Toen duurzame energie nog jong en onbetekenend was, verkondigden de tegenstanders dat duurzame bronnen nooit zouden voldoen. Wij zouden altijd traditionele energievormen (fossiel en/of kernenergie) nodig hebben omdat we ook energie willen gebruiken als de wind niet waait en de zon niet schijnt. In deze ongepolijste vorm is deze bewering onhoudbaar gebleken. Maar de discussie gaat door, en cirkelt nu rond de subtielere vraag naar de systeemkosten van duurzame energie: de extra kosten die we moeten maken om variabele energie in te passen. Zullen deze kosten zó hoog zijn dat duurzame energie nooit zal kunnen voorzien in een groot deel van de energievraag? Zullen fossiele en/of kernenergie altijd ons energiesysteem blijven bepalen?
Dit is het eerste van drie artikelen over systeemveranderingen, nodig bij duurzame en variabele energieopwekking. De artikelen werden gepubliceerd op 8 oktober, 16 oktober en 22 oktober 2017.
Groeiende systeemkosten van duurzame energie
De kwestie van de systeemkosten van duurzame energie wordt dringender nu de regio’s met het hoogste aandeel duurzame energie (vooral Duitsland en Californië) tegen grenzen aanlopen. In Californië is het aandeel van wind plus zon in het totale elektriciteitsgebruik meer dan 10%, in Duitsland is het 25%. Maar vanwege het variabele karakter van zowel zonne- als windenergie, produceren zon en wind samen soms meer dan 100% van de elektriciteitsvraag (bijvoorbeeld in zonnige weekends, als er weinig vraag is); terwijl in Duitsland het weer soms ook een week of nog langer zeer bewolkt en vrijwel windstil kan zijn. In dat laatste geval moeten fossiele en kernenergie alle elektriciteit produceren. Maar in het eerste geval kunnen ze niets afzetten (bij de wet heeft duurzame energie voorrang). Ook kunnen ze de productie niet afsluiten, want ze moeten in reserve staan, en daarom wordt er veel (fossiele!) Duitse elektriciteit verkocht naar het buitenland. Tegen de verwachtingen in is hierdoor de CO2-uitstoot van Duitsland weer toegenomen.
Nu komen deze problemen op terwijl er nog maar 15-25% van de elektriciteit wordt opgewekt door variabele bronnen; terwijl elektriciteit zelf slechts 15% van het wereld-energiegebruik bedraagt (of meer, tot 20-25%, afhankelijk van definities). Hoe zouden duurzame bronnen dan ooit het merendeel van de wereld-energievoorziening voor hun rekening kunnen nemen – anders dan door een grote hoeveelheid zonne-brandstof te maken, die zou passen in het fossiele systeem? In Duitsland leiden beleidsingrepen tot (1) afremmen van de groei van duurzame energie door geleidelijk subsidies af te schaffen, en (2) het versterken van het elektriciteitsnet, vooral door het bouwen van een superhoogspanningsnet van Noord naar Zuid. Dit net zou, als het over heel Europa zou worden uitgebouwd, tekorten in windstil gebied A kunnen voorkomen door grote hoeveelheden elektriciteit in te voeren uit stormachtig gebied B. Er worden al voorbereidingen getroffen voor de bouw van zo’n net, maar het zal niet goedkoop zijn: tussen € 100 miljard en € 400 miljard, volgens een rapport van e-Highway2050 uit november 2015, een commissie ingesteld door de Europese Unie om een pan-Europees hoogspanningsnet te plannen. Natuurlijk zullen de systeemkosten van duurzame energie aanzienlijk hoger uitvallen als zo’n net wordt gebouwd – kosten die tot dusver niet in rekening zijn gebracht. Daar komen nog eens kosten voor energieopslag bij. Wind Watch, een organisatie die kritisch is over windturbines, schat dat in Duitsland de opslag van elektriciteit 800 keer zo groot moet worden om de elektriciteitsvoorziening op gang te houden bij slecht weer, en komt dan tot de conclusie dat ‘er andere oplossingen gevonden moeten worden om het enorme overschot aan energie te voorkomen’. En dan hebben we nog niet eens de kosten genoemd om van het elektriciteitsnet een tweewegsysteem te maken (van prosument naar prosument en terug), in plaats van het gebruikelijke eenrichtingsysteem (van centrale naar consument). In zijn laatste energy outlook concludeert BP met enig genoegen dat ‘wij bij het beoordelen van de concurrentiekracht van duurzame energie rekening moeten houden met de kosten om het systeem stabiel te houden als het net wordt gevoed met steeds meer variabele energiebronnen.’
