Ondanks alle mitsen en maren blijft de opwekcapaciteit van zonne-energie in Nederland in hoog tempo toenemen en gezien alle nationale en Europese doelstellingen is het einde daarvan nog lang niet in zicht. Maar ook de batterijcapaciteit zit behoorlijk in de lift. 34 gigawatt zit er in de pijplijn, zo bleek uit onderzoek van Jan Willem Zwang, eigenaar van adviesbureau Stratergy, in samenwerking met netbeheerders TenneT, Enexis, Liander en Stedin. Hierdoor wordt de vraag steeds urgenter: Hoe ziet het elektriciteitssysteem van de toekomst eruit?

Dat wind- en zonne-energie samen met energieopslag de belangrijkste pijlers worden van het toekomstige elektriciteitssysteem is duidelijk, maar hoe gaan de verhoudingen eruit zien? In deel 1 van dit tweeluik de rol van zonne-energie in de toekomstige elekriciteitsmix.

Om wat te kunnen zeggen over het elektriciteitssysteem van de toekomst – en de rol van zonnepanelen en batterijsystemen hierin – zijn twee jaartallen van belang, namelijk 2030 en 2035. Om in 2050 klimaatneutraal te zijn moet Nederland al in 2035 over een CO2-neutraal elektriciteitssysteem kunnen beschikken, dat is de conclusie van het Expertteam Energiesysteem 2050. Daarna heeft Nederland nog vijf jaar om het hele energiesysteem CO2-neutraal te krijgen.

Daarnaast heeft de Werkgroep Extra Opgave, in opdracht van het Uitvoeringsoverleg Elektriciteit, onderzocht hoe het Nederlandse energiesysteem kan omgaan met de stijgende elektriciteitsvraag in 2030 (en verder) en hoe dit past binnen de emissieruimte voor de elektriciteitssector en beschikbare en benodigde infrastructuur.

In het rapport bij de toepasselijke naam Alles uit de kast concludeert de werkgroep dat de elektriciteitsvraag tegen 2030 dubbel zo hoog zal moeten zijn dan de 120 terawattuur die in het Klimaatakkoord is vastgelegd. 206 terawattuur is de opgave.

Hoewel de werkgroep toegeeft dat deze groei omgeven is met “substantiële onzekerheden in omvang en timing”, doet dat niet af aan de ordegrootte van de stijging. “Het halen van de klimaatdoelen is moeilijk voorstelbaar zonder sterke elektrificatie. Het is dus niet zozeer de vraag óf maar wannéér deze vraag ontstaat”, zo wordt geconcludeerd.

Kernenergie wordt de baseload
Om een verdubbeling van de elektriciteitsvraag te realiseren ziet de Werkgroep Extra Opgave vijf opties die allemaal versneld moeten worden. Extra wind op zee met offshore waterstofproductie – omdat de aanlanding van nog meer elektriciteit van zee tot 2030 niet mogelijk is, extra kleinschalige zonnesystemen op daken, extra hernieuwbare elektriciteit op land, productie van groene waterstof die niet weersafhankelijk is en import van groene waterstof.

“De omvang van de opgave en de onzekerheden in de aanbodopties maken dat we op dit moment niets te kiezen hebben”, zo schrijft de werkgroep. Het Expertteam Energiesysteem 2050 kwam tot eenzelfde conclusie: de elektriciteitsvoorziening moet zo snel mogelijk worden uitgebreid. Goede locatiekeuzes voor de vraag en aanbod van energie en CO2-vrije flexibiliteit zijn daarbij cruciaal.

Een duidelijke keuze die het kabinet hierin heeft gemaakt is door Borssele aan te wijzen als voorkeurslocatie voor twee nieuwe generatie III+ kerncentrales. Het is de bedoeling dat de bouw in uiterlijk 2035 wordt afgerond en met een capaciteitsfactor van 90 procent zo’n 24 terawattuur toe zal voegen, vermoedelijk 9 tot 13 procent van het elektriciteitsaanbod in 2035.

Een scenariostudie van Witteveen + Bos schat dat de totale elektriciteitsproductie in Nederland tussen de 186 en 259 terawattuur per jaar zal liggen in 2035. Naast de twee nieuwe kerncentrales wordt de levensduur van de huidige kerncentrale verlengd, waardoor kernenergie naar schatting tussen de 11 en 15 procent zal leveren van het elektriciteitsaanbod in 2035.

Los van alle mitsen en maren rond kernenergie is het de bedoeling dat kernenergie de stabiele, niet-weersafhankelijke baseload van het toekomstige Nederlandse elektriciteitssysteem gaat vormen. Minister Jetten heeft de Kamer laten weten dat de centrales het regelbaar vermogen zouden moeten kunnen vergroten, maar dat het inzetten als basislast vanuit economisch oogpunt meer voor de hand ligt.

