Doet u ook geen oog meer dicht sinds u weet van de Dunkelflaute?
Als elektriciteitscentrales op steenkool en aardgas verboden zijn en we aan het eind van de energietransitie volledig zijn overgestapt op windmolens en zonnepanelen, hoe overleeft Nederland dan een duistere en windstille winterperiode?
Het vergt geen genialiteit om te doorzien dat een zonnepaneel geen elektriciteit levert als het donker is. Dat er wind nodig is om elektriciteit op te wekken met windturbines is voor u ongetwijfeld ook geen verrassing.
Als ik u vertel dat de dagen in de winter kort en regelmatig bewolkt zijn, zult u daar niet van opkijken. Dat het in de winter niet altijd waait, en soms zelfs meerdere weken achter elkaar windstil is, hebt u mogelijk ook al eens ervaren. Het vergt slechts een kleine denkstap om deze basale kennis te combineren en te concluderen dat, in een scenario waarin zonnepanelen en windturbines de enig overgebleven elektriciteitsproducenten zijn, de elektriciteitsproductie in de winter tekort kan schieten .
Das Phänomen der so genannten kalten Dunkelflaute
Geen elektriciteit in de winter is vervelend, zeker als we de komende decennia overstappen op elektrische auto’s en warmtepompen. Dan is het als het bewolkt is en niet waait naast donker ook koud in huis. En de stekkerauto pakken om brandhout en kaarsjes te kopen gaat dan ook niet.
Dit scenario (of zo u wilt: deze open deur) gebruiken energieproducenten, netbeheerders en criticasters van de energietransitie de afgelopen jaren graag om het punt te maken dat een transitie naar alleen wind- en zonnestroom een onverantwoorde, doodlopende weg is. Het fenomeen is in Nederland het Elfstedenscenario gedoopt en in Vlaanderen spreekt men van de donkerluwte. De meest gebruikte term is echter geleend uit het Duits, de koude Dunkelflaute.
Angst voor Dunkelflaute als raadgever tegen transitie en vóór innovatie
Dunkelflaute is een samentrekking van dunkelheit (duisternis) en flaute (windstilte). De oudste vermelding van de term die ik heb kunnen vinden staat in documenten van het Duitse Bundesnetzagentur van begin 2014. De oudste publiekere vermelding vond ik op het blog van het Europäisches Institut für Klima & Energie (EIKE), een club die de geldende klimaatwetenschap weerspreekt en de beschrijving van het fenomeen Dunkelflaute verwelkomt in hun strijd tegen hernieuwbare energie.
Sinds 2014 (of eerder) heeft Dunkelflaute vooral als bangmaakterm gediend. Als argument tegen de energietransitie is de open deur van de Dunkelflaute in de eerste jaren vooral in conservatieve kringen gretig ingetrapt. De term komt voor in betogen die wind- en zonnestroom in het geheel afwijzen, in betogen om kern- en kolencentrales vooral niet te sluiten en in betogen tegen warmtepompen en elektrisch rijden.
Pas recenter is de term ook in opmars als argument om dingen vooral wel te doen. De Dunkelflaute komt nu ook voor in betogen voor seizoensopslag van duurzame energie, in betogen voor de nieuwbouw van kerncentrales, in betogen voor groene en blauwe waterstof, in betogen voor flexibilisering van het energiegebruik en in betogen voor opslag in ijzerpoeder.
Windstille winter in 2025 lijkt niet wezenlijk spannender dan vandaag
Wat opvalt is de betrekkelijk korte termijn waarop doemverhalen over de Dunkelflaute inmiddels spelen. Ben Voorhorst, vertrekkend operationeel directeur van hoogspanningsnetbeheerder Tennet, betoogde in NRC recent bijvoorbeeld zelfs dat stroom al in 2025 ‘niet meer zo vanzelfsprekend is’. Nederland heeft nu nog een imposante leveringszekerheid van liefst 99,9998% maar als we ons verbruik en ons energiesysteem niet tijdig aanpassen dan verwacht Voorhorst een harde landing.
“En een harde landing is dat we regio’s in toerbeurt afschakelen, zoals dat geregeld in Zuid-Afrika gebeurt”, zegt Voorhorst in NRC. “Als je eraan gewend raakt, prima, maar leuk is het niet. Zeker niet in de winter.”
