Leveringszekerheid van elektriciteit in een volledig duurzaam elektriciteitssyteem
Wat is er nodig om de leveringszekerheid van elektriciteit te behouden in een toekomstig (netto) CO2-vrij elektriciteitssysteem dat vrijwel helemaal is gebaseerd op hernieuwbare energiebronnen als wind en zon? Deze vraag en de antwoorden staan centraal in de zogenoemde Adequacy Outlook van TenneT die vandaag is gepubliceerd.
Laatste update
30-5-2023
- Investeringen in altijd beschikbaar elektrisch vermogen (zoals back-up centrales op groene waterstof) zijn noodzakelijk om leveringszekerheid te kunnen handhaven in een duurzaam systeem met wisselend aanbod van weersafhankelijke energiebronnen wind en zon.
- De vraag moet veel meer het aanbod kunnen volgen: het ontsluiten van demand-side response potentieel moet de eerste prioriteit zijn om de leveringszekerheid te waarborgen.
- Belangrijke rol voor internationale stroomsnelwegen voor zekere elektriciteitsvoorziening.
- Grote batterijen met langdurige opslagcapaciteit nodig, kleine batterijen weinig nuttig voor leveringszekerheid.
- De organisatie van de elektriciteitsmarkt kan belangrijke gevolgen hebben voor de leveringszekerheid. Ingrepen bijvoorbeeld in prijsvorming op de elektriciteitsmarkt zouden zoveel mogelijk beperkt moeten worden om een stabiel marktklimaat te scheppen dat investeringen aantrekt.
De studie betreft Nederland en Duitsland, de landen waar TenneT als hoogspanningsnetbeheerder actief is. De Adequacy Outlook kijkt verder vooruit dan TenneT’s jaarlijkse Monitoring Leveringszekerheid, die steeds ‘slechts’ 10 jaar vooruitkijkt naar de leveringszekerheid van elektriciteit.
TenneT heeft het in de Adequacy Outlook over ‘resource adequacy’ en dat betekent het vermogen van het elektriciteitssysteem om ervoor te zorgen dat altijd aan de totale vraag naar elektriciteit kan worden voldaan tegen een prijs die de gebruikers bereid zijn te betalen. In de Adequacy Outlook wordt de term net zero-carbon gebruikt om aan te geven dat het energie- (of elektriciteits-) systeem netto geen CO2-uitstoot heeft; een systeem dus waarin enige CO2-uitstoot is toegestaan, zolang een gelijkwaardige hoeveelheid CO2 ook uit de atmosfeer wordt verwijderd.
Verder dan ooit vooruitkijken op basis van bestaande scenario’s
Voor het eerst is er in een studie over leveringszekerheid van elektriciteit uitgegaan van een punt in de toekomst wanneer de overgang naar een CO2-vrij energiesysteem al heeft plaatsgevonden, zonder verwijzing naar een specifiek jaar. Dit omdat het tempo van de energietransitie uiteindelijk zal worden bepaald door beleidsmakers via regelgeving en doelstellingen, de inrichting van de elektriciteitsmarkten en de financiële middelen die door marktpartijen en regeringen worden vrijgemaakt om investeringen te doen. De Adequacy Outlook is gebaseerd op enkele hoofdscenario’s die zijn ontwikkeld uit verschillende scenario's uit bestaande Nederlandse, Duitse en Europese studies: de Integrale Infrastructuurverkenning 2030–2050 (II3050, NL), het Netzentwicklungsplan 2023 (NEP2023, Duitsland) en het Ten-Year Network Development Plan (ENTSO-E, Europa). Voor deze scenario’s is een aantal varianten ontwikkeld met alternatieve ontwikkelingen in zon, wind, basislast* (baseload) en vraag.
*Basislast: is het minimumniveau van de vraag op een elektriciteitsnet gedurende een bepaalde periode.
De hoofdconclusies
In bijna elk hoofdstuk van de Adequacy Outlook is een ander stukje van de puzzel onderzocht over hoe we kunnen komen tot een kosteneffectief, betrouwbaar energiesysteem dat een netto CO2-uitstoot van nul heeft. De belangrijkste uitkomsten van de studie:
(technisch) altijd beschikbare elektriciteitsproductiecapaciteit (firm capacity* uit vraagrespons (DSR: demand-side response), grensoverschrijdende transmissiecapaciteit (interconnectie), grootschalige en langdurige opslag (batterijen) en CO2-vrije thermische capaciteit (groene waterstof- of kerncentrales).
- De meest kritische situaties in een volledig duurzaam energiesysteem zijn waarschijnlijk lange perioden met beperkte hernieuwbare elektriciteitsopwekking en een hoge vraag, ook bekend als dunkelflaute situaties. Deze kunnen niet worden aangepakt met korte termijn batterijopslag of verschuiving van de vraag.
