Industriƫle flexibilisering kan elektriciteitsnet balanceren

In de (nabije) toekomst draait het land op groene elektriciteit, althans dat is het doel. Maar de beschikbaarheid van die energie is niet stabiel, want afhankelijk van wind en zon. Industriƫle flexibilisering kan de pieken en dalen opvangen. Nobian en Nyrstar zijn er al mee begonnen.

Tekst: Leendert van der Ent

Een windstille, grijze dag in december 2032. Fossiele energie is verleden tijd, maar de zonnepanelen vangen geen zon en de windmolens staan stil. Dat Nederland toch door kan draaien komt doordat sommige bedrijven in de procesindustrie hun productieproces op het moment dat de elektriciteit schaars en duur is, tijdelijk afschalen. Daarvoor hoef je overigens niet naar de toekomst. Nobian en Nyrstar doen het nu al.

"In de nieuwe energie-realiteit en de voortgaande verduurzaming is dit gewoon een must."

Het aandeel zonne- en windenergie bij de elektriciteitsopwekking neemt toe. De industrie en de rest van de maatschappij elektrificeren, waardoor de vraag groeit. Maar de uitbreiding van het elektriciteitsnet blijft daarbij achter. “We zien door de huidige elektrificatie ons net rap vollopen”, zegt David Peters, CTO van de regionale netbeheerder Stedin. “Nederland heeft vanouds een bescheiden elektriciteitsnet en een forse gasinfrastructuur. Bij piekbelasting kunnen we onvoldoende elektronen door het net krijgen. Als we nu die piek wat kunnen uitsmeren, kunnen we het elektriciteitsnet beter benutten en meer gebruikers aansluiten. Bij het balanceren van het elektriciteitsnet, het afstemmen van vraag en aanbod, hebben we industriële flexibilisering keihard nodig.”

De netbeheerders willen steeds beter worden in dat afstemmen. Dat kan volgens Peters door modellen te verbeteren en meer sensoren in het net in te bouwen. “Voor onze ‘fileverwachtingen’ is het ook belangrijk om de afname van bedrijven voor de volgende dag te kennen. Die kunnen bedrijven aan ons doorgeven. Vervolgens kunnen ze tijdens piekvraag en laag aanbod afschakelen. Zo kunnen ze inspelen op de prijsfluctuatie. In de nieuwe energie-realiteit en de voortgaande verduurzaming is dit gewoon een must.”

Tweetrapsraket

Nobian is als grote energieverbruiker in de Botlek al bezig met netbalanceren, vertelt operations manager Toine van de Lindeloof. “Aanvankelijk deden we dat door actief noodvermogen te leveren. Inmiddels leveren we nu al enkele jaren ook passief regelvermogen. Dat gebeurt door bij onbalans in het net de electrolysers in onze chloorfabriek lager te schakelen. Ons totale vermogen is 200 MW. Daarvan is twintig procent flexibel: 20MW omlaag en 20MW omhoog – als we niet al maximaal draaien.”

Het ‘flexen’ is voor Nobian een tweetrapsraket. “Eerst stemmen we, onder andere op basis van de weersverwachting, met energieleverancier Vattenfall een contract af voor onze afnameverwachting per uur voor de volgende dag. Gedurende die dag reageren we vervolgens met biedingen om op de vraag naar regelvermogen in te spelen.”

Het flexen is een kwestie van afspraken maken, software draaien en er in de operatie rekening mee houden. Van de Lindeloof is er inmiddels al behoorlijk aan gewend. “We zijn digitaal verbonden met Vattenfall; hun systeem kan als de bieding akkoord is binnen minuten geautomatiseerd vermogen bij ons op- en afschalen – mits onze veiligheidssignalen op groen staan. We kennen de patronen en spelen in onze bedrijfsvoering in op de elektriciteitsprijs.”

Regelvermogen

Vattenfall moet snel kunnen reageren om vraag en aanbod op het net in balans te houden. “Elke vier seconden wordt bekeken hoeveel elektriciteit er in Nederland nodig is. We hebben een pool van assets die we snel kunnen op- of afschakelen om daarop in te kunnen spelen”, zegt Vincent Erwig, originator bij Vattenfall. “Daar zit nu ook de chloorfabriek van Nobian bij.”

