Flexibiliteit van het energiesysteem

In de Klimaat- en EnergieVerkenning (KEV) van 2021 wordt geraamd dat wind en zon in 2030 bij voorgenomen beleid voor 68% van de Nederlandse elektriciteitsproductie verantwoordelijk zullen zijn. In de KEV-raming van 2022 (PDF) neemt het aandeel hernieuwbare elektriciteit bij vastgesteld en voorgenomen beleid toe naar 85 procent in 2030. Doordat de zon niet altijd schijnt en het niet altijd waait, zal het aanbod van elektriciteit variabel en minder eenvoudig regelbaar worden. Dit is anders dan bij elektriciteitsopwekking met gas- en kolencentrales, die hun productie kunnen aanpassen aan de vraag. Datzelfde geldt in wisselende mate voor CO₂-neutraal regelbaar vermogen zoals centrales die draaien op bio- of synthetische brandstoffen en kerncentrales. Daarnaast neemt de vraag naar elektriciteit toe. De vraag naar elektriciteit zal voor een deel ook op andere momenten plaatsvinden dan voorheen. De toenemende variabiliteit vereist aanpassingen in de elektriciteitsvoorziening en flexibiliteit van het energiesysteem . Klimaat- en Energieverkenning (KEV)

Als wind en zon gezamenlijk in het merendeel van de Nederlandse elektriciteitsproductie voorzien, dan is er een grote emissiereductie bereikt. Flexibiliteit in het energiesysteem is van groot belang voor de energietransitie, zodat deze hoeveelheid variabele elektriciteit nuttig kan worden ingezet. Geregeld wordt er gewezen op het belang van het op grote schaal opslaan van elektriciteit, bijvoorbeeld door er via elektrolyse waterstof van te maken. Die waterstof hoeft dan later niet weer in elektriciteit te worden omgezet, maar kan als grootschalige energieopslag bijvoorbeeld ook een belangrijke rol spelen bij het overbruggen van seizoensfluctuaties in de vraag naar verwarming. Dit is echter slechts één van de opties om met het variabele aanbod van elektriciteit om te gaan.

Door de toenemende elektrificatie en de groeiende inzet van hernieuwbare energiebronnen, vormt netcongestie een grote uitdaging voor het betrouwbaar en efficiënt leveren van elektriciteit aan consumenten en bedrijven. Het huidige elektriciteitssysteem is niet gebouwd op de grote groei en spreiding in opwek en afname. Er ontstaat risico op netcongestie als er te veel transportcapaciteit wordt gevraagd. In het ergste geval kan dit leiden tot stroomuitval. Om dit te voorkomen is op verschillende plaatsen in Nederland een tijdelijke stop gezet op nieuwe aansluitingen, wat vertraging in de energietransitie tot gevolg heeft.

Er zijn verschillende manieren om netcongestie te voorkomen. Netverzwaring lijkt wellicht de meest voor de hand liggende oplossing, maar kost veel tijd en is daardoor geen snelle oplossing. Door de elektriciteitsopwek en -afname dicht bij elkaar te laten plaatsvinden zijn er minder kabels nodig voor het transport van de elektriciteit van plaats A naar B. Een eenvoudig voorbeeld is dat een woning met zonnepanelen op het moment dat de zon schijnt de wasmachine en vaatwasser aanzetten. Zo wordt de opgewekte elektriciteit ter plaatse afgenomen en hoeft het niet verder het net op. Piekreductie is een andere manier om netcongestie te voorkomen. Dit kan door ervoor te zorgen dat elektrische auto’s in een straat niet allemaal tegelijk laden, of door batterijen te gebruiken. Daarnaast kun je ook koppelkansen tussen sectoren gebruiken op bedrijventerreinen: door bedrijven met aanvullende vraagprofielen bij elkaar te plaatsen, kan een stabieler profiel ontstaan met een beter verspreide vraag naar transportcapaciteit. Ook voor bedrijven is lokale opwek en afname van elektriciteit van belang om pieken te voorkomen. Lokale opslag kan helpen om de vraag en het aanbod beter op elkaar aan te laten sluiten. Energieopslag

Luister naar de podcast ‘Netcongestie uitgelegd’ voor meer toelichting over de oorzaken en oplossingen van netcongestie.

In het project GO-e is uitgebreid onderzoek gedaan naar de rol van flexibiliteit in de gebouwde omgeving om netcongestie te voorkomen.