Potentie zonne-energie
In 2030 moet minstens 70 procent van de elektriciteitsvraag worden voorzien door hernieuwbare bronnen. Het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) schat in de Klimaat- en Energieverkenning 2022 in dat in 2030 al 85 procent van de elektriciteit hernieuwbaar kan zijn. Dan zal de overheid zich echter wel flink moeten inspannen om met wet- en regelgeving “de randvoorwaarden te scheppen die noodzakelijke investeringen mogelijk maken”, aldus het PBL.

De belangrijkste maatregel die de overheid heeft genomen is het schrappen van het groeiplafond voor wind- en zonne-energie op land. Dat was 35 terawattuur in 2030, maar in de Regionale Energiestrategieën is een ambitie van 54,9 terawattuur opgenomen. Minister Jetten heeft dit plafond geschrapt en wil zoveel mogelijk van deze ambitie gaan realiseren.

Volgens dezelfde scenariostudie van Witteveen + Bos kan de opwekcapaciteit van zonne-energie doorgroeien tot 56 gigawatt in 2035, waarvan 24,3 op dak en 31,7 gigawatt grootschalig. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland schat in zijn Monitor Zon-pv 2022 dat de opwekcapaciteit in 2022 in totaal 17,6 gigawattpiek is. Dat kan volgens het PBL 25,8 gigawattpiek worden in 2030.

De opwekcapaciteit zal dus nog fors moeten doorgroeien, maar knelpunten op het gebied van arbeidsmarkt, vergunningverlening, grondstoffentoevoer en netcapaciteit zijn een duidelijk obstakel voor de uitvoering van klimaatbeleid. “De realisatie van duurzame energieprojecten staat onder druk doordat bovengenoemde beperkingen verweven zijn met andere beleidsdossiers”, schrijft het PBL.

CO2-vrij regelbaar vermogen
De arbeidsmarkt, vergunningverlening, grondstoffentoevoer en de netcapaciteit zijn duidelijke randvoorwaarden voor een functionerend elektriciteitssysteem in de toekomst. Maar alleen de netcapaciteit is ook echt onderdeel van dat systeem. Doordat de netcapaciteit steeds meer knelt ontstaan er nu al periodes van overschotten uit wind- en zonne-energie, terwijl er fossiel regelbaar vermogen moet worden ingezet om de tekorten aan te vullen.

Door meer CO2-vrij regelbaar vermogen te realiseren kan er meer hernieuwbare elektriciteit worden opgewekt, zonder dat de CO2-uitstoot zou toenemen. CE Delft heeft daarom, in opdracht van Natuur & Milieu, het spoorboekje 100% CO2-vrije elektriciteit in 2035 gepresenteerd.

Lees ook: CE Delft: ‘100 procent CO2-vrije elektriciteit in 2035 kan alleen met nieuw beleid’

Daarin maakt het onderzoeksbureau duidelijk onderscheid tussen de kort- en langdurige tekorten van wind- en zonne-energie. De technieken om langlopende tekorten aan te vullen, zoals gascentrales op waterstof en brandstofcellen, moeten qua efficiëntie en het kostenplaatje nog doorontwikkelen.

De opkomst van wind- en zonne-energie maakt dit echter financieel onaantrekkelijk, zo stelt Frans Rooijers, directeur van CE Delft. “Daar moet de overheid zijn rol pakken in het aanpassen van de energiemarkt, want hoe groter de opwekcapaciteit van hernieuwbare elektriciteit wordt hoe vaker er overschotten en minder tekorten zijn, en nieuwe regelbare centrales dus weinig uren maken om hun investeringen terug te verdienen.”

Daarbij zullen gascentrales en brandstofcellen op waterstof pas CO2-vrij zijn wanneer er groene waterstof wordt verbrand. Los van het huidige lage rendement van elektrolyzers moet groene waterstof ook goedkoper moeten worden dan aardgas en de bijbehorende hoeveelheid CO2-rechten. En ook de elektriciteitsprijs en de vollasturen spelen mee.

CE Delft berekende dat een kostprijs van waterstof van 3 tot 4 euro aannemelijk is. Om dan concurrerend te zijn, is bij een gasprijs van zo’n 80 euro per megawattuur een CO2-prijs nodig van 50 tot 200 euro. Hoewel de gasprijs sinds de oorlog in Oekraïne doorgaans boven de 100 euro ligt, is de CO2-prijs daar nog nooit boven gekomen. Een norm voor de CO2-emissie per kilowattuur is ook een mogelijkheid om investeringszekerheid te creëren.

Voor kortdurende tekorten ziet CE Delft met name potentie voor batterijen: “Een volwassen techniek die wacht op beleid voor opschaling.” Om ervoor te zorgen dat de energietransitie niet vastloopt door netcongestie is het belangrijk dat dit beleid er zo snel mogelijk komt.

