Energieopslag kansrijke optie voor tunnels

Rijkswaterstaat wil een positieve bijdrage leveren aan de energietransitie en in 2030 klimaatneutraal zijn. Aan TNO is gevraagd te onderzoeken of  energieopslag kan helpen bij het behalen van deze twee doelstellingen. Voor dit onderzoek heeft TNO de Noordtunnel als referentieproject gebruikt. “In Zuid-Holland gaan we als Rijkswaterstaat de komende jaren zeven wegtunnels grondig renoveren”, vertelt Johan Naber, adviseur/specialist bij Rijkswaterstaat GPO. “Daarvoor hebben we het project PTZ opgezet, dat staat voor Programma tunnelrenovaties Zuid-Holland.”

De plannen voorzien niet alleen in een groot aantal maatregelen om ervoor te zorgen dat de tunnels de komende decennia veilig en beschikbaar blijven, zoals het vervangen van vrijwel alle tunneltechnische installaties, maar ook in het verduurzamen van de tunnels. “Zo willen we dat de tunnels na de renovaties nog maar de helft van de huidige hoeveelheid energie gebruiken. Dat past bij de duurzaamheidsambities van Rijkswaterstaat. PTZ is een goede aanleiding om beter in beeld te brengen hoe we handen en voeten kunnen geven aan deze ambities en hoe we de energievoorziening van tunnels toekomstbestendig kunnen vormgeven.”

Zelfvoorzienendheid

Is bijvoorbeeld energieopslag in combinatie met duurzame energieopwekking een geschikte oplossing? “Kijk je puur met een financiële blik naar energieopslag, dan is het nu voor de meeste tunnels waarschijnlijk nog niet aantrekkelijk”, stelt Harry van der Weijde van TNO. In opdracht van Rijkswaterstaat heeft TNO de mogelijkheden van energieopslag in kaart gebracht en een businesscase gemaakt, met de Noordtunnel als voorbeeld. “Hoewel een opslagsysteem in combinatie met zonnepanelen een geringe extra investering vergt, verdien je deze niet terug door de besparingen. En aangezien Rijkswaterstaat al groene stroom gebruikt, levert energieopslag ook slechts een geringe CO2-reductie op.”

Naast de grote mate van zelfvoorzienendheid zorgt energieopslag ervoor dat een tunnel langer beschikbaar blijft als er een stroomstoring is op het net.

Daar staan echter diverse voordelen tegenover. Een belangrijke uitkomst van het onderzoek is dat een energieopslagsysteem met batterijen in combinatie met zonnepanelen bij een tunnel als de Noordtunnel kan voorzien in ongeveer driekwart van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik. Het verder vergroten van de zelfvoorzienendheid is niet aantrekkelijk, omdat de investeringskosten voor de extra opslagcapaciteit enorm toenemen ten opzichte van de opbrengsten. Een tunnel met zonnepanelen en batterijen die volledig onafhankelijk is van het elektriciteitsnet, lijkt dan ook onrealistisch.

Van der Weijde: “Naast de grote mate van zelfvoorzienendheid zorgt energieopslag ervoor dat een tunnel langer beschikbaar blijft als er een stroomstoring is op het net. Met een realistische capaciteit van het opslagsysteem kan een tunnel bij stroomuitval in de winter vier uur autonoom in gebruik blijven en in de zomer vaak zelfs een uur of twintig.” “Energieopslag is daarmee een optie voor de noodstroomvoorziening”, stelt Naber. “Immers, de eis is dat een tunnel bij stroomuitval minimaal vier uur operationeel kan blijven.”

Noodstroomvoorziening

In de praktijk zijn er voor het opvangen van netstoringen drie opties: een noodstroomaggregaat op diesel, een extra aansluiting op een ander segment van het elektriciteitsnet of een energieopslagsysteem. “Van deze drie is energieopslag in veel gevallen aantrekkelijk”, aldus Naber. “Energieopslag is bijvoorbeeld betrouwbaarder dan een dieselaggregaat, omdat je bij een aggregaat nooit zeker weet of hij het doet. Je merkt dat pas als je hem start, terwijl je de werking van de cellen van een batterij met sensoren continu kunt monitoren. Los daarvan past het gebruik van diesel slecht bij onze ambitie om klimaatneutraal te worden.”