Van oudsher wordt een gascentrale gebruikt om het gevraagde vermogen te regelen. “Sinds dit jaar is dat vaak erg duur of zelfs niet renderend. Het komt dus goed uit dat Nobian en wij sinds 2018 samen een nieuwe oplossing hebben ontwikkeld.” Vattenfall geeft, op basis van informatie van TenneT, elke vier seconden aan de assets in de pool door hoeveel stroom nodig is. De deelnemers, waaronder Nobian, krijgen maximaal dertig seconden de tijd om te laten weten of ze hun productie willen aanpassen. Binnen vijf minuten moet dat daadwerkelijk zijn gebeurd. De automatische Frequency Restoration Reserve (aFFR), zoals deze vorm van regelvermogen heet, vraagt veel van de partijen, maar is het meest geavanceerde regelproduct.

"We hebben industriële flexibilisering keihard nodig bij het balanceren van het elektriciteitsnet."

Vattenfall vergoedt Nobian voor productieverlies. Van de Lindeloof (Nobian): “Daarbij houden we scherp in de gaten welke kosten voor onderhoud en falen het op- en afschakelen met zich meebrengt. We verwachten wel verborgen kosten aan onze elektrische installaties te vinden, maar zien die nu nog niet.”

Virtuele batterij

Ook zinkproducent Nyrstar levert flexvermogen aan TenneT (dat het landelijke hoogspanningsnet beheert). Het bedrijf heeft zelfs al een concreet plan voor uitbreiding klaarliggen. General manager Henk Leendertse: “Wij produceren met honderd procent duurzame elektriciteit. We hebben 44 MWp aan zonnepanelen op ons fabrieksterrein en willen naar bijna 100 MWp. Maar we willen nog meer doen. Zo kunnen we onze elektrolysecapaciteit met vijftig procent uitbreiden, van 120 MW naar 195 MW. Hierdoor kunnen wij qua productie alle energie inzetten op het moment dat deze wordt aangeboden, bij veel wind en/of zon, en productie afschalen als er veel vraag maar weinig aanbod is.”

De terugverdientijd van de investering is met acht tot twaalf jaar te lang. Nyrstar kijkt daarom naar Den Haag voor een bijdrage. Leendertse: “Wanneer wij dit doen is er minder netverzwaring nodig. Nu leveren we binnen enkele minuten vijfenveertig procent flexcapaciteit: 27 MW omhoog en 27 MW omlaag. In een realistisch scenario kunnen we met onze ‘virtuele batterij’ na de uitbreiding bijna tachtig procent flexvermogen leveren: 75 MW omhoog en 75 MW omlaag.” Bij een positief besluit kan die grote flexcapaciteit begin 2027 zijn gerealiseerd.

Het hoge flexvermogen in Budel komt niet uit de lucht vallen, zegt Leendertse: “Het is geen kwestie van even inregelen. Wij zijn al sinds de energiecrisis in 2009 volop in touw om het in de vingers te krijgen. Je proces moet dertig tot veertig keer per dag een enorme opstoot in spanning aan kunnen.”

Industriepolitiek

Volgens Peters (Stedin) zou Nederland er goed aan doen om na te denken over een industriepolitiek met duidelijke keuzes, waarin energie een belangrijke factor is. “De realiteit is dat ons energiesysteem voorlopig constant blijft veranderen en soms zelfs chaotische fases zal doormaken.” Het is daarbij belangrijk dat netbeheerders, elektriciteitsproducenten, grote energieverbruikers en de overheid samen tot keuzes komen over het toekomstige energiesysteem in Nederland.

Het zou bijvoorbeeld prettig zijn als de industrie een idee zou hebben van de verhouding tussen baseload (basislast, met een constant vermogen geleverde elektriciteit) en variabel vermogen. “Maar tot begin 2022 gingen we uit van het langzaam afbouwen van het gasverbruik. Modellen hielden geen rekening met Russische tanks in Oekraïne. Binnen enkele weken bleek goedkoop gas een illusie.” Leendertse (Nyrstar): “De volatiliteit in elektriciteitsvraag en -aanbod neemt hoe dan ook toe. Dat plaatst industriële flexibilisering de komende jaren nadrukkelijk op de agenda.”

