Een energiesysteem met 100 procent hernieuwbare elektriciteit uit zon en wind, met energieopslag. Er zijn onderzoekers die denken dat kosteneffectief kan voor 2030. Hiervoor zouden overheid en netbeheerders wel uit moeten gaan van overdimensionering, in plaats van een optimaal gedimensioneerd elektriciteitssysteem. Ook voor Nederland biedt deze gedachte mogelijkheden.

In Rethinking Energy 2020-2030: 100% Solar, Wind, and Batteries is Just the Beginning schetsen onderzoekers van de onafhankelijke denktank RethinkX hoe een energiesysteem eruit zou zien met 100 procent hernieuwbare energie uit zon en wind, aangevuld met batterijopslag. Ook kijken ze hoe dit systeem bereikt kan worden.

Het doel van RethinkX is om wereldwijd een gesprek op gang te brengen over de bedreigingen en kansen van abrupte transities door middel van technologie. Dat is ook terug te zien in dit onderzoek vindt Steven Heshusius, hoofdonderzoeker van Dutch New Energy Research.

“Het onderzoek schetst een mogelijk energiesysteem dat erg afwijkt van het huidige systeem omdat het volledig decentraal geregeld wordt. Met behulp van simulaties laten zij zien dat een dergelijk systeem in elk geval zou kunnen werken als stabiele elektriciteitsvoorziening. Bepaalde aannames in de analyses sluiten niet aan bij de werkelijkheid en zouden moeten worden omgebouwd. Maar dat is bewust gedaan, zo’n onderzoek laat vooral zien dat het ook anders kan.”

Een energiesysteem op basis van 100 procent zonne- en windenergie en batterijopslag was volgens eerdere analyses geen optie omdat het te duur zou zijn of omdat er geen ruimte voor zou zijn. De onderzoekers signaleren echter een kostendaling van meer dan 80 procent van zonnepanelen en batterijsystemen tot en met 2020 en verwachten dit decennium een verdere daling.

De meeste scenario’s gaan uit van een optimaal gedimensioneerde systeem, met waterstof en flexibiliteit door opslag en, of import van elektriciteit die voor de balans zorgen. De onderzoekers laten aan de hand van de Clean Energy U-Curve zien dat een overgedimensioneerd systeem een beter scenario zou kunnen zijn.

Hierdoor zou er een overschot aan hernieuwbare energie ontstaan dat tegen marginale kosten kan worden geproduceerd. Dit overschot noemen de onderzoekers Super Power.

De Clean Energy U-Curve van New England
De Clean Energy U-Curve geeft de meest kosteneffectieve balans aan om met zonne- en windenergie en batterijopslag het hele energiesysteem te kunnen voorzien. De curve wordt zo genoemd vanwege de u-vorm die hij aanneemt in de grafiek.

Hoe die u-vorm eruitziet hangt met name van de locatie af omdat dat bepaalt wat de juiste verhouding is tussen zonne- en windenergie. De onderzoekers gebruiken drie casussen: Californië (veel zonuren), Texas (veel zon- en winduren) en New England (weinig zon- en iets meer winduren).

In New England is 1.232 gigawattuur (of 89 uur) aan beschikbare energieopslag voldoende om uit te kunnen met alleen zonne- en windenergie. Hiervoor is het nodig om de opwekcapaciteit 4,4 keer over te dimensioneren ten opzichte van de maximale piek elektriciteitsvraag in 2020.

Met een totale capaciteit van 87 gigawatt aan zonnepanelen, 27 gigawatt aan windturbines en de genoemde 1.232 gigawattuur energieopslag zou New England uit kunnen. Dit zou een totale systeeminvestering vragen van 91 miljard dollar, waarmee de staat een jaarlijks energieoverschot heeft van 61 terawattuur.

