Technologie en energiesysteem

Voor het halen van de klimaatdoelen is een ingrijpende wijziging van het energiesysteem nodig. Bij het begrip energiesysteem zal de eerste gedachte vaak uitgaan naar technologie, maar het omvat meer. Winning, opslag, omzetting, transport en verbruik zijn onderling gekoppeld en maken deel uit van het fysieke energiesysteem. Daarnaast horen het marktdomein en het systeemdomein, dat onder andere beleid en toezicht omvat, bij een bredere definitie van het energiesysteem. Hier richten we ons op de fysieke aspecten van het energiesysteem. De energiemarkt en het energiebeleid komen aan bod in de perspectieven Mens en economie en Beleid en scenario’s. De grootste opgave voor het halen van de klimaatdoelen is het realiseren van een emissievrije energievoorziening. Daar zijn grote veranderingen van het energiesysteem en nieuwe technologie voor nodig, zoals te zien is aan de aandelen van de energiedragers in de huidige energiehuishouding, die nu nog gedomineerd wordt door fossiel (zie ook het diagram Energiestromen in Nederland). Mens en economie Beleid en scenario’s

Alle energiebronnen zullen emissievrij moeten worden, of de emissies ervan moeten gecompenseerd worden door bijvoorbeeld CO2-afvang en -opslag (CCS) of herbebossing. Dat vergt omvangrijke investeringen, ook in infrastructuur. Doordat een groot deel van de toekomstige energievoorziening in Nederland naar verwachting afkomstig zal zijn van de variabele energiebronnen wind en zon, is er een grote mate van flexibiliteit nodig. Hoe groot de benodigde investeringen in nieuwe energiebronnen en flexibiliteitsopties zullen zijn, hangt af van het toekomstig energiegebruik. CO₂-opslag en -hergebruik

Een emissievrij energiesysteem met de noodzakelijk flexibiliteit kan worden bereikt door een combinatie van technologische oplossingen. Van de hernieuwbare energiebronnen in Nederland hebben windenergie, bio-energie, zonne-energie, geothermie en omgevingswarmte het grootste potentieel. Vooral bij biomassa spelen duurzaamheidsaspecten een belangrijke rol, en lijkt het noodzakelijk dat de al bestaande strenge Nederlandse duurzaamheidseisen in stand blijven. Daarnaast kan CCS de emissies afvangen van de fossiele energie die nog wordt gebruikt totdat een volledig emissievrije energievoorziening is bereikt. Daarbij is het van belang dat CCS niet in plaats van maatregelen voor het reduceren van de inzet van fossiele brandstoffen gebruikt wordt en die maatregelen niet vertragen. Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) voorziet daarnaast een belangrijke rol voor CCS bij het realiseren van negatieve emissies door de CO2-uitstoot door verbranding van bio-energie af te vangen en op te slaan. Met negatieve emissies wordt CO2 aan de atmosfeer onttrokken en de broeikasgasconcentratie verlaagd. Daarnaast kan kernenergie een rol spelen. In de technologiematrix onderaan deze pagina is per techniek meer informatie beschikbaar.

Een emissievrije energievoorziening moet aan de energievraag kunnen voldoen, waarbij het aandeel van elektriciteit in de energiemix tegen 2050 met een factor 2 tot 3 zal zijn toegenomen tot ongeveer de helft van het finaal energiegebruik . Een groot deel van de elektriciteit zal afkomstig zijn van de variabele bronnen zon en wind. Technische oplossingen zijn nodig om de sterk wisselende productie van variabele bronnen op te vangen. De benodigde flexibiliteit kan worden bereikt door een combinatie van: Flexibiliteit van het energiesysteem

• CO2-vrij regelbaar vermogen
• netverzwaring
• energie-opslag
• curtailment (het incidenteel afschakelen van wind- en zonneparken als de elektriciteit niet meer kan worden afgevoerd of opgeslagen)
• import en export
• vraagsturing (demand side response)

Om variabele hernieuwbare elektriciteit rendabel te maken, is het voor producenten van belang dat vraag en aanbod van elektriciteit zoveel mogelijk gelijk opgaan. Elektrificatie levert overigens veel energiebesparing op: bij elektriciteitsopwekking door een besparing op primaire energie omdat omzettingsverliezen in centrales worden vermeden; bij warmtepompen wordt bespaard op finaal verbruik doordat van omgevingswarmte gebruik wordt gemaakt en bij elektrische auto’s doordat elektromotoren een veel hoger rendement hebben dan verbrandingsmotoren. Bij de inzet van al deze oplossingen zal de benodigde elektriciteitstransportcapaciteit sterk moeten worden vergroot om de grotere hoeveelheden opgewekte elektriciteit te kunnen transporteren, maar vooral ook om de piekmomenten in de variabele elektriciteitsproductie op te kunnen vangen.