E-boilers

Overigens is flexibilisering niet dé oplossing. De logische volgorde is: eerst reduceren, hergebruiken, zelf opwekken, verkrijgen, opslaan en dan pas flexibiliseren. Aanbieders van regelvermogen kunnen processen zijn waarbij stroom flexibel wordt geconsumeerd, zoals electrolysers. Erwig (Vattenfall) ziet verder mogelijkheden voor batterijvermogen en e-boilers. “Met steeds meer variatie in vraag en aanbod groeit het belang van nieuw regelvermogen voor ons. Voor de industrie is dat niet anders. Draaien op baseload,  zoals nu, zal steeds duurder worden. Meedoen met flexen kan de hogere energiekosten drukken.”

Voor grote chemische complexen die zijn geoptimaliseerd op het gebruik van een stabiele ‘baseload’ is substantieel flexibiliseren een stuk lastiger. Voor bedrijven die wel veel flexpotentie hebben, hangt het af van de locatie (is er regionale netcongestie?), het productieproces, de benodigde investeringen en de op- en afschakeltijd. Hoe sneller dat kan, hoe interessanter.


Wereldwijd speelveld

Hoe kan Europa wereldwijd blijven concurreren als het kostbare installaties deels stil moet zetten vanwege dure energie, terwijl elders de fabrieken gewoon op baseload blijven draaien? Bij de Chinese kolen-gebaseerde chemiesector en de Amerikaanse schalieolie- en -gasgestookte fabrieken blijft het devies op volle toeren draaien. Europa heeft het ETS met emissierechten en gaat daar de CO2-grensbelasting CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) voor niet duurzaam geproduceerde producten van buiten de EU aan toevoegen.

Leendertse (Nyrstar) vindt dit niet genoeg om een wereldwijd gelijk speelveld te creëren. “Europa heeft als enige continent de CO2-uitstoot ingecalculeerd in de elektriciteitsprijs. Dat geeft concurrentieverschillen. Er was relatief weinig im- en export van zink, maar met de extreme prijzen stoppen Europese producenten en neemt de import uit Azië toe. Theoretisch kan het CBAM dit ondervangen, maar er is een ontsnappingsroute. Omdat de transparantie in bijvoorbeeld China ontbreekt, vrezen wij dat ze het lage percentage lokaal duurzaam opgewekte elektriciteit voor honderd procent kunnen toerekenen aan hun export naar Europa. Resultaat: in de EU geproduceerd zink wordt uit de markt gestoten door niet duurzaam geproduceerd zink. Veel Europese commodity-producenten komen in zwaar weer als CBAM niet gaat werken. Als Europa materiaalautonomie wil, dan moet het wat met de mondiale ongelijkheid. Dat besef is er wel, maar de oplossing nog niet.”


TKI EI: Mogelijkheden en beperkingen

De werkroep Power to Industry, gevormd door bedrijven en belangenbehartigers uit de energiesector, stemt in de uitvoering van het Klimaatakkoord onderwerpen af die spelen tussen de energie- en de industrietafel. Het Top KennisInstituut Energie en Industrie (TKI-EI) heeft vorig jaar met deze werkgroep de Routekaart Industriële Elektrificatie ontwikkeld, die de potentie van elektriciteit voor de industrie laat zien.

TKI EI heeft met een groep industriepartijen vervolgens onder meer gekeken naar plannen en kansen voor flexibilisering. Veel oplossingen lagen in de utiliteit, de schil om de kernprocessen die voor energie en proceswarmte zorgen. Daarnaast waren er ook al concrete plannen om vergaande flexibiliteit te introduceren door procesvariaties of energieopslag. Het brede beeld aan mogelijkheden laat zien dat industriële flexibiliteit potentie heeft. Tegelijkertijd zijn er ook beperkingen gesignaleerd, zoals een noodzaak voor duidelijke financiële prikkels en risico’s in beperkingen van elektrische aansluitingen voor de industrie.