De grens van alternatieve energie

In haar maidenspeech ging Sandra Weeser van de Duitse Liberalen in op de groeiende problemen die Duitsland ondervindt sinds men rond 2010 de Energiewende startte. Deze ‘omwenteling’, van fossiele naar alternatieve energie werd versneld toen op 30 juni 2011 ook nog werd besloten alle kerncentrales te sluiten. Dit alles om de CO2-uitstoot omlaag te brengen en bij te dragen aan een duurzame aarde.

Door deze besluiten is enorm geïnvesteerd in alternatieve energie, vooral in de vorm van wind- en zonne-energie. Het is imponerend wat Duitsland sinds 2010 op dit gebied heeft bereikt. In 2015 lag het aandeel duurzame energie in de Duitse elektriciteitsopwekking op 30 procent en men wil dit in 2025 verhogen tot 40 à 45 procent om in 2035 de grens van 60 procent te bereiken. Het elektriciteitsgebruik in Duitsland is net als in Nederland ongeveer 15 procent van het totale energiegebruik, de rest wordt in de vorm van fossiele brandstoffen geleverd aan huishoudens (15 procent), vervoer (15 procent) en industrie.

Vluchtig
Een energiedrager is een product dat energie bevat in de vorm van brandstof, warmte of kracht. Fossiele brandstoffen, uranium en de zon zijn voorbeelden van primaire energiedragers waarmee we secundaire energiedragers zoals elektriciteit, benzine en warmte kunnen opwekken. Windmolens, zonnepanelen en waterkracht zijn echter ook primaire energiedragers omdat die elektriciteit niet via omzetting ontstaat.

Elektriciteit is een prachtige, maar zeer vluchtige energiedrager die lastig kan worden opgeslagen. Daarom is het elektriciteitsnet een kritische infrastructuur omdat aanbod en gebruik voortdurend binnen milliseconden in balans moeten worden gehouden. Ons bestaande elektriciteitsnet is gebouwd vanuit de distributiegedachte. Vanuit enkele, via stevige hoogspanningslijnen gekoppelde, centrales wordt de elektriciteit uitgewaaierd over het land en eindigt in de haarvaten van woonwijken en industrieterreinen.

Slimme stroomnetten
Nu het aanbod van alternatieve energie uit windkracht en zonlicht steeds meer mogelijkheden biedt, moeten we aanvangen ons oorspronkelijke distributienetwerk te vervangen door een slimmer netwerk dat zowel kan distribueren vanuit centrales, maar ook vanuit de eindpunten van het netwerk. Er zijn voldoende proeftuinen waaruit blijkt dat we technisch in staat zijn zulke slimme netwerken te bouwen. Decentraal opgewekte energie, decentraal gebruik en decentrale opslag kan allemaal.

Maar hoe meer mensen decentraal gebruik maken van alternatieve energie, en de bijbehorende zonnepanelen, warmtepompen en elektrische auto’s, hoe groter de druk het elektriciteitsnet te hervormen. Met de huidige aantallen heeft het elektriciteitsnet, dat een zekere overcapaciteit heeft, nog geen probleem. Maar als dat aantal groeit, kan de balans tussen aanbod en vraag niet meer in de hand worden gehouden en ontstaan grote verstoringen en hoge kosten om die verstoringen te voorkomen.

Hindernissen
Dit zijn precies de problemen waar Duitsland momenteel tegen aanloopt. De invoering van alternatieve energie uit wind en zon gaat sneller dan de elektriciteitsinfrastructuur kan worden veranderd en aangepast. Daar ging de maiden-speech van Sandra Weeser over. We krijgen meer ‘toevalstroom’ dan we momenteel aankunnen: teveel stroom die te sterk afhankelijk is van het wisselvalige weer: zonneschijn en wind.

