Opslag duurzame energie blijkt onbetaalbare mythe

Aandeel wind- en zonnestroom is dus maximaal 25%

“Energieopslag is uiteraard noodzakelijk voor een groot aandeel duurzame energie, en moet dus nog even ontwikkeld worden!”
Zo wordt het regelmatig voorgesteld door allerlei duurzame deskundigen, en door organisaties en websites gericht op duurzame energie opslag.  Zo ook door Guy Verhofstadt in Buitenhof, wat mij al inspireerde tot een eerste oppervlakkige beschouwing over opslag en de EROEI daarvan. Maar ook Ed Nijpels, bewaker van het energieakkoord, liet deze “vanzelfsprekendheid ” argeloos vallen bij zijn presentatie op het Cogen congres op 28 november.

Tot mijn verbazing overigens, want deze suggestie stijgt niet uit boven het niveau van wensdromen. Deze experts hebben er blijkbaar zelfs niet eens een bierviltje aan berekeningen aan besteed.
Uit onderstaand artikel zal blijken dat opslag nooit een wezenlijke bijdrage kan leveren aan de vergroening van de elektriciteitsvoorziening, en dat die dus rond een duurzaam aandeel van 25% zal stranden op toenemende energieverliezen en een enorme kostenstijging.

Op 9 december is er een groots opgezette Business dag voor de zg. Cleantech industrie, met een apart dagprogramma voor energieopslag als businesscase. Dat wil ik uiteraard niet missen!
Ik beloof het u eerlijk op te zullen biechten als daaruit blijkt dat ik het helemaal mis heb!

Zelfs onderhoud allergoedkoopste energieopslag is nu al onrendabel
Onder de kop “Energiewende bringt Pumpspeicher in Nöte” kwam in augustus naar buiten dat de veruit goedkoopste vorm van energieopslag, waterkracht met oppompfacititeit (PHS) bij een groot hoogteverschil, in Duitsland in zwaar weer is geraakt. De opbrengsten zijn zover gedaald dat een reguliere opknapbeurt al niet eens meer rendabel is.

Dus: ook als de aankoop van de installaties en de bouw van de waterwerken al betaald zijn, is zelfs deze goedkoopste vorm van energieopslag niet eens meer rendabel.

De reden hiervoor is dat het verdienmodel van de pompgemalen gebaseerd is op een dagcyclus van goedkoop inkopen (’s nachts) en duur verkopen (overdag). Maar door de riante feed-in subsidie voor zonnestroom in Duitsland, hoeft die niets meer op te brengen waardoor de stroomprijs overdag flink gedrukt wordt. En door het afschakelen van de kerncentrales is de stroom ’s nachts niet altijd meer goedkoop in te kopen. Daar fietst tot slot de enorme en nog steeds groeiende windcapaciteit tijdens de winstgevende avonduren ook nog eens flink doorheen, waardoor ook dat verdienmoment aanzienlijk minder bijdraagt..
Resultaat: het einde van het verdienmodel voor de Duitse pomp-opslag.

Zo concurreert de duurzame stroom de opslagcapaciteit kapot die eigenlijk voor haar eigen groei onmisbaar is. En dit al in een zeer vroeg stadium: de zonnestroom in Duitsland is nog geen procent van het Duitse energiegebruik.

Prof. Dr. Hans-Werner Sinn: Energiewende ins nichts!
In een uitgebreid en indrukwekkend betoog brengt de vooraanstaande Duitse professor Sinn , zelf overtuigd van het gevaar van CO2 voor klimaatverandering, eigenlijk hetzelfde verhaal als ik: de energiewende is volstrekt onbetaalbaar en onhaalbaar, omdat energieopslag een illusie is. Hij komt via een totaal andere gedachtengang op ongeveer dezelfde uitkomst als onderstaand verhaal. Zeer de moeite waard!
En extra krachtig omdat het verhaal komt van een AGW aanhanger.
Let op: hij berekent de noodzakelijke opslag voor het bruikbaar maken van het huidige wind en zon aanbod. Dat is ongeveer 14% van de elektriciteitsproductie. Mijn berekeningen gaan over 100% wind en zon. Maar de uitkomsten zijn zeer vergelijkbaar.

Ook een uitgebreid onderzoek van Prof. Dr John Giling voor De Groene Rekenkamer komt tot een vergelijkbare conclusie.

De noodzaak van opslag
Europa, de regering en heel duurzaam Nederland wil op heel korte termijn (2023) naar 16% duurzame energie, doorpakkend naar 25% in 2030. Duitsland wil al in 2020 op 35% zitten. En allemaal willen we volgens het IPCC naar meer dan 80% in 2050. Aangezien kernenergie daarbij wordt uitgesloten, blijven wind en zon over, tot grote vreugde van de grasgroendenkers.

Nu kun je innoveren wat je wilt, maar de natuur beschijnt de zonnepanelen gemiddeld maar met 10% van het piekvermogen, en bewaait de windturbines maar met 24% (land) tot 36% (zee) van hun piekvermogen.
De zon is daarbij min of meer voorspelbaar sterk geconcentreerd rond het middaguur in de zomer, de wind vertoont een iets minder sterke voorkeur voor de winter, maar kampt met veel langere tussenpozen, in de orde van enige weken tussen periodes met veel wind.
Buiten de zomer kun je behoorlijk lange periodes flink te weinig van beiden hebben.
Gecombineerd met een flinke variatie in de vraag is een aandeel zonder opslag van 25% dus al aan de optimistische kant.

Wil je alle stroom met zon en wind opwekken, dan zul je dus moeten opslaan.
Zon vraagt op het eerste gezicht vooral een dagcyclus, maar moet ook een nazomer met weinig wind kunnen voorzien.
Wind moet uiteraard al periodes van windstille weken opvangen tijdens de winter zelf, maar ook een rustige lente kunnen voorzien.

Uit de geleverde groene stroom in Duitsland, met ongeveer 30 GW aan wind en 30 GW aan zon, is goed af te lezen hoeveel opslag er nodig zou zijn voor een volledig groene stroomvoorziening, en over welke periodes dat zou gaan.

Schatting van de vereiste lengte van de opslagcyclus
Kijk je naar mei 2011 dan is duidelijk dat je om op dagniveau te middelen al zeker 2/3 van de zonnestroom moet opslaan. De wind vraagt om 1 a 2 weken opslag. Zon overheerst de productie.

In de drie wintermaanden 2012-2013 is het al niet beter, en lijk je zelfs drie weken opslag van windenergie nodig te hebben. Zon is ver teruggevallen en heeft nog maar een marginale inbreng.
Voor onze 100% duurzame case moet je uiteraard de blauwe en gele productie in verhouding opblazen tot het rode vraagniveau.

Als je uitzoomt naar een heel jaar zie je dat je het met drie weken ook niet redt: november 2011 zit qua productie helemaal onder de lijn, terwijl de vraag piekt. De maanden ervoor dekken ongeveer de behoefte, dus november moet voorzien worden uit opslag van de zomermaanden daarvoor.

De opslagvraag in Nederland
Een redelijk betrouwbare en 100% duurzame stroomvoorziening vraagt dus (en nu gaan we echt even grof schatten) in de zomer vier maanden lang een dagelijkse opslagcapaciteit in de orde van een 2/3 van het daggebruik; daarbuiten van minstens een week stroomverbruik, met een opslagduur van gemiddeld 2 weken; en over een jaar bekeken moet er daarbovenop nog een opslag zijn van een halve maand verbruik, met een opslagduur van gemiddeld 3 maanden. Maak zelf rustig andere combinaties, ik acht dit een conservatieve schatting.

Nog ruwer geschat komt dit erop neer dat ’s zomers 2/3 van je stroom een dag is opgeslagen, en de rest van het jaar 1/4 van je stroom twee weken. Daar komt de seizoenopslag nog bij, met twee maal per jaar twee weken verbruik dat 3 maanden is opgeslagen.

Met deze getallen is je opslag ongeveer afgestemd op de vraag, maar daarmee is je duurzame stroomvoorziening nog lang niet 100% betrouwbaar: de windopbrengst varieert enorm per jaar en ook per seizoen. Maar de dus nog steeds noodzakelijke backup centrales zullen zelden hoeven te worden opgestart en in het totale stroomverbruik marginaal zijn.
Wil je ook geen backup-centrales meer dan moet je nog veel grotere opslagcapaciteit aanleggen die als het goed is nooit helemaal benut zal worden.

Laten we deze aanname eens op Nederland toepassen.
Nederland verbruikt 120.000 Gwu per jaar, dus 10.000 Gwu per maand, dus 2300 Gwu per week en 330Gwu per dag.

Berekening van de opslagkosten
Voor grootschalige opslag gaan we uit van pompopslag (Pumped Hydro Storage, PHS). Die is goedkoop, betrouwbaar en schoon, en levert dan ook 99% van alle opslag in de wereld. Hiervoor rekent men voor grote nieuwe projecten met €50.000 per GWu (= 5 cent per kWu) per dag opslag en een investering van ca €250 miljoen per GWu opslagcapaciteit, en €0,7 mrd per GW. Deze bedragen worden bevestigd door dit uitstekende artikel, waarbij ze door deskundige reageerders als zeer optimistisch worden bestempeld.

Uiteraard is er nog geen fractie van de benodigde opslag in Europa uit PHS te halen, daarvoor hebben we veel te weinig bergen en mogelijkheden voor stuwmeren. Maar al dat onderzoek naar betaalbare opslagmethodes zal bijna zeker geen substantieel goedkopere opslagtechnologie kunnen opleveren, dus voor ons onderzoek zijn dit getallen die als de meest optimistische schatting gebruikt mogen worden.

Uiteraard heb je verliezen bij het oppompen en weer omzetten in elektriciteit, bij PHS ongeveer 25%. Je hebt dus 1/0,75 = 1,33 maal zoveel stroom nodig om op te slaan dan eruit komt.

(Auto-) accu opslag
Opslag in accu’s wordt tegenwoordig veel gepropageerd, en ik overweeg ook een flinke reeks accu’s in mijn kruipruimte,  want ik wil mijn CV en laptop kunnen blijven gebruiken als de eerste langdurige blackout komt!
Maar voor de kosten daarvan vind je bedragen tussen de 10 (lood) en 35 (lithium) cent per kWu.
Ook in elektrische auto’s kost opslag 35 cent, want de accupacks hebben een  beperkt aantal laadcycli, dus de automobilist zal de slijtage ervan vergoed willen hebben als hij in het Smart Grid wordt opgenomen van overoptimistische professoren die parkeergarages promoten als de energiecentrales van de toekomst. Die lossen dus helemaal niets op.

Het sommetje
Benodigde basisopslagcapaciteit zomer: 2/3 x 330Gwu (zon) = 220 Gwu
Benodigde basisopslagcapaciteit rest van het jaar: 2300 Gwu
Seizoensopslagcapaciteit: 2 x 2300 Gwu = 4600 Gwu
Zomer is minder dan de rest dus de rest is maatgevend.
Totaal benodigd: 2300 + 4600 = 6900 Gwu
Benodigde investering: 6900 Gwu x €250 miljoen = €1.725 miljard, dat is €246.000 per gezin.

Hiervoor wordt dan alleen ons elektriciteitsgebruik, dus ca 1/3 van ons energiegebruik, verduurzaamd. En is er nog steeds een flinke fossiele backup capaciteit nodig, die maar hoogst zelden zal moeten draaien, maar wel bedrijfsklaar moet zijn.

Wat doet dit met de stroomprijs?
Afgeschreven over 20 jaar, over alle gebruikte stroom, zonder rente of winst, en zonder de kosten van de backupcentrales levert die €1.725 miljard €0.72 per kWu opslagkosten op. Dat is veel meer dan de 5 cent per kWu die één dag opslag kost, omdat de opslag bij duurzame energie veel langere cycli heeft.
Daar komen nog de opwekkosten bij, van voor wind gemiddeld €0,17 /kWu, en de verliezen bij de opslag, ruwweg 2/3 x 0.25 x €0,17= €0,03
De kosten per kWu zijn in dit duurzame systeem met goedkoopste opslag dus €0,92 per kWu.
Dat is 18 maal de huidige stroomprijs.

Duurzaam zonder fossiel
Als je helemaal geen backupcentrales wilt hebben en toch nooit black-outs wilt, moet je al gauw een marge van 20% variabiliteit in stroomproductie aanhouden. Om dan één slecht jaar op te vangen heb je 20% van 120.000 GWu opslag nodig, dat is 24.000 GWu.
Kosten 24.000 x €250 miljoen = €6.000 miljard, ofwel €850.000 per gezin. Met nog steeds een beperkte bescherming tegen black-outs.

Vermijden onrendabele opslag
De voor echte leveringszekerheid nodige opslagcapaciteit ligt ver boven de capaciteit waarop de €1.725 miljard berekend is. Maar die kan zoals gezegd eenvoudig door fossiele centrales worden verzorgd, omdat die maar hoogst zelden zal worden aangesproken en het aandeel fossiel marginaal zal blijven.
Door ook de seizoensopslag door fossiel te vervangen, haal je meteen bijna 2/3 van de kosten uit het plaatje. Maar die blijven dan nog steeds een ton per gezin, en dan zit je al weer meteen boven de 10% fossiel.
Bij verkleinen van de kortere termijn opslagcapaciteit ten gunste van backupcentrales vliegt je aandeel fossiel snel verder omhoog.

Kan opslag überhaupt helpen het duurzame aandeel boven de 25% te tillen?
Zoals we zagen kost de opslag ongeveer 5ct per kWu per dag, plus ca 25% opslagverliezen, dat is bij 17 cent per kWu opwekkosten ruim 4 cent.
Laten we er van uitgaan dat de opslag elke drie dagen mag leveren, dan kost die 15 cent per kWu.
(Dat is extreem optimistisch want uit de hierboven berekende €0,72 blijkt dat de opslagcyclus in het 99% duurzame model dat we gebruiken gemiddeld op 14 dagen uitkomt.)
Opwekken 17, plus opslag 15, plus verliezen 4 cent geeft 36 cent per kWu uit opslag.

Kost windenergie ruim driemaal zoveel als fossiele energie, dan kost opgeslagen windenergie maar liefst ruim zeven  maal zoveel.

Je kunt het ook anders bekijken: stel de opbrengst van je windstroom op 4,5 cent per kWu, de kosten 17 cent, dus je verlies is normaliter 12,5 cent. Dat wordt door de subsidies bijgelegd.
Als je overtollige windstroom niet opslaat maar de turbine stilzet, kost dat 17 cent per niet geleverde  kWu (dit zijn bijna volledig vaste kosten).
Maar als je hem opslaat en wel verkoopt, kost hij 36 cent, bij een opbrengst van 4,5 cent, dus loopt het verlies op tot 31,5 cent per kWu. En het verlies verandert amper als de kostprijs van de windstroom zou dalen.

Opslag maakt je verliezen dus bijna twee maal zo groot, in plaats van dat het “gratis” stroom verkoopbaar maakt.
Er is dus geen verdienmodel te verzinnen voor opslag voor een duurzaam energieaanbod, niet bij een hoog aandeel maar ook niet bij een laag aandeel.  Geen wonder dat de PHS in Duitsland failliet gaat.

Duurzame energie is niet op te slaan
Opslag blijkt dus alleen rendabel bij een groot kernenergieaandeel in een verder fossiele stroomproductie: ’s nachts bijna gratis inkopen, en overdag – elke dag, dat is het geheim! – in de avondpiek verkopen voor 6 cent. Bij een energievoorziening gebaseerd op wind en zon is zelfs de allergoedkoopste opslagtechnologie volstrekt onbetaalbaar. Nog afgezien van het aspect van de veel te lage EROEI waar ik al in mijn blog over Verhofstadt aan refereerde.

Het bovenstaande wordt bevestigd in dit zeer interessante artikel over alle vormen van opslag.

Een volledig duurzame elektriciteitsvoorziening is dus een illusie. Bij een aandeel van ca 25% houdt het wel zo ongeveer op. En dat is op het ogenblik ongeveer 8% van ons totale energiegebruik.

Dit is het vonnis en daar zult u het mee moeten doen!