wordt getest en toegepast.

Waterstof - echt het antwoord op alle vragen?

Waterstof als energiedrager wordt in veel discussies en rapporten gezien als DE grote oplossing voor de energietransitie. In het algemeen is waterstof een uitstekend opslagmedium en kan het gemakkelijk worden vervoerd in geschikte leidingen en containers. Hierdoor zou de energie ook op elk moment beschikbaar zijn, ongeacht het tijdstip van de dag, het seizoen of de weersomstandigheden.

Maar waterstof kan alleen bijdragen tot de bescherming van het klimaat als voor de productie ervan in elektrolyse elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen wordt gebruikt - de zogenaamde "groene" waterstof. Alle andere productiemethoden zijn eerder schadelijk voor ons klimaat.

Voor de productie van waterstof is elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen nodig, voornamelijk wind- en zonne-energie. Dit betekent dat het directe gebruik van de opgewekte of opgeslagen elektriciteit concurreert met het gebruik van waterstof. In veel gevallen is het echter efficiënter om rechtstreeks elektriciteit te gebruiken - hetzij voor elektromobiliteit, hetzij in warmtepompen.

Het rendement van elektrolyse ligt tussen 60 en 70 procent. Als we elektriciteit opwekken uit de waterstof in een brandstofcel, is het rendement voor deze stap 60 tot 80 procent. Dit betekent dat wij voor de opslag van groene waterstof als elektriciteit ten minste driemaal zoveel elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen moeten gebruiken. De inspanningen en de kosten nemen dienovereenkomstig toe.

Sommige industriële processen kunnen niet worden geëlektrificeerd of vereisen direct gebruik van waterstof. De chemische industrie gebruikt reeds grote hoeveelheden waterstof voor de productie van ammoniak. Groene waterstof kan fossiel aardgas vervangen.

Windenergie is onderdeel van decarbonisatie met problemen

Samen met fotovoltaïsche energie vormt de opwekking van elektriciteit uit windenergie een belangrijk onderdeel van het koolstofarm maken van de economie. Elektriciteit uit windturbines was in 2020 goed voor 27 procent van de elektriciteitsvoorziening van Duitsland, waarmee het de belangrijkste afzonderlijke energiebron in de elektriciteitsmix van het land is.

Maar windenergie kan, in tegenstelling tot zonne-energie, niet worden gebruikt op de plaats van opwekking, omdat windturbines zich bijna altijd ver van de elektriciteitsverbruikers bevinden. Omwonenden mogen geen last hebben van het lawaai van de rotors. Sommige politieke actoren stellen daarom ruime minimumafstanden van 1 tot 2 km tot woongebieden vast. Een andere reden waarom zij vooral in dunbevolkte gebieden zijn gevestigd.

Ongelijkmatige ruimtelijke verdeling

Het resultaat is een ongelijke ruimtelijke spreiding van windenergie in Duitsland. Op de windmonitor van het Fraunhofer-instituut voor energie-economie en energiesysteemtechnologie kunnen we de ruimtelijke spreiding in Duitsland en de gemiddelde plaatselijke windsnelheid zien. De grootste Duitse onshore windparken bevinden zich in het noorden en oosten - is er echt geen ruimte in de andere regio's?

Feed-in management veroorzaakt stroomonderbrekingen

Een ander probleem met windenergie is het feed-in management. Deze inperking van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen door de netwerkexploitant is noodzakelijk wanneer afzonderlijke delen van het elektriciteitsnet overbelast zijn en de toevoer van elektriciteit niet kan worden opgenomen. Vooral windturbines worden door deze maatregel getroffen - zij worden dan uit de wind gedraaid om de turbine niet langer aan te drijven en dus geen elektriciteit op te wekken.

