Het inpassen van onvoorspelbare energiebronnen zoals wind en zon kost zó veel geld en energie, dat deze daardoor bijna nutteloos en sowieso onbetaalbaar worden. Vandaar dat dit aspect door de hele duurzame energiewereld volstrekt genegeerd wordt.

Wie er wel onderzoek naar doet, stuit op een muur van zwijgzaamheid over de daarbij noodzakelijke informatie.
Ook de overheid wenst blijkbaar niet te weten of de miljarden die ze uitgeeft aan wind en zon  wel goed besteed zijn, want ze laat er geen onderzoek naar doen, en zelfs de rekenkamer heeft dit heikele onderwerp voorzover ik weet tot nu toe ook volstrekt genegeerd.

Back-out, back-up or black-out?
U begrijpt dat ik blij was met eindelijk een rapport van een deskundig, onafhankelijk instituut als het Clingendael International Energy Programme (CIEP), precies over dit onderwerp: “Wind and Gas: Back-up or Back-out, That is the Question” ,  en een over dit rapport door de VVM georganiseerde bijeenkomst bij Clingendael in Den Haag, op 20 augustus aanstaande. U kunt zich nog opgeven.
Hans Labohm schreef er al eerder dit over.                                         

Vol verwachting begon ik aan het rapport, en werd aanvankelijk blij verrast: er worden een aantal feiten gepresenteerd die door de voorstanders van wind meestal onder tafel geveegd worden. Maar hoe verder ik kwam, hoe groter mijn teleurstelling werd. De schrijfster slaagt erin om werkelijk alle wezenlijke aspecten van het onderwerp van de studie buiten het rapport te houden. Dat werd dan wel netjes vermeld, zo werkt wetenschap, maar van een adviserend rapport aan een hele reeks ministeries en energiemaatschappijen mag je toch een evenwichtig totaalbeeld verwachten, zeker als er vérstrekkende conclusies aan verbonden worden.

CO2 prijs moet van €15 naar €170 per ton
Het rapport valt kort samen te vatten:

  • Wind capaciteit voegt amper betrouwbare energie toe aan het net (ca 12% van het nominale turbinevermogen, vgl 93% bij een gascentrale)
  • Er is geen duurzame back-up capaciteit voor wind mogelijk, dus moet er fossiel gebackupt worden
  • Alle windparken in Europa aan elkaar knopen maakt weinig verschil voor de grilligheid van het aanbod van windenergie: het aanbod verschilt te weinig
  • Wind bespaart nu erg weinig CO2 omdat het vooral gas vervangt
  • Pas als de CO2 prijs naar €170 per ton gaat zal wind op zee steenkool kunnen gaan verdringen en echt CO2 besparen

Het lijkt erop dat het rapport een beetje naar deze laatste conclusie toegeschreven is. Anders kan ik de bewust gekozen oogkleppen niet verklaren. Want wat staat er allemaal níet in het rapport?

  • Wat kost inpassing van veel wind, uitgedrukt in geld?
  • Wat kost inpassing van veel wind, uitgedrukt in energie?
  • Hoe wordt de korte termijn (<4 uur) variatie van wind opgevangen door de backup, en wat zijn daar de kosten en consequenties van?
  • Wat is de invloed van een groot aandeel van wind op de samenstelling van de totale elektriciteitsinfrastructuur?

(Deze vragen komen verderop in deze blog nog aan de orde)

De enige essentiële vraag bleef dus geheel onbeantwoord, namelijk:

  • “hoeveel daalt de efficiency van de gehele stroomvoorziening, en hoeveel stijgt de prijs van een gemiddelde kWu, door het invoeren van een substantieel deel windenergie?”

Het doel van het project was het onderzoeken van de invloed van windenergie op de CO2 uitstoot. Ik vind dat je zoets niet kunt doen zonder ook de kosten hiervan te vermelden, maar goed, dat is een keuze. Mijn laatste vier vragen zijn echter ook zeer bepalend voor de vermeende CO2 reductie door de windinpassing, en hadden dus wel degelijk in het rapport behandeld moeten worden.

Back-out effect als basis onder rapport
In het rapport wordt zwaar geleund op een economische redenering die in mijn ogen volstrekt faalt bij het beoordelen van de situatie. Daardoor verliezen de conclusies ook hun geldigheid.
Normaliter geldt bij het inzetten van energiebronnen het principe van de toenemende marginale kosten: je zet het eerst die bron in waarvan de variabele kosten het laagst zijn. Dan gebruik je het totale productieapparaat het meest economisch.

Het is duidelijk dat als je eerst met miljardensubsidies windparken bouwt, deze als het eens waait bijna zonder variabele kosten energie leveren, en dus de duurste andere bron afgeschakeld zal worden.

Volgens deze redenering vervangt wind gas, omdat dat de bron is met de hoogste variabele kosten. Dit leidt dan tot de conclusie dat wind pas invloed op het aandeel steenkool krijgt (en dus pas flink CO2 bespaart) als die steenkool duurder wordt dan gas door een CO2 prijs van €170 per ton.
Hierop is het hele rapport gebouwd.

Maar het bijschakelen van substantieel windvermogen verandert de situatie verregaand, waardoor deze redenering niet meer opgaat.

Basislast vs. variabel vermogen
De stroomvraag varieert dagelijks tussen ca 50% en 100%.
Hierop is onze elektriciteitsproductie ingesteld.

Elektriciteitsvraag Nederland (winter), 1 week

De basislast (de eerste 50%) produceer je met dure centrales die met hoog rendement continu stroom kunnen produceren, zoals (van goedkoop naar duur) kerncentrales, steenkool (45% rendement) en CCGT (complexe gascentrales met gas- en stoomturbine; 60% rendement).
Deze stroom is ondanks de grote investeringen goedkoop door het lage brandstofgebruik, zolang de centrales bijna continu op vollast kunnen draaien.

Het variabele deel produceer je met eenvoudige goedkope gascentrales die heel snel aan en uit kunnen, en ook op half vermogen kunnen draaien. Die hebben een rendement van 20 tot 45 %, afhankelijk van het type en de mate van deellast draaien. Hoewel de installaties goedkoper zijn, is deze stroom all-in duurder dan die uit de basislast door de lage efficiency.

Deze combinatie geeft ons samen een zo goedkoop mogelijke elektriciteit.

Wind vs de basislast
Wat gebeurt er nu als je bijvoorbeeld 5% wind toevoegt?
Omdat het maar 25% van de tijd waait,  moet je daarvoor een windvermogen opstellen van minstens 20% van de landelijke productiecapaciteit.
Die wind waait op onvoorspelbare momenten, dus vaak ook ’s nachts als de vraag op het niveau van de basislast zit. Op dat moment moet die windstroom ingepast  worden. Maar daar is de basislast productie helemaal niet op ingesteld. Dat geeft grote technische problemen, en maakt deze centrales minder rendabel. Bovenop de enorme kosten van de windparken zelf, krijgen we dus ook te maken met duurdere fossiele basislast energie.
Theoretisch zou dus door een 5% windaandeel 40% van de basislast centrales niet meer renderen en gesloten moeten worden.

Het rapport had zich dus niet blind moeten staren op het simplistische back-out effect, maar twee situaties tegenover elkaar moeten zetten: een stroomvoorziening zonder wind, en een stroomvoorziening waarbij basiscentrales worden gesloten en vervangen worden door een wind+gas combinatie. Want alleen gas kan snel op wind reageren en als back-up gebruikt worden.

Wat er in het rapport had moeten staan
Het eerste effect van het vervangen van basislast door wind+gas is dat, als het niet waait (75%  van de tijd), de back-up centrales de stroom moeten leveren. Die doen dat met een laag rendement.
Het is dus de grote vraag of die 75% laag rendement niet méér energie kost dan 100% van de tijd opwekking met hoog rendement, die plaats zou vinden wanneer er geen windvermogen opgesteld zou zijn.

Als het zo simpel zou zijn als ik hier stel, leidt  de opstelling van wind volgens een eenvoudig sommetje zelfs tot een toename van het fossiele energiegebruik.

