Foreign eye – Delta 36

We dropped in there with no expectations. First glance of the lush green valley, the serene landscape, the open blue sky and the usual breeze made us more energetic to explore this place further.  Being here, an infinite number of thoughts came to mind at once. For a moment I felt I’d seen this place before, later deciding that it was none other than Windows ’97 wallpaper!  This made me click this random snap in the memories of spring. Soon this place will change its shades from green to white once the snow fall begins, but it doesn’t matter, spring or winter, weekend visits and small parties here are always fun.

Terwijl de eerste energiebedrijven al vergunningen aanvragen voor kaveltjes op de Noordzee, breken onderzoekers en politici zich het hoofd over de vraag of Nederland eigenlijk wel berekend is op grote hoeveelheden windenergie.
Onlangs heeft de overheid duizenden vierkante kilometers Noordzee aangewezen als windparkgebied. Het plan is om in 2020 zo’n 1200 à 1600 windturbines in zee te hebben met een gezamenlijk vermogen van zes gigawatt. Het laatste woord over de wijze waarop windenergie in te passen in het Nederlandse elektriciteitsnet – of op grotere schaal in het Europese netwerk – is echter nog niet gezegd.
Op dit moment draait Nederland voor het grootste deel op elektriciteitscentrales die kolen of gas verbranden. Daar je elektriciteit niet kunt opslaan, moeten het aanbod en het verbruik altijd in balans zijn. De centrales passen hun productie daarom continu aan de vraag aan.
Maar de hoeveelheid wind kun je niet sturen. Hoe voorkom je dat een groot deel van het vermogen verloren gaat omdat het elektriciteitssysteem niet alle windenergie kan verwerken? Vooral ‘s nachts is de kans op een energieoverschot groot, omdat de energievraag dan het laagst is.
“Harde wind is het grootste probleem”, zegt hoogleraar elektriciteitsvoorziening prof.ir. Wil Kling van Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica. “Bij weinig wind kun je reservecentrales harder laten draaien om het tekort op te vangen. Het naar beneden bijstellen van elektriciteitscentrales is lastiger. Je kunt ervoor kiezen om de windmolens stil te zetten, maar dat is zonde, want ze leveren gratis energie.”
Een kunstmatig eiland met een diepe kuil water erin zou een oplossing kunnen zijn. De adviesorganisaties Kema en Bureau Lievense pleitten eind 2007 voor een eiland voor   de kust dat overtollige energie opslaat. Met de energie die je even niet in het systeem kwijt kunt, pomp je de kuil droog. Heb je juist extra elektriciteit nodig, dan laat je de kuil weer vollopen. De kuil fungeert dan als een soort waterkrachtcentrale. Het plan is geïnspireerd op het oudere ‘plan Lievense’. Dit plan uit de jaren tachtig van ir. J.W. Lievense besloeg energieopslag met behulp van een waterbuffer in het Markermeer.
Er is nog een andere optie: ‘compressed air energy storage’. Hierbij wordt overtollige stroom gebruikt om honderden meters onder de grond lucht samen te persen in zoutlagen. Wanneer er extra vermogen nodig is, laat men de lucht uitzetten. Dit levert weer energie op.
Volgens de projectleider van het ‘energie-eiland’ van Kema, Frits Verheij, is het “onoverkomelijk dat Nederland een opslagmethode ontwikkelt, wil ze windenergieplannen doorzetten in combinatie met de huidige mix aan conventionele energiecentrales.”
“We hebben een sommetje gemaakt”, vervolgt hij. “Daaruit blijkt dat Nederland vanaf 2020 de molens heel vaak zal moeten uitzetten als er tegen die tijd geen opslagsystemen zijn. We zullen dan jaarlijks bijna tweeduizend gigawattuur weggooien omdat de molens niet kunnen draaien. Zo uit de losse pols is dat bijna twee procent van de Nederlandse elektriciteitsconsumptie.”
Ir. Bart Ummels, die eind deze maand promoveert bij professor Kling, deelt die mening niet. De onderzoeker, die nu werkzaam is als technisch projectmanager bij Siemens Wind Power, rekende uit dat Nederland de lat juist veel hoger kan leggen zonder gebruik te hoeven maken van kostbare opslagprojecten. Ummels maakte een simulatiemodel voor het Nederlandse elektriciteitssysteem anno 2014. Uit zijn model blijkt dat opslagsystemen overbodig zijn, zelfs als maar liefst een derde van de elektriciteit in Nederland uit windenergie (van zowel land als zee) bestaat.
Om te voorkomen dat vermogen verloren gaat, moeten Nederlandse elektriciteitsbedrijven volgens hem dag en nacht handel drijven met energiebedrijven in de omringende landen. Dus niet alleen tijdens kantooruren zoals nu het geval is. Als het dan ergens hard waait, kan een deel van de extra geproduceerde energie direct naar buurlanden waar de wieken minder hard draaien. “Variaties in vraag en aanbod kunnen zo veel efficiënter worden opgevangen”, zegt Ummels.
Tegelijkertijd zullen de centrales in die situatie ook hun productie moeten verlagen om ruimte te maken voor wind. Want overcapaciteit kun je niet eindeloos kwijt, zeker niet als het overal hard waait. De kunst is dan om de logge elektriciteitscentrales optimaal aan te sturen. Helemaal stopgezet worden kolencentrales nooit. Het kost veel tijd en energie om ze opnieuw op te starten. De Nederlandse centrales (gas en kolen) zijn zo gemaakt dat ze bij elkaar altijd minimaal ongeveer acht gigawatt leveren. Dat is het minimum wat Nederland nodig heeft. Boven dat niveau zit speling om over te schakelen van de ene energiebron naar de andere.
“Om efficiënt met die ruimte om te gaan zouden de energiebedrijven elk kwartier de windvoorspelling voor de komende uren en dagen moeten bekijken en de verbranding in hun gas- en kolencentrales moeten afstemmen op de windenergie die ze kunnen verwachten”, zegt Ummels. “Nu doen ze dat maar een paar keer per dag.”
Uit de simulaties van Ummels blijkt dat de variatie in windsnelheid van het ene kwartier op het andere slechts enkele keren per jaar zeer sterk verandert. “De wind gaat dan plotseling liggen, of steekt zo hard op dat de windturbines stil gezet moeten worden. Maar zelfs deze extreme variaties kunnen gewoon door de bestaande elektriciteitscentrales worden opgevangen”, zegt Ummels.

