Gaat 100% wind- & zonnestroom werken? Spoiler. Nee, nooit.
Zaterdag 24 maart 2018
Een gastbijdrage van Gert-Jaap van Ulzen
Er zijn in ons land groene adepten die denken dat we met wind- & zonnestroom plus grootschalige opslag voor 100% in onze stroombehoefte kunnen voorzien. Let wel, de stroombehoefte is minder dan 20% van onze totale energiebehoefte. Die andere 80% betreft voornamelijk warmte & transport.
Laten we eens gaan kijken hoe een dergelijk (jaar 2050-) scenario eruit zou zien op basis van de werkelijke productie cijfers voor wind- & zonnestroom over 2017. Volgens de deskundigen zou er dan 80% windstroom geproduceerd moeten worden en 20% zonnestroom. Verder wil je logischerwijze over het jaar uitgemiddeld niet meer dan 100% van de vraag produceren. Anders zou je letterlijk afval produceren, die stroom moet per slot van rekening wel ergens heen.
De werkelijke productie aan wind- en zonnestroom in Nederland over 2017 zag er – per dag – als volgt uit [figuur 1].
De totale hoeveelheid wind- & zonnestroom stroom was genoeg om 2,22% van de totale energiebehoefte te dekken. Op dag 254 (11 september 2017) was de totale productie van wind- & zonnestroom samen op haar max met 5,31% dekking van de vraag.
We blazen deze grafiek op naar 100% van de stroom behoefte met 80% windstroom en 20 % zonnestroom. Alsof er op miraculeuze wijze op 1 januari 2017 opeens 11 keer meer windturbines stonden en 12 x meer zonnepanelen. Dan krijg je de volgende grafiek [figuur 2].
Qua vorm is die logischerwijze volkomen gelijk aan de eerste figuur, het is immers niet harder gaan waaien in 2017 en de zon is ook niet meer gaan schijnen. Nog steeds bereikt de totale productie van wind- & zonnestroom op dag 254 (nog steeds 11 september) haar maximum maar nu met 235% – dus 135% boven de vraag).
De opmerking van o.a. Mw. Minnesma (Urgenda) en haar kompaan in de duurzame strijd (Dhr. Jan Rotmans), dat zonnestroom en windstroom elkaar al haast uitvlakken, kunnen we dus gevoeglijk verwijzen naar het rijk der fabelen. Er is geen vorm van duurzame opwekking welke zo volatiel is als de combinatie van wind en zon.
We zien dus dagen met te veel aan wind- & zonnestroom en dagen met te weinig. Het dagelijkse surplus respectievelijk tekort ziet er dan als volgt uit [figuur 3].
We zien bijvoorbeeld rond dag 21 (3e en 7e week januari) een aantal dagen achtereen met een stroom tekort, evenals rond dag 261 (3e en 4e week september). Voor die eerste periode hebben onze Oosterburen een naam, de zogenaamde ‘Dunkelflaute’. Voor die tweede periode in september nog niet. Het totaal van deze overschotten en tekorten is nul, immers de uitgangspositie was 100% wind- en zonnestroom.
Stel dat we een miraculeuze uitvinding doen waarbij we ongelimiteerd en zonder conversieverliezen stroom kunnen opslaan, hoeveel opslag hebben we dan nodig? Als we de tekorten en overschotten uit de vorige figuur cumuleren, dan wordt inzichtelijk hoeveel stroom opslag we nodig hebben [figuur 4]. We beginnen daarbij op 1 januari met dusdanig veel in opslag dat we nooit tekort komen.
Het blijkt dat we dan op 14 januari (dag 14) voor 13,1 dagen stroom opgeslagen moeten hebben om te voorkomen dat op 30 september (dag 273) het licht uitgaat. Give or take 4,45 TWh. In een elektrische Tesla kan 85 kWh, dat scheelt een factor 50 miljoen. We hebben er dus nogal wat van nodig.
Gaan we nu terug naar een meer realistisch scenario waarbij we batterij opslag uitsluitend gebruiken voor ééndaagse opslag (dus ook van nacht naar dag, immers ‘s nachts schijnt de zon niet). Dan zijn er een tweetal beperkende condities. Ten eerste moet er op dag 1 een stroom overschot zijn om überhaupt stroom op te kunnen slaan en logischerwijze moet er de volgende dag een stroom te kort zijn om die opslag aan te kunnen wenden. We krijgen dan de volgende grafiek [figuur 5];
Dat uitvlakken van wind- & zonnestroom met behulp van batterij opslag blijkt nogal tegen te vallen. In werkelijkheid kan maar 2,66% van de totale stroombehoefte één dag naar voren geschoven worden. De opslag behoefte voor het restant bedraagt dan nog steeds circa 4,1 TWh. Overigens zijn de 3 á 4 miljoen Tesla’s die hiervoor ingezet worden ook direct het maximum. Er zijn domweg niet genoeg dagen waarbij je een dag surplus kunt opslaan om dat de volgende dag te gebruiken.
De totale stroomproductie per dag van wind- & zonnestroom, plus de ééndaagse opslag in batterijen ziet er als volgt uit (blauw is wind, geel is zon en het vrijwel onzichtbare rood onderin is de ééndaagse opslag in batterijen [figuur 6]);
Boven de streep is er nog steeds zonder enige regelmaat maar met grote frequentie een overschot aan stroom. Hetzelfde geldt voor onder de 100% streep, waar we de dagelijkse tekorten aantreffen.
Sorteren we de bovenstaande figuur van hoog naar laag dan krijg je een zogenaamde duurcurve. Langs de X-as staat dan niet langer de dag van het jaar maar het aantal dagen [figuur 7].
We zien dat er 137 dagen meer dan 100% stroom wordt geproduceerd, daarna 58 dagen precies 100% (met batterij opslag kunnen we de productie van wind- en zon uitvlakken). De rest van het jaar hebben we een stroom te kort. Nog steeds is het stroom surplus links precies gelijk aan het tekort rechts. Namelijk circa 34% van de totale stroom behoefte.
By far de goedkoopste manier van stroomopslag zijn pomp-waterbekkens, circa € 2,5 cent per kWh. De ‘gratis’ windstroom wordt dan gebruikt om de waterbekkens te vullen. Om dat stroom surplus van links in de grafiek naar rechts te verplaatsen (de benodigde 4,1 TWh opslag) zou dan ongeveer €105 per miljard per jaar gaan kosten. Of te wel circa €13.300 per jaar per huishouden. Alléén de opslag wel te verstaan en even afgezien van de vraag waar we in de delta Nederland die waterbekkens dan gaan bouwen.
Of omgekeerd geredeneerd, met één enkele ‘fossiele’ centrale van 1GW neemt de benodigde opslag met circa 7% af. Het uitfaseren van die éne ‘fossiele’ centrale kost dan wel een slordige €7,3 miljard aan stroomopslag extra. Per jaar.
Ik zie de duurzame businesscase graag tegemoet. Maar ik denk dat we rustig kunnen stellen dat de energietransitie op basis van wind & zon, al mislukt is voordat die is begonnen.
Wat we zullen zien is een uitbreiding van het wind- & zonnestroom vermogen, zonder dat er ook maar één enkele ‘fossiele’ centrale kán worden uitgefaseerd. En die dubbele infrastructuur is niet gratis, Verre van dat.
Gaat 100% wind- & zonnestroom werken? Spoiler. Nee, nooit.
Zaterdag 24 maart 2018
Een gastbijdrage van Gert-Jaap van Ulzen
Er zijn in ons land groene adepten die denken dat we met wind- & zonnestroom plus grootschalige opslag voor 100% in onze stroombehoefte kunnen voorzien. Let wel, de stroombehoefte is minder dan 20% van onze totale energiebehoefte. Die andere 80% betreft voornamelijk warmte & transport.
Laten we eens gaan kijken hoe een dergelijk (jaar 2050-) scenario eruit zou zien op basis van de werkelijke productie cijfers voor wind- & zonnestroom over 2017. Volgens de deskundigen zou er dan 80% windstroom geproduceerd moeten worden en 20% zonnestroom. Verder wil je logischerwijze over het jaar uitgemiddeld niet meer dan 100% van de vraag produceren. Anders zou je letterlijk afval produceren, die stroom moet per slot van rekening wel ergens heen.
De werkelijke productie aan wind- en zonnestroom in Nederland over 2017 zag er – per dag – als volgt uit [figuur 1].
De totale hoeveelheid wind- & zonnestroom stroom was genoeg om 2,22% van de totale energiebehoefte te dekken. Op dag 254 (11 september 2017) was de totale productie van wind- & zonnestroom samen op haar max met 5,31% dekking van de vraag.
We blazen deze grafiek op naar 100% van de stroom behoefte met 80% windstroom en 20 % zonnestroom. Alsof er op miraculeuze wijze op 1 januari 2017 opeens 11 keer meer windturbines stonden en 12 x meer zonnepanelen. Dan krijg je de volgende grafiek [figuur 2].
Qua vorm is die logischerwijze volkomen gelijk aan de eerste figuur, het is immers niet harder gaan waaien in 2017 en de zon is ook niet meer gaan schijnen. Nog steeds bereikt de totale productie van wind- & zonnestroom op dag 254 (nog steeds 11 september) haar maximum maar nu met 235% – dus 135% boven de vraag).
De opmerking van o.a. Mw. Minnesma (Urgenda) en haar kompaan in de duurzame strijd (Dhr. Jan Rotmans), dat zonnestroom en windstroom elkaar al haast uitvlakken, kunnen we dus gevoeglijk verwijzen naar het rijk der fabelen. Er is geen vorm van duurzame opwekking welke zo volatiel is als de combinatie van wind en zon.
We zien dus dagen met te veel aan wind- & zonnestroom en dagen met te weinig. Het dagelijkse surplus respectievelijk tekort ziet er dan als volgt uit [figuur 3].
We zien bijvoorbeeld rond dag 21 (3e en 7e week januari) een aantal dagen achtereen met een stroom tekort, evenals rond dag 261 (3e en 4e week september). Voor die eerste periode hebben onze Oosterburen een naam, de zogenaamde ‘Dunkelflaute’. Voor die tweede periode in september nog niet. Het totaal van deze overschotten en tekorten is nul, immers de uitgangspositie was 100% wind- en zonnestroom.
Stel dat we een miraculeuze uitvinding doen waarbij we ongelimiteerd en zonder conversieverliezen stroom kunnen opslaan, hoeveel opslag hebben we dan nodig? Als we de tekorten en overschotten uit de vorige figuur cumuleren, dan wordt inzichtelijk hoeveel stroom opslag we nodig hebben [figuur 4]. We beginnen daarbij op 1 januari met dusdanig veel in opslag dat we nooit tekort komen.
Het blijkt dat we dan op 14 januari (dag 14) voor 13,1 dagen stroom opgeslagen moeten hebben om te voorkomen dat op 30 september (dag 273) het licht uitgaat. Give or take 4,45 TWh. In een elektrische Tesla kan 85 kWh, dat scheelt een factor 50 miljoen. We hebben er dus nogal wat van nodig.
Gaan we nu terug naar een meer realistisch scenario waarbij we batterij opslag uitsluitend gebruiken voor ééndaagse opslag (dus ook van nacht naar dag, immers ‘s nachts schijnt de zon niet). Dan zijn er een tweetal beperkende condities. Ten eerste moet er op dag 1 een stroom overschot zijn om überhaupt stroom op te kunnen slaan en logischerwijze moet er de volgende dag een stroom te kort zijn om die opslag aan te kunnen wenden. We krijgen dan de volgende grafiek [figuur 5];
Dat uitvlakken van wind- & zonnestroom met behulp van batterij opslag blijkt nogal tegen te vallen. In werkelijkheid kan maar 2,66% van de totale stroombehoefte één dag naar voren geschoven worden. De opslag behoefte voor het restant bedraagt dan nog steeds circa 4,1 TWh. Overigens zijn de 3 á 4 miljoen Tesla’s die hiervoor ingezet worden ook direct het maximum. Er zijn domweg niet genoeg dagen waarbij je een dag surplus kunt opslaan om dat de volgende dag te gebruiken.
De totale stroomproductie per dag van wind- & zonnestroom, plus de ééndaagse opslag in batterijen ziet er als volgt uit (blauw is wind, geel is zon en het vrijwel onzichtbare rood onderin is de ééndaagse opslag in batterijen [figuur 6]);
Boven de streep is er nog steeds zonder enige regelmaat maar met grote frequentie een overschot aan stroom. Hetzelfde geldt voor onder de 100% streep, waar we de dagelijkse tekorten aantreffen.
Sorteren we de bovenstaande figuur van hoog naar laag dan krijg je een zogenaamde duurcurve. Langs de X-as staat dan niet langer de dag van het jaar maar het aantal dagen [figuur 7].
We zien dat er 137 dagen meer dan 100% stroom wordt geproduceerd, daarna 58 dagen precies 100% (met batterij opslag kunnen we de productie van wind- en zon uitvlakken). De rest van het jaar hebben we een stroom te kort. Nog steeds is het stroom surplus links precies gelijk aan het tekort rechts. Namelijk circa 34% van de totale stroom behoefte.
By far de goedkoopste manier van stroomopslag zijn pomp-waterbekkens, circa € 2,5 cent per kWh. De ‘gratis’ windstroom wordt dan gebruikt om de waterbekkens te vullen. Om dat stroom surplus van links in de grafiek naar rechts te verplaatsen (de benodigde 4,1 TWh opslag) zou dan ongeveer €105 per miljard per jaar gaan kosten. Of te wel circa €13.300 per jaar per huishouden. Alléén de opslag wel te verstaan en even afgezien van de vraag waar we in de delta Nederland die waterbekkens dan gaan bouwen.
Of omgekeerd geredeneerd, met één enkele ‘fossiele’ centrale van 1GW neemt de benodigde opslag met circa 7% af. Het uitfaseren van die éne ‘fossiele’ centrale kost dan wel een slordige €7,3 miljard aan stroomopslag extra. Per jaar.
Ik zie de duurzame businesscase graag tegemoet. Maar ik denk dat we rustig kunnen stellen dat de energietransitie op basis van wind & zon, al mislukt is voordat die is begonnen.
Wat we zullen zien is een uitbreiding van het wind- & zonnestroom vermogen, zonder dat er ook maar één enkele ‘fossiele’ centrale kán worden uitgefaseerd. En die dubbele infrastructuur is niet gratis, Verre van dat.
