Past grootschalige zonne-energie in ons elektriciteitssysteem?

Tegenstanders hebben het vaak over de onvoorspelbaarheid en onbetrouwbaarheid van duurzame energieproductie. Het op grote schaal implementeren van wind- en zonne-energie zorgt voor haperingen in de voorziening of op z’n minst voor grote prijsstijgingen, zo wordt beweerd. En bij gebrek aan goede gegevens en in een oud denkraam is het lastig discussiëren.

Gelukkig komt er af en toe een rapport dat in één keer voorziet in een ruime hoeveelheid brandstof voor dergelijke discussies. Dit keer van het Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, onderdeel van het Fraunhofer Gesellschaft – Europa’s grootste onderzoeksbureau, zeg maar de TNO van Duitsland. Zij monitoren de Duitse energiemarkt op het gebied van zonne-energie en zij hebben een pdf met een grote hoeveelheid grafieken uitgegeven.

Solar vs de rest

Waarom is dit belangrijk? In Duitsland is zwaar geïnvesteerd in duurzame energie. Op dit moment wordt er veel energie opgewekt middels zonnepanelen en die hoeveelheid groeit nog steeds: er worden records gebroken. Wat voor gevolgen heeft nu de steeds toenemende hoeveelheid solar voor de rest van de elektriciteitsproductie?

Peter Terium, de Nederlandse Vorstandsvorsitzender van RWE, zeg maar chef bruinkool bij de buren, slaat in een interview met het AD helemaal door. Na Duitsland bang te hebben gemaakt voor nieuwkomers en duurzame energieopwek, is nu Nederland aan de beurt: ‘Energierekening onbetaalbaar voor lage inkomens’ (online excerpt). Welke denkfouten hij maakt is al overtuigend aangetoond door Jan Rotmans, maar het is ook belangrijk te kijken naar de getallen die ten grondslag liggen aan deze verandering.

Hoe groot voorstander je ook bent van duurzame energie, het moet natuurlijk wel passen. Nu is het voor het eerst dat er op deze schaal een dergelijke vorm van duurzame energie wordt ingevoed in het elektriciteitsnet. Kan dat wel, past zonne-energie op grote schaal wel in de huidige elektriciteitssysteem? Zonne-energie kan namelijk, net als windenergie, niet aan- of uitgezet worden als de stroomvraag verandert. Andere vormen van elektriciteitsopwek zijn dan nodig om aan de vraag te blijven voldoen. Het geheel van verschillende vormen van elektriciteitsopwek wordt de brandstofmix genoemd en in die mix heb je grofweg drie verschillende vormen van opwek:

  1. Productie die niet kan worden beheerst maar wel (redelijk) voorspeld: zon/wind;
  2. Productie die uit kostenoverwegingen lastig af te schakelen is: kerncentrales, (bruin)kool;
  3. Productie die makkelijker op- en af te regelen is: gas, waterkracht.
(voor meer informatie zoek op het begrip ‘Merit Order‘)

Traditioneel werd er altijd van uitgegaan dat duurzame energievoorziening een gevaar is voor de stabiliteit van het systeem en dat, als zonne-energie al iets voorstelt, het nooit op grote schaal ingepast kan worden in het systeembalans. Maar de grafieken zijn binnen, en wat blijkt in de praktijk, zonne-energie past prima in het elektriciteitssysteem. En, in combinatie met windenergie, is het een prima bron om de plaats van fossiel-gestookte elektriciteit in te nemen.

1    Zon complementeert wind

Allereerst, zon & wind gaan goed samen, blijkt uit twee grafieken van de Fraunhofer-ingenieurs:

Grafiek 1 - Maandelijkse productie WIND - ZON (jan-mei 2012)

Duidelijk is dat waar wind afneemt van januari tot mei, zon in die periode juist toeneemt. Maar dat zou in een maand toevallig kunnen uitvlakken. Daarom is de volgende grafiek ook van belang.

Grafiek 2 - Simultane productie WIND + ZON (jan - mei 2012)

In deze grafiek zie je dat niet alleen op maand-niveau wind en zon elkaar complementeren, maar op elk moment in tijd (stipjes lijken mij kwartierwaarden). Dus als er meer zonne-energie geproduceerd wordt, neem windproductie af en vice versa. Op elk moment!

Maar goed, dat is alleen zon en wind. Hoe zit dat met zon en wind versus de rest?

2   Zon – prima piekproductie

Past zonne-energie eigenlijk wel in de voorzieningen? Wat voegt het toe?