In 2019 moest een hoeveelheid elektriciteit van 6 482 GWh door de netbeheerders worden beperkt, 19 procent meer dan het jaar daarvoor. Daarvan kwam 78 procent voor rekening van windenergie op het land en 18 procent voor rekening van windenergie op zee. Slechts vier procent van de afgeschakelde turbines waren geen windturbines (bron: Monitoring Report 2020 van het Bundesnetzagentur).

6,48 terawattuur schoon opgewekte elektriciteit had voor andere toepassingen kunnen worden gebruikt en had het gebruik van fossiele brandstoffen kunnen voorkomen. Daarbij komen nog kosten van meer dan 700 miljoen euro die als compensatie aan de exploitanten van de centrales moesten worden betaald.

Gebruik van post-EEG planten

De Wet hernieuwbare energiebronnen (EEG) is van kracht sinds 2000. Aangezien het feed-in tarief wordt beperkt tot 20 jaar, verliezen oudere windturbines dit recht. Daarna moeten de exploitanten nadenken over hoe zij economisch kunnen blijven werken.

Zelfconsumptie van elektriciteit, zoals bij fotovoltaïsche systemen, is niet mogelijk. De windturbines zijn rechtstreeks aangesloten op het elektriciteitsnet en bevinden zich te ver van de dichtstbijzijnde verbruikers. Daarom moeten de exploitanten een koper vinden voor de rechtstreekse verkoop van de elektriciteit. Alternatieven zijn hermotorisering, maar dit zou niet lukken vanwege de vergunning, of ontmanteling van de oude turbines.

Hoe waterstof windenergie kan helpen

Nu komt de waterstof die in het begin genoemd werd in het spel. Met de productie van groene waterstof kunnen we de hierboven genoemde problemen van windenergie niet volledig oplossen, maar we kunnen ze op zijn minst verminderen. Hier kan elektrolyse goed van pas komen en kan waterstof een belangrijke bijdrage leveren aan het welslagen van de energietransitie.

Grafisch: Greenpeace Energie eG

Waterstofproductie bij knelpunten in het net

De ongelijkmatige ruimtelijke spreiding van windenergie vereist voldoende capaciteit in de netten om de elektriciteit naar de verbruikers te transporteren. Als de capaciteit ontoereikend is, ontstaan er knelpunten in het elektriciteitsnet en moeten de netbeheerders windturbines stilleggen.

Waarom gebruiken ze de elektriciteit dan niet liever voor elektrolyse en produceren ze schoon gas? De elektrolysers kunnen naar behoefte worden gebruikt en dienovereenkomstig worden geregeld. De windturbines kunnen blijven draaien en de energie blijft niet onbenut. De geproduceerde waterstof kan aan een net worden toegevoerd of in tanks worden opgeslagen en getransporteerd om elders fossiel gas te besparen.

Waterstofproductie met oude windturbines

Oude windturbines die geen feed-in-tarieven meer ontvangen (post-EEG), hebben een direct marketeer of een andere oplossing nodig om in bedrijf te blijven, anders kunnen zij niet langer economisch worden geëxploiteerd. Elektrolyse voor de productie van groene waterstof biedt zich aan als een veilige koper. Op die manier kan de CO2-neutrale elektriciteitsproductie worden voortgezet.

Volgens de Duitse WindEnergy Association raamt de Duitse regering de vraag naar schone elektriciteit voor de productie van groene waterstof op 20 TWh per jaar. Een groot deel hiervan kan worden geleverd door de zogenaamde post-EEG-planten.

Een voorwaarde voor een goed functionerend bedrijfsmodel is echter ook dat de elektriciteit wordt vrijgesteld van de EEG-toeslag en de netwerktarieven, aldus Sabine Peter, voorzitter van de Duitse federatie voor hernieuwbare energie. Sinds de zomer van 2021 is elektriciteit vrijgesteld van de EEG-heffing, maar tot dusver geldt die vrijstelling niet voor centrales die financiering hebben ontvangen in het kader van de EEG.

Praktische voorbeelden van het combineren van waterstof- en windenergie in het volledige artikel.