In het Flexnetproject is er door TNO EnergieTransitie en diverse leden van de brancheorganisatie Netbeheer Nederland uitgebreid onderzoek gedaan naar hoe het beste kan worden omgegaan met de groeiende hoeveelheid variabel aanbod van elektriciteit. De meest efficiënte manier blijkt te zijn om het gehele elektriciteitssysteem flexibel te maken, ook wel systeemintegratie genoemd. Niet alleen het aanbod, maar ook de vraag zou variabel moeten worden. Dat kan door middel van vraagsturing of vraagrespons (in het Engels ‘demand side response’, zie ook Potentieel en de effecten van demand response (DR)), waarbij bijvoorbeeld een productieproces meer of minder elektriciteit gebruikt, afhankelijk van het aanbod. De rol van vraagsturing in het Nederlandse elektriciteitssysteem 2030-2050

Vanuit economisch oogpunt is het niet optimaal om flexibilisering met één oplossing aan te pakken; efficiënter is het inzetten op een combinatie van mogelijkheden (zie ook publicaties over Flexnet).

Naast een vraagsturing van elektriciteit zijn er vier belangrijke andere opties:

• elektriciteitsopslag
• im- en export
• flexibele opwekking
• curtailment van variabele hernieuwbare bronnen (‘kortwieken’, het voor een beperkte tijd minder dan de maximale capaciteit benutten van elektriciteit uit wind of zon).

Bij flexibele opwekking van elektriciteit of CO₂ vrij regelbaar vermogen worden nu voornamelijk drie opties besproken: biomassa-, groengas- en waterstof-centrales. Elke optie heeft voor- en nadelen die afgewogen moeten worden. Op dit moment zijn groengas en waterstof duur en beperkt beschikbaar, maar dat kan in de toekomst veranderen.

Curtailment blijkt op jaarbasis tot slechts enkele procenten verlies te leiden, omdat het niet zo vaak voorkomt dat windparken en zonnepanelen beide op vol vermogen produceren op een moment met te weinig vraag.

Een deel van het opvangen van het wisselend aanbod van elektriciteit uit wind en zon bestaat uit omzetting van elektriciteit in andere energiedragers. Daarnaast kunnen energietoepassingen die tot voor kort met fossiele brandstoffen werden ingevuld worden geëlektrificeerd, wat ook zorgt voor een grote reductie van broeikasgasemissies. Zo komt er een verbinding tussen elektriciteit en bijvoorbeeld transport en de warmtevoorziening. Deze integratie van verschillende energiedragers en sectoren in het energiesysteem is het technische deel van wat systeemintegratie wordt genoemd. Om tot een duurzaam, betaalbaar, betrouwbaar en veilig geïntegreerd energiesysteem te komen waar voldoende draagvlak voor is, zijn echter ook economische, juridische en sociale aspecten en de leefomgeving van groot belang. Die moeten dus ook worden meegenomen om in samenwerking van verschillende partijen te komen tot een succesvolle systeemintegratie.

In deze video van de Topsector Energie wordt systeemintegratie verder toegelicht.

Bekende opslagmogelijkheden voor elektriciteit zijn batterijen en waterstofproductie met elektrolyse. Batterijen zijn vanwege de prijs vooralsnog het meest geschikt voor kleinschalige opslag gedurende een periode in de orde van enkele uren of dagen. Het voordeel van waterstof is dat het geschikt is voor grootschalige opslag over een langere periode. Een nadeel van elektriciteitsopslag in de vorm van waterstof is dat er bij de elektrolyse en het later weer omzetten naar elektriciteit hoge verliezen optreden, wat overigens niet betekent dat dit geen nuttige toepassing kan zijn.

Waterstof kan echter voor een veel breder scala aan toepassingen worden ingezet waarbij minder verliezen optreden, onder andere voor de productie van duurzame moleculen die als grondstof voor de chemische industrie of als brandstof kunnen worden ingezet (zie ook de MIDDEN-database). Daardoor kan waterstofproductie met behulp van elektrolyse een belangrijke flexibiliteitsoptie zijn. In de technologiebeschrijving over waterstof wordt verder op de toepassingsmogelijkheden ingegaan. MIDDEN Waterstof

Lees meer over energieopslag op de themapagina. Energieopslag

Bij vraagsturing horen maatregelen om tijdelijk meer of minder elektriciteit af te nemen, en ook om het verbruik van elektriciteit in de tijd te verschuiven. Meer of minder afnemen is bijvoorbeeld een mogelijkheid in het geval van warmteproductie in de industrie, als daar op elk moment geschakeld kan worden tussen inzet van gas en elektriciteit. De elektriciteit wordt dan ingezet voor warmteproductie, “power-to-heat” (zie ook: Roadmap hybride Power-2-heat). Een andere mogelijkheid voor flexibele inzet van elektriciteit is power-to–chemicals, waarbij elektriciteit wordt gebruikt als energie die nodig is voor chemische reacties. Het verschuiven van verbruik kan bijvoorbeeld door een elektrische auto niet meteen na het inpluggen, maar pas op een moment met veel aanbod te laten beginnen met laden, waarbij de totale vraag wel hetzelfde blijft (zie ook: Impact elektrisch rijden op het electriciteitsnet). Roadmap opschaling hybride Power-2-Heat Impact elektrisch rijden op het elektriciteitsnet