Batterijsystemen
Liander maakte vorig jaar bekend dat zij in 2022 een kwart minder transportindicaties hebben kunnen geven ten opzichte van 2021. Ook de andere netbeheerders kampen met problemen. Zo moest er in Noord-Brabant en Limburg met Ben Voorhorst een speciaal coördinator netcongestie aan te pas komen om weer ruimte op het hoogspanningsnet van TenneT te creëren.

Om meer zonnestroom het net op te kunnen krijgen pleiten de netbeheerders voor aangepaste regelgeving om het net efficiënter te gebruiken, daarbij denken zij aan het invoeren van tijdgebonden contracten om het terugleveren van stroom in daluren aantrekkelijker te maken. Met alleen verzwaring van het net redden zij het niet om het benodigde tempo van de energietransitie te realiseren.

Daarbij stellen de netbeheerders voor om zonneparken en grote zonnedaken alleen nog te bouwen mat batterijen of door ze direct te koppelen aan de verbruiker. Grote zonne-energie-installaties staan onder druk door de gestegen grondstoffenprijzen en de sterk fluctuerende energieprijzen. Want hoewel de verkochte stroom veel op kan leveren, eisen veel banken een langjarige stabiele kasstroom, waardoor veel marktpartijen de bouw van grote zonne-energie-installaties moeten uitstellen.

Een batterijverplichting zou de businesscase aan de ene kant duurder maken, zeker omdat de prijzen van veel batterijgrondstoffen ook gestegen zijn, maar het zou aan de andere kant een positieve impact kunnen hebben op de kasstroom en een transportindicatie mogelijk kunnen maken. Dat veel marktpartijen dit een interessante optie vinden, blijkt ook uit het onderzoek dat Zwang deed met de netbeheerders.

Tot december 2020 was er nog geen enkele batterij-investeerder die zich bij TenneT had gemeld. In 2022 hebben verschillende grotere marktpartijen samen veertig aanvragen gedaan bij TenneT met een gezamenlijke capaciteit van 16 gigawatt. Met de regionale netbeheerders erbij opgeteld blijkt er zo’n 20 gigawatt batterijcapaciteit in de pijplijn te zitten.

Dat batterijen de mogelijkheid hebben om netcongestie te voorkomen maakt ze momenteel financieel extra interessant. De energieprijzen, de prijsvolatiliteit en de capaciteitsvergoedingen op de balanceringsmarkten zijn hoog.

“Hierdoor wordt de batterij door veel partijen ook als verdienmodel gezien”, stelt Zwang. “Een batterij kan namelijk op verschillende markten worden ingezet. Het gros van de pijplijn lijkt ontwikkeld te worden om geld te verdienen.”

Kortdurende overschotten en tekorten
Rooijers zet zijn vraagtekens bij het verdienmodel van batterijsystemen, voor nu. “Het is cruciaal dat het verschil tussen de stroomprijs in de ochtend en de avond groot genoeg is om de investering in een batterijsysteem terug te verdienen. Om dat te realiseren heb je echt een fors groter overschot aan hernieuwbare energie nodig. Voorlopig is netverzwaring nog altijd de goedkoopste optie.”

Voor zijn spoorboekje hebben de onderzoekers van CE Delft berekend dat er in 2030 ongeveer twee derde direct bediend kan worden met wind- en zonne-energie, zo’n 124 terawattuur van de 197 terawattuur. Voor 60 terawattuur moet er (CO2-vrij) regelbaar vermogen komen en dan blijven er nog overschotten over van in totaal 7 terawattuur.

“Ten tijde van onze publicatie was de Werkgroep Extra Opgave nog niet met zijn rapport gekomen. De benodigde vraag en aanbod zijn daarom anders, maar de verhouding blijft ook staan met meer hernieuwbare elektriciteit”, stelt Rooijers.

“Je hebt in 2030 zo’n 1.100 uur overschotten – in totaal 30 gigawatt – en ongeveer 7.600 uur kan de elektriciteitsvraag niet direct met wind- en zonne-energie worden bediend.” Uit het CE Delft-onderzoek komt 10 gigawatt aan kortdurende overschotten en 15 gigawatt aan kortdurende tekorten dat kan worden opgelost met vraagsturing, curtailment en batterijen.

“Voor de langdurende tekorten zijn regelbare centrales nodig”, zegt Rooijers. “Uit ons model volgt dat er in 2030 zo’n 23 gigawatt regelbare vermogen nodig is.” Daarbij merkt hij op dat import nog wel eens naar voren wordt geschoven als regelbaar vermogen. “Maar in het toekomstige elektriciteitssysteem is dat niet realistisch, want als we hier te maken hebben met een periode van dunkelflaute, dan hebben België en Duitsland daar waarschijnlijk ook mee te maken.”

Dit artikel is eerder gepubliceerd in het Nationaal Solar Trendrapport 2023, een gezamenlijke uitgave van Solar365 en Dutch New Energy Research. Wilt u het hele rapport lezen met alle trendanalyses en marktdata? Klik dan hier.