Nederland wordt een CO2-neutrale energiegemeenschap, met als belangrijk onderdeel een duurzaam elektriciteitssysteem. Naast bestaande elektriciteitscentrales duurzaam vervangen, komt er veel meer extra vraag naar hernieuwbare stroom. Hoe dat er grofweg uit komt te zien, is geschetst in vier scenariostudies*. Met deze studies werkten de netbeheerders keuzes voor de infrastructuur uit. Daarbij is de bottleneck bij elektriciteit het aanbod tijdens twee donkere, windluwe weken is. De scenariostudies schetsen optimaal gedimensioneerde en gebalanceerde systemen, met een grote rol waterstof en flexibiliteit door opslag en/of import van energie. Dat lijkt heel logisch, maar er is een beter scenario: een overgedimensioneerd systeem.
De scenariostudie waarbij de energievraag voornamelijk binnen Nederland wordt opgelost, verwacht bijna een verdubbeling van het (piek)vermogen*. Daarbij rekent men op methaan en/of waterstof bij schaarste. Ook stellen verschillende Europese landen kernenergie als ‘groen’ basisvermogen voor. Maar we kunnen naar 100% duurzame elektriciteit met alleen zon, wind en batterijen, door het opwekvermogen vier keer zo groot te maken als de huidige vermogensvraag. Dat is een goedkope oplossing met extra voordelen.
“* De scenariostudies pleiten voor een stijging van 59 GW(p) naar 115 GW(p) of 166 GW(p) als vermogen uit waterstof wordt meegenomen. Bij andere scenario’s wordt dat vermogen deels buiten Nederland gelegd. Een verviervoudiging van het vermogen zou 240 GW(p) betekenen.”
De optimale combinatie van zon, wind en batterijen
Waarom is zoveel vermogen met alleen zon/wind/batterij de beste oplossing? Technisch kunnen we Nederland van 100% hernieuwbare energie voorzien met zon/wind/batterij. Deze opwek en opslag kunnen we in verschillende verhoudingen op elkaar afstemmen. Met weinig vermogen heb je meer opslag nodig om donkere, windstille periodes te overbruggen. Bij meer vermogen minder opslag. Maar er is altijd een minimale hoeveelheid opslag nodig voor de dagen dat er praktisch niets wordt opgewekt.
Door de relatie tussen opslag en opwek, is er exponentieel minder opslag nodig bij meer opwek. Dus zijn er ook exponentieel minder batterijkosten. De kosten van opwek stijgen lineair mee met de capaciteit. Als je de opgetelde kosten voor verschillende verhoudingen bekijkt, blijkt dat je met een piekvermogen van 4 keer de huidige nominale vraag het meest kosteneffectief uitkomt (zie afbeelding hieronder). Uiteraard hou je bij de verhouding wind/zon rekening met de regio – voor Nederland is er voornamelijk wind (op zee).
De kosten van 100% duurzame energie met zon, wind en batterij in verschillende verhoudingen – afhankelijk van de situatie, zal rond de 4x opwek t.o.v. nominale vraag de goedkoopste duurzame elektriciteit leveren. - gebaseerd op onderzoek van RethinkX.
Zon, wind en batterij winnen van fossiele- en kernenergie
Oké, er is dus een optimale combinatie zon, wind en batterij, maar waarom is dat dan goedkoper dan andere combinaties met bijvoorbeeld kernenergie of gas? Dat komt voornamelijk door de blijvend dalende kosten van zon, wind en batterijen. Maar ook het duurder worden van fossiele en kernenergie. Piekgascentrales en kernenergie worden in andere studies gezien als belangrijk onderdeel in het nieuwe energiesysteem, maar het kostenverschil blijft groot ten opzichte van zon en wind (zie onderstaande afbeelding).
Zo kosten de enkele kernenergiecentrales die we in het Westen ontwikkelen steevast meer geld en tijd dan begroot. Zoals de Olkiluoto 3 in Finland, waarvan de ontwikkeling twaalf jaar langer duurt en 8 miljard euro meer kost dan de begrote 3 miljard. Als de Nederlandse politiek nu kiest voor kernenergie, hebben we in 2040 een veel te dure installatie. Te laat voor impact op onze CO2-doelen. Bovendien lijkt kernenergie nu niet, en zeker niet over 20 jaar, te kunnen concurreren met extreem goedkope hernieuwbare energie, aldus het World Nuclear Energy Status Rapport.