Als de ervaren operationeel directeur van Tennet zo’n waarschuwing afgeeft dan moeten we dat serieus nemen, maar daar heb ik wel echt moeite mee. Zeker in de context van 2025, het jaartal dat prominent boven het interview met deze stevige quote staat. Gevoelsmatig verandert er de komende jaren namelijk vooral veel als het wél waait, en als de zon wél schijnt. In 2025 komt naar schatting van het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL, KEV 2020) al de helft van de elektriciteit op jaarbasis uit windturbines en zonnepanelen. Daarbij gaat het PBL uit van min of meer gelijkblijvend elektriciteitsverbruik.
Als wind en zon de helft van de elektriciteit leveren in 2025 komt de andere helft logischerwijs echter nog uit conventionele elektriciteitscentrales. In 2025 is misschien één van de laatste 4 Nederlandse kolencentrales uit bedrijf. De rest van de kolen-, gas- en kerncentrales die vandaag draaien, draaien in de winter van 2025 waarschijnlijk ook nog. Als het dan weken niet waait en donker is maar het elektriciteitsverbruik is min of meer gelijk aan vandaag dan is productie van elektriciteit in die windstille winterweken vermoedelijk ook nagenoeg identiek aan de elektriciteitsmix van vandaag. Gas en kolen. Ook in 2025.
Richting 2050 wordt het sowieso wel wat uitdagender
Of het gepast is om de NRC-lezer bang te maken voor Zuid-Afrikaanse toestanden in 2025 laat ik aan de ervaren operationeel directeur van Tennet. Die heeft daar zeker meer kijk op dan ik.
Hoe dan ook is het goed om nu alvast te puzzelen op het Dunkelfaute-scenario. Ook als dat in 2025 toch nog niet aan de orde is. In 2030 zal al zo’n twee derde van alle elektriciteitsproductie uit zonnedaken en wind- en zonneparken komen. Vanaf 2030 is elektriciteit opwekken met steenkool bovendien verboden. Nog eens 4 jaar later sluit volgens huidige planning ook Nederlands enige kerncentrale. Uiterlijk in 2050 is ook gebruik van fossiel aardgas in gascentrales niet langer acceptabel.
Te zijner tijd zijn warmtepompen en elektrische auto’s vermoedelijk de norm en zijn waarschijnlijk ook vele energie-intensieve processen in de industrie geëlektrificeerd. Als we het dan inderdaad alleen van wind en zon moeten hebben dan is de leveringszekerheid voor zowel het traditionele elektriciteitsverbruik als alle nieuwe verbruikers wel degelijk in het geding.
Hoe zeldzamer en extremer hoe spannender natuurlijk
Gezien de – in potentie – grote impact van een Dunkelflaute is het belangrijk om in te schatten hoe reëel het is dat de elektriciteitssector toegroeit naar een situatie waarin windturbines en zonnepanelen echt de enig beschikbare bronnen zijn.
De suggestie in vele artikelen en studies met de Dunkelflaute in de hoofdrol is dat dan alleen in de winter echt een probleem ontstaat, en niet eens elke winter. Kortere perioden van weinig wind en zon lossen accu’s en vraagsturing wel op, zo is de teneur. In vele jaren zal het in de winter elke week toch wel een dag stevig waaien en best nog een middag zonnig zijn. Meerdere dagen achtereen vrieskou, waarin warmtepompen piekproducties moeten draaien, komt ook nauwelijks meer voor.
Het is pas echt spannend als het echt lang, echt koud, echt donker én echt windstil is, lijkt de boodschap. Vandaar misschien ook de Nederlandse omtaling van Dunkelflaute tot Elfstedenscenario. Afgezien van coronamaatregelen is er elk jaar kans op een Elfstedentocht. Toch komt het er bijna nooit van. De laatste Elfstedentocht is in 1997 verreden.
Stel je voor dat er al sinds 1997 noodcapaciteit stond te wachten op een koude donkere winter zonder wind. Noodcapaciteit die al 23 jaar in het geheel niet is aangesproken maar voor aanvang van elke volgende winter toch weer picobello in orde moest zijn.
Als we rekenen met 2 à 3 weken Dunkelflaute per 23 jaar dan heeft deze noodcapaciteit een benuttingsgraad van slechts 0,2%. Energieleveranciers zijn commerciële partijen. Het is voor hen echt niet interessant om naast alle wind- en zonneparken ook afroepbare productiecapaciteit achter de hand te houden die misschien maar eens in de 23 jaar nodig is.
De oplossing voor enkel het Elfstedenscenario is vrij eenvoudig
Als het Elfstedenscenario inderdaad de echte uitdaging is dan gaat de markt dit probleem niet oplossen. Als het Elfstedenscenario daadwerkelijk de uitdaging is dan is de oplossing echter toch simpel en tamelijk betaalbaar. Leveringszekerheid van elektriciteit is in het landsbelang. Als de markt die zekerheid niet biedt is de overheid aan zet.
Elke gascentrale die in de komende decennia niet meer rendabel te exploiteren is en wordt afgeschreven door de eigenaar kan de overheid dan overnemen, voor een prikkie. Aanhouden van een noodvoorraad groengas of waterstof voor 2 à 3 weken volle productie eens in de zoveel jaar is ook prima betaalbaar. Onderhouden van de overgenomen centrales en uiteindelijk vervangen zal wel kostbaar zijn maar zeker niet onbetaalbaar.
Energiezekerheid mag wat kosten. Het is duidelijk in het landsbelang. Vergelijkbaar met onderhoud aan en verhogen van dijken die misschien ook een hele generatie geen hoogwatergolf te verduren krijgen. Niet goedkoop, wel prima betaalbaar.
Helaas (of gelukkig?) schieten wind, zon en accu’s véél vaker tekort
Het Elfstedenscenario als richtsnoer voor duurzame leveringszekerheid is vrijwel zeker een te sterke versimpeling van de werkelijkheid. In werkelijkheid hoeft een periode van weinig wind en zon niet meerdere weken te duren om een probleem te vormen. Ook midden in een hittegolf met juist heel veel zon maar nauwelijks wind valt ’s nachts de elektriciteitsproductie weg.
Accu’s kunnen dat enkele nachten opvangen maar als vriezers en airco’s blijven loeien dan zal er overdag onvoldoende zonnestroom over zijn om die accu’s weer bij te laden voor de volgende nachten. Dan zal uiteindelijk een andere elektriciteitsbron moeten bijspringen, bijvoorbeeld een gascentrale op waterstof of biogas.
Zo zijn er elk jaar meerdere momenten denkbaar waarin afroepbare elektriciteitsproducenten kortstondig nodig zijn. Soms voor enkele uren, soms voor enkele dagen. Hoe dan ook onmisbaar.
Bij elkaar opgeteld gaat het misschien alsnog maar om 5% van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik maar 5% van heel veel elektriciteit kan voor marktpartijen toch de moeite van het produceren waard zijn.
Wat mag duurzame leveringszekerheid ons kosten in 2050?
Nederland heeft nu een goeie 15 gigawatt aan gascentrales in bedrijf. In 2019 wekten deze gascentrales samen ruim 70 miljard kilowattuur (kWh) op, zo’n 60% van de totale elektriciteitsproductie van ±120 miljard kWh. Bij een gemiddelde groothandelsprijs van ±4 ct/kWh komt dat neer op een inkomstensstroom van €2,8 mrd voor alle gascentrales samen.
De benuttingsgraad van de gemiddelde gascentrale is bij deze productie ±53%. Sommige centrales draaien meer en andere minder vollasturen.
In 2050 zal de productie van wind- en zonneparken op jaarbasis het Nederlandse jaarverbruik van elektriciteit vrijwel zeker overstijgen. Toch zal het ook dan voorkomen dat het momentaan onvoldoende waait en onvoldoende zonnig is om de actuele elektriciteitsvraag te dekken. Stel dat dat voor 5% van het jaargebruik geldt, voor het gemak uitgaande van hetzelfde jaargebruik als in 2019 en stel dat dat net als in 2019 zo’n 15 gigawatt aan afroepbaar vermogen nodig is om altijd in de elektriciteitsvraag te voorzien, bijvoorbeeld in de vorm van gascentrales op biogas of waterstof.
Deze 15 gigawatt aan duurzame gascentrales heeft dan met elkaar slechts 6 miljard kilowattuur aan jaarproductie te verdelen. Nog geen 10% van de productie in 2019 met hetzelfde vermogen. Stel nu dat deze gascentrales samen nog steeds €2,8 mrd per jaar moeten verdienen voor een rendabele exploitatie. Dan moet de verkoopprijs van elke kWh uit de duurzame gascentrales gemiddeld 47ct/kWh zijn, ruim tien keer de gemiddelde groothandelsprijs in 2019.
