Heel Nederland groen
Halverwege deze eeuw is Nederland met alleen duurzame bronnen van elektriciteit te voorzien. Dat concluderen twee gepensioneerde ingenieurs op grond van een KIVI-seminarserie met lezingen van de fine fleur van de Nederlandse energiewereld. ‘Wat we hier presenteren, is gebaseerd op de best beschikbare inzichten.’
In 2050 levert de zon een derde van de benodigde elektriciteit in Nederland en de wind de helft. De rest komt van andere bronnen als getijenergie en aardwarmte en de import van groene stroom. Ziedaar de mix waarmee Nederland volledig duurzaam, betrouwbaar en stabiel in zijn elektriciteitsbehoefte kan voorzien.
Het scenario is afkomstig van ir. Loek Boonstra en dr.ir. Eric Persoon, twee gepensioneerde ingenieurs. Beiden zijn elektrotechnicus met een lange staat van dienst bij Philips. Ze kennen elkaar van de KIVI-afdeling Elektrotechniek-Zuid, waar ze aan het brainstormen waren over nieuwe activiteiten en de vraag opkwam of het mogelijk is om Nederland volledig duurzaam van stroom te voorzien. Zelf niet op voorhand deskundig op dat terrein, maar wel beschikkend over het juiste netwerk besloten ze de fine fleur van de Nederlandse energiewereld te benaderen – denk aan energieonderzoekscentrum ECN, windturbinebouwer Siemens, de energieadviesbureaus DNV GL (voorheen KEMA) en Ecofys, netbeheerder TenneT en de technische universiteiten en TNO. Het resultaat: een serie van 7 seminars met in totaal 26 lezingen over te verwachten ontwikkelingen op het gebied van duurzame bronnen, opslag, smart grids, power-to-gas, demand response, systeemsimulaties en wat zo al meer. ‘We waren zo onder de indruk van het palet aan inzichten dat we gepresenteerd kregen, dat we die tot een geheel hebben gebundeld. Dat is ons elektriciteitsplan 2050 geworden.’
‘We willen de productie van CO2 uitdrukkelijk vermijden’
Nu zijn er wel meer scenario’s ontworpen voor een duurzame toekomst, bijvoorbeeld door het Planbureau voor de Leefomgeving samen met ECN, of door Urgenda, de club die duurzaamheid wil bevorderen. Waarom nog een scenario erbij? Boonstra en Persoon: ‘Die scenario’s zijn er vooral op gericht om duidelijk te maken dat bronnen als wind, zon en biomassa technisch realiseerbaar zijn, terwijl wij onszelf ook de vraag hebben gesteld of met wind en zon een systeem is te maken dat betrouwbaar functioneert. Daar bestaan veel twijfels over.’
Die twijfels bestaan inderdaad. Want met de huidige fossiele bronnen als kolen en gas of kernenergie voorzien de elektriciteitscentrales altijd in de vraag, hoe grillig die gedurende een dag ook mag verlopen. ‘Wind en zon zijn niet altijd in staat die vraag te volgen, dus je hebt opslag- en/of reservecapaciteit nodig. Dat vormt de bron van twijfel of het überhaupt wel mogelijk is om met alleen duurzame bronnen te zorgen voor een betrouwbaar elektriciteitssysteem.’
Voor het beantwoorden van die vraag hebben Boonstra en Persoon vooral geput uit studies van het Duitse Fraunhofer Institut die tijdens de lezingencyclus zijn gepresenteerd. ‘Dat instituut is vergelijkbaar met TNO in Nederland, maar dan een maat groter. En het wordt internationaal erkend vanwege de hoge kwaliteit.’ Fraunhofer beschikt over een model waarin het op een grid van 14 bij 14 km² per uur over weer- en windgegevens uit heel Duitsland beschikt gedurende een periode van vele jaren. Daarmee kan het berekenen wat een bepaalde hoeveelheid zonnepanelen en windturbines daadwerkelijk aan stroom oplevert. ‘De uitkomst is een aanbod dat gedurende een maand een heel grillig verloop kan hebben en bijvoorbeeld varieert tussen een feitelijk vermogen van 10 tot 100 GW. Op het eerste gezicht denk je dat het nooit stabiel kan functioneren als er niet voor minstens 90 GW aan reservevermogen beschikbaar is.’ Maar dat blijkt mee te vallen: Fraunhofer berekende dat een opslagcapaciteit die een maand lang in de vraag kan voorzien, voldoende is om de elektriciteitsvoorziening het hele jaar rond stabiel te laten functioneren. ‘Dat is dan wel inclusief een zekere afstemming van de vraag op het aanbod, maar dat kan ook gemakkelijk.’
Nu hebben de eerder genoemde scenario’s ook wel oog voor de benodigde reservecapaciteit. ‘Zij halen die bijvoorbeeld uit biomassa. De op biomassa gestookte centrales schakelen in als zon en wind onvoldoende produceren.’ Boonstra en Persoon kiezen die biomassaroute echter niet voor het elektriciteitssysteem. ‘We willen de productie van CO2 uitdrukkelijk vermijden, dus dan moet je ook niet met biomassa aan de slag gaan.’ Met daarbij de kanttekening dat beide elektrotechnici niet hebben gekeken naar de rol die biomassa kan spelen als grondstof voor de chemische industrie of als transportbrandstof. ‘Wij focussen op de elektriciteitsvoorziening.’ De opslag- en reservecapaciteit halen Boonstra en Persoon uit de omzetting van elektriciteit in waterstof. ‘We gaan uit van een opgesteld vermogen aan zon en wind dat vele malen groter is dan de vermogensvraag. Bij piekproductie blijft er dus stroom over voor de productie van waterstof via elektrolyse.’ Momentaan kan de piekproductie van wind en zon heel erg hoog zijn, zo leert het Fraunhofermodel. ‘Het is dus niet slim de capaciteit van de dure elektrolyseapparatuur daar op af te stemmen. Dat hoeft ook niet, want de piekproductie is altijd van kortere duur – de zon schijnt nu eenmaal een beperkt aantal uren op zijn felst. Daarom werken we met een opslagsysteem voor de korte duur dat de piekproductie opvangt en die vervolgens geleidelijk afstaat aan de elektrolyseapparatuur. Met die combinatie van dagopslag – denk aan accu’s – en langetermijnopslag van waterstof is het creëren van een maandbuffer aan elektriciteitsproductie goed mogelijk. De energie die bij de omzetting als warmte verloren gaat, blijft beperkt tot zo’n 11 % van de totale stroomproductie. Die restwarmte is goed te gebruiken.’
‘Het creëren van een maandbuffer aan elektriciteitsproductie is goed mogelijk’
Hoe komen beide ingenieurs erbij dat met zon een derde en met wind de helft van de benodigde elektriciteit is te produceren? ‘Dat is de beste schatting van de deskundigen die de lezingen hebben gegeven. Zij baseren zich op bestaand beleid, de te verwachten ontwikkeling van de efficiency met name van zonnepanelen en de beschikbare ruimte, vooral voor wind op zee.’ Terwijl ze met hun scenario bezig waren, verscheen een studie die concludeert dat er in Nederland 400 km² aan ruimte op daken beschikbaar is voor de plaatsing van zonnepanelen. ‘In ons scenario levert zonnestroom een flinke bijdrage. Oppervlak ervoor blijkt beschikbaar te zijn en de verwachting is dat de efficiency van de panelen de komende decennia zal verdubbelen.’
Een van de sterke punten van het plan is dat er tijdens de stroomproductie geen CO2 vrijkomt of nodig is. Welke vragen leven bij Boonstra en Persoon zelf over hun elektriciteitsplan? ‘Lastig is het berekenen van de behoefte aan elektriciteit in 2050. We zijn uitgegaan van een toename van het verbruik met een derde, omdat er nu eenmaal een tendens is van verdergaande elektrificatie – denk aan autorijden, warmtepompen en dergelijke. De inpassing van de omvangrijke hoeveelheid zonnestroom, die sterk gedistribueerd wordt geproduceerd op daken van huizen en gebouwen, vraagt een beduidend versterkt laagspanningsnet. Gaat dat lukken? En komen goedkope, veilige kleine opslagsystemen beschikbaar die aantrekkelijk zijn voor plaatsing thuis en in gebouwen? Wij hebben voor de seizoen overbruggende energieopslag waterstof gekozen, maar het zou ook methaan of stikstof kunnen zijn.’
Tot slot: grondige verificatie van voorstellen is onmisbaar, maar het ontbreekt op dit ogenblik aan een Nederlandse versie van het model dat Fraunhofer gebruikt. ‘We moeten nu vanuit de Duitse analyse naar Nederland extrapoleren, maar een voor Nederland specifieke analyse zou beter zijn.’ Verder hebben beiden zich niet bezig gehouden met de economische kant van het verhaal: wat zijn de kosten en baten van de transitie naar een volledig duurzame elektriciteitsvoorziening. ‘Dat is nu eenmaal niet onze expertise.’
Illustratie lead image Ruud Viogelesang