Ook gaan hernieuwbare energiesystemen veel langer mee dan verwacht. Zonnepanelen kunnen met wat verminderd vermogen waarschijnlijk tot 40 jaar dienstdoen, in plaats van de investeringshorizon van 25 jaar. Ook moderne windmolens leven een stuk langer dan de 20 jaar afschrijftermijn. Er zijn dus veel minder investeringen nodig op de lange termijn. Door deze lage en blijvend dalende kosten, kan een effectief systeem van alleen zon, wind en batterij in vele delen van de wereld nu al het goedkoopst elektriciteit leveren. In 2030 kan dat overal in de wereld.
Te veel vermogen creëert veel secundair voordeel
Veel meer vermogen plaatsen dan direct nodig is, lijkt niet logisch, omdat er dan het grootste deel van het jaar te veel elektriciteit is. Maar bij een kostenoptimaal systeem, ontworpen voor in eerste instantie alleen de elektriciteitsvraag, is dat overschot enorm goedkoop. Juist het teveel kan gebruikt worden voor de bredere energie- en klimaatvraagstukken. Zoals de elektrolyse van groene waterstof, synthese van brandstof en opslag van CO2, bruikbaar voor luchtvaart, scheepvaart en hogetemperatuurindustrie. De energieverliezen van waterstofproductie kunnen zelfs een lokaal warmtenet van warmte voorzien. De goedkoopste combinatie voor duurzame elektriciteit levert dus ook veel extra waarde.
Maar er zijn nu al infrastructuurproblemen
Maar we hebben nu toch al capaciteitsproblemen op het net? Dat klopt, sowieso gaan we rigoureus investeren in het net**. Het is verstandig om dat meteen doen met het effectiefste opwekontwerp in het achterhoofd. Om het net verder te ontlasten kan er meer ingezet worden op lokaal verbruik en opslag. Bovendien kan bij opweklocaties zelf het elektriciteitsoverschot direct
gebruikt worden, met bijvoorbeeld eerdergenoemde elektrolyse en brandstofsynthese. Die energie hoeft niet via het net verdeeld te worden. Zo behoud je ook de decentrale kracht van de hernieuwbare bronnen.
“** Volgens de scenariostudies gaat de vraag van elektriciteit van ongeveer 110 TWh in 2019 naar 180-220 TWh in 2050. Daarbij gaat slechts 140-180 TWh over de distributienetten, en 130-140 TWh over het hoogspanningsnet. Onder andere omdat er ook veel achter de meter verbruikt gaat worden.”
Er is niet genoeg ruimte voor zoveel opwek
In Nederland hebben we helaas weinig ruimte voor opwek. Dus we zullen creatiever moeten omgaan met opweklocaties. Zo kan bij slim ontwerp van de locatie van een zonneveld goed zijn voor onder andere de biodiversiteit. Ook in de landbouw kan met een innovatieve aanpak zonne-energie helpen bij de groei van sommige gewassen. Plus: het zijn extra inkomsten voor onze boeren. Bovendien kunnen grote daken, met een kleine betaalbare aanpassing, nog veel energie opwekken.
Daarnaast is er consequent met verouderde cijfers gerekend in studies. Zo rekent men in de verschillende studies met 230 in plaats van de nu gangbare (en toenemende) 330 Wattpiek per paneel. Zonne-energie zal dus een hogere vermogensdichtheid hebben dan verwacht. Ook de Noordzee heeft nog veel ruimte voor wind (en zon!). Deze windparken bieden ook nog eens veel voordeel voor de visstand en kunnen de voedselvoorziening op zee ondersteunen.
Er is nu al veel weerstand
Helaas is er veel weerstand tegen nieuwe zon- en winparken. Maar door het lokale karakter van hernieuwbare energie kan er juist meer gedaan worden voor en door gemeenschappen. Nederlanders kunnen bijvoorbeeld als lid van de lokale energiecoöperaties deelgenoot zijn van de ontwikkeling. Blijvend inzetten op minimaal 50% lokaal eigendom van de nieuwe infrastructuur vermindert het verzet.
Op naar een robuust systeem
Een optimaal duurzaam elektrisch systeem betekent dus een verviervoudiging van de opwek. Dat brengt enorme voordelen met zich mee voor klimaat en economie. Nederland zou er daarom nu al op in moeten zetten en de infrastructuur, eigendomsstructuren en secundaire industrie te ontwerpen op een manier die geschikt is voor deze strategie. Dan profiteren wij en de komende generaties van de duurzaamste energie in Nederland.