- DSR, demand-side response (vraag reageert op het aanbod elektriciteit) is waarschijnlijk de meest kosteneffectieve bron van firm capacity om tekorten op te lossen. Het ontsluiten van nu nog onbenut DSR-potentieel moet de eerste prioriteit zijn om de leveringszekerheid te waarborgen. DSR helpt ook om eventuele uitval op langere termijn met meerdaagse afschakelingen te voorkomen. Vormen van DSR zijn bijvoorbeeld: afschakeling van industriële vraag en verschuiving van vraag van warmtepompen en laden van elektrische voertuigen.
- Grensoverschrijdende transmissie (interconnectoren) speelt een belangrijke rol door toegang te bieden tot elektriciteit op buitenlandse markten. Transmissiecapaciteit helpt de marktprijzen te stabiliseren, maximaliseert het gebruik van hernieuwbare energiebronnen en vermindert de hoeveelheid benodigde productiecapaciteit.
- Batterijen met voldoende opslagcapaciteit en andere opslagtechnologieën die lang elektriciteit kunnen opslaan, dragen flink bij aan de beschikbaarheid van elektriciteit. Opslag van korte duur (bijvoorbeeld batterijen met 2 uur aan opslagcapaciteit) leveren nauwelijks capaciteit in tijden van tekorten in het aanbod.
*Het deel van de totale capaciteit van een elektriciteitsproductie-eenheid die technisch beschikbaar is tijdens situaties van schaarste.
- CO2-vrije gassen zoals groene waterstof zullen nodig zijn om het elektriciteitssysteem te ondersteunen, vooral tijdens regionale dunkelflaute-situaties wanneer de bijdrage van korte termijn opslag, vraagsturing (DSR) en grensoverschrijdende uitwisseling beperkt is.
- Hoewel er een aanzienlijke capaciteit nodig is om perioden met weinig wind en zon te overbruggen, draaien deze centrales slechts een beperkt aantal uren per jaar, en levert elektriciteit uit CO2-vrij gas zodoende minder dan 10% van de totale elektriciteitsvraag.
- Om de jaarlijkse vraag naar en het aanbod van CO2-vrije gassen in het hele energiesysteem in evenwicht te houden, zullen aanzienlijke binnenlandse opslagvolumes voor waterstof nodig zijn om seizoensgebonden schommelingen in de vraag en de opwekking uit hernieuwbare energiebronnen op te vangen, of om over te schakelen op andere energiedragers die gemakkelijker op te slaan zijn.
In de praktijk bestaat het risico dat de investeringen die nodig zijn om de energietransitie te ondersteunen niet op tijd worden gerealiseerd zonder aanvullende maatregelen.
- Hernieuwbare energiebronnen, opslag, (groene) waterstofcentrales en een aanzienlijke industriële vraagrespons (minder verbruiken als het aanbod van elektriciteit laag is, meer verbruiken als het aanbod hoog is) kunnen economisch levensvatbaar zijn in een toekomstig energiesysteem met netto nul uitstoot, maar alleen als:
- In sommige jaren enkele periodes worden aanvaard waarin niet volledig aan de elektriciteitsvraag kan worden voldaan en de marktprijs in die situaties hoog mag oplopen;
- Er voldoende prijsflexibele vraag in het systeem beschikbaar is om het overschot aan productie uit hernieuwbare energiebronnen te absorberen, waardoor het inzakken van de marktprijs wordt voorkomen;
- De investeringsrisico’s tot een minimum worden beperkt;
- De investeringskosten van hernieuwbare energiebronnen en batterijtechnologieën blijven dalen.
- De onwil om perioden van hoge marktprijzen te aanvaarden, het risico van marktinterventie en de dringende noodzaak om CO2-vrij te worden, kunnen de overgang naar een volledig duurzaam systeem te onzeker maken voor de markt, waardoor verdere interventie noodzakelijk wordt.
- Een marktontwerp dat de consumenten in staat stelt hun eigen beschikbaarheidsniveau van elektriciteit te bepalen, en hoeveel zij bereid zijn daarvoor te betalen, zou consumenten meer controle geven over hun elektriciteitsrekeningen, en de regeringen ook betere informatie geven over de vaststelling van de nationale betrouwbaarheidsnorm.
Naast deze conclusies bevat de studie nog (veel) meer uitkomsten en ook beleidsmatige aanbevelingen
TenneT heeft de Adequacy Outlook uitgevoerd om meer inzicht te krijgen in de omvang van de uitdagingen met betrekking tot de toekomstige leveringszekerheid van elektriciteit in energiesysteem met netto nul uitstoot. De studie is niet bedoeld om een gedetailleerde prognose te geven van de toekomstige beschikbaarheid van elektriciteit ten opzichte van de vraag, zoals dat wél het geval is in TenneT’s Monitoring Leveringszekerheid of de ERAA (European Resource Adequacy Assessment) van de ENTSO-E.
Contact
Jorrit de Jong
WoordvoerderMediarelaties