Het elektriciteitsnet in evenwicht houden
Politieke keuzes sturen de technologische keuzes aan
Wat niet noodzakelijk de beste oplossingen geeft…
Wiebe Eekman, 6 april 2016
Inhoudstafel:
- Stroomverbruik en stroomproductie in evenwicht houden, een hele uitdaging…
- Privatisering en liberalisering van de “energiemarkt” compliceert alles….
- Waarin investeren en waarom?
- Hoe ver kunnen we gaan in het plannen van de vraag om het net in evenwicht te houden?
- Vele kleine buffers zorgen voor opslag energie op grote schaal
- Elektriciteitsopwekking op grote schaal uit biomassa en huisvuil is geen alternatief
Stroomverbruik en stroomproductie in evenwicht houden, een hele uitdaging…
Elektrische stroom moet gemaakt worden. Elektrische stroom dat is de beweging van elektronen door een geleided. Die bewegende elektronen hebben een enorme kracht. Je kan dat vermogen gebruiken door elektrische apparaten aan te sluiten op het stopcontact. Maar je kan ze niet opslaan. Je kan ze ten hoogste omzetten in andere vormen van energie, die je wel kan opslaan.
Naarmate dat stroom van het net afgenomen wordt, moet er ook meer op het net gestoken worden. Productie en verbruik dienen steeds in evenwicht te zijn met elkaar om een zo constant mogelijke netspanning aan te houden. Op ons distributienet ligt die nu op 230 volt. Alle elektrische toestellen worden gemaakt om met die spanning optimaal te werken. Naarmate dat je meer woningen of afnemers aansluit op dezelfde aanvoerlijn, daalt de spanning in de aanvoerlijn. Die daling mag voor de werking van je toestellen niet meer dan 10% zijn en niet onder de 207 volt gaan. Dat wordt in de transformatoren van het onderstation in de wijk geregeld, met meer af te nemen van het transportnet op hogere spanning. De spanning mag in de aanvoerlijn ook niet meer dan 10% naar boven gaan, niet meer dan 253 volt zijn, of er kunnen toestellen beschadigd worden.
Als de zon mooi schijnt en de mensen niet thuis zijn, dan produceren de fotovoltaïsche panelen op het dak een overschot aan stroom die terug op de aanvoerlijn in de andere richting gestuurd wordt. Daarbij kan de spanning op die aanvoerlijn naar de volgende huizen te hoog oplopen, buiten die marge van maximaal +10%. Dan wordt dat teveel afgeleid naar de aarde en gaat verloren.
Wat ik hier schets voor het distributienet, de aanvoerlijnen naar de huizen, geldt nog meer voor het lokaal transportnet op middelhoge spanning (op 36 à 70 kilovolt) en het transmissienet op hoogspanning (70 kilovolt en meer). Verbruik en productie van stroom moeten min of meer in evenwicht zijn, anders valt het net uit. Om het kwartier wordt er bijgestuurd met productie-installaties aan te schakelen of uit te schakelen of te moduleren in productievolume. Dat vergt heel wat planning door ingenieurs verantwoordelijk voor het evenwicht, met behulp van krachtige computers. Het dagelijks verbruik van elektriciteit door de huisgezinnen en kleine bedrijven kan goed ingeschat worden door statistieken bij te houden. We weten dat tussen 17uur en 20uur een piek is in het huishoudelijk verbruik, en ja, de statistieken helpen ook de invloed van regen en koude in te schatten op elektriciteitsverbruik.
Hetzelfde geldt min of meer voor de grote bedrijven die toch gemakkelijk twee derde of meer van de gehele stroomproductie afnemen. Vaak zijn zij rechtstreeks op het hoger lokaal transportnet aangesloten met eigen transformatorkasten. Hen wordt gevraagd om te melden wanneer zij zware motoren aanschakelen of andere schokken in het stroomverbruik zouden veroorzaken. Op de raffinaderij waar ik werkte kwam kortstondige spanningsval wel vaker voor. Dan gold een strikt geplande volgorde van terug heropstarten van pompen en aandrijfmotoren.
Ons hoogspanningsnet wordt nu hoofdzakelijk gevoed door stroom uit kerncentrales, aangevuld met invoer vanuit het buitenland en met een back-up door gascentrales. We willen in de eerste plaats van die kerncentrales af, omwille van veiligheidsredenen en ook omwille van hun toch hoge verdoken bijdrage aan broeikasgasemissies. We willen af van zoveel mogelijk fossiele verbranding omwille van luchtvervuiling, aantasting van onze gezondheid en omwille van het klimaateffect. Broeikasgassen door fossiele verbranding komen natuurlijk niet enkel voort door elektriciteitsproductie maar ook door alle verwarmingssystemen op steenkool, stookolie of aardgas, en door het transport op fossiele brandstof. Elektriciteit uit hernieuwbare bronnen is de voor de hand liggende vervangende oplossing.
Windmolens en fotovoltaïsche panelen zijn het meest logische alternatief. De zon schijnt enkel overdag en de wind is variabel. Sommigen zullen zeggen dat zon- en windenergie onvoorspelbaar zijn. Dat is vandaag de dag niet meer waar. Het weer en de verwachte opbrengst aan elektriciteit is perfect voorspelbaar aan de hand van de huidige weerberichten en de buienradar. De voorspelling van één dag op voorhand is al redelijk nauwkeurig en zeker de voorspellingen voor over een uur of zelfs een kwartier. Dat is een kwestie van computerprogramma’s. Het grote probleem is het niet gelijklopen van productie en verbruik. Hernieuwbare energiebronnen kunnen binnen een paar minuten stilgelegd worden of gemoduleerd worden naar minder opbrengst. Kerncentrales hebben daar dagen voor nodig en kunnen nauwelijks gemoduleerd worden. Daarom staan kerncentrales de verdere ontwikkeling van windmolens en zonnepanelen in de weg.
Daaruit ontstaat heel het debat tussen technologische keuzes, die je evengoed politieke keuzes zou kunnen noemen. Nu dat de kerncentrales regelmatig uitvallen en dat vele gascentrales bewust en moedwillig gesloten worden, ontstaat een ander debat: in plaats van de productie van elektriciteit te sturen, zouden we niet het verbruik aan stroom kunnen sturen? Dat krijgt in de seminaries de geleerde naam “Demand Response Management” of “Demand side management”.
Opvangen van teveel elektriciteitsproductie lijkt nog redelijk gemakkelijk. Je schakelt meer toestellen in, ook al heb je ze niet meteen nodig. Zo werd in België indertijd gekozen om de autowegen te verlichten en daarmee het nachtelijk surplus aan productie van de kerncentrales op te souperen.
Beter zou natuurlijk zijn om dat overschot aan elektriciteit te bufferen. Dus elektriciteit voor later gebruik om te zetten in andere vormen van energie, die wel opgeslagen kunnen worden, en dan later terug om te zetten naar elektriciteit. Denk daarbij niet meteen aan batterijen, maar eerder aan fysisch-mechanische opslag in waterhoogte, in warmte, in perslucht… En aan chemische omzetting in de energiedrager waterstof, de meest zuivere brandstof. Voor onze industrie zal dat de meest belovende piste blijken[i]. Het vergt wel heel wat nieuwe investeringen in klimaatvriendelijke waterstofproductiemethoden en veel nieuwe werkkracht.
Een derde weg is het organiseren van een zogenaamde flexibiliteit aan de kant van het verbruik,. wat stukken ingewikkelder is. Bij nood kan je bepaalde fabrieken stilleggen. Je kan het treinverkeer stilleggen of het licht in bepaalde wijken uitdoen. Nogal drastisch. Minder drastisch is bepaalde productie in de tijd te verschuiven. Als ze daarvoor nog betaald worden, willen verschillende bedrijven dat graag doen. Ook huishoudelijk kan dat. Je kan wasmachines programmeren om pas in te schakelen wanneer er voldoende stroomproductie is. Maar hoe weet jij dat? Niet iedereen volgt op internet het verloop van de elektriciteitsproductie van kwartier tot kwartier. Lepe jongens hebben het “gat in de markt” gezien en experimenteren daarmee. Ze verzamelen dat elektriciteitsverbruik dat je kan uitstellen in de dag. Zij doen dat voor jou en een heel stel anderen met een kleine vergoeding. Tesamen kunnen dat interessante volumes worden aan uitgespaarde elektriciteitsvraag. Zij verkopen die “uitgespaarde capaciteit” dan aan de netbeheerder, wanneer die daar nood aan heeft. Die jongens en hun firma’s worden flexibiliteit–aggregators genoemd.
Laat ons die verschillende mogelijkheden wat dieper beschouwen en ook bekijken hoe het zo ver is kunnen komen.
Privatisering en liberalisering van de “energiemarkt” compliceert alles….
Maken wij elektriciteit als een dienstverlening aan de maatschappij? Of maken wij elektriciteit om zo duur mogelijk te verkopen? Waarom maken we een “markt” van iets dat door zijn technische aard eerder een dienst is? Deelnemen aan de huidige maatschappij kan niet meer zonder toegang tot elektriciteit. Zal dat dan enkel weggelegd zijn voor hen die over voldoende financiële middelen beschikken? En als het een dienst is, mag iedereen dan eender hoeveel stroom afnemen, eender wanneer? Wie beslist daarover? Waar worden de neveneffecten van klimaatontaarding en luchtvervuiling opgevolgd en besproken?
Dirk Vansintjan, voorzitter van Ecopower en van REScoop.eu, schreef onlangs een boekje “De energietransitie naar energiedemocratie”[ii]. Hij vertelt dat de mensen door de tijd van “actieve houtsprokkelaars naar passieve elektriciteitsconsumenten” zijn geëvolueerd. Met zijn koepel van energiecoöperaties betracht hij terug een actieve betrokkenheid van de gebruikers met de elektriciteitsproductie te bereiken. Hij verhaalt dat bij de beginnende elektrificatie stroom decentraal werd opgewekt. Bedrijven die elektrische stroom nodig hadden, installeerden een stoomturbine. Stedelijke kernen die elektrische straatverlichting wilden, bouwden ook watermolens om tot kleine elektriciteitscentrales. Zoals het dorp Rotselaar bij Leuven, dat deed in 1907. Dat watermolencomplex is nu het eigendom van Ecopower. Wat we kunnen onthouden is dat vanaf het begin er steeds een rechtstreeks verband was tussen de productie en het verbruik van elektriciteit. Men wist wat men wilde doen met de elektriciteit en men installeerde de nodige opwekcapaciteit. De elektriciteitsproductie en de daaraan verbonden levering werd een enorme lappendeken van afzonderlijk installaties. Waar veel stroom verbruikt werd, investeerden individuele kapitalisten. Waar het verbruik maar matig was werden de investeringen overgelaten aan de overheid. Of werden coöperatieven opgezet. Nog steeds was de band tussen productie en verbruik duidelijk.