Door het grillige windaanbod zullen de back-up centrales  vaak in deellast moeten draaien, wat niet alleen een lager rendement oplevert, maar ook méér vervuiling. Bij meer dan 30% terugregelen wordt deze uitstoot (met name NOx) bij CCGT centrales zelfs onacceptabel. Zodra de wind waait, stijgt dus ogenblikkelijk de luchtvervuiling.

Een goed rapport zou deze kwestie eens grondig uitgezocht hebben en er duidelijkheid over verschaft hebben. Maar in dit rapport lijkt er pas op het laatst, bij wijze van disclaimer, nog een paragraafje (6.5) aan vast geplakt te zijn waarin nader onderzoek hiernaar noodzakelijk genoemd wordt. Zou de schrijfster mijn blogjes over de economie van de duurzaamheid soms gelezen hebben toen ze al klaar was? En toen pas beseft hebben waar ze eigenlijk onderzoek naar had moeten doen?

Een belangrijke consequentie van het vervangen van basislast door wind+gas is dat de combinatie in deze situatie wel degelijk steenkool vervangt, onafhankelijk van de CO2 prijs. In de basislast heb je immers liever het iets duurdere CCGT, dat sneller kan opstarten en op- en af regelen dan steenkool centrales, waardoor het aandeel van de zeer inefficiënte en nog véél duurdere snelle back-up centrales teruggedrongen kan worden.
Er blijft dus niets van de hoofdconclusie van het rapport over.

Gloednieuwe Enecogen 870 MW CCGT centrale op de Maasvlakte (59% eff.)

Ik kom nu terug op de genoemde omissies in het rapport, en behandel nog een tweetal losstaande pijnpuntjes.

Wat kost inpassing van wind, uitgedrukt in geld?
Hoewel er nadrukkelijk en veel te slordig met een economisch principe wordt geschermd in het rapport, wordt het kostenaspect verder geheel buiten beschouwing gelaten. Als je zonder voorbehoud pleit voor het verhogen van de CO2 prijs van €15 naar €170 om wind rendabel te maken, veroorzaak je een dramatische stijging van stroomprijs, en pleeg je dus een enorme aanval op het welvaartsniveau van de Nederlanders.

Wat kost inpassing van wind, uitgedrukt in energie?
Dat is dus de grote hamvraag. Er staat in appendix A eindelijk informatie over de dalende rendementen van de verschillende centrales bij terugregelen. Die zijn overigens gunstiger dan wat mij informeel is meegedeeld.
Deze informatie had gebruikt kunnen worden bij het onderzoek, dat men noodzakelijk vindt, maar toch achterwege gelaten heeft….

Hoe wordt de korte termijn (<4 uur) variatie van wind opgevangen door de back-up, en wat zijn daar de kosten en consequenties van?
Het rapport maakt onderscheid tussen de lange en korte termijn (<4 uur) back-up. Vervolgens stelt men dat men die korte termijn niet behandelt. Hallo? Moeten we het dan maar even een paar uur zonder licht doen? Die korte termijn opvang is juist het moeilijkste probleem!
Omdat wind zeer abrupt kan wegvallen, heb je een even groot vermogen als er aan wind staat nodig in stand-by stand, klaar om ogenblikkelijk bij te springen. Het zou ridicuul zijn om daarvoor naast de langere termijn back-up nóg eens aparte installaties te bouwen. Kortom: je snelle back-up is ook je langere termijn back-up. En die moet dus razendsnel opschakelbaar zijn. Daarvoor zijn alleen centrales met laag rendement geschikt.
Dat is juist de kern van het probleem!

De suggestie in het rapport dat de CCGT centrales als back-up gebruikt kunnen worden is dan ook onjuist.

Wat is de invloed van een groot windaandeel op de samenstelling van de totale elektriciteitsinfrastructuur?
Heel simpel: bij een windaandeel in de stroomvoorziening van 25%, en een windprofiel waarbij het 25% van de tijd waait, moeten alle basiscentrales gesloten worden, en hebben we alleen nog maar windturbines met back-up centrales.
Immers, 25% aandeel krijg je alleen bij een windvermogen dat zo groot is dat het als het waait, alle stroom door de wind geleverd wordt. En zelfs dan haal je het 25% windaandeel niet, want het zal regelmatig ’s nachts waaien, en dan kun je je stroom nergens kwijt.

Dit betekent een dramatische omwenteling in onze elektriciteitsinfrastructuur. Het is in mijn ogen onbegrijpelijk dat de overheid beweert een dergelijk windaandeel op korte termijn na te streven, zonder zich ook maar iets gelegen te laten liggen aan de enorme consequenties ervan.

Meten is weten: het Bentek rapport
Hoewel het Clingendael rapport over de toekomst gaat, waarin een groot windaandeel leidt tot een andere samenstelling van de elektriciteitsinfrastructuur, gaat het rapport hieraan voorbij. Men bekijkt de invloed van de invoeging van wind bij het huidige aanbod.
Dat maakt het mogelijk om de uitkomsten te vergelijken met metingen. Er worden namelijk regelmatig zeer grote windparken aan het net gekoppeld. Je kunt dus zeer nauwkeurig meten wat er dan met de CO2 en NOx uitstoot van de andere centrales gebeurt.

In Colorado is dat gedaan en uitgebreid gedocumenteerd in het Bentek rapport. Hierin wordt aangetoond dat de ingebruikname van het enorme windpark niet tot een meetbare afname van de CO2 productie heeft geleid, en wel tot een toename van o.a.  de NOx uitstoot.
Dat zegt meer dan het hele Clingendael rapport.

Capacity Credit is iets anders dan back-up behoefte
Veel aandacht wordt in het rapport verspild aan het begrip Capacity Credit: het percentage van het geplaatste vermogen dat bij het netbeheer gezien kan worden als de inzetbaarheid. Vanwege onderhoud ligt elke centrale wel eens stil, dus kun je zijn vermogen niet voor 100% bij het beschikbare vermogen van je net op tellen, maar bv. 90 tot 95%. Bij wind kom je dan uit op maar 5 tot 20%.
Het rapport verwart dit getal met de back-up behoefte en rekent daar rustig verder mee. Terwijl de back-up behoefte uiteraard gewoon keihard 100% is. Iets wat dan vreemd genoeg een paar hoofdstukken verder weer ronduit wordt toegegeven.

CCS kosten uiterst dubieus
Het was mij een doorn in het oog dat ook in de berekeningen in dit rapport weer telkens de gas- en steenkoolcentrales zijn opgenomen mét en zonder CCS (CO2 opslag).
Dit is een dwaas maar al jaren voortdurend modeverschijnsel.
Waarom zet je er dan niet ook al kernfusie bij?
Er is nog niet één centrale waar de CO2 bij afgevangen wordt. Je kunt deze installaties niet kopen, en als dat wel mogelijk zou zijn, zouden ze groter en duurder zijn dan de centrale zelf.

Voor het rendementsverlies wordt voor het gemak 20% aangehouden, maar ook dat is fraaie fictie.
Als je echt een hoog percentage van de CO2 wilt afvangen, comprimeren, transporteren naar een oud gasveld in de Noordzee, en het daarin wilt pompen, zit je al gauw op de 33% rendementsverlies. Dat houdt in dat je 50% meer brandstof nodig hebt om dezelfde hoeveelheid stroom op te wekken. Het variabele deel van de CCS stroom is dus al 50% duurder.

Maar voor elke twee centrales heb je een derde nodig vanwege het rendementsverlies. En die zijn dan alle drie minstens twee keer zo duur vanwege de CCS installaties en pijpleidingen. Je investeringen zijn dus zeker 3x zo hoog.

Hoe kan men dan in het rapport op een kostprijsstijging van de stroom door CCS uitkomen van maar ca 20%? Dat moet ergens tussen de 50 en 100% zitten.
Het lijkt erop dat de gebruikte informatiebronnen niet echt kritisch en met inzicht zijn bekeken.
Van een prestigieus instituut als Clingendael International Energy Programme verwacht je nu juist dat ze vanuit hun eigen know-how dit soort fouten zouden weten te vermijden

“Why is wind power so expensive?”
An economic analysis by prof. Gordon Hughes
Dit zojuist gepubliceerde rapport behandelt uitgebreid de in deze blog aangekaarte problematiek, en komt met een inschatting van de werkelijke kosten en CO2 reductie als gevolg van het vergroten van het windaandeel in de Engelse stroomvoorziening.

De conclusies liegen er niet om:

  • Het is zeer de vraag of er door de aankoppeling van windparken überhaupt fossiele brandstof bespaard wordt, en of er CO2 uitstoot door gereduceerd wordt.
  • In het gunstigste geval kost die CO2 dan €340 per gereduceerde ton.
  • De huidige reductiedoelstellingen van de Engelse regering zouden de bevolking dan op €100 miljard per jaar komen te staan, 4,4% van het BNP, dat is meer dan €6.000 per gezin per jaar.
  • De voorgenomen duurzame opwekking in 2020 gaat de elektriciteitsprijzen in de UK met 40% tot 60% omhoog jagen.

Hiermee is in ieder geval één van de twee belangrijkste vragen beantwoord die in het Clingendael rapport niet gesteld werden…

Hoe alarmistisch is het Clingendael International Energy Programme?
De oppervlakkigheid van het rapport, de foutjes, en de dwaze conclusie over de CO2 prijs lijken een stevige uitglijer van het gerenommeerde instituut. Ik vroeg me af of dat toeval was.

De schrijfster van het rapport, Nora Méray, is een natuurkundige, waar ik geen andere publicaties van vond, op een vervolg op dit rapport na.
(Daarin toont ze trouwens aan dat ook vraagsturing geen oplossing is voor het probleem van de inpassing van een groot windaandeel…). Ze lijkt me, ook  gezien haar cv,  geen rabiate alarmist of duurzaamheidsfanatica.

Haar baas, Coby van der Linde, directeur van het CIEP, is een degelijke olieprofessor die over het algemeen zinnige dingen zegt.
Het is wel opvallend dat ze daarbij toch gewoon uitgaat van de noodzaak van decarbonisatie, alsof dit een gegeven is. Maar met de onderstaande lijst van sponsoren kun je moeilijk anders: helaas is deze misvatting dermate wijd verbreid dat je alleen maar problemen oproept als je er te openlijk afstand van neemt. En het Clingendael is nu eenmaal geen climate  research centrum.

De grootste “verdachte” in deze plot is de onderdirecteur van de club, Lucia van Geuns.
Ook zij is een oerdegelijke olie-expert met een indrukwekkende staat van dienst op dit gebied.
Maar toch vond ik de volgende omschrijving:
“She co-ordinates the research theme ‘Towards a low-carbon energy sector’ with particular attention to transition issues. She is member of the board of the World Energy Council Netherlands (WEC NL) and member of the Earth and Lifesciences Council (RAL) of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (KNAW).”

Kijk, daar tekent zich een duidelijk beeld af. Low-carbon, transition issues…
En het moge duidelijk zijn dat de affiliatie met de KNAW tegenwoordig helaas ook bepaald geen aanwijzing voor een objectieve opstelling meer betekent

Is het rapport dus wellicht niet zomaar een uitglijer, maar symptomatisch voor het afglijden naar zinloos alarmisme van alweer een vooraanstaand instituut?
Ik stel mijn oordeel nog even uit, de bijeenkomst op Clingendael zal hierover meer duidelijkheid moeten verschaffen.

Ik houd u uiteraard op de hoogte!

The Clingendael International Energy Programme is endorsed by the Dutch Ministry of Economic Affairs, Agriculture and Innovation, the Dutch Ministry of Foreign Affairs, the Dutch Ministry of Infrastructure and the Environment, BP, Delta, Electrabel GDF-Suez, Eneco, Energie Beheer Nederland, Essent, Esso Nederland, GasTerra, Gasunie, ING, NAM, NUON, TenneT, Oranje-Nassau Groep, Port of Rotterdam, RWE, Shell Nederland, Total E&P Nederland, Vopak Oil Europe Middle East and Wintershall.

Print Friendly, PDF & Email