De mogelijkheid tot import betekent dat niet alle hernieuwbare energie in Nederland zelf hoeft te worden geproduceerd. Hetzelfde geldt overigens voor de EU en de RES-regio’s. Verder zullen er, naast de helft van het verbruik die uit elektriciteit zal bestaan, ook gasvormige, vloeibare en/of vaste energiedragers nodig blijven, zoals biogas, waterstof en op waterstof gebaseerde synthetische energiedragers. Het ligt daarbij voor de hand dat een groot deel van de groene waterstof buiten de EU zal worden geproduceerd door elektrolyse, omdat in die landen meer zonlicht beschikbaar is en de productiekosten daardoor lager zijn. Nederland heeft met de havens van Rotterdam en Amsterdam die grote hoeveelheden kolen, olie en gas importeren een goede uitgangspositie om geleidelijk over te schakelen op de import van groene waterstof en andere gasvormige, vloeibare of vaste hernieuwbare energiedragers. Die groene waterstof zou de nu al op grote schaal toegepaste waterstof in de petrochemische industrie meteen kunnen vervangen. De omvang van de energie-import raakt wel aan de leveringszekerheid. De afweging tussen de omvang van zekerder en in bepaalde gevallen duurdere energieproductie in eigen land en afhankelijkheid van import is iets waar de politiek bij het opstellen van beleid rekening mee zal moeten houden.

Hoe het energiesysteem eruit komt te zien hangt af van de energievraag en het draagvlak voor verschillende technische mogelijkheden. Hoeveel en welke technische oplossingen er nodig zullen zijn, is afhankelijk van de grootte van de totale energievraag. Die vraag kan kleiner worden door het verminderen van energie verbruikende activiteiten, door verschuiving van die activiteiten naar zuiniger varianten en door efficiëntieverbetering. Dit geldt voor zowel huishoudens als voor bedrijven. Of energieverbruiksvermindering een bijdrage gaat leveren door vermindering of verandering van activiteiten is afhankelijk van het draagvlak voor leefstijlverandering. Hier wordt verder op ingegaan in het perspectief mens en economie.  Mens en economie

Draagvlak is ook bepalend voor de hoeveelheid emissiebeperkende alternatieven die kunnen worden ingezet. Denk daarbij aan hernieuwbare energie, CCS en kernenergie. Of het bedrijfsleven zal inzetten op duurzame productiemethoden zal afhangen van de rentabiliteit van de investeringen. Die hangen op hun beurt weer af van de belasting op energie en CO2, subsidies en een gelijke concurrentiepositie met bedrijven in andere landen binnen en buiten de EU, oftewel het gevoerde beleid. Kosten van nieuwe CO2-vrije energietechnieken zijn normaal gesproken een afnemend probleem bij opschaling van de productie, omdat die door schaaleffecten steeds goedkoper worden. Een overzicht van verduurzamingsopties voor vele verschillende industriële sectoren is te vinden bij het MIDDEN-project. MIDDEN

Technologie kan helpen met energiebesparing, emissie-arme energie, oplossingen voor wisselende vraag en aanbod en ook bij ondersteuning van gedragsverandering. Sectorkoppeling en systeemintegratie kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan het bereiken van de emissiedoelen. Het gaat hierbij om de uitwisseling tussen de voorheen gescheiden energiedragers (brandstoffen, elektriciteit en warmte). Zo kan energie in de vorm van warmte die ontstaat bij productie in de industrie en die anders verloren zou gaan, worden teruggewonnen en nuttig worden ingezet. Op die manier wordt energie bespaard. 

Meer in het algemeen is het duidelijk dat technologie nodig is voor energiebesparing: isolatie van gebouwen, zuiniger verwarmingsketels, zuiniger elektrische apparaten, vervoermiddelen en lampen. In de industrie leidt efficiëntieverbetering van productieprocessen tot energiebesparing en dus minder verbruik en minder kosten. Technologie heeft alle bestaande mogelijkheden voor CO2-vrije energie opgeleverd. Voor energiebesparing en het verlagen van de CO2-emissie blijft technologie dus cruciaal. 

Daarnaast kan technologische innovatie mensen helpen om hun gedrag te veranderen. Zo is door snelle internetverbindingen thuiswerken voor vele mensen probleemloos mogelijk en wordt woon-werkverkeer voorkomen. Een deel van het woon-werkverkeer is van de auto verschoven naar de elektrische fiets en daardoor wordt dezelfde afstand op een veel zuiniger manier afgelegd. Vlees- en zuivelvervangers maken een verschuiving mogelijk van dierlijke naar vegetarische alternatieven die veel minder broeikasgasemissies veroorzaken. Technologie kan dus een bijdrage leveren aan het verminderen van de emissie van broeikasgassen bij alle achterliggende ontwikkelingen.