Je kunt het systeem alleen voor de tunnel inzetten of het eveneens benutten om pieken en dalen op het elektriciteitsnet te dempen

Naber vervolgt: “Kijk je naar betrouwbaarheid, dan scoort een extra aansluiting op een ander netwerk ook goed. Deze optie kent echter een ander probleem. Theoretisch is zo’n aansluiting bij tunnels onder rivieren meestal een optie, omdat de rivier vaak de grens vormt tussen twee netwerken, maar in de praktijk is het verkrijgen van een nieuwe aansluiting de laatste jaren uiterst lastig, omdat de elektriciteitsnetwerken onvoldoende capaciteit hebben.” Als dat dus het geval is, is energieopslag een uitstekend alternatief. “Bovendien heeft het voorkomen van een tweede aansluiting maatschappelijk gezien de voorkeur op een krap elektriciteitsnetwerk. Immers, de netcapaciteit voor zo’n aansluiting – die alleen in zelden voorkomende noodsituaties wordt gebruikt – blijft dan beschikbaar voor andere toepassing, zoals een zonne- of windpark.”

Een energieopslagsysteem in combinatie met zonnecellen is op verschillende manieren te gebruiken. “Je kunt het systeem alleen voor de tunnel inzetten of het eveneens benutten om pieken en dalen op het elektriciteitsnet te dempen. Dat vergt verschillende operationele strategieën. In ons onderzoek hebben we de twee scenario’s doorgerekend voor de  Noordtunnel, waarbij we ervan uitgegaan zijn dat er al een andere vorm van noodstroomvoorziening is”, aldus Van der Weijde.

In het eerste geval, de energiearme tunnel, is het doel om zoveel mogelijk opgewekte en opgeslagen energie te benutten en zo min mogelijk elektriciteit van het net af te nemen. “Uit onze berekeningen blijkt dat in het voorjaar, de zomer en de herfst vrijwel alle elektriciteit kan worden geleverd door de zonnecellen en de opgeslagen elektriciteit in de batterij (zie figuur 13 TNO-rapport). In het voorjaar moet alleen aan het einde van de nacht elektriciteit van het net worden afgenomen. In de winter is de opbrengst van de zonnecellen kleiner en moet vrijwel alle stroom van het net komen.”  

In het tweede scenario wordt de energieopslag ook benut om pieken en dalen in het elektriciteitsaanbod te verminderen en daarmee inkomsten te genereren. “Daarvoor wordt afhankelijk van de elektriciteitsprijs stroom ingekocht of verkocht. Is de actuele elektriciteitsprijs hoger dan de contractuele inkoopprijs, dan wordt de batterij ontladen en de opgeslagen elektriciteit verkocht. En als de actuele prijs lager is dan de inkoopprijs wordt de batterij opgeladen met elektriciteit van het net. Hiermee daalt de zelfvoorzienendheid tot circa veertig procent. Daar staat tegenover dat deze strategie financieel aantrekkelijker is dan streven naar maximale zelfvoorzienendheid. Bovendien draagt hij bij aan de stabiliteit van het Nederlandse elektriciteitssysteem.”

Serieus overwegen

Voor Rijkswaterstaat is het helder. Het onderzoekmaakt duidelijk dat energieopslag een reële optie is bij de renovatie van tunnels. Naber: “Voor PTZ-tunnels overwegen we deze optie  dan ook serieus. In eerste instantie denk ik dat we ons moeten beperken tot energiearme tunnels (het eerste scenario), omdat een actieve rol op de elektriciteitsmarkt waarschijnlijk 
lastig is voor Rijkswaterstaat als overheidspartij. Dat betekent overigens niet dat we deze maatschappelijk relevante mogelijkheid verder moeten vergeten, want wellicht kunnen we daarvoor een derde partij inschakelen.”

Verder wil Rijkswaterstaat per tunnel bekijken of de noodstroomvoorziening met energieopslag gerealiseerd kan worden. “Vanzelfsprekend heb je dan meer opslagcapaciteit nodig dan bij de twee operationele strategieën die TNO heeft onderzocht, maar een grotere opslagcapaciteit zou financieel weleens aantrekkelijker kunnen zijn dan een opslagsysteem in combinatie met een apart systeem voor het opvangen van netstoringen”, aldus Naber.