Het succes van de windenergie van Denemarken is te danken aan hun buurman Noorwegen, die met hun fjorden de beschikking hebben over grootschalige energie-opslag in waterkracht. Alle ‘overtollige’ wind wordt direct omgezet in water-energie in de fjorden en weer gebruikt als er onvoldoende wind of zon is. Echter waterkracht is slechts voorbehouden aan bepaalde regio’s. In Nederland of Duitsland zullen wij daar nooit over kunnen beschikken.

Toevalstroom
Het begrip toevalstroom geeft in mijn ogen perfect de uitdaging aan die we hebben. De natuur levert ons via de zon, eb en vloed en wind heel veel variabel aanwezige energie die holistisch bekeken ons voldoende sustainable energie kan leveren. De uitdaging is die toevalstroom te gaan beheersen in dynamische elektriciteitsnetwerken. De andere uitdaging is ons energieverbruik te verminderen; immers hoe minder energie we gebruiken, hoe minder we hoeven op te slaan en te balanceren.

Helaas is bovenstaande wens een gigantische ingenieursuitdaging, want de vermogens waar we over spreken zijn enorm. Onze infrastructuren stammen uit het begin van de vorige eeuw. Ons gasnet stamt zelfs af van het kolengas waarop we al twee eeuwen geleden kookten en onze huizen verwarmden. Al in de negentiende eeuw werden gasfabrieken gebouwd om onze steden van ‘lichtgas’ te voorzien door droge destillatie van steenkool (verhitting zonder aanbieding van zuurstof).

In de jaren zestig vervingen we dit lichtgas door aardgas en konden we heel Nederland van die toen ‘schonere’ alternatieve energie voorzien. Echter een belangrijk deel van de infrastructuur was al eeuwen oud, zeker in de steden. Dus nu maar ‘eventjes’ van die in honderd jaar en langer opgebouwde infrastructuur afstappen en het maar ‘eventjes’ via ons oude elektriciteitsnet gaan doen, heeft nogal wat technische en economische voeten in de aarde.

Infrastructuur
Infrastructuren zijn voor de gemiddelde burger onzichtbaar en normaal gesproken niet interessant. Niemand klaagt als de riolering zijn werk doet, de elektriciteit netjes aanwezig is en er schoon water uit de kraan komt. Echter we zijn verwend en kwetsbaar geworden door de enorme prestatie die de ons ondersteunende infrastructuren dagelijks leveren. Bij de minst geringe verstoring ondervindt onze moderne maatschappij direct grote overlast.

Vooral elektriciteit is een cruciale infrastructuur want zonder elektriciteit zitten we niet alleen in het donker, maar draaien ook de waterpompen niet, werken benzinestations niet, staat de cv-ketel en warmtepomp stil en hebben we geen internet, wifi en informatie-netwerken meer. Daarom is de grens waar de Duitse elektriciteitsinfrastructuur nu tegenaan loopt een enorme leerschool hoe we verder willen gaan met alternatieve energie.

Ingenieurs . . .
De praktijk is nu dat Duitsland meer CO2 produceert dan enkele jaren geleden. Bossen worden gekapt om nieuwe kolencentrales (!) en hoogspanningslijnen aan te leggen en de energieprijs is de hoogste van de wereld aan het worden. We zien dat in Duitsland op dit moment de pijngrens van burgers wordt overschreden en burgers onderkennen door hun dagelijkse ervaring dat wat als ecostroom wordt verkocht, helemaal niets meer met eco te maken heeft.

Zoals Sandra Weeser stelt, steunen de Duitse liberalen de klimaatdoelstellingen, maar weten zij ook dat Duitsland het niet alleen kan oplossen. ‘Als we CO2 willen verminderen, moet daar een prijs voor komen, anders lukt dat niet. Wie CO2 produceert, moet daarvoor betalen. Er moet eerlijke concurrentie komen om efficiënte oplossingen te realiseren. De politiek moet verstandige en haalbare randvoorwaarden stellen, maar de techniek aan ingenieurs overlaten.” Woorden waar ik helemaal achter sta.

Door: Hans Timmerman, cto Dell EMC Nederland