Tussen beide Wereldoorlogen versnelde de elektrificatie, met veralgemening van de verlichting en radio, met elektromotoren, met huishoudelijke apparaten als strijkijzers en zo. Publieke overheden en coöperatieven konden niet altijd de snel evoluerende technologie en de schaalvergroting volgen. Private kapitalistische ondernemers namen de productie van centraal geleverde elektrische stroom over. Schaalvergroting leidde naar efficiëntiewinst. Na de Tweede Wereldoorlog ging het snel. In België beheerde het private Electrabel bijna de volledige energiemarkt. Terwijl de vakbonden in die tijd streden om de energievoorziening als een openbare dienst te beschouwen. Door de schaalvergroting wisten de verbruikers vaak niet meer waar hun energie vandaan kwam. Die rechtstreekse band, die betrokkenheid tussen producenten en verbruikers was verbroken. Maar omgekeerd diende Electrabel wel rekening te houden met het verbruik door haar klanten. Zij diende de stabiliteit van het net te waarborgen van dag tot dag, van uur tot uur. De basisproductie draaide eerst op steenkoolcentrales en vanaf de jaren 1970 op kernenergie. Daarbovenop kwamen de stookoliecentrales en gascentrales, die de variabele pieken in het verbruik voor hun rekening namen. Maar deze installaties werden als één productieapparaat aanzien, met één gezamenlijke prijs, ongeacht welke centrale in dienst was. Dat is belangrijk. Het is best mogelijk om één correcte kostprijs te berekenen. Zo had de Franse overheid één vast tarief opgelegd, dat lager was dan het tarief dat in België werd aangerekend door Electrabel. Daar ligt het verschil of je de elektriciteitslevering als een dienstverlening ziet of als een mogelijkheid tot winst maken.
Na de val van de Muur van Berlijn in 1989 woedt doorheen de wereld het ideologische offensief dat “liberalisering” wordt genoemd. Privatisering van alle overheidsdiensten is de trend. Een enorme roof door private kapitalisten op diensten en instellingen die met gemeenschappelijk geld van de belastingen zijn opgebouwd. Alles moet “rendabel” worden, geld opbrengen. Openbaar vervoer, ziekenhuizen, de energiesector, alles moet eraan geloven.. .
In 1996, 1998 en 2003 drong de Europese Unie haar privatiseringsrichtlijnen voor de gas-en elektriciteitsmarkt op. Concurrentie tussen firma’s zou de efficiëntie verhogen en de prijs doen verlagen, werd er gezegd. We hebben het tegendeel gemerkt. Door die richtlijnen mochten de producenten niet tegelijk het transportnet of distributienet beheren, want dan zouden ze concurrerende producenten kunnen weren. Zo ontstonden Elia voor het hoogspanningsnet en Fluxis voor het gasleidingnet. En de “netbeheerders” Eandis en Infrax voor de distributie naar de huisgezinnen. Maar die netbeheerders die een technologisch noodzakelijk monopolie hadden over het net, mochten zelf geen verkoop van energie doen. Daarvoor werden nieuwe kapitalistische firma’s in het leven geroepen en in het netwerk geschoven, de “leveranciers”…Dat is een enorme complicatie voor het netbeheer, om steeds het verbruik en de productie van stroom in evenwicht te houden. De leveranciers zijn enkel geïnteresseerd in zoveel mogelijk stroom te verkopen, ongeacht hoe of waar het geproduceerd wordt. Dat leidt tot aanvoer over veel grotere afstanden en meer verlies over de transportleidingen. Elia rapporteert stijgende transport verliezen die met de helft toenemen.
De producenten weten niet meer wie hun klanten zijn en verliezen de controle over de voorspelbare gedragingen in afname van elektriciteit. Om het allemaal te beheren hebben de netbeheerders steeds sterkere computers nodig. Zij eisen dat elke leverancier een “evenwichtsverantwoordelijke” in huis heeft. Die van kwartier tot kwartier bewijst dat hij evenveel productiecapaciteit aangekocht heeft als zijn klanten verbruiken. Anders boete. En betaling tegen uitzonderlijk hoge prijs aan die ene producent die het tekort wist op te vullen. Allemaal bijkomende complicaties, maar het laat wel toe van op Europese schaal te speculeren met de energieprijzen. Vermoedelijk is een energiecrisis op de beurzen in de maak, van dezelfde orde als de huizencrisis in 2008.
De hele marktbenadering en marktprijsvorming maakt dat de verbruikers meer betalen dan de werkelijke kostprijs. Electrabel produceert nu voor de basisbelasting op het net. Electrabel neemt geen verantwoordelijkheid meer op voor de hogere piekbelasting. Dat mogen anderen doen. Zo sloot ze de ene gascentrale na de andere. Allemaal uitgespaarde kosten en hogere winst voor de aandeelhouders. Want als anderen (al dan niet in het buitenland) het piekverbruik invullen met snel ingeschakelde piekproductie aan hogere kostprijs, dan wordt naar de verbruiker die zelfde hogere prijs aangerekend voor het gehele verbruik, zijnde basisbelasting plus piek. Dat is de bron van de “nucleaire rente”. Geen enkele grote producent voelt zich nog verantwoordelijk om te investeren in die piek productie-installaties. Invoer is goedkoper. Zover er invoer mogelijk is. Chantage met black-out. Einde van het verhaal is dat de overheid met openbaar geld het in stand houden van een strategische reserve betaalt, die vroeger bij het gewone private productieapparaat behoorde. Wie daarover nadenkt kan enkel tot het besluit komen dat de hele energiesector een openbare dienst zou moeten zijn. En dat wij strijden voor een democratische participatie van de bevolking in het beheer.
Waarin investeren en waarom?
“Wie wilt er nu investeren in een installatie die slechts 15% van de tijd draait?” “Planning? Je wilt toch niet terug naar de Sovjettijd, nee?” “Geen voorschrijven van energiekeuzes, laat de markt bepalen..” dat zijn de antwoorden die hoge beleidsvoerders en professoren mij in het gezicht slingerden op seminaries over de energiekwestie[iii]. De hele vraag is steeds weer waaraan we onze beleidskeuzes gaan afwegen: een installatie die op korte termijn veel winst opbrengt? Of een installatie die in de eerste plaats milieuvriendelijke stroom levert? Problemen van klimaat en luchtvervuiling dienen doorslaggevend te zijn voor de keuzes die we zullen maken. De Belgische overheid heeft scenario’s uitgewerkt om België koolstofarm te maken tegen 2050. Mooi, de grote kritiek is dat er nergens staat wie het gaat betalen, noch hoe de participatie van de bevolking zal zijn.
Wat ze wel duidelijk maken is dat er hoe dan ook geïnvesteerd moet worden in ons energieproductie-apparaat. Want dat is verouderd en hoe dan ook aan vervanging toe. Wat blijkt? Dat gewoon verder doen zoals we nu bezig zijn, de tweede duurste oplossing is. De duurste oplossing is ons geheel integreren in de Europese Unie, met bijkomende hoogspanningslijnen over lange afstand. Het duurst voor de gebruikers en de overheid. Laat dat nou juist de twee scenario’s zijn die het meest verdedigd worden door de marktprofeten.
Hoe kan het dan anders?
Een eerste algemene zaak is het streven naar structureel minder energieverbruik, door aanpassingen in alle sectoren van de maatschappij. Het “hoe en waarom” daarvan vergt een enorm democratisch debat om een draagvlak onder de bevolking op te bouwen.
Een tweede algemene zaak is de energiesector niet op zich zelf te bekijken maar geïntegreerd met de andere sectoren zoals transport, landbouw…
Een derde algemene zaak is dat we willen overschakelen op hernieuwbare energie van wind en zon. Nota: verbranden van “biomassa” is niet echt als “hernieuwbaar” te beschouwen. Dus moet er een oplossing komen om het onregelmatige verloop van de hernieuwbare energie over de tijd overeen te laten komen met het verbruik aan stroom op elke moment van de dag.
Drie mogelijke oplossingen dienen zich aan:
Een eerste oplossing: Heel wat meer reserve productiecapaciteit installeren. Als je in de meeste omstandigheden van wind maar zeker kan zijn van circa 20% van het maximale of piekvermogen van windmolens, dan bouw je vijf keer zoveel windmolens en legt een deel stil als de wind meer opbrengt. Dat is de eenvoudigste oplossing, maar drijft de materiaalkosten sterk omhoog.
Een variant met zonnepanelen die wel heel nuttig kan zijn is ook zonnepanelen plaatsen naar het oosten gericht en naar het westen gericht, en niet enkel op het zuiden. Want de huishoudelijke pieken in het stroomverbruik zijn ’s morgens voor het werk en de school en ’s avonds na het werk. Dat zijn ook de piekmomenten van trein en tram. En dan staat de zon niet in het zuiden.
Een tweede oplossing: bufferen van de meerproductie door wind en zon. Zoals gezegd kan dat enkel door omzetting naar andere vormen van energieopslag. Electrabel doet dit al grootschalig met de pomp-accumulatie-centrale van Coo. Met haar teveel aan elektriciteit pompt ze water omhoog in het bekken van Coo. Bij een tekort op het net laat ze het water naar beneden storten over een turbine. Gedurende 8 uur geeft dat dezelfde capaciteit als een van de grotere kernreactoren. In België is er geen plaats meer voor dergelijke grootschalige projecten wordt er gezegd. Dat zal misschien wel kloppen, maar er is wel de mogelijkheid tot een groot aantal kleinschalige opslag. Gecombineerd met digitale technologie geeft dit ook een grootschalig resultaat. De CREG (Commissie voor de Regulering van Elektriciteit en Gas) publiceerde onlangs een studie over opslagmogelijkheden voor energie en de belemmeringen die zij zagen. De voornaamste belemmering was fiscaal en financieel: de kosten voor het gebruiken van het net worden twee keer aangerekend: éénmaal voor het opladen van de installatie en een tweede maal voor het terug op het net zetten van de stroom. Te gek voor woorden, die marktbenadering van het elektriciteitsnet.
