Hybride energiecentrale: meerdere energiebronnen op één netaansluiting
Een hybride energiecentrale is een energieopwekkingslocatie waar twee of meer technieken samen op één plek staan en gebruikmaken van dezelfde aansluiting op het elektriciteitsnet. Meestal gaat het om een combinatie van windturbines en zonnepanelen, vaak aangevuld met een batterij die stroom tijdelijk kan opslaan. In plaats van drie aparte projecten met elk hun eigen kabel naar het net, delen ze één verbinding.
Een vergelijking met een huishouden maakt het concreet. Iemand met zonnepanelen op het dak en een thuisbatterij in de meterkast wekt overdag stroom op, slaat het overschot tijdelijk op in de batterij en gebruikt dat 's avonds. Een hybride energiecentrale doet in feite hetzelfde, maar dan op de schaal van een heel park: windturbines die vooral 's nachts en in de winter draaien, zonnepanelen die vooral overdag en in de zomer leveren, en een batterij die de pieken en dalen opvangt, terwijl alles via één kabel het net op gaat.
Wat is het precies?
De basis van een hybride centrale is niet zozeer een nieuwe technologie, maar een slimme combinatie van bestaande technieken op één locatie. Windturbines en zonnepanelen zijn op zichzelf niets bijzonders; het bijzondere zit in hoe ze samen worden aangesloten en aangestuurd.
Belangrijk is het onderscheid tussen vermogen en energie. Vermogen (uitgedrukt in megawatt, MW) is de hoeveelheid stroom die op een bepaald moment geleverd kan worden; energie (megawattuur, MWh) is de hoeveelheid die over een periode wordt geleverd. Een netaansluiting heeft een maximaal vermogen dat erdoorheen mag. Omdat wind en zon zelden tegelijk op hun piek zitten, kunnen ze vaak dezelfde aansluiting delen zonder dat die aansluiting voortdurend vol zit — de een vult als het ware de gaten van de ander op.
Een batterij voegt een derde laag toe. Ze wordt bijgeladen op momenten dat er meer wind- of zonne-energie is dan de aansluiting aankan of dan er vraag is, en levert die stroom later weer terug wanneer dat beter uitkomt: bijvoorbeeld als de zon onder is maar de vraag naar stroom nog hoog is, of wanneer de elektriciteitsprijs op dat moment aantrekkelijker is. Dit heet ook wel arbitrage: goedkoop inkopen (of zelf opwekken) en duur verkopen.
Software speelt een grote rol. Een energiemanagementsysteem bewaakt continu hoeveel ruimte er op de netaansluiting over is en beslist of wind, zon of batterij op dat moment voorrang krijgt. Sommige hybride centrales voegen ook een elektrolyser toe, een installatie die met stroom water splitst in waterstof en zuurstof, zodat overtollige stroom wordt omgezet in waterstof die langer bewaard kan worden dan in een batterij.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is het efficiënter gebruiken van het elektriciteitsnet. In Nederland en veel andere landen is er sprake van netcongestie: het bestaande net zit op steeds meer plekken vol, waardoor nieuwe zonne- en windparken soms jaren moeten wachten op een aansluiting. Nieuwe kabels en onderstations aanleggen kost tijd en geld. Door meerdere opwekkers en opslag te laten delen in één aansluiting, wordt die aansluiting beter benut zonder dat er meteen zwaardere infrastructuur nodig is.
Daarnaast maakt combinatie de stroomlevering voorspelbaarder. Een centrale die alleen op zon draait, levert overdag veel en 's nachts niets. Voeg wind en batterij toe, en de productie wordt vlakker en stabieler over de dag en het jaar verdeeld, wat het makkelijker maakt om aanbod en vraag op het net in balans te houden.
Voor de exploitant is er ook een financieel motief: een dure netaansluiting die maar een deel van de tijd volledig wordt benut, is kapitaal dat stilstaat. Door de aansluiting met meerdere bronnen te delen, wordt de investering rendabeler. Tegelijk kan een batterij extra inkomsten opleveren door stroom te verhandelen op momenten dat de prijs hoog is, of door diensten aan de netbeheerder te leveren, zoals het snel bijspringen bij een onbalans op het net.
Voorbeelden uit de praktijk
Wereldwijd zijn er inmiddels tientallen hybride centrales gerealiseerd, met wisselende samenstelling van technieken.
- Kennedy Energy Park, Queensland, Australië (in bedrijf sinds 2019): een van de eerste grootschalige combinaties van windturbines, zonnepanelen en batterijopslag op één netaansluiting, ontwikkeld door Windlab.
- Hornsdale Power Reserve, Zuid-Australië: een grote batterij (gebouwd door Tesla, in beheer bij Neoen) naast het bestaande Hornsdale-windpark, sinds 2017 in gebruik en later uitgebreid. Het project geldt als een van de bekendste voorbeelden van batterijopslag naast wind op grote schaal.
- Gemini Solar-plus-Storage, Nevada, Verenigde Staten: een van de grootste zon-plus-batterijprojecten ter wereld, met een zonnepark gecombineerd met een omvangrijke batterij, de afgelopen jaren in fasen in bedrijf genomen.
- In Nederland combineren steeds meer ontwikkelaars een zonnepark met een windpark of met batterijopslag op dezelfde netaansluiting, mede om de gevolgen van netcongestie te beperken; Vattenfall en LC Energy hebben bijvoorbeeld een windpark en zonnepark bij het Haringvliet op deze manier gekoppeld.
- Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park bij Dubai, Verenigde Arabische Emiraten: combineert grootschalige fotovoltaïsche zonnepanelen met geconcentreerde zonne-energie (waarbij spiegels zonlicht bundelen om warmte en dus ook 's avonds nog stroom te kunnen leveren), ontwikkeld met ACWA Power en het lokale energiebedrijf DEWA.
Exacte vermogens en jaartallen van dit soort projecten worden regelmatig bijgesteld naarmate uitbreidingen worden opgeleverd; voor de meest actuele cijfers is het raadzaam de bronnen van de ontwikkelaars zelf te raadplegen.
Hoe ver is de techniek?
De onderliggende technieken — windturbines, zonnepanelen, batterijen — zijn stuk voor stuk volwassen en op grote schaal beschikbaar. Het hybride concept zelf is minder een technische uitdaging dan een organisatorische en juridische puzzel: hoe verdeel je de beschikbare netcapaciteit eerlijk tussen meerdere partijen, hoe reken je subsidies en marktregels toe aan een gedeelde aansluiting, en welke vergunningen zijn nodig.
In veel landen, waaronder Nederland, zijn regelgeving en subsidiesystemen van oorsprong ontworpen voor één techniek per aansluiting. De afgelopen jaren zijn regels aangepast om combinaties makkelijker te maken, maar dit proces loopt nog en verschilt sterk per land.
Een ander punt van aandacht is de levensduur. Zonnepanelen gaan doorgaans 25 tot 30 jaar mee, windturbines 20 tot 25 jaar en batterijen vaak korter, ongeveer 10 tot 15 jaar voordat hun capaciteit merkbaar afneemt. Dat betekent dat onderdelen van een hybride centrale op verschillende momenten vervangen of opgewaardeerd moeten worden, wat de planning en financiering complexer maakt dan bij een centrale met één techniek.
Ook is de business case voor de batterij niet overal vanzelfsprekend rendabel: de extra inkomsten uit prijsverschillen en netdiensten moeten opwegen tegen de aanschafkosten, die weliswaar dalen maar nog altijd substantieel zijn. Kortom: de techniek werkt aantoonbaar, maar de opschaling hangt sterk af van regelgeving, marktontwerp en de dalende kosten van batterijen.
Wie werken eraan?
Energiebedrijven als Vattenfall, RWE, Ørsted, Eneco en Neoen ontwikkelen wereldwijd hybride wind-, zon- en batterijparken. Op batterijgebied zijn naast Tesla ook gespecialiseerde opslagbedrijven actief; in Nederland bijvoorbeeld GIGA Storage, dat batterijsystemen bouwt om netcongestie te verlichten.
Netbeheerders spelen een sleutelrol omdat zij bepalen hoeveel ruimte er op het net is en onder welke voorwaarden meerdere opwekkers een aansluiting mogen delen. In Nederland zijn dat landelijk netbeheerder TenneT en regionale netbeheerders zoals Liander, Enexis en Stedin.
Op onderzoeksgebied houden instituten als TNO in Nederland, Fraunhofer ISE in Duitsland en NREL in de Verenigde Staten zich bezig met de technische en economische aspecten van hybride opwekking en opslag. Internationale organisaties als het Internationaal Energieagentschap (IEA) en IRENA volgen en publiceren over de wereldwijde ontwikkeling van dit soort projecten. Landen die relatief vooroplopen zijn Australië, de Verenigde Staten, Denemarken en Nederland, mede doordat daar het elektriciteitsnet al op veel plekken tegen zijn grenzen aanloopt.