CAES, perslucht-energieopslag · Woordenlijst

CAES staat voor Compressed Air Energy Storage, in het Nederlands perslucht-energieopslag. Deze installaties persen met elektrische energie lucht samen en wekken met de samengeperste lucht later weer elektriciteit op. Strikt genomen slaat een persluchtopslag geen elektriciteit op, maar een energiepotentieel: de lucht staat onder verhoogde druk. Bij het expanderen drijft ze een turbine of een andere expander aan.

Het principe is eenvoudig, de techniek niet. Bij het laden drijven elektromotoren compressoren aan. Die persen lucht in een opslagruimte, bijvoorbeeld in een ondergrondse zoutcaverne, een rotscaverne of een drukvat. Bij het ontladen stroomt de perslucht gecontroleerd terug, expandeert en drijft een machine aan die via een generator elektriciteit opwekt. Er moeten twee kengetallen worden onderscheiden. Het vermogen geeft aan hoe snel de opslag elektriciteit kan opnemen of afgeven (in kilowatt, megawatt of gigawatt). De energie-inhoud geeft aan hoe lang dat vermogen beschikbaar is (in kilowattuur, megawattuur of gigawattuur). Bij persluchtopslag is dit onderscheid bijzonder duidelijk: compressoren, turbines en generatoren bepalen het vermogen. Opslagvolume, drukbereik en temperatuurbeheersing bepalen de energie-inhoud. Laad- en ontlaadvermogen kunnen daarbij sterk verschillen.

Persluchtopslag behoort tot de mechanische opslagtechnieken. Batterijopslag slaat energie daarentegen elektrochemisch op. Bij waterstofopslag wordt elektriciteit via elektrolyse omgezet in chemische energie. Technisch nauw verwant is de pompaccumulatiecentrale: ook die zet elektriciteit om in een andere fysische energievorm en later weer terug. Daar wordt water naar een hoger gelegen bekken gepompt, bij persluchtopslag wordt lucht samengeperst. Beide technieken vereisen geschikte locaties. Ze verschillen echter in geografie, rendement, bouwwijze, vergunningverlening en mogelijke opslagduur. De centrale Huntorf wordt daarom soms de pompaccumulatiecentrale van Noord-Duitsland genoemd.

Warmte bepaalt het rendement

Bij het samenpersen warmt lucht op, bij het expanderen koelt ze sterk af. Deze warmtekwestie is geen bijzaak. Ze bepaalt hoeveel van de ingezette elektrische energie later weer als elektriciteit beschikbaar is. Als de compressiewarmte verloren gaat, gaat een aanzienlijk deel van de energie verloren. Wordt de lucht vóór het expanderen weer verwarmd, dan kan er meer arbeid uit worden gewonnen.

Diabatische persluchtopslag: Ze geeft de compressiewarmte grotendeels af aan de omgeving. Vóór de turbine moet de koude perslucht daarom weer worden verwarmd. In de twee klassieke installaties Huntorf (Duitsland) en McIntosh (VS) gebeurt dat door aardgas te verbranden in een gasturbine. Dergelijke installaties zijn hybride centrales: ze slaan perslucht op, maar verbruiken bovendien brandstof. Voor Huntorf wordt in de literatuur een rendement van ongeveer 42 procent genoemd, voor McIntosh ongeveer 54 procent. McIntosh gebruikt een recuperator, die de verbrandingslucht voorverwarmt met uitlaatgassen van de turbine. Omdat twee energiedragers worden ingezet, elektriciteit en gas, hangen deze waarden sterk af van de berekeningsmethode. Ze kunnen niet rechtstreeks worden vergeleken met het rendement van een batterij.
Adiabatische persluchtopslag: Ze slaat de compressiewarmte op in een hoogtemperatuur-warmteopslag en voert die bij het ontladen weer aan de lucht toe. Met een passend ontworpen turbine is bijstoken met aardgas dan niet meer nodig. De warmteopslag moet echter hoge temperaturen, veel cycli en grote energiehoeveelheden aankunnen. In plannen en volgens exploitantgegevens worden elektriciteit-naar-elektriciteit-rendementen van ongeveer 70 procent genoemd.
Isotherme of vrijwel isotherme concepten: De luchttemperatuur moet bij het samenpersen en expanderen zo constant mogelijk blijven. Dat is technisch veeleisend, omdat warmte zeer snel moet worden overgedragen. Dergelijke concepten bevinden zich overwegend in de ontwikkelings- of demonstratiefase.

De aanduiding CAES zegt dus nog niet welke klimaatimpact, welk rendement of welke bedrijfswijze van toepassing is. Een persluchtopslag met naverwarming op gas speelt een andere rol in het elektriciteitssysteem dan een adiabatische opslag zonder verbranding.

Voorbeeldinstallaties

Huntorf bij Elsfleth in Nedersaksen kwam in december 1978 in bedrijf als de eerste persluchtopslaginstallatie ter wereld. Tegenwoordig wordt ze geëxploiteerd door Uniper. De installatie perst lucht in twee zoutcavernes. Indien nodig verbrandt ze de perslucht samen met aardgas in een gasturbine. Volgens Uniper bereikt de turbine haar volle vermogen van 321 megawatt binnen twaalf minuten. Oorspronkelijk lag het vermogen op ongeveer 290 megawatt. Het compressorvermogen bedraagt slechts circa 60 tot 70 megawatt. Het laden duurt daarom aanzienlijk langer dan het ontladen: circa acht uur samenpersen staan tegenover ongeveer twee tot drie uur vollast. Pas in 1991 volgde met McIntosh in de Amerikaanse staat Alabama een tweede installatie van dit type. Ze heeft 110 megawatt vermogen en een aanzienlijk langere ontlaadduur.

Intussen drijft vooral China de techniek vooruit. In januari 2025 werd in het district Yingcheng in de provincie Hubei de installatie Nengchu-1 op volle capaciteit op het net aangesloten. Ze werkt zonder bijstoken en gebruikt twee cavernes van een voormalige zoutmijn. Volgens de exploitant heeft ze 300 megawatt vermogen, circa 1.500 megawattuur opslaginhoud en een omzettingsrendement van ongeveer 70 procent. Deze waarden zijn afkomstig van de exploitant en zijn niet onafhankelijk gemeten.

Locatie, opslagvolume en netaansluiting

Grote persluchtopslagen lonen vooral waar grote ondergrondse holle ruimten beschikbaar zijn. Zoutcavernes spelen daarbij een belangrijke rol. Ze worden gericht aangelegd door uitspoeling, zijn grotendeels gasdicht en weerstaan hoge drukken. In Huntorf ligt de bedrijfsdruk, afhankelijk van het vulniveau, ongeveer tussen 50 en 70 bar. Dezelfde cavernes komen echter ook in aanmerking voor aardgas of waterstof. Zo ontstaat concurrentie om locaties: of een geschikte holle ruimte daadwerkelijk voor CAES beschikbaar is, hangt af van geologie, vergunningverlening, netaansluiting en andere gebruiksplannen.

Bovengrondse druktanks zijn mogelijk. Bij grote energiehoeveelheden worden materiaal en kosten echter snel een probleem. Ondergrondse cavernes bieden groot volume, maar binden de installatie aan een locatie. Een batterij kan dicht bij een onderstation, een zonnepark of een knelpunt in het distributienet worden gebouwd. Een grote persluchtopslag volgt daarentegen de geologie en moet op het elektriciteitsnet worden aangesloten, in voorkomend geval ook op gas- of warmtesystemen. Een opslag in Noord-Duitsland kan windstroomoverschotten opnemen, als netaansluiting en marktregels dat toelaten. Een lokaal knelpunt in een ver verwijderd distributienet lost hij echter niet op.

Afbakening ten opzichte van batterijen, waterstof en langetermijnopslag

CAES wordt vaak aangeduid als langetermijnopslag. Dat kan kloppen, maar moet nauwkeuriger worden gesteld. Langetermijnopslag kan uren, dagen, weken of hele seizoenen betekenen. Bestaande persluchtopslagen ontladen doorgaans gedurende enkele uren tot ongeveer een dag. Langere duren zijn mogelijk, maar hangen af van opslaggrootte, drukniveau, kosten en ontwerp. Voor zeer snelle reacties en veel cycli zijn batterijopslagen vaak beter geschikt. Voor seizoensgebonden energiehoeveelheden wordt meestal waterstof besproken: chemische opslag kan zeer grote energiehoeveelheden lang vasthouden, maar verliest veel energie bij de omzetting.

Het rendement alleen volstaat niet voor de afbakening. Batterijen bereiken meestal hogere elektrische rendementen en reageren zeer snel. Ze zijn geschikt voor frequentiehandhaving, het kortetermijnverschuiven van zonnestroom en netnabije toepassingen. Persluchtopslag kan bij een groot opslagvolume goedkoper zijn per opgeslagen energiehoeveelheid. Ze vereist echter geschikte locaties en complexere installatietechniek. Welke techniek zinvol is, hangt af van de taak: reservevermogen, dagelijkse verschuiving, Dunkelflaute (periode met weinig wind en zon), congestiebeheer of gegarandeerd vermogen.

Een persluchtopslag biedt flexibiliteit, wanneer laden en ontladen systeemdienend kunnen worden gestuurd. Die flexibiliteit heeft grenzen: minimumlast, opstarttijd, druk- en temperatuurtoestand en vrije opslagcapaciteit beperken de inzet. Een lege opslag kan geen vermogen leveren, een volle kan geen overschot meer opnemen. Opslag is daarom geen abstracte reserve, maar een installatie met vulniveau, locatie en inzetkosten.

Economische rol en regulering

Een persluchtopslag verdient geld wanneer het prijsverschil tussen laden en ontladen de verliezen, de exploitatie- en kapitaalkosten en de heffingen dekt. Bij diabatische installaties komen daar de brandstof- en CO2-kosten van de naverwarming met gas bij. Met meer wind- en zonnestroom zijn er vaker uren met lage of negatieve prijzen en andere met hoge prijzen. Voor kapitaalintensieve installaties volstaat de pure energiehandel echter vaak niet, als prijspieken zeldzaam of moeilijk te voorspellen zijn. Andere inkomstenbronnen kunnen regelenergie, redispatch, capaciteitsmechanismen, netreserve of contracten met grootverbruikers zijn. Elke toepassing volgt eigen regels, en niet elke vergoeding laat zich met elke bedrijfswijze combineren. Wat macro-economisch nuttig is en wat bedrijfseconomisch rendabel is, valt niet automatisch samen.

Grote invloed hebben netwerktarieven, heffingen en de vraag of een opslag als eindverbruiker of als producent wordt ingedeeld. In Duitsland stelt § 118 lid 6 EnWG nieuwe installaties voor de opslag van elektrische energie die uiterlijk op 4 augustus 2029 in bedrijf worden genomen, gedurende 20 jaar vrij van de netwerktarieven (Netzentgelte) voor de opgeslagen elektriciteit. Dat geldt alleen voor zover de elektriciteit met tijdsverschil weer in hetzelfde net wordt ingevoed, en alleen voor de netwerktarieven in strikte zin. Omslagen en concessieheffingen vallen er niet onder. De regel geldt onafhankelijk van de techniek, maar wordt in de praktijk vooral voor batterijopslag besproken. Of ze van toepassing is op een concrete persluchtinstallatie, met name bij bijstoken met gas, moet per geval worden onderzocht. Voor ingebruiknames na deze peildatum werkt de Bundesnetzagentur aan een nieuwe systematiek voor netwerktarieven. Die was in november 2026 nog niet afgerond.

Typische misverstanden

Misverstand 1: Persluchtopslagen zouden elektriciteitsoverschotten vrijwel onbeperkt kunnen opnemen. In werkelijkheid beperken compressorvermogen, vulniveau, drukbereik en locatie de opname. In Huntorf is het laadvermogen slechts ongeveer een vijfde van het ontlaadvermogen. Misverstand 2: Elke opgeslagen kilowattuur is evenveel waard. Een kilowattuur uit een winderige nacht die de volgende avond wordt afgegeven, werkt in het systeem anders dan een kilowattuur die pas na meerdere dagen windstilte nodig is. Het moment van beschikbaarheid maakt deel uit van de waarde.

Misverstand 3: Opslagcapaciteit betekent leveringszekerheid. Een persluchtopslag draagt daaraan bij als hij in kritieke uren oproepbaar en vooraf geladen is. Hij vervangt echter noch de planning van gegarandeerd vermogen, noch netuitbreiding of lastbeheersing. Voor de residuele belasting, dus de elektriciteitsvraag na aftrek van de wind- en zonne-invoeding, kan CAES een belangrijke balanceringsoptie zijn. Hoe sterk het effect is, hangt af van hoe hoog en hoe lang de pieken in de residuele belasting uitvallen.

CAES is een mogelijk antwoord op de groeiende behoefte aan verschuiving in de tijd, maar geen universele oplossing. De term duidt een familie van opslagtechnieken aan. Welk nut een installatie concreet heeft, volgt pas uit warmtebeheer, locatie, opslagduur, marktregels en netfunctie.

Bronnen

Energy Transformation Hub Northwest – Compressed air energy storage plant Huntorf — Uniper; unbekannt. Abschnitt Huntorf
Fast einmaliges Kraftwerk in Elsfleth: „Alte Dame“ hat Zukunft — Nordwest-Zeitung; unbekannt (ca. 2022). Infokasten zur Funktionsweise
Diplomarbeit zu Druckluftspeicherkraftwerken (CAES) — Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg; unbekannt. Vergleichstabelle Huntorf/McIntosh
World’s largest compressed air energy storage facility commences full operation in China — ESS News; 2025-01-10. Absätze zum Projekt Nengchu-1
Neue Netzentgelt-Privilegien für Speicheranlagen und Ladepunkte – Stehen die Befreiungen auf dünnem Eis? — Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE); unbekannt (ca. Ende 2025). Abschnitt „Was wurde konkret geändert und warum?“

Gerelateerde begrippen

Edited by eCMS on 11.11.2026 16:42