MTSA
  •  

Haalbaarheidstudie Power–to–Power / Power-2-X installatie afgerond

18 maart 2022

Dekra, HAN, MTSA, Alliander en Kiemt hebben, met steun van de Provincie Gelderland, de Gemeente Arnhem en het Arnhemse Ondernemersfonds, de haalbaarheidsstudie naar een groene waterstof Power–to–Power / Power-2-X installatie afgerond.

Wat was het doel van het onderzoek?
Het doel lag voor de verschillende partijen net even anders. Leo Polak, onderzoeker van de HAN zegt hierover: ”Voor de HAN was het doel te onderzoeken wat de prijs van waterstof is en wat het bijvoorbeeld kost om het op te slaan. Dekra heeft onderzocht welke veiligheidsnormen en vergunningen er nodig zijn om een P2P-installatie neer te zetten. MTSA heeft het onderzoek met name gebruikt voor het onderzoeken van de ROI en Alliander richtte zich op het in beeld brengen van netcongestiegebieden”

Wat is P2P/P2X-installatie?
Het doel is om met behulp van een Power–to–Power / Power-2-X installatie, die decentraal ingezet kan worden op wind en zonneparken, fluctuaties in energieaanbod af te stemmen op de vraag.
Paul Peters van MTSA Technopower B.V. zegt hierover: “Er ontstaat een groot probleem met netcongestie in Nederland. We gaan steeds meer naar de inzet van duurzame energie. Dat is een goed uitgangspunt, maar heeft ook zo z’n uitdagingen. Want er is een teveel aan energie als er veel wind en zon is. En tegelijkertijd een tekort aan energie bij te weinig wind en zon. Om deze fluctuatie te kunnen opvangen, moet je dus energie kunnen bufferen. Waterstof zal hier een grote rol in kunnen spelen. De P2P/P2X-installatie kan hiervoor de oplossing zijn”

Hoe gaat dit in z’n werk? De P2P/X installatie zet zonne-energie en windenergie of energie van het net om in waterstof. Hier wordt zoveel mogelijk duurzame energie voor gebruikt om zo groene waterstof te creëren. Deze omzetting naar waterstof vindt plaats als elektriciteit goedkoop en voldoende aanwezig is op de markt. Het omzetten wordt uitgevoerd met elektrolyser met als default 4 MW input vermogen. Wanneer elektriciteit juist duur of te weinig aanwezig is op de markt zet de installatie waterstof om in elektriciteit. Hierbij wordt als default een 0,75 MW brandstofcel output vermogen gebruikt.
De omzetting van elektriciteit naar waterstof en andersom op basis van de marktbehoefte heet power to power (P2P). Als de waterstof direct gebruikt wordt voor doeleneinden in bijvoorbeeld de mobiliteit of industrie dan heet het power to X (P2X).

P2P/X verkleint de disbalans tussen vraag en aanbod van energie
In de kern creëert een P2P/X-unit de mogelijkheid om de disbalans tussen vraag en aanbod van energie in het elektriciteitsnet te verkleinen en vergroot daarmee de flexibiliteit in het omgaan met de pieken en dalen in de vraag naar energie. Uiteraard zou het oplossen van deze disbalans ook gerealiseerd kunnen worden door het ‘verzwaren’ van het electriciteitsnetwerk. Echter is dit een vaak kostbaar en duurt het lang om dit te realiseren. De P2P/X-unit lost dit probleem op en maakt het verzwaren minder snel nodig en de plaatsing van de unit is tegelijkertijd veel sneller te realiseren.

Hoe wordt de flexibiliteit verkregen?
Het principe werkt als volgt: Door het teveel aan energie om te zetten in waterstof, deze waterstof vervolgens op te slaan als buffer en wanneer nodig om te zetten in elektriciteit wordt deze flexibiliteit door de P2P/X unit gecreëerd.