Een derde oplossing is schuiven met het verbruik. Vele huisgezinnen kennen dat al van vroeger met de dubbele meter en het dag- en nacht tarief. Dat werkte op de tijd. Met de nieuwe meters kan een signaal opgevangen worden, dat het goedkoper tarief aangeeft. Tegenwoordig is deze oplossing in de mode gekomen, want het vermijd dat men zou moeten investeren in bijkomende productiecapaciteit. Het vergt wel een grootse inventaris van de mogelijkheden en doorgedreven planning op alle vlakken. Voor sommige huishoudelijke toestellen zoals wasmachines komt het niet zo nauw wanneer ze draaien. Die kan je in die inventaris opnemen. Bij industriële processen ligt het anders. Daar kan je een elektriciteit opslorpende bezigheid uitstellen en vervangen door een andere bezigheid die minder verbruikt. Dat veronderstelt wel dat je het “just-in-time” productieschema verlaat en stockage van grondstoffen en afgewerkte producten voorziet. Het veronderstelt ook dat de arbeiders veelzijdig inzetbaar zijn. Kan dat altijd onder correcte arbeidsvoorwaarden?
De Denen combineren de tweede oplossing met de derde oplossing[iv]. De meeste woningen hebben daar géén schoorsteen, want ze zijn aangesloten op een warmtenetwerk voor de hele wijk. Zo’n warmtenetwerk wordt gevoed met heet water uit een grote goed geïsoleerde opslagtank. Telkens dat de wind ruimschoots elektriciteit produceert verwarmen zij het water met een elektrische warmtepomp of met een gewone grote elektrische ketel. Daarmee toppen zij het teveel aan piekproductie op het net af. Omgekeerd, als wind en zon onvoldoende elektriciteit produceren, zetten zij hun “warmtekrachtkoppeling of WKK” aan. Ook “cogeneratie” genoemd. Dat zijn generatoren die naast elektriciteit ook warmte produceren. Die machines kunnen ontworpen zijn om te draaien op olie, op aardgas, op biogas, of zelfs op houtsnippers of nog wat anders… De warmte wordt in de tank opgeslagen en de elektriciteit gaat naar het distributienet. Het voordeel van zo’n opslagtank heet water is dat je water veel verder kan opwarmen dan nodig en zo een hele tijd van meerdere dagen kan overbruggen. Omdat meer dan 60% van de huizen in Denemarken op een warmtenet zijn aangesloten, zijn al die duizenden WKK’s tesamen een prachtige manier om het stroomnet op peil te houden.
Dit is ook een voorbeeld van integratie van verschillende sectoren en een voorbeeld van besparing van energie. Als je apart een stookketel laat draaien voor heet water of stoom en apart een generator voor stroomproductie, dan verbruik je tweemaal fossiele brandstof. Daarenboven dient de generator gekoeld te worden, wat verspilling van warmte is. De stoomketel heeft een rendement van 40 à 60%, de generator van 25 à 35%. Tesamen als WKK krijg je rendementen ver boven de 60 of 80%, een besparing op emissies van zeker 40%. Wat een grote winst is voor het klimaat.
Waarom wordt dit dan niet meer in België toegepast? Het antwoord is weer de marktbenadering. Het betekent dat je dient te investeren in verschillende productie-installaties waarvan geen enkele maximaal zal draaien in de tijd. En dus niet snel afgeschreven zal zijn op korte termijn. Ook brengt de verkoop van elektriciteit meer op dan heet water. Niettemin zou WKK een zowel technisch als organisatorisch doenbare oplossing zijn op grote schaal voor onze Belgische industrie, die massaal warmte en elektriciteit verbruikt.
Hoe ver kunnen we gaan in het plannen van de vraag om het net in evenwicht te houden?
26 januari 2016, in het prestigieuze Paleis der Wetenschappen in Brussel aan de Warande, ging het “Demand Response Seminar” door. Georganiseerd door de Reflectiegroep Energie en “BERA, de Belgian Energy Research Alliance”[v]. Zoals het goede Nederlandstaligen en Franstaligen betaamt, ging het door in het Engels, zodat niemand zijn eigen moedertaal sprak, absurd. Acht uur lang losten 19 sprekers elkaar af over de kwestie hoe flexibiliteit te organiseren om het net in evenwicht te houden. Jonge promoverende wetenschappers kwamen hun marktgerichte en prijs-gestuurde voorstellen aanprijzen. Enkele ondernemingen zijn al bezig met “aggregatie” van af te schakelen verbruikscapaciteit. Dat brengt op, gezien de hoge boetes die leveranciers moeten betalen als hun portefeuille aan klanten en producenten niet in evenwicht is. Maar het meest leerde ik van de professoren die nadruk legden op paradigmawisseling in de normen, op de noodzaak van regelgeving en het voordeel om te kiezen voor buffering en opslag.
In de Verenigde Staten is de commerciële aggregatie van verbruiksflexibiliteit al sterk ontwikkeld. Dan vooral toegepast op airco’s in Californië onder andere. Het werkt zo: de aggregator betaalt jou enkele tientallen dollars per maand om van op afstand je airco te mogen stilzetten met een digitaal signaal, wanneer het net overbelast wordt. De aggregator verkoopt die uitgespaarde capaciteit op de elektriciteitsmarkt en verdient daar een aardig centje aan. Wie in geldnood zit is natuurlijk meer geneigd om hierop in te gaan. De ongelijkheid in comfort tussen rijkere en armere wordt hier nog eens mee benadrukt.