Er komen nieuwe oplossingen aan
Wij onderschatten deze kwestie van de systeemkosten van duurzame energie niet – maar willen er wel op wijzen dat veel schattingen van zulke kosten worden bepaald door het idee dat een elektriciteitsnet met veel duurzame bronnen er ongeveer hetzelfde zal uitzien als het huidige. Gail Tverberg bijvoorbeeld, een onafhankelijke waarnemer met interessante ideeën, denkt dat ‘het toevoegen van variabele duurzame bronnen het net complexer en moeilijker beheersbaar zal maken. We lopen het gevaar dat er meer onderbrekingen in de stroomvoorziening zullen komen, en uiteindelijk netfalen…. We kunnen wel variabele duurzame bronnen toevoegen, ‘slimme netten’ en ‘slimme apparaten’ die aan- en uitschakelen, al naar gelang de vraag uit het net. We kunnen ook elektrische auto’s toevoegen die moeten worden opgeladen. Al deze veranderingen maken het systeem complexer. Ze maken het systeem ook kwetsbaarder voor hackers’. En in een recenter stuk concludeert ze: ‘wij lijken al de grenzen te hebben bereikt van wat mogelijk is met variabele energiebronnen’, omdat de kosten van aanpassing van het systeem aan hen erg hoog lijken te zijn. Ze signaleert dat de twee Europese landen met het hoogste percentage duurzame bronnen in het net, Denemarken en Duitsland, ook verreweg de hoogste kWh-prijs voor huishoudelijke consumenten hebben. Want feed-in tarieven, zoals toegepast in deze twee landen, komen neer op subsidie van huishoudelijke stroomgebruikers aan duurzame energie (die juist hierom nu wordt verminderd). Maar in tegenstelling tot de verwachtingen van Gail Tverberg zijn de prestaties van het Duitse net tot nu toe buitengewoon goed; met een betrouwbaarheid van 99,998% (gemiddeld 12 minuten onderbreking per jaar) is het een van de beste ter wereld, en zo te zien hebben variabele energiebronnen daarop tot nu toe geen invloed gehad.
Op een dieper niveau speelt hier de vraag in hoeverre men vertrouwt op technologische ontwikkelingen. Veel mensen zijn technologisch optimistisch, zo lang de technologie in handen is van bekende bedrijven, zoals de grote oliemaatschappijen of de auto-industrie. Maar duurzame energiebronnen zijn nieuw, met tot nu toe onbekende problemen, en hun vertegenwoordigers hebben nog geen bewijs van competentie kunnen afgeven. Bovendien is nu wel duidelijk geworden, in de woorden van het Fraunhofer Instituut, dat ‘in een luttel aantal jaren de distributie van elektriciteit zoals wij die nu kennen, radicaal zal veranderen. Deze kwantumsprong in elektriciteitsbeheer vereist innovatieve oplossingen in engineering, meettechniek, elektronica en IT.’ Zullen we erin slagen, oplossingen hiervoor te vinden, en de systeemkosten van duurzame energie terug te dringen? Fraunhofer noemt vier terreinen waarop innovatie van het elektriciteitsnet nodig is: (1) aanpassing van het net aan kleinere opwekeenheden, (2) continu monitoren van vraag en aanbod, door gegevens te verzamelen en te bewerken van het weer, consumentengedrag, en de technische staat en prestaties van elk element in het net op elk moment (centrales, huishoudens, industrie), (3) beheersing van de vraag van grote afnemers, grote batterijen en verspreide opwekeenheden, en (4) stabilisatie van het net, bijvoorbeeld door meer warmte/kracht-koppeling in de industrie en bij mensen thuis (brandstofcellen, gas- en Stirlingmotoren, gas- en stoomturbines).
Naar een nieuwe benadering
Maar dit lijkt nog wel erg op de top-down benadering die zo lang kenmerkend is geweest voor het elektriciteitssysteem. Alsof de oplossing zou liggen in mega-controlecentra waarin gegevens over alle onderdelen van het systeem bij elkaar komen, op basis waarvan controlestrategieën worden uitgestippeld, gebaseerd op heel slimme IT. Dit gaat misschien nooit gebeuren. Zulke systemen zouden inderdaad kwetsbaar zijn, zoals Gail Tverberg signaleerde; en ze zouden misschien niet perfect zijn, terwijl elke tekortkoming ernstige gevolgen zou kunnen hebben. Maar er is een alternatief, een radicale en gedecentraliseerde aanpak, waarbij regio’s de zorg voor hun eigen energiesysteem op zich nemen; als regio’s min of meer autarkisch zouden worden, zou de elektriciteitsvoorziening geen mega-risico’s met zich meebrengen. Bovendien zouden de systeemkosten van duurzame energie in zo’n systeem veel lager kunnen zijn. Maar is zoiets uitvoerbaar? In het volgende artikel zullen we kijken naar de experimenten op het Deense eiland Bornholm.
Interessant? Lees dan ook:
Zonne-energie wordt dominant in de energievoorziening
Een gezond verstand of 50-50-40 energiescenario. Deel 2: duurzame energie
Energieopslag in de transitie