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 2020 lag het (genormaliseerde) aandeel nog op ruim 18% (bron: CBS). 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. De toenemende variabiliteit vereist aanpassingen in de elektriciteitsvoorziening en flexibiliteit van het energiesysteem.

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.

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.

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 flexibele opwekking van elektriciteit zijn er vier belangrijke andere opties:

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

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.

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

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).

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 waarvoor 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.