Algemeen werken de meeste dergelijke aggregatiesystemen met de groothandels prijzen van uur tot uur op de elektriciteitsmarkt of zelfs van kwartier tot kwartier. Die prijzen zijn te volgen op het internet, net zoals het gokken op de beurs ook te volgen is. De prijzen gaan op en neer met de beschikbare stroom. Zo’n marktbenadering is eigenlijk een achterhaalde, achterlijke manier van evenwicht regelen op het net. Waar een doorgedreven digitaal georganiseerde planning met democratische inspraak voor de lange termijn opties meer aangewezen zou zijn.
Die prijsregeling geeft het volume aan beschikbare stroom aan. Er is een zekere correlatie tussen de prijs en het beschikbare volume aan elektriciteit uit wind en zon. Die halen de groothandelsprijs drastisch naar beneden. Maar dat is zeker geen echte vaste relatie. Want de elektriciteitsprijs wordt ook sterk beïnvloed door het aan en uit schakelen van de kerncentrales en door de massale invoer van stroom, soms van de steenkoolcentrales in het buitenland, die nog draaien. De prijs is zo zeker geen waarborg voor echte hernieuwbare energie.
Een aggregatieplanning die steunt op het minimaliseren van de broeikasgasemissies zou stukken beter zijn. Met een democratische bespreking waar de beschikbare stroom dan wel voor gebruikt wordt en waarvoor niet.
In België werden proefprojecten opgezet voor vraagsturing door aggregatieplanning, zowel in de huishoudelijke sector als voor de industrie. Vito en EnergyVille volgden 240 families met de vraag hoe bij hen flexibiliteit geoogst kon worden “zonder comfortverlies”. Daarvoor werd gekeken naar grote huishoudelijke apparaten als wasmachines, naar het opladen van de batterijen van elektrische wagens, en naar de warmwaterketels. Alles begint met een “interface”-kastje waarin je aangeeft wanneer je wenst dat je was gereed moet zijn of je batterij opgeladen. Dan geef je ook in hoeveel tijd dit duurt en vanaf wanneer het toestel mag aanslaan.
Wat blijkt? Dat die communicatie veelal te complex is, zeker voor de elektrische wagen. Dat, om allerlei huishoudelijke redenen, bij de helft van de families het oogsten van flexibiliteit bij wasmachines en droogkasten mislukt, iets minder bij afwasmachines. Het lukt wel bij het opladen van de warmwaterbuffer (als die een elektrische boiler heeft). De flexibiliteit die geoogst werd draaide rond de 3 uur per dag.
De onderzoekers keken ook hoe die flexibiliteit georganiseerd moest worden. Ze organiseerden een sturing volgens de veranderingen in het stroomtarief gedurende de dag. Dat werkte niet. Te complex, te overweldigende impact op het leven, te veel inspanning voor wat het waard is. Ze organiseerden ook een afstaan tegen betaling van flexibiliteit aan een aggregator. Dat werkte wel. Het hield wel in dat je een deel zelfstandige beslissing over je huishoudelijk leven uit handen geeft.
En helpt dit nu het net in evenwicht te houden bij piekbelasting of om het onevenwicht van windenergie te compenseren? In de winter ligt het duurste dagdeel tussen 18 en 20uur. In de zomer is dat 8-10 uur ’s morgens. “Duur” is hier dan ook gecorreleerd aan de beschikbaarheid van zon en wind en de verhoogde afname door huishoudelijk gebruik en woon-werk verkeer.
Met wasmachines, droogkasten en afwasmachines kan je redelijk schuiven in de tijd. En zeker met het opladen van je warmwaterketel. Compenseren van de windintensiteit? Het werkt wel als er een teveel aan wind is, maar niet als er te weinig wind is. De mensen zetten dan toch hun apparaten aan. Kan je daarmee het voltage op de toevoerlijnen regelen om een spanningsval te vermijden of omgekeerd de te hoge spanning buiten de marge af te toppen? Dat lukt enkel bij de warmwaterketels. Heeft dit ook een effect op de slijtage van de transformatorkasten in de straat? Zeer beperkt, daarvoor moet je het niet doen.
Een onderzoeker van de ULB peilde naar welk soort mensen graag meedeed aan zulke acties om flexibiliteit te oogsten. Het waren Brusselse gezinnen die met een warmtepomp verwarmden. Hij typeerde zijn proefkonijnen volgens hun milieubewust gedrag in functie van het besparen van geld. 20% waren bijzonder milieubewuste mensen. 20% waren economische rekenaars. 30% waren eerder technisch geïnteresseerden. En een andere 30% noemde hij compromiszoekers tussen milieu en besparing.
Aansturen met prijsverschillen? Hij merkte op dat het verhogen van de elektriciteitsprijs voor de kritische piekuren geen effect had op de belasting van het net. Dat konden we weten, want hoe dan ook gebruiken de mensen dan elektriciteit, als ze thuiskomen. Hij bevestigt dat het te ingewikkeld wordt bevonden om met een doorheen de dag veranderende prijs te werken, tenzij dit geautomatiseerd is.
Zijn de mensen bereid om hun warmtepomp te laten sturen door een externe leverancier-aggregator? De technisch geïnteresseerden aanvaarden dat. De compromiszoekers ook. De milieubewuste mensen eerder niet, zij vinden dat een inbreuk op hun privacy. De economische rekenaars willen eerst bewezen zien dat het hen wat opbrengt. Het blijkt een kwestie van vertrouwen in de netbeheerder te zijn.