FlexibelMeer en betere windvoorspellingen zijn niet alleen van belang voor flexibele interne bedrijfsvoering, maar ook voor de internationale handel. Internationale transacties moeten vaak tot 24 uur tevoren worden vastgelegd. “Terwijl wind slechts een paar uur vooruit redelijk voorspeld kan worden”, vertelt een van Ummels’ promotors Eppie Pelgrum van de Nederlandse netwerkbeheerder TenneT.
“Europese netbeheerders werken nu samen aan meer flexibele internationale handel, onder andere om wind beter in te passen. Dat moet wel, gezien de enorme hoeveelheid windenergie die er de komende jaren aan zit te komen in Europa”, stelt Pelgrum. “In 2015 zullen veel Europese landen hun windmolenparken hebben verdubbeld. In Duitsland moeten de windmolens nu af en toe al uit omdat het energienet de aanvoer niet aankan.”
Bij zijn berekeningen heeft Ummels een flink aantal aannames gemaakt. Zo houdt hij rekening met de geplande aanleg van windparken en gas- en kolencentrales in Europa en met de ontmanteling van een kern- en bruinkolencentrale in Duitsland. Verder gaat hij er vanuit dat de energiemarkt goed werkt: is er een overschot dan zakken de prijzen, is er een tekort dan stijgen ze. De markt prikkelt op die manier de energiebedrijven om flexibel met hun productie om te springen. Ook rekent Ummels erop dat er voor windenergie altijd een markt is omdat die energie het minste kost. In zijn model werkt het netwerk perfect. Er zijn goede internationale afspraken over de handel en het gebruik van de leidingen.
“Als je het op zijn manier bekijkt – puur technisch – dan is windenergie zonder opslaginstallaties misschien wel mogelijk”, zegt Verheij. “Maar de markt werkt niet zo goed als Ummels aanneemt. Dure elektriciteit gaat soms van land A naar land B waar de prijs op dat moment lager is. Ook worden de hoogspanningsleidingen tussen landen niet optimaal benut. Het is maar zeer de vraag of dat in 2014 anders zal zijn.”
Verheij laat verder weten dat Kema op dit moment in opdracht van enkele energiebedrijven de noodzaak bestudeert van grootschalige elektriciteitsopslag vanuit Europees perspectief. “Het eindresultaat verwachten we in juni.”
Ook Pelgrum zet een kritische kanttekening bij het werk van Ummels. Hij denkt dat de 33 procent windenergie waar Ummels over praat wel erg veel is voor Nederland in 2014. Maar hij deelt de mening van zijn promovendus op een ander vlak: windenergie kan efficiënter worden opgenomen door het netwerk beter te benutten, in plaats van door opslagsystemen aan te leggen. “Men zegt: ‘we krijgen straks veel windenergie, dus er is opslag nodig’. Die link wordt veel te snel gelegd”, zegt hij.
Volgens Pelgrum zijn er ook andere aanpassingen mogelijk om windenergie het hoofd te bieden. “Neem bijvoorbeeld de stadverwarming in Rotterdam, Den Haag en Utrecht. Die gebruiken restwarmte van elektriciteitscentrales. De centrales draaien ‘s nachts door om de steden te voorzien van heet verwarmingswater terwijl de vraag voor elektriciteit dan juist heel laag is. Het zou veel beter zijn om een grote tank met water overdag flink op te stoken en die als buffer te gebruiken waarmee je ‘s nachts de huizen verwarmt.”
Verder zou het handig zijn om niet alleen het elektriciteitsaanbod flexibel te maken, maar ook de vraag. “Je kunt bijvoorbeeld een variabele prijs voor de consument instellen. Mensen draaien dan liever ‘s nachts een wasje, als de prijs laag is. Hierdoor krik je de vraag ‘s nachts een beetje op.”
En als je nog veel verder kijkt, kom je bij het plan om elektrische auto’s op windenergie te laten rijden. “Het zou helemaal mooi zijn als dat gebeurt”, zegt Ummels. “Maar we hoeven niet op die auto’s te wachten om windparken aan te leggen.” 

Bart Ummels, ‘Power System Operation with Large-Scale Wind Power in
Liberalised Environments’, promotie op donderdag 26 februari.