Voor de exploitant van de duurzame gascentrales is de business case zo waarschijnlijk wel rond te krijgen, ook omdat het volume duurzaam gas dat nodig is voor deze productie 90% kleiner is dan het volume aardgas dat nodig was voor de productie van 2019. Maar wat betekent het voor de kosten van de gebruiker? Dat lijkt ook goed meevallen. Als de gemiddelde prijs voor de overige 95% van de kilowatturen uit komt op de 4 ct/kWh uit 2019 dan is de gemiddelde elektriciteitsprijs voor al het gebruik ±6 ct/kWh. Een prijs die de afgelopen jaren regelmatig is voorgekomen en toen betaalbaar bleek.
Goed denkbaar is bovendien dat de prijs van wind- en zonnestroom nog wat verder daalt de komende 30 jaar. Omdat wind en zon 95% van de rekening bepalen kan de totale rekening voor hetzelfde gebruik als in 2019 in 2050 dus ook lager uitvallen. Ondanks de hoge kosten voor afroepbaar vermogen met een minieme benuttingsgraad..
Een Dunkelflaute op zijn tijd lijkt een feestje voor de exploitant
Als zowel de exploitanten van afroepbaar vermogen, de exploitanten van wind- en zonneparken en de elektriciteitsverbruikers kunnen leven met de hierboven genoemde elektriciteitsprijzen dan is een elektriciteitssysteem met vooral wind- en zonnestroom niet zo spannend als vaak voorgesteld. Dan springt afroepbaar vermogen tegen een hoge prijs bij als wind- en zonneparken gaten laten vallen. Deze hoge prijs per kWh compenseert de lage benuttingsgraad van krap 5%.
Aangenomen dat noodzakelijk afroepbaar vermogen in jaren zonder Dunkelflaute rendabel te exploiteren is medio deze eeuw, is de energiezekerheid in de jaren met een Dunkelflaute ook geregeld.
Een Dunkelflaute betekent voor het afroepbare vermogen – dat dan toch al paraat staat – simpelweg 2 à 3 weken vollast extra. Eens in de 23 jaar een benuttingsgraad van zeg 10% in plaats van 5% is een mooie meevaller in de exploitatie. De markt zal tenslotte juist die 2 à 3 weken bereid zijn om flink te betalen voor dit schaarse vermogen. De kleine kans op een echte dunkelflaute maakt het aanhouden van afroepbaar vermogen voor de exploitant zo dus juist lucratiever.
Voor afnemers die direct blootgesteld zijn aan de marktprijs – dus niet voor huishoudens – is het natuurlijk wel even slikken. Die zijn in een jaar met slechts 2 à 3 weken Dunkelflaute makkelijk anderhalf keer zoveel kwijt voor elektriciteit als in een jaar zonder Dunkelflaute. Niet leuk maar ook te overzien. Zeker als het bij eens in de 23 jaar blijft.
Tot slot: Natuurlijk vormt ook dit stuk van toch ruim 2.000 woorden ook weer een sterke versimpeling van de werkelijkheid. Er zijn vele aspecten die het bewaken van leveringszekerheid toch weer spannender maken dan ik hier veronderstel. Sommige daarvan ken ik en heb ik – om het niet nog verwarrender te maken – buiten dit stuk gelaten. Andere liggen misschien nog in mijn blinde vlek.
Aan de andere kant heb ik in dit stuk enkel naar oplossingen aan aanbodzijde gekeken. Als ook de vraagzijde meebeweegt in langdurige perioden van schaarste dan is leveringszekerheid tegen lagere kosten mogelijk. Daarbij neemt wel de complexiteit weer toe.
Met dit stuk heb ik eerst en vooral aannemelijk willen maken dat we ons voor 2025 nog niet te veel zorgen zouden hoeven maken, en dat we ons niet moeten blindstaren op drie weken windstilte in de winter. Als het (later) toch zover komt dat de Dunkelflaute daadwerkelijk een bedreiging vormt, hebben meerdere verantwoordelijke specialisten en politici verzaakt. Doemverhalen schetsen in de krant is hier niet stap 1. Als het echt zo spannend wordt dan is nationaliseren van gascentrales in het landsbelang altijd een optie.