Zijn eindbesluit: het werken met een prijzenbeleid om het verbruiksgedrag te sturen werkt voor de meerderheid niet. Terwijl de meesten wel hun gebruik willen verschuiven uit milieuoverwegingen of om het net in evenwicht te houden. De meesten doen het al op kleine schaal. De mensen antwoordden hem: “jawel ik doe dat, maar heeft dat zin, als de anderen het niet doen?”. Collectief inspanningen doen werkt veel beter met een vertrouwen in de sociale context. Maar ons Belgisch beleid werkt zo niet. Hij bevestigt daarmee wel de kracht van energie coöperatieven, of andere vormen van lokale democratische participatie.
Uit dat alles blijkt dat we eerder naar collectieve oplossingen dienen te zoeken, die sociaal gedragen worden. Als het bufferen van warm water het beste werkt, dan kunnen we beter met warmwaternetten werken, dan een optelling van individuele warmwaterinstallaties per woning.
Opvallend is dat verschillende sprekers op het seminarie pleitten voor bufferen van de onregelmatigheden op het net door opslag van energie. De laatste spreker gaf een cijfer: met circa één kW buffering per één MW stroomverbruik zouden de meeste rimpelingen in de netbelasting gladgestreken kunnen worden.
Vele kleine buffers zorgen voor opslag energie op grote schaal
De overschot aan elektrische stroom bufferen om te gebruiken bij een tekort. Het lijkt de beste oplossing. De dagelijkse belasting van het net in België schommelt tussen de 7 en de 12 GW. De hoogspanningsbeheerder ELIA verwacht dat die piek in de komende jaren zal afnemen door energiebesparing naar 10 GW[vi]. Dat betekent dat op sommige dagen tot 5 GW stroomproductie op overschot is. Daar kunnen we wat mee.
De cijfers houden ook in dat België zonder kernenergie kan. De 7 kernreactoren staan tesamen voor 6 GW. Als alle 7 kernreactoren tesamen draaien dan zullen heel wat gascentrales en windmolens stilgelegd moeten worden. Of er moet massaal stroom uitgevoerd worden. Daarop rekent Electrabel. Maar wat als in het buitenland hetzelfde gedacht wordt? Beter is de boel om te keren: massaal inzetten op wind en zon. En back-up systemen op gas. Tesamen stoten die al minder broeikasgassen uit dan nu. Vooral als er gewerkt wordt naar integratie van warmteproductie en elektriciteitsproductie. Met warmtekrachtkoppeling wordt het tekort aan hernieuwbare elektrische stroomproductie opgevangen. Met warmtepompen en elektrische boilers wordt het overschot aan stroom uit hernieuwbare bronnen weggewerkt.
Een tweede sterke emissievermindering ligt in de integratie van het personenverkeer en het vrachttransport in het energiedebat. Auto’s en vrachtwagens op benzine en diesel moeten we van de weg halen om redenen van klimaat en luchtvervuiling. We spraken al van uitbreiding van openbaar vervoer. We spreken van overschakelen naar vrachtvervoer per trein en per boot. Daarmee zijn we er nog niet.
Meestal hoor je spreken over elektrische wagens als oplossing. Ik ondersteun dit niet. De massa aan batterijen die nodig is een ongeoorloofd verbruik aan natuurlijke grondstoffen. Benzine en dieselwagens vervangen door elektrische wagens zal ook niet de files op onze wegen oplossen. Een ULB onderzoeker stelt bovendien dat het opladen van batterijen van elektrische voertuigen de avondpiek op het net met 40% zou verhogen als het niet gepland aangepakt wordt. Batterij gebruik moet voorbehouden blijven voor fietsen met trapondersteuning en voor elektrisch aangedreven rolstoelen en dergelijke.
De meesten van jullie weten dat auto’s en vrachtwagens ook op LPG kunnen rijden. Of op aardgas. Dat vermindert al de emissies met zeker 40%. Probleem is dat er onvoldoende tankstations zijn. Die worden niet gebouwd omdat er onvoldoende afname is. Omgekeerd worden dergelijke wagens niet gekocht omdat er geen tankstations zijn binnen bereik. Met de klassieke redenering dat een investering rendabel moet zijn en op korte termijn winst opleveren, komen wij er niet. Er zal vanuit de overheid gepland moeten worden en ingegrepen.
Hetzelfde stelt zich voor een nog betere oplossing: rijden op waterstofgas. De technologie bestaat en is rijp. Je kan met een verbrandingsmotor op waterstof rijden. Je kan ook geluidloos rijden met een brandstofcel die de waterstof omzet in elektriciteit voor een elektrische motor.
In beide gevallen wordt enkel waterdamp uitgestoten. Waterstofgas is de zuiverste brandstof die er bestaat. Waterstof is een energiedrager die gemaakt moet worden. Dat kan op een vuile manier door aardgas te kraken. Dat kan evengoed op een zuivere manier door elektrolyse van water. Door elektriciteit door water te jagen wordt water gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas. Beide worden opgevangen en zijn bruikbaar. Als daarvoor elektriciteit van wind en zon wordt gebruikt, is dit de ideale manier om piekproductie van wind en zon te bufferen. Een spreker van ELIA op het seminarie gaf aan dat elektrolyse en waterstofopslag de piste is voor “demand response” of vraagsturing op grote schaal.
De Nederlandstalige professor Proost aan de Franstalige universiteit UCL (Louvain–La Neuve), verhaalde meer over die elektrolyse: dat kan in de grootteorden van kW over MW tot GW met opslag op 200 bar druk. Het rendement van terug omzetting naar elektrische stroom is 70%, wat hoog is in vergelijking met wateropslag en perslucht. Windmolens halen een vermogen van 1 MW. Daarmee kan je op één dag circa 120kg waterstof produceren. Met die 120 kg kan je vijf autobussen een dag lang laten rijden of ook 170 auto’s[vii].
Het mooie is dat de Belgische industrie nu al veel waterstofgas gebruikt. Het Nederlands-Belgisch-Frans ondergronds pijpleiding netwerk voor waterstof van Air Liquide telt 870 km, waarvan 600 in België. Het negatieve aspect is dat waterstof nog steeds op een vuile manier geproduceerd wordt met uitstoot van CO2. Voor de propere productie zal geïnvesteerd moeten worden. Het is de weg om onze industrie klimaatneutraal te maken.
Elektriciteitsopwekking op grote schaal uit biomassa en huisvuil is geen alternatief
De idee om een kerncentrale te vervangen door grootschalige verbrandingsinstallaties voor biomassa of huisvuil gaat uit van een gemakkelijkheidsoplossing. Een weigering om het geheel van het debat onder ogen te zien. Binnen het marktdenken is het zelfs niet mogelijk zonder zware subsidie. Waarom zouden we hier weer openbaar geld aan besteden? Zoals we hoger aantoonden is de combinatie van wind- en zonne-energie met opslag van energie in verschillende vormen de betere oplossing.
Als je afval verbrandt, doe het dan tenminste met energierecuperatie in de vorm van warmte en stroom. Dat is waar. Maar in het kader van de circulaire economie, waar we naar toe moeten om grondstoffen én energie te besparen, is verbranding te vermijden. Veel, wat tegenwoordig als “afval” geklasseerd wordt, kan mits wat meer arbeid gerecupereerd worden als materiaal of grondstof. Afvalovens strategisch inzetten voor elektriciteitsopwekking kannibaliseert de circulaire economie.
Dat geldt nog meer voor biomassa. Biomassa ingevoerd van elders is een roof aan organische stoffen en nutriënten, die bodemverarming, erosie en woestijnvorming in de hand werkt. Biomassa dient eerst ingezet te worden als voedsel en voeder, als vezelgrondstof en vooral als bodemverbetering via compost en humusvorming. Duurzame biomassa van lokale teelt van eigen streek, zou dan wel kunnen? Er zijn voorbeelden van biogasproductie op mest en landbouwresten en voorbeelden van stookketels op houtsnippers, die je beperkt duurzaam zou kunnen noemen. Ze zijn alle kleinschalig en zorgen voor werk in eigen streek, wat het belangrijkste argument is. Je kan ze enkel als een noodoplossing zien als alle andere energie infrastructuur uitvalt.
Hoe dan ook blijft elke verbranding van huisvuil of biomassa CO2 en divers fijn stof uitstoten. Terwijl we om klimaatredenen naar een “negatieve emissie” moeten. “Negatieve emissie” bereik je door extra CO2 uit de atmosfeer te halen. In de eerste plaats door sterke aangroei van de natuurlijke vegetatie overal in de wereld, samen met agro-ecologische landbouwmethodes die de CO2 opslag in bodemleven bevorderen. Verder kan er ook gekeken worden naar het chemisch binden van CO2 met waterstof, ter vervaardiging van nieuwe organische stoffen, die het petroleumverbruik kunnen vervangen.
Dus geen vervanging van fossiele brandstof door biomassa, maar vervanging door energieb
[i] Zie onder ander https://www.dewereldmorgen.be/blog/wiebeeekman/2015/06/08/doel-en-chemie-maak-werk-van-wind-en-zonne-energie
En de Creg-studie over opslag energie 23 april 2015
[ii] www.rescoop.eu
[iii] 21 januari 2013 Koninklijke Vlaamse Academie voor Wetenschappen van België: “Energy causerie Renewable energy sources and the European liberalized electricity market” De inzet van het debat was letterlijk: “Hoe kan een geliberaliseerde energiemarkt functioneren met 35% van haar volume geleverd buiten de markt? Hoe kan een prijs gevormd worden wanneer zo veel overcapaciteit bestaat tegen zero operationele kostprijs?”
[iv] Zie ook http://www.climaxi.be/energie/denemarken
[v] http://bera.ulb.ac.be/2016/02/16/dsm-seminar/
[vi] 1 GW is één gigawatt of 1.000 MW. 1 MW is één megawatt of 1.000 kW. 1 kW is één kilowatt of 1.000 W. 1 W is één watt. 1 pk (oude éénheid paardenkracht, vroeger gebruikt bij auto’s) is 736 W. 1 kW is het gemiddeld vermogen van een zwaarder huishoudtoestel. Op één zekering van 10 A (ampère) in je zekeringkast kan je maximaal 2,2 kW aan toestellen tegelijk inschakelen. Op één zekering van 16 A kan je maximaal 3,5 kW aan toestellen tegelijk inschakelen. Dit is onafhankelijk van het aantal stopcontacten op die éne zekering!
[vii] Aan het gemiddeld gereden aantal kilometers per dag. Een autobus heeft een vermogen van 215 tot 250 pk of 160 tot 185 kW. Een auto heeft een vermogen van 60 tot 80 kW (zie éénvormigheidsattest). Een autobus heeft dus ongeveer het vermogen van 3 auto’s, maar vervoert N keer zoveel personen…