Grafiek 3 - Conventioneel versus wind & zon (mei 2012)

Hier wordt het echt interessant. Deze grafiek laat alle opgewekte stroom zien in de maand mei (meer maanden zijn in het rapport te vinden). Het grijze gebied (conventioneel opgewekt vermogen) wordt afgevlakt door groen (wind) en geel (zon). De geel/groene pieken dekken de vraag naar stroom overdag. De lager liggende pieken zijn weekends en vakantiedagen. In Duitsland werd vroeger (en in Nederland nog steeds) de piek overdag opgevangen door gascentrales harder te laten draaien. Dat snel veranderen, daar zijn gascentrales goed in, vele malen beter dan (bruin)kolencentrales. Dat opschakelen van een gascentrale kost per eenheid opgewekte stroom wel meer geld maar die flexibiliteit is veel waard voor de balans van het systeem.

Als we kijken naar de breakdown van de brandstofmix zien we inderdaad dat er minder gas (en in Duitsland: minder kolen!) verstookt hoeft te worden:

Grafiek 4 - de brandstofmix (mei 2012)

Ook hier is duidelijk te zien dat nucleair (‘Uran’) en bruinkool (‘BK’) de basislast verzorgen. Het is niet zo dat deze weggedrukt worden door een teveel aan zonne-energie. Gewone kolen (‘HK’) en gas verzorgen een deel van de piek overdag. Deze piek wordt echter keurig afgevlakt door de combinatie wind en, met name, zon.

Het lijkt erop dat gas- en kolencentrales overdag minder hard hoeven te produceren.

Ook op 25 mei 2012?

Maar als dan de zon heel hard schijnt, zoals op 25 mei 2012, levert dat dan een probleem op? We pakken de Fraunhofer-grafieken er weer bij:

Grafiek 5 - Zonneproductie 25 mei 2012

Nee dus. Zelfs de record-productie (22,4 GW) van 25 mei blijft keurig de piek afvlakken.

Mooi-weer conclusie

Het lijkt erop dat de grafieken aangeven dat zonne-energie prima ingepast kan worden in de elektriciteitsproductie, maar nadere analyses en scenario’s zijn natuurlijk hard nodig. Wat gebeurt er met de brandstofmix onder gelijke condities in een aantal jaren achtereen; hoe wordt rekening gehouden met nucleaire fase-out, welke prijseffecten zijn meetbaar, etc. Maar voorlopig lijkt het erop dat er fors minder kolen en gas zijn verbrand dan anders het geval zou zijn geweest. Als Peter Terium dan klaagt over kolen- & gascentrales die minder efficiënt kunnen worden ingezet, dan heeft hij een puntje – zijn centrales staan inderdaad nu vaker uit. Maar als dat zo is, dan lijkt het erop dat die gascentrales minder nodig zijn voor het opvangen van de piekload – deze wordt keurig afgevlakt door zonne-energie. Dus als deze werkeloze centrales meer baseload kunnen produceren, zou deze grootste CO2-producent van Europa wellicht wat bruinkoolcentrales kunnen sluiten. Dat zou pas pure milieuwinst zijn.

Waarden & woorden op de helling

Eén ding is duidelijk. Deze transitie in Duitsland zet onze traditionele waarden (‘zon is onbetrouwbaar en lastig in te passen in het elektriciteitssysteem’) én woorden (‘brandstofmix’, ‘Merit Order’) ook op de helling.

We hebben meer data, nog betere grafieken en nieuwe begrippen nodig om deze fundamentele veranderingen bij te houden, te analyseren en over te publiceren.

Data in de mail – werk aan de winkel

De guardian heeft om de zoveel tijd een mooie journalistieke opdracht – maak data mooi inzichtelijk. Dit keer (19 juni 2012) over aandeel duurzame energie. Ik meng mij niet tussen de vormgevers die soms prachtige interactieve oplossingen bedenken. Maar ik heb wel wat getallen op een rijtje gezet.

De getallen (2010) zijn van Eurostat en hebben een andere definitie dan waarmee in Nederland duurzame energie gemeten wordt (en met name duurzaam opgewekt elektrisch vermogen). Dat mag de pret niet drukken.

In deze grafiek staan de werkelijke percentages duurzame energie van Nederland en het gemiddelde van 27 Europese landen en de doelstellingen…

Het Nederlandse lijntje duikt wat schielijk weg. Werk aan de winkel, zou ik zeggen.