Mei 2021
Energie-erf: waterstoftechniek met warmteopslag combineren
Opvallend werk
Als we richting 2050 daadwerkelijk een groot deel van onze energie uit wind en zon willen halen, moeten pieken en dalen in de productie worden opgevangen. Het in waterstoftoepassingen gespecialiseerde bedrijf Nedstack ontwikkelde het Energie-erf, een concept met waterstof als energiedrager en warmteopslag voor een ‘aardgasvrije oplossing’ op wijkniveau.
Om misverstanden te voorkomen: het Energie-erf van Nedstack is een andere oplossingsrichting dan het plan dat een consortium bedacht voor de nieuwbouwwijk Nijstad-Oost in Hoogeveen. Het consortium presenteerde eind vorig jaar een studie waaruit bleek dat ook bestaande woonwijken voor hun verwarming kunnen overstappen van aardgas naar waterstof. Het rapport ontmoette nogal wat kritiek, met name vanwege het rammelende businessmodel. ‘In dat onderzoek was de waterstofketel erg dominant. En ook wij hadden flinke kritiek op de businesscase,’ vertelt Dennie Bloem van Nedstack. ‘Ze hebben werkelijk appels met peren vergeleken. Ook energetisch gezien mogen er bij die oplossing best kanttekeningen worden geplaatst. Ik ben geen principieel tegenstander van de waterstofketel als overbruggingsoplossing naar een CO2-vrije energievoorziening, maar ons Energie-erf is wezenlijk anders.’
Conversieverliezen
Nedstacks Energie-erf functioneert op wijkniveau. De wijkcentrale produceert met groene stroom via elektrolyse waterstof, en die wordt binnen de wijk opgeslagen. Zo kan duurzaam opgewekte elektriciteit worden gebufferd. Bij het proces komt geen CO2 vrij, maar waterstof kent ook nadelen: conversieverliezen. Veel energie gaat al verloren bij de productie van waterstof. Vervolgens moet waterstof ook nog eens worden gecomprimeerd om te kunnen worden opgeslagen, waarbij opnieuw een deel van de energie verloren gaat. Ten slotte is er ook nog een aanmerkelijk verlies (50 procent) bij de omzetting van waterstof naar elektriciteit. Maar niet alle energie hoeft verloren te gaan, denkt Bloem. ‘Bij het proces komt namelijk ook nogal wat restwarmte vrij en die kan in ons concept mooi worden opgeslagen in een boven- of ondergrondse wateropslag. Wanneer de warmtevraag groot is, levert de buffer de benodigde warmte, of een deel ervan. Op deze wijze wordt het rendement van de elektrolyzer en brandstofcel verhoogd van 60 naar 90 procent. Kortom, Nedstack combineert een waterstofcentrale met een warmteopslag en koppeling aan een warmtenet. Wanneer de energievraag in de wijk groot is, komen de brandstofcellen in de power-plant in werking en wordt met waterstof als bron met behulp van brandstofcellen, elektriciteit en warmte geproduceerd voor de wijkbewoners. Een brandstofcelsysteem van Nedstack heeft een elektrisch rendement van 50 procent en een thermisch rendement van 35 procent. De resterende 15 procent van de energie betreft intern warmteverbruik van het systeem en stralingswarmte naar de omgeving.
Bloem: ‘Critici mogen dan wel beweren dat warmtepompen veel efficiënter zijn en geloven in elektrificatie van de wijken, maar veruit de meeste stroom wordt nog altijd opgewekt met gas.’ Het is overigens niet reëel ervan uit te gaan dat de warmtevraag volledig kan worden gedekt met de brandstofcellen en de warmteopslag in de buffer, erkent Bloem. In dat geval zou een zeer groot en overgedimensioneerd brandstofcelsysteem nodig zijn. Daarom denkt Nedstack ook aan de koppeling met restwarmte afkomstig van industrie of datacenter. ‘Als je een elektrolyzer, waterstofopslag en brandstofcel goed op elkaar afstemt, dan blijft er nog maar een klein deel over wat nodig is voor duurzame opwekking. Zo kun je duurzame opwekking laten meegroeien met groene waterstof. Die kant moeten we op. Je kunt wel hoog inzetten op waterstof, maar het heeft geen zin als die niet duurzaam wordt opgewekt.’
Geen netverzwaring
Er zijn nu veel bedrijven die plannen hebben klaarliggen voor pv-velden. Die kunnen niet worden gerealiseerd omdat het stroomnet dat niet aankan. Bloem wijst erop dat dit in hun concept met groene waterstof wel kan, omdat het stroomnet niet extra wordt belast. ‘Het Energie-erf kan in plaats van belasting juist ondersteuning bieden aan de elektriciteitsmarkt. Het Energie-erf kan stroom afnemen en leveren wanneer het net daarom vraagt.’ Bij het Energie-erf blijft waterstof op een afgesloten terrein. Vanaf het erf worden alleen warmte en elektriciteit naar buiten gebracht. Aanvoertemperaturen tot 70˚C zijn hierbij mogelijk. Daarmee is het concept zowel voor nieuwbouw als bestaande bouw toe te passen. Voor goed geïsoleerde nieuwbouw pakt het concept energetisch nog gunstiger uit, omdat kan worden volstaan met ltv met temperaturen van 35 – 40˚C. En in de woning is slechts een warmte-afleverset nodig. Doordat je meerdere Energie-erven virtueel kunt schakelen, krijg je een wijkcentrale die vraag en aanbod van duurzame energie op elkaar afstemt.
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: Nedstack