In het najaar 2017 heeft Elia de studie “Electricity Scenarios For Belgium Towards 2050, Elia’s Quantified Study On The Energy Transition In 2030 And 2040” gepubliceerd.  Het gaat vooral om een analyse van de stabiliteit van het transmissienet op horizon 2030 en 2050, rekening gehouden met verschillende mogelijke verbruiksevoluties en ontwikkelingen van de (al dan niet gedistribueerd) hernieuwbare opwekking.

Eerder heeft deze studie als hoofddoelstelling in te schatten hoe deze stabiliteit behouden kan worden, aangezien de wisselvalligheid karakter van de hernieuwbare elektriciteitsopwekking en het groeiende aandeel van deze in de totale productie capaciteit.

In deze studie zijn ook de al genomen politieke beslissingen in rekening genomen en dit niet alléén in België maar ook in de buurlanden.  Het Belgische transmissienet is in feite verbonden met het Franse, het Britse, het Nederlandse en het Duitse net (voor deze laatste wel door het Grote Hertogdom van Luxemburg).

De Europese integratie van de verschillende nationale netten, die al staat, en kan/zal nog verstevigd worden, dient ook bekeken te worden, aangezien haar mogelijke invloed op de stabiliteit van ons net (zowel in de positieve als in de negatieve zin ervan).

De veranderingen in elektriciteitsconsumptie gedragen zijn ook gemodeliseerd, met bv. verschillende groei patronen voor de (eventuele) doorbraak van de elektrische wagen.

Om de mogelijke weerseffecten, specifieke piek of dal incidenten, al dan niet simultaan met incidenten in het verbruik/productie, in rekening te houden zijn er gegevens van de 30 laatste jaren op een statische wijze gecombineerd, om realistische, evenals minder waarschijnlijke, situaties te verspiegelen.  Hiermee zijn er dus ook periodes van 2 opeenvolgende weken, in de winter, zonder wind, geanalyseerd geweest.  Netwerk incidenten werden al dan niet met deze gecombineerd.

Au totaal werden er een indrukwekkend aantal situaties gesimuleerd en in de analyse meegenomen.

Voor de evolutie van de al dan met decentrale hernieuwbare opwekking, evenals voor  de ontwikkeling van de elektrische wagen, zijn er telkens 3 scenario’s bestudeerd (hoge, medium en lage trend).

Ik heb dus geen enkel twijfel over de serieën waarop de analyses gevoerd werden noch op de kwaliteit van de geleverd uitkomsten.  De resultaten zijn dat, met de genomen hypothesen, België op termijn een gebrek aan 3 GW productie toont, dat een serieuze versterking/uitbreiding van de transnationale transmissie net niet alléén nodig is maar ook deug kan brengen op het stabiliteit van het net en ook op de prijs van de elektriciteit op de groothandelsmarkt.

Ik kan mij inbeelden dat een omstandige team een hoge en lange inspanning heeft gespendeerd om deze studie tot goede einde te brengen.  Als enige persoon beschik ik natuurlijk niet over de nodige middelen, data en bekwaamheid om de bekomen resultaten, met de genomen hypothesen, in vraag te stellen.

Doch stel ik mij wat vragen over deze hypothesen.  Men rekent bv. op een reusachtige (ook in de lage trend scenario) ontwikkeling van de elektrische wagen, en meer bepaald over het gebruik van de batterijen die erin zouden liggen als buffer voor het net (opslag capaciteit).  Theoretisch is dit perfect zinvol, want de wagen blijven stil over meer dan 90% van de tijd (gemiddeld op een dag).  Maar, op heden, is er geen enkel gecommercialiseerde elektrische wagen in staat elektriciteit terug te leveren aan het net, de design voorziet alléén hun oplading, de stroom de andere richting op te laten gaan is niet voorzien.

U zal misschien zeggen dat het maar een technisch punt is.  Misschien, misschien niet.  Het valt m.i. te onderzoeken.  Zo evident is het niet, naast de technische aspecten op de wagen en op de laadpaal infrastructuur, staan er commerciële (wie betaalt voor wat aan wie en hoeveel), regelgeving (op welke voorwaarden mag men terugleveren), garantie (geldt nog de garantie op de wagen bij teruglevering) en nog wat andere aspecten.

Verder, het opladen van de batterijen van een elektrische wagen is zelfs een reuze uitdaging.  Als we nemen 50 kWh als energie capaciteit van de batterijen (cijfer ook door Elia genomen) en men wil deze in 2u laten op- of afladen, dan hebben we aansluitingen nodig die 25 kW aan kunnen (50 kWh/2h = 25 kW), en dit per wagen (of per laadpaal).  Enorm, en 2u kan toch al lang zijn, in wat niet zo uitzonderlijke situaties.

Als we dit vermogen met 400.000 wagen vermenigvuldigen, raken we aan 10.000 MW (10 GW), ongeveer het maximum dat het transmissienet aan kan.  En om de eraan verwante laadpalen langs de straten of (nog te bouwen) parkings te installeren (+ cabines, + hoogspanningsnet verbindingen) is er een giga investering nodig, die terugbetaald zal moeten worden.  Deze valt volledig buiten de scope van de Elia studie, die begrensd is (dus beperkt) op het transmissie net (Elia net), omdat het betreft het distributie net.  Zonder te vergeten dat parkeren op straat bijna overal betalend is.  Van deze betalingen afzien zou kostelijk zijn voor de gemeenten en ze behouden zou kostelijk zijn voor de bestuurder.

Dit leidt ook maar tot de 2^de zwakheid in de genomen hypothesen: elektriciteit is de facto gekozen als beste vector voor het energie vervoer.  Met het voorbeeld van de wagen hebben we gezien dat ze op te laden een quasi onmogelijke uitdaging is, terwijl we kunnen op heden de tanken van onze benzine wagen, zeer makkelijk en snel vullen.  Ik ben geen voorstander van de benzine wagen, begrijp mij niet verkeerd, hun rendement ligt zeer laag (rond 10% voor de wagenpark, rekening gehouden met de opstoppingen en korte afstanden, dus geen duurzame situatie).

Verder, de transmissie en distributie van elektriciteit is ook onderworpen aan net verliezen (gemiddeld rond 5% over het ganse net doorheen, van de opwekking in grote centrales tot aan de eindafnemer).  Bovendien, de transmissie en vooral de distributie van elektriciteit is zeer duur voor de (particulier, eind)afnemer, ook als de taksen uitgesloten worden, zijn ze veel duurder dan de kost van de getransporteerde energie zelf (gemiddeld 120 €/MWh aan distributie en transmissie t.o.v. 40 €/MWh aan elektriciteit zelf).

De maatschappelijke kost van distributie en transmissie van elektriciteit is een drievoud van de maatschappelijke kost van de elektriciteit.  Berekeningen voeren van een maatschappelijke welfare af te leiden uitsluitend uit de energie prijzen, komt er dus op meer dