Back-up of back-out - Hoofdinhoud
Net voor het weekend kreeg ik het rapport Wind and gas; Back-up of Back-out “That is the Question” van Clingendael International Energy Program toegestuurd. Het rapport verkent de problematiek van en oplossingsrichtingen voor de grotere variatie in de productie van electriciteit, als we op grote schaal overschakelen op duurzame bronnen als wind en zon. Het is een interessant nieuw onderzoeksgebied, al denk ik dat de auteur de mogelijkheden om ons aan te passen aan de variatie van duurzaam energieaanbod onderschat.
zinkbedrijf Nyrstar in Budel kan zijn elektriciteitsbehoefte met 65MW afregelen als er een probleem is met het aanbod van stroom; dit soort flexibiliteit zal in de toekomst bij alle gebruikers nodig zijn als we meer gebruik gaan maken van duurzame bronnen
Electriciteit opgewekt door windmolens of zonnepanelen is niet dispatchable: je kan de productie niet aan of uitzetten op het moment dat de natuurlijke vraag toeneemt of afneemt.
Sterker nog, er zijn twee discrepanties tussen vraag en aanbod. De zon schijnt overdag en niet ’s nachts. Ook het windaanbod vertoont over dag/nacht een natuurlijke variatie, maar kan daarnaast sterk variëren door weersomstandigheden. Dit zijn de kortcyclische variaties.
Daarnaast zijn er variaties met een langere cyclus: de zon schijnt ’s zomers langer en intenser dan in de winter. De opbrengst van zonnepanelen is daardoor in de zomer veel groter. Voor wind is het precies omgekeerd: ’s winters waait het vaker en harder dan in de zomer. Maar ook in de winter kunnen (bv. in combinatie met strenge vorst) perioden van windstilte voorkomen.
Tegenstanders van windenergie gebruiken het dispatch-probleem als argument om duurzame energie af te serveren: kerncentrales en kolencentrales kunnen volgens hen goedkoop basisvermogen (baseload) leveren, terwijl gas- en waterkrachtcentrales de variatie in vraag kunnen opvangen. Als je voor iedere 100MW windvermogen 80MW fossiele of nucleaire backup nodig hebt loopt het kostenplaatje voor wind stevig op. Een tweede argument van de tegenstanders is dat het elektrische rendement van de back-up centrales veel lager wordt dan bij het huidige gebruik, als ze voortdurend op- en afgeregeld moeten worden om de variatie in wind te accommoderen.
Snijdt deze argumentatie hout? Absoluut, in de zin dat beide problemen reëel zijn. Ik vind alleen dat ze te pessimistisch zijn over de oplossingsrichtingen. Bovendien onderschatten (of zelfs: ontkennen) ze de gevolgen voor een voortzetting van de huidige elektriciteitsproductie die vrijwel geheel leunt op fossiele en nucleaire brandstoffen die in snel tempo duurder zullen worden, en die we moeten importeren uit regio’s waar je liever niet afhankelijk van bent.
Wat zijn de oplossingsrichtingen?
Allereerst meer vraagsturing. Dat kan met name voor korte-termijn variaties (paar uur tot paar dagen) een flinke bijdrage nemen. Volgens de Groningse hoogleraar Catrinus Jepma kan vraagsturing 15-20% van het effect van wegvallende windenergie opvangen. Dit lijkt me een interessant onderzoeksgebied. Mijn eigen inschatting is dat voor variaties van heel korteduur (< 1 uur) de mogelijkheden om het verlies aan aanbod met vraagsturing op te vangen veel groter zijn, zeker in de orde van 50%. Voor de variatie van het aanbod over het seizoen lijkt 15-20% effect van vraagsturing mij reëel. Duidelijk is wel dat voor vraagsturing allerlei aanpassingen op het niveau van netwerken (smart grids) en afnemers (productieinstallaties, consumentenapparatuur) nodig zijn. Die zijn niet gratis.
Een tweede oplossingsrichting is de inzet van extra flexibel gasvermogen dat complementair is aan windvermogen. Waterkracht is overigens ideaal om te balanceren, maar daarvan is de capaciteit veel te klein om de volledige vraag te kunnen dekken. Clingendael signaleert dat de huidige marktordening hier voor een probleem zorgt: in de merit-order van marginale kosten voor wind/zon, gas en kolen/nucleair zijn de marginale kosten van duurzaam vrijwel 0 (geen brandstof), gevolgd door kolen/nucleair (hoge kapitaallasten, relatief lage brandstofkosten) en gas (lage kapitaallasten, hoge brandstofkosten). Clingendael voorspelt daarom dat zonder aanpassing van de marktordening de groei van het aandeel wind zal leiden tot het sluiten van gascentrales, die we juist hard nodig hebben om (CO2-efficiënt) de fluctuaties in windaanbod te balanceren. Nora Méray van Clingendael pleit ervoor om de beprijzing van flexibliteit in de elektriciteitsproductie te verbeteren.
Over een derde oplossingsrichting lees ik in het Clingendael rapport niets: het uitmiddelen van duurzame energieproductie over een groter gebied. Als alle grootschalige duurzame productie over grotere afstand gekoppeld wordt zal de variatie in productiecapaciteit veel minder zijn dan wanneer de windparken regionale eilanden vormen. Het Ierse bedrijf Airtricity stelde een jaar of vijf geleden al voor om een lange afstand koppelnet aan te leggen in en rond de Noordzee en Ierse zee.
Een vierde oplossingsrichting is het overdimensioneren van de capaciteit van duurzame bronnen. De overmaat kan je inzetten om bv. waterstof of synthetische methaan te maken, die je in tijden van windstilte kan gebruiken om het energieaanbod op peil te houden.
Een vijfde en laatste oplossingsrichting is het vergroten van de buffercapaciteit voor elektriciteit: piekcentrales, het benutten van de accu’s van de elektrische auto’s waarin we straks (waarschijnlijk) rondrijden. Belangrijke randvoorwaarde voor deze oplossing (en de vierde) is het verlagen van de kosten voor een buffer en/of het beperken van de energieverliezen bij het opslaan en onttrekken van elektriciteit aan de buffer.
De studie van Clingendael maakt duidelijk dat er bij de omschakeling naar duurzame energie veel meer komt kijken dan de bouw van windmolens of zonnepanelen. Het complete systeem van productie, opslag en verbruik zal op de schop moeten en ook aan de vraagzijde zijn grote aanpassingen nodig die voor de korte termijn gepaard gaan met forse investeringen. De kosten voor de energievoorziening zullen dan ook vrijwel zeker toenemen. De kunst is om de kwaliteit van de energievoorziening ook bij het gebruik van duurzame bronnen op peil te houden en de kostencurve op systeemniveau omlaag te krijgen. Als het kabinet Rutte zo verstandig is om de beta-studies wat aantrekkelijker te maken is dat een mooie uitdaging voor een nieuwe generatie studenten.