‘De grootschalige inpassing van windenergie in onze elektriciteitsvoorziening is technisch prima mogelijk. Het bestaande elektriciteitssysteem kan de variaties in vraag en windaanbod ook in de toekomst op elk moment opvangen, zolang er gebruik wordt gemaakt van actuele windvoorspellingen. Verder hoeven er geen voorzieningen voor energieopslag te komen.’ Dit zijn de belangrijkste conclusies van mijn proefschrift, dat ik aan de TU Delft met succes heb verdedigd. Hieronder licht ik in tien minuten leestijd graag toe tot welke conclusies ik na vier jaar promotieonderzoek ben gekomen.

Windenergie

Onze samenleving draait op elektriciteit. De meeste elektriciteit is afkomstig van elektriciteitscentrales die kolen en aardgas gebruiken. Dit zijn betrouwbare en betaalbare brandstoffen, maar ze kennen ook nadelen. De voorraad fossiele brandstoffen is eindig en ongelijk verdeeld over de aarde. Daarnaast stoten conventionele centrales broeikasgassen uit. Er is dringend behoefte aan duurzame alternatieven, zoals windenergie. In de afgelopen jaren is windenergie een steeds belangrijker bron van duurzame energie geworden. Windturbines worden ook steeds groter, zoals Fig. 1 laat zien. Een grote windturbine op land levert inmiddels voldoende elektriciteit voor zo’n 3000 huishoudens (11 GWh/jaar), op zee is dat zo’n 5000 huishoudens (18 GWh/jaar). Vorig jaar stond windenergie op nummer één wat betreft de hoeveelheid nieuw geïnstalleerd vermogen in Europa, meer dan gas of kolen.

Fig. 1: De ontwikkeling van windturbines in de afgelopen 25 jaar.

Variabel en Onvoorspelbaar

De belangrijkste nadelen van windenergie als bron van elektriciteit zijn dat het soms wel en soms niet waait en dat je de wind niet perfect kunt voorspellen. Dit is lastig, want het aanbod van elektriciteit moet op elk moment precies gelijk zijn aan de vraag. Fig. 2 geeft een goed voorbeeld van de variaties van de Nederlandse elektriciteitsvraag per uur en per dag. Bestaande elektriciteitscentrales passen zich voortdurend aan aan de veranderingen van de elektriciteits-vraag, en vangen ook de onverwachte uitval van een centrale op. Op deze manier zorgen ze ervoor dat het aanbod altijd gelijk is aan de vraag. Windenergie is dus niet de enige bron van variaties en onvoorspelbaarheid, en ook elektriciteitscentrales kunnen plotseling uitvallen. Windenergie is dus in feite geen fundamenteel nieuwe uitdaging: waar het om gaat, is of de elektriciteitscentrales ook de gezamenlijke variaties van de vraag en de wind kunnen opvangen.

Fig. 2: De elektriciteitsvraag in Nederland in week 2, 2007.

1/3 Windstroom

In mijn proefschrift heb ik computersimulaties gemaakt van het Nederlandse elektriciteitssysteem, met verschillende hoeveelheden windvermogen. 12 GW, waarvan 8 GW op zee, levert voldoende stroom voor ongeveer een derde van de Nederlandse elektriciteitsvraag. Uit de simulaties blijkt dat de Nederlandse elektriciteitscentrales de variaties in de elektriciteitsvraag en windaanbod ook in de toekomst op elk moment kunnen opvangen. Er moet dan wel steeds gebruik worden gemaakt van de meest actuele windvoorspellingen: de inzet van de elektriciteitscentrales moet steeds opnieuw worden berekend met de laatste windvoorspelling. Het is dan mogelijk om voorspellingsfouten te verminderen en windenergie beter in te passen. Met windenergie komt er wel wat regelwerk bij voor de elektriciteitscentrales, maar die kunnen de variaties van de wind prima aan. Zelfs in een situatie van snel stijgende vraag, bijvoorbeeld op de maandagochtend, levert een storm of een plotselinge windstilte geen problemen op. Onze elektriciteitsvoorziening blijft dus betrouwbaar met grootschalig windvermogen.

Overschotten

De simulatieresultaten geven aan dat windenergie vraagt om een grotere flexibiliteit van de bestaande elektriciteitscentrales. Soms zijn er meer reserves nodig, maar veel vaker zullen de centrales juist hun productie moeten verlagen om ruimte te maken voor wind. In plaats van de vaakgehoorde vraag ‘Wat doen we als het niet waait?’ is de vraag ‘Waar laten we alle elektriciteit als het ’s nachts hard waait?’ veel relevanter. Vooral tijdens de nacht, wanneer de vraag naar elektriciteit laag is, zal gratis windenergie kolenstroom uit de markt gaan drukken. Lastig is alleen dat kolencentrales niet zomaar kunnen worden uitgezet. Een belangrijke oplossing hiervoor zit in internationale handel van elektriciteit, omdat het buitenland dit overschot vaak wel kan gebruiken. Verder is een verruiming van de ‘openingstijden’ van de internationale elektriciteitsmarkt gunstig voor windenergie. Momenteel bepalen de elektriciteitsbedrijven een dag van tevoren hoeveel elektriciteit ze in het buitenland gaan kopen of verkopen. Windenergie kan beter worden ingepast als het tijdsverschil tussen de handel en het maken van de windvoorspelling kleiner is.

Energie-Opslag Niet Nodig

Mijn onderzoek wijst verder uit dat er geen voorzieningen voor energieopslag hoeven te komen. Voor het technisch functioneren van de elektriciteitssysteem is zo’n extra buffer niet nodig, en met de enorme investeringskosten is het ook niet rendabel. De resultaten geven aan dat internationale elektriciteitshandel een veelbelovende en goedkopere oplossing is voor de inpassing van windenergie. Netbeheerder TenneT is inmiddels met de proeven gestart met een flexibelere internationale markt met Duitsland. Ook het flexibeler maken van bestaande elektriciteitscentrales is een betere oplossing. Het gebruik van warmteboilers zorgt bijvoorbeeld voor een flexibelere bedrijfsvoering van warmtekrachtcentrales, die daardoor ’s nachts ruimte kunnen maken voor wind. De inpassing van windenergie in het Nederlandse elektriciteitssysteem kan zorgen voor een vermindering van de productiekosten van 1,5 miljard euro per jaar en een afname van de CO2-uitstoot met 19 miljoen ton per jaar. Daar kunnen kolen en gas niet tegenop!

Fig. 3: Offshore wind park in Groot Britannië (© Siemens Wind Power).

Referenties

Bart Ummels. Power System Operation with Large-Scale Wind Power in Liberalised Environments. Proefschrift, Technische Universiteit Delft, 26 februari 2009, met Nederlandse samenvatting.

B.C. Ummels, M. Gibescu, E. Pelgrum, W.L. Kling, & A.J. Brand. Impacts of Wind Power on Thermal Generation Unit Commitment and Dispatch. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22(1):44–51, Maart 2007

B. C. Ummels, E. Pelgrum, and W.L. Kling, Integration of Large-Scale Wind Power and Use of Energy Storage in the Netherlands, IET Renewable Power Generation, 2(1):34–46, Maart 2008

B. C. Ummels, E. Pelgrum, M. Gibescu, and W. L. Kling, Comparison of Integration Solutions for Wind Power in the Netherlands, geaccepteerd voor IET Renewable Power Generation, 2009

Reacties

Als je vragen hebt, geef deze dan als comment op dit artikel. Ik zal mijn best doen om deze hieronder te beantwoorden.