Onderzoek: stoppen met stroom uit kolen en gas kan alleen met batterijen en waterstof

Dat blijkt uit onderzoek
van netbeheerder Tennet naar een energiesysteem zonder CO2 uitstoot (net zero) dat zowel betrouwbaar als betaalbaar is. Het is de eerste studie ooit waarbij gekeken wordt naar de leveringszekerheid van elektriciteit op het moment dat alle stroom CO2-vrij wordt opgewekt. Omdat nog niet bekend is wanneer dat zal zijn, noemt het onderzoek geen specifiek jaartal. Het gaat echter uit van scenario’s die voorspellen dat dit ergens tussen 2030 en 2050 zover zal zijn in Nederland en Duitsland, de twee landen waar Tennet het hoogspanningsnet beheert. De vraag die bij het onderzoek werd gesteld was: hoe kunnen we in de toekomst alle stroom uit hernieuwbare bronnen halen en toch voldoende elektriciteit blijven leveren?

Eerste klimaatneutrale continent

Om de klimaatdoelen van Parijs te halen en de opwarming van de aarde te beperken tot 1,5 graad, wil Europa zijn CO2-uitstoot in 2030 met 55 procent hebben teruggedrongen. Met de Green Deal en het Fit for 55-pakket wil de EU in 2050 zelfs het eerste klimaatneutrale continent ter wereld zijn. Dus met nul CO2-uitstoot. Om dat doel te bereiken moeten landen stoppen met kolen- en gascentrales en hun elektriciteit uit zon, wind en andere hernieuwbare bronnen halen. In Nederland en Duitsland was in 2020 respectievelijk 20 en 46 procent van de stroom groen. In 2030 moet dat al 80 procent zijn. Duitsland wil zijn energiesysteem in 2045 geheel klimaatneutraal hebben. In de nu onderzochte scenario’s is de groeiende vraag naar stroom door elektrisch rijden, elektrische warmtepompen en elektrificering van processen in de industrie al mee berekend.

Dunkelflaute oplossen

Hoewel er op zonnige en winderige dagen een overschot is aan groene stroom en de stroomprijs zelfs negatief is, zijn er ook periodes met weinig zon en wind. Die periodes worden aangeduid met het Duitse woord ‘Dunkelflaute’, een combinatie van ‘Dunkelheit’ (duisternis) en ‘Flaute’ (weinig wind). Op dat soort momenten dreigt straks een tekort aan elektriciteit te ontstaan. Het onderzoek geeft aan hoe Nederland en die Duitsland die periodes door kunnen komen zonder dat de elektriciteit uitvalt.

Batterijen en waterstof

Nu worden op dat soort momenten gascentrales aangezet om stroom op te wekken. Die zijn er straks niet meer. Kernenergie is volgens het rapport in Nederland een belangrijke constante CO2-vrije bron van stroom – Duitsland stopt daar mee – maar kerncentrales kun je niet even aan en uit zetten. Volgens het onderzoek zijn daarom grote batterijen met een langdurige opslagcapaciteit nodig. Het liefst batterijen die 24 uur of langer stroom op kunnen slaan. Kleine thuisbatterijen die hooguit 2 uur stroom op kunnen slaan spelen geen rol in de leveringszekerheid van stroom. Toch zijn het niet batterijen, maar elektriciteitscentrales op groene waterstof die tijdens langere periodes van ‘Dunkelflaute’ de meeste stroom moeten leveren. Tussen de 4 en 16 gigawatt in Nederland en tussen 8 en 56 gigawatt in Duitsland. De centrales moeten een flinke capaciteit hebben, maar zijn volgens het onderzoek slechts enkele keren per jaar nodig. Uiteindelijk leveren ze daardoor slechts 10 procent van alle elektriciteit. Die waterstof moet via elektrolysers uit water gemaakt worden met behulp van wind- en zonnestroom om geen CO2 uit te stoten. Om de kosten te beheersen moet dat gebeuren op momenten dat er een overschot aan groene stroom is.

Om genoeg groene waterstof paraat te hebben, moeten beide landen hun opslagcapaciteit verhogen. Duitsland moet 44 tot 90 terawatt aan groene waterstof kunnen opslaan, Nederland 22 tot 44 terawatt. Dat is een fractie van de huidige gasopslagcapaciteit, maar die is niet altijd geschikt voor waterstof. Ook is het maar de vraag of waterstof in lege zoutmijnen en gasvelden opgeslagen kan worden. Daarom zijn nieuwe investeringen nodig.

Vraag naar stroom verminderen

Een van de belangrijkste en goedkoopste manieren om genoeg stroom te kunnen leveren is volgens Tennet het beperken van de vraag als er weinig aanbod van zon en wind is. Dat heet in jargon demand-side response (DSR). Op dat soort momenten moet de industrie zijn vraag naar stroom beperken of de productie zelfs stilleggen. Soms dagen lang. Afschakelen heet dat. Elektrische auto’s moeten minder snel laden of zelfs stoppen met laden en via bi-directionele stekkers stroom terugleveren aan het net. Zij fungeren op dat moment als rijdende batterijen, al is het de vraag hoeveel voertuigen er op dit soort momenten zijn aangesloten op een laadpaal of het stroomnet. Volgens Tennet moet dit de eerste prioriteit worden als beide landen de levering van stroom zeker willen stellen.

Kwart stroom besparen

“We moeten tijdens ‘Dunkelflaute’ de vraag naar stroom aanpassen aan het aanbod”, zegt woordvoerder Jorrit de Jong van Tennet. “De grootste klapper maak je dan in de industrie. We hebben dat eerder in kaart gebracht. Door het terugschroeven of afschakelen van de productie kunnen we 3,5 tot 4 gigawatt elektriciteit besparen. Dat is bijna een kwart van de totale stroomvraag van 12 tot 18 gigawatt.” Hij erkent dat dit geen fijne boodschap voor bedrijven is. “Maar verschillende bedrijven doen het nu al. Bedrijven met een warmteboiler draaien op dat soort momenten de temperatuur lager, vrieshuizen gaan meer verbruiken als de stroomprijs lager is en een bedrijf als AkzoNobel heeft in de Botlek een elektrolyser staan waarmee het zijn stroomverbruik 10 procent kan op of afschalen”, zegt hij.

Door Europa loopt een netwerk van stroomsnelwegen die nodig zijn voor de energietransitie. | Credit: Adbe Stock

Internationale stroomsnelwegen

De laatste schakel in de energietransitie vormen de hoogspanningsnetten waarmee Nederland en Duitsland tijdens windstille en zonloze periodes groene stroom uit het buitenland kunnen halen. Internationale stroomsnelwegen, noemt Tennet die. Die kunnen 25 procent van het stroomtekort oplossen. Maar als het in Nederland of Duitsland niet waait of mistig is, ligt het voor de hand dat dit in naburige Europese landen ook zo is en dat die ook een stroomtekort hebben. Daarom zouden beide landen groene stroom uit landen als Noorwegen en Frankrijk moeten halen, waar meer waterkracht en kernenergie beschikbaar is. Die landen moeten dan wel een overschot hebben.

Lees ook:

• Hoe ziet het energiesysteem er in 2050 uit? Deskundigen én burgers adviseren Jetten
• Batterijen bij zon- en windparken: logisch maar nog verliesgevend
• Meer zonnepanelen dan ooit, maar deze winter toch 12 procent minder opwek groene stroom: hoe kan dat?
• Nederlanders gaan vaker geld verdienen met AI, zonnepanelen en batterij