Extreem weer: extra uitdaging in onze energietransitie

by | Jul 5, 2021

Extreem weer is een extra uitdaging voor ons energiesysteem dat volop in transitie is. Preventie van grote systeemverstoringen blijft belangrijk voor het behoud van brede maatschappelijke steun voor de transitie naar schone energie. Energie transitie draait primair om politieke en economische keuzes. Investeerders die zon- en wind aanbod ontwikkelen, kunnen dat doen omdat overheden het risico van niet-beschikbaarheid socialiseren. Wind en zon worden ‘betaald’ als ze energie opwekken, maar het netwerk kan falen als hernieuwbare energie niet meer opgewekt kan worden door extreme weersomstandigheden. Door de weersafhankelijkheid produceren zon en wind meer dan nodig is, waardoor de prijzen drastisch kunnen dalen. Dat is mogelijk omdat variabele energiebronnen gestimuleerd worden met een niet aan de markt gerelateerde subsidie. Het aantal negatieve uren groeide fors tussen 2019 en 2020 en neemt nog steeds toe. Tegelijk steeg de elektriciteitsprijs in Californië acht keer harder dan het gemiddelde van de andere 49 staten tussen 2011 en 2020. Duitsland zag de elektriciteitsprijzen met 50% toenemen vanaf 2007. In de eerste helft van 2020 waren de Duitse energieprijzen 43% hoger dan het Europese gemiddelde.

Een groeiende energievraag lijkt niet in overeenstemming te zijn met de klimaatdoelstellingen van Parijs. Investeringsbeslissingen zouden genomen moeten worden op basis van de kosten van de diverse energiebronnen in verhouding met de betrouwbaarheid ervan. De meest simpele en mogelijke enige manier om de uitstoot van broeikasgassen te beperken, is het verminderen van onze energievraag. Voor het vrijmaken van capaciteit in tijden van systeemstress kan een positieve of negatieve prijsprikkel een effectief middel zijn. De leveringsonzekerheid in Californië kan dan ook deels opgelost worden door de consument te stimuleren om minder te gebruiken gedurende een periode van piekvraag.

Meer extreme temperaturen

Extreme temperaturen, wereldwijde droogte en een herstellende wereldeconomie zorgen nu al voor een hete zomer met hoge energierekeningen én de kans op ernstige aanbodverstoringen. Een black-out zoals die van vorig jaar in Californië, is deze zomer ook weer mogelijk. Door klimaatverandering is het weer steeds slechter te voorspellen. Extreme weer-events komen steeds vaker voor. Deze onzekerheid wordt weerspiegeld in een hogere risicopremie, volatiele prijsvorming en stijgende energieprijzen, ook in Nederland.

Extreme hitte

Hoge temperaturen en hittegolven beperken het transport van elektriciteit en vergroten het energieverlies. Opwek via waterkracht is door droogte beperkt. Nucleaire centrales worden soms uitgeschakeld door gebrek aan koelwater. Elektriciteitsnetwerken, die sterk zijn gericht op emissiereductie door snel en grootschalig fossiel te vervangen door zon en wind, zijn mogelijk niet bestendig tegen dit soort onvoorziene externe schokken.

Het extreme weer heeft de afgelopen jaren de kwetsbaarheid blootgelegd van energiesystemen die te weinig ‘base load’ hebben, om de volatiliteit van de vraag op te kunnen vangen. Er is nog onvoldoende back-up stroom beschikbaar om schone energiebronnen te ondersteunen als de zon ondergaat, of als het windstil is. De batterij technologie is momenteel nog niet in staat om het systeem te balanceren. Een robuust elektriciteitssysteem vereist daarom nog steeds een robuust aardgassysteem, dat snel herstelt van een weer-event met een toenemende kans van optreden en een grote impact.

Extreme kou

Niet alleen warm weer, maar ook extreme kou kan leiden tot grote fluctuaties in energieprijzen, door een beperkt aanbod dat gepaard gaat met piekvraag. Het brandstoftransport ondervindt vaak hinder. Zware sneeuwval kan samen met ijsvorming voor veel problemen zorgen. Daarnaast kan de energie-infrastructuur beschadigd worden door blikseminslagen, zware regenval, overstromingen en hoge windsnelheden. In het laatste geval worden windturbines zelfs stilgezet.

Texas ondervond in februari 2021 ernstige hinder van een black-out, die vier dagen duurde door extreme kou, die zelfs nucleaire en fossiele bronnen deed bevriezen. De winter piekvraag was op dat moment vergelijkbaar met de piekvraag in de zomer. Het aanbod was beperkt door gebrek aan wind, bevroren turbines en leveringsproblemen vanuit omliggende regio’s, die kampten met dezelfde problemen. Naast bevroren pijpleidingen en systemen was het drukniveau in de leidingen ook te laag door hoge onttrekkingen, waardoor er minder gas geleverd kon worden dan normaal.

De temperatuurgevoeligheid van de vraag is hoog in Texas, vooral bij extreme vrieskou. Voor de verwarming van gebouwen wordt elektriciteit gebruikt. De gebouwen zelf hebben inefficiënte verwarmingssystemen, ze zijn meer hitte- dan koudebestendig ontworpen. Deze afhankelijkheid van elektriciteit zorgt voor een hoge prijsvolatiliteit. Afgelopen februari is de prijslimiet van 9.000 USD/MWh dan ook een aantal keer geraakt.

Beschikbare capaciteit op het juiste moment

De aanwezigheid van geïnstalleerde capaciteit betekent niet dat deze opwek ook volledig beschikbaar is om te leveren op het moment dat het nodig is. Batterijopslag kan een bijdrage leveren in geval van stroomtekorten, maar een gasturbine kan langduriger elektriciteit leveren en is dus meer geschikt als back-up. Tesla heeft in Nevada een grote fabriek staan met een jaarlijkse batterijproductie, voor in totaal 35 gigawatt uur capaciteit. Voor het volledig opvangen van het tekort in Texas zou 46 productiejaar nodig zijn. Bovendien zou deze capaciteit volledig geïnstalleerd én opgeladen moeten zijn, vóór de storm zou zijn losgebarsten.

Het gebruik van hernieuwbare energie hoeft niet per se te leiden tot een black-out. Duitsland haalt bijna 40% van haar stroom opwek uit wind en zon, maar handhaaft de leveringszekerheid door fossiele opwek in alle vormen operationeel te houden, inclusief bruinkool. Ook wordt nucleair, waterkracht en biomassa als bron ingezet. Dit zijn betrouwbare bronnen tijdens de periode van weinig of geen zon en wind, de zogenaamde Dunkelflaute.

 

Bronnen:

  • “An Explanation of Extreme Weather Power Outages and Price Spikes: Mandatory Capacity Constructs Would Not Have Helped” – American Public Power Association
  • “Influence of Extreme Weather and Climate Change on the Resilience of Power Systems: Impact and Possible Mitigation Strategies” – Mathaios Panteli & Pierluigi Mancarella