De kracht van de P2P/X-unit is dat deze rechtstreeks gekoppeld kan worden met een zonnepark en/of windpark waarbij het teveel automatisch wordt omgezet naar waterstof. Of het wordt gekoppeld aan het lokale net, waar mogelijk meerdere zonneparken, windmolens en ook veel particuliere zonnepanelen gekoppeld zijn. Door deze meervoudige koppelingsmogelijkheid worden pieken van wind en zon uit-gemiddeld waardoor de P2P/X-unit minder start/stop situaties zal ondervinden en er een langere bedrijfstijd mogelijk is.

Gebruik, opslag en bewerking van waterstof
Het waterstof afkomstig van de elektrolyser is erg zuiver en kan daarom goed gebruikt worden voor
brandstofcellen en/of mobiele toepassingen. Om die reden heeft het ook een hoge waarde. Deze
waarde wordt echter verkleind door de waterstof te mengen met aardgas en of te gebruiken voor industriële toepassingen waar (meestal) de zuiverheid een kleinere rol speelt.
De waterstof is goed te gebruiken als buffer, maar moet in vele gevallen gecomprimeerd worden en
onder hoge druk worden opgeslagen. Deze bewerking is duur en als het kan moet het zo veel mogelijk worden vermeden. Dit kan gedeeltelijk worden uitgevoerd door het waterstof plaatselijk zo veel mogelijk te gebruiken (bijvoorbeeld een H2 tankstation) en/of gebruik te maken van een waterstof pijplijn.

Zodra het mogelijk is om gebruik te maken van een waterstofnet, is (plaatselijke) hogedruk-opslag niet meer nodig. Afhankelijk van de kwaliteit van dit waterstof moet dit waterstof bewerkt worden (CO en zwavelvrij gemaakt worden) om het weer geschikt te maken voor brandstofcel gebruik.

Wat kan de P2P/X-unit interessanter maken qua businesscase?
In de P2P/X unit zijn 2 waterloops waarvan de zuiver water loop op 60°C moet worden gehouden.
Warmte afkomstig van de elektrolyser en/of brandstofcel moet weg gekoeld worden. In de P2P-unit
wordt dit via de tweede waterloop gekoeld via de lucht. Wat op haar beurt zorgt voor energievernietiging. Het zou mooi zijn als, in plaats van deze energievernietiging, er ander bron is die warm water (50-60°C) kan gebruiken. Dit warm water kan ervoor zorgen dat de business case wat interessanter wordt. Ook door lagedruk toepassingen van zuurstof en gebruik van de zuiver water installatie op momenten dat het niet gebruikt wordt, kan de P2P/X unit meer interessant worden.

Waarneembare trends
“Er zijn duidelijke trends die ten goede komen aan de kosten en baten van P2P- en P2X-systemen. Zo is de verwachting dat elektriciteit steeds duurder wordt, de waterstofmarkt sterk zal groeien, er steeds hogere CO2-heffingen ingevoerd zullen worden en de kosten van de componenten zullen dalen.” aldus Bas te Horst, student HAN
Desondanks zijn de kosten hoog en de baten beperkt, en is energie nog relatief goedkoop ten opzichte van de kosten van opslagsystemen. Subsidies voor de ontwikkeling en uitrol blijven daarom noodzakelijk. Het gasnet, waar in principe waterstof in kan worden bijgemengd en dat in principe geschikt gemaakt kan worden voor pure waterstof, en opslag in zoutcavernes zouden ook een cruciale rol kunnen spelen om P2X rendabel te maken.
“We zijn er goed in geslaagd om bruikbare inzichten uit het onderzoek te halen”, zegt Christiaan Boudri. Hij vervolgt: ”maar het blijft complex. Want we zijn nu uitgegaan van historische winddata het elektriciteitsgebruik van het IPKW van 1 jaar. Hadden we van meerdere jaren data gebruikt, dan waren de uitkomsten wellicht nog nauwkeuriger geweest”.

De P2P/x-unit komt nog iets te vroeg
In vele gevallen komt de P2P unit nog iets te vroeg.
Voor een goede marktontwikkeling van de P2P/X units is het wachten op:
– prijsverlaging van elektrolyser en brandstofcell stacks.
– waterstof pijpleiding.
– het toelaten van waterstof in aardgas.
– meer mobiele waterstof verbruikers.
– Hogere CO2 kosten.
– Hogere kosten grijze waterstof.
– Toename van congestieproblemen.
– Een (markt) partij die P2P/unit gaat aanschaffen voor de vele marktmogelijkheden die een
P2P/X unit biedt.
– Hoe worden de vermeden netwerkkosten van de netbeheerders verrekend met de P2P/X
eigenaar.

Conclusie van het haalbaarheidsonderzoek
De conclusies van het haalbaarheidsonderzoek zijn:
1.De business case van de P2P/X is (op dit moment) alleen positief te maken als subsidies en de kosten voor het verzwaren van het elektriciteitsnet worden meegenomen.

2. Voor de elektriciteit leverende bedrijven kan de P2P/X unit nodig zijn om hun leveringsverplichtingen uit te voeren. In het algemeen is een P2P/X unit ook sneller en makkelijker te realiseren dan het verzwaren van het net. Maar in het begin, in de introductieperiode, zal subsidie nodig zijn om de eerste P2P/X units gedeeltelijk te bekostigen.

3. Een P2P of P2X installatie (een P2P/X installatie zonder brandstofcel) geeft bij het gebruik van een
waterstofpijplijn al een positieve businesscase. Ook deze installaties zijn te gebruiken in congestie
gebieden waarbij er alleen een overschot aan energie is.

4. De algemene conclusie is dat de P2P/X-unit mogelijkheden biedt om flexibiliteit te leveren aan
congestiegebieden in het elektriciteitsnet. Met een waterstof pijplijnkoppeling en zonder brandstofcel geeft dit nu al een positieve businesscase, Voor scenario’s met hoge druk en brandstofcel moeten de kosten van netverzwaring worden afgezet tegen de kosten van een P2P/X unit.

Algemene aanbevelingen
Vanuit de HAN Arnhem Nijmegen worden de volgende algemene aanbevelingen gedaan met betrekking tot beleid en financiële stimulatie van de noodzakelijke ontwikkeling van energieopslagsystemen en ondersteuning van het elektriciteitsnet:
• Reguleer het bijmengen van waterstof in het gasnet, dit is laaghangend fruit met potentieel grote positieve gevolgen voor de ontwikkeling van energieopslagsystemen. De reden hiervoor is dat dit de hoge kosten voor compressie, opslag en transport in P2X elimineert. Daarnaast is er ook nog de mogelijkheid om de zuiverheidseisen te verlagen, waardoor er nog extra kosten bespaard kunnen worden op de waterstofnabehandeling.
• Accepteer dat energieopslag meer kost en verwacht hierbij op de korte termijn geen grote toename van benutting van hernieuwbare energie of CO2-reductie. Subsidieaanvragen zouden niet hierop gebaseerd moeten worden, maar op kosten per geleverde opgeslagen kWh of kg waterstof welke in verhouding tot andere opslagtechnieken beschouwd moeten worden.
• Investeer eerst in P2X systemen met verschillende type elektrolysers nabij zonneparken en windturbines. Dit zijn de meest gunstige scenario’s en hierdoor zullen de technieken zich ontwikkelen en doet het werkveld de broodnodige ervaring op.
• Investeer echter ook in verschillende typen in P2P systemen, niet alleen die op basis van waterstof, want op de lange duur is dit onvermijdelijk willen we de klimaatdoelen behalen.

Share this news:
MTSA

MTSA Technopower: Design, Engineering, Prototyping, Manufacturing & Service | © 2022 MTSA Technopower | Disclaimer | Algemene voorwaarden