Door de investeringen met 20 procent te verhogen naar 109 miljard dollar kan de opwekcapaciteit meer dan 8 keer worden overgedimensioneerd, zou 43 uur energieopslag voldoende zijn en ontstaat er een energieoverschot van 189 terawattuur per jaar. Wanneer dit energieoverschot – of Super Power – maximaal gebruikt kan worden, kan de energieprijs dalen tot 2,8 dollarcent per kilowattuur.

“Dit soort onderzoeken maken de potentie van hernieuwbare energie en een geëlektrificeerde samenleving duidelijk en voorstelbaar. Dat is belangrijk, want dit zijn voordelen die het grote publiek vaak nog niet ziet”, aldus Heshusius.

Nederland kiest voor het pad van de geleidelijkheid
De onderzoekers stellen dat het principe van 100 procent hernieuwbare energie uit zonne- en windenergie met energieopslag “fysiek en economisch betaalbaar” is door de hele continentale Verenigde Staten en “de overgrote meerderheid” van bewoonde regio's wereldwijd tegen 2030.

Daarnaast is de situatie in New England volgens hun vergelijkbaar met onder andere Noord-Europa. En dus ook met Nederland, ziet Heshusius. “Dat zou betekenen dat Nederland grofweg 100 uur opslag van de gemiddelde elektriciteitsvraag nodig heeft om kosteneffectief 100 procent van de jaarlijkse vraag te kunnen dekken met hernieuwbare productie.”

Maar hij ziet ook nog wel wat haken en ogen aan het onderzoek. “Het gebruik van een simulatiemodel op systeemniveau betekent vaak dat niet alle variabelen worden meegenomen. Zo wordt er in deze studie onder andere geen rekening gehouden met andere opwekbronnen, een mogelijke impact van elektrische mobiliteit of het transmissiesysteem in het algemeen.”

Nederland is een klein en dichtbevolkt land, dat beperkt de ruimte van de opwekcapaciteit. “Maar er zijn meerdere studies gedaan naar de potentie van zonnepanelen op residentiële en commerciële daken. Die potentie is enorm. De PV-technologie ontwikkelt zich snel waardoor er voor steeds meer daken het juiste type zonne-energie-installatie op de markt komt.”

Heshusius ziet windturbines dezelfde ontwikkeling doormaken, waardoor hij van mening is dat de beperkte ruimte in Nederland geen breekpunt hoeft te zijn. “Voor 100 procent hernieuwbare elektriciteit komen we al een heel eind met de huidige plannen. 100 procent duurzame energie wordt al lastiger binnen de landsgrenzen.”

Uitwisseling met buurgebieden is een andere variabele die de onderzoekers niet meenemen in hun simulatie. “Daar zal je voor de Nederlandse situatie wel rekening mee moeten houden, want wij zijn onderdeel van een Europees energiesysteem. De Nederlandse netinfrastructuur gaat naar meer flexibel gebruik, inclusief import en export van energie, en daarmee volgen wij een meer geleidelijk pad.”

Volgens Heshusius zit de waarde van het onderzoek voornamelijk in de inzichten die het biedt, niet zozeer of het uitvoerbaar is. “Het levert werkgelegenheid op, zorgt voor een sterke CO2-reductie en het overschot aan hernieuwbare elektriciteit kan worden ingezet in andere sectoren zoals mobiliteit, wat de olievraag weer sterk verlaagt.”

Zo kunnen verschillende sectoren samenwerken in de energietransitie, in plaats van elkaar te beconcurreren om groene energie. Het overschot aan hernieuwbare energie zorgt er ook voor dat elektriciteit bijna gratis wordt, waardoor elektrificatie steeds aantrekkelijker wordt.

Kijkend naar Duitsland ziet Heshusius bijvoorbeeld dat daar de volgende stap gezet gaat worden. “Daar willen de Duitsers nog eens vier keer meer zonne-energiesystemen bouwen dat ze nu al hebben. Een duidelijk signaal dat we pas aan het begin staan van het volledig benutten van hernieuwbare energie. Energieopslag toevoegen is daarin de volgende schakel.”