Imagecredit: Edvard Munch
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Ontdek meer van WattisDuurzaam.nl
Abonneer je om de nieuwste berichten naar je e-mail te laten verzenden.
Goeie redenatie, Thijs.
Een paar aanvulingen: naast de gas- en kolencentrales is er natuurlijk ook nog heel wat decentraal opwegvermogen in de vorm van WKK’s, kleinere gasmotoren en aggregaten – waarbij je je natuurlijk wel moet afvragen onder welke condidities die afroepbaar zijn.
Daarnaast is het de vraag wanneer er substantieel brandstofcellen in Nederland staan opgesteld.
Terecht punt is de vraagsturing: vanaf welke stroomprijs gaan de industrie en andere sectoren serieus afschakelen? Maakt de busines case voor reservevermogen wel weer wat ingewikkelder…
Bedankt! Ik weet het niet zeker maar volgens mij zit het decentrale vermogen goeddeels al in het staatje van de KEV. Brandstofcellen zijn in aanschaf nog wel een tik duurder dan gasturbines/gasmotoren en ook weer niet extreem veel efficiënter. Bij lage benutting lijkt me dat ook een ingewikkelde businesscase. Als brandstofcellen in scheepvaart/luchtvaart een grote rol krijgen dan worden ze misschien ook voor elektriciteitsproductie concurrerender. En als datacentra of ziekenhuizen er vanuit hoge beschikbaarheidseisen voor kiezen om brandstofcellen onsite te plaatsen dan is het mogelijk interessant om een hoger vermogen op te stellen en ook op de markt mee te doen.
Weer een erg goed stuk om de onheilstokers van nrc een beetje in perspectief te plaatsen.
Ik heb wel een andere vraag: je schrijft:
“In 2050 zal de productie van wind- en zonneparken op jaarbasis het Nederlandse jaarverbruik van elektriciteit vrijwel zeker overstijgen.”
Dat lijkt me echt heel sterk. In 2050 zal de electriciteitsverbruik echt veel hoger liggen dan nu. Want alle warmtepompen en electrische auto’s zullen tegen die tijd fors mee gaan tellen. De meeste voorspellingen die ik gelezen heb vinden het onhaalbaar dat wij in ons kleine dichtbevolkte landje met hoge breedtegraad ooit geheel zelfvoorzienend gaan worden qua energie. Denk jij daarentegen dat dit juist wél in de lijn der verwachting ligt?
Goed punt. Zelfvoorzienend qua energie worden we vrijwel zeker niet, qua elektriciteit mogelijk wel. Elektrificeren van mobiliteit en warmte thuis valt met opwek binnen Nederland nog op te vangen. Als ook de industrie flink gaat elektrificeren dan is (netto) importeren van elektriciteit inderdaad onvermijdelijk. Of er moeten kerncentrales bijkomen.
Thijs,
Lekker makkelijk ! Je zegt wel dat zelfvoorzienendheid qua electriciteit mogelijk is, maar je onderbouwt niks.
Of komt dat nog ? Plannen zonder details zijn fantasieën.
Nationaal piek verwarmingsvermogen met gas is vele male groter dan piek electriciteitsvermogen en als het wel superkoud word gaan warmtepompen draaien onder COP=2.
Mogen we nog wel 5 volledige stroomnetten erbij bouwen voor het piekverbruik met de huidige manier van opbouw. Gedecentraliseerde opwekking met (waterstof)gas kan de kosten wat drukken, maar duur word het evengoed. Een waterstof nood aggregaat in elk transformatorhuis?
Thijs beweert dat in 2025 maar liefst 50% elektriciteit opgewekt wordt door zon en wind en doet er een linkje bij KEV2020. Mag ik er op wijzen dat daarin staat dat we in 2020 maar 14% en 2030 maar 27% op gaan wekken met zon en wind. Wat klopt er dan nog meer niet aan al die mooie berekeningen.
Figuur 5.4 in de KEV2020 gaat toch wel uit van ruim meer dan de helft van de elektriciteitsproductie uit zon en wind in 2030, volgens mij zelfs zo’n tweederde (bijna 100 TWh op een totaal van bijna 150 TWh in 2030), dus 50% rond 2025 is niet geheel ondenkbaar, zij het iets aan de optimistische kant. Waar haal jij die 27% vandaan?
Wat primaire energie betreft hebben we natuurlijk nog een iets langere weg te gaan, maar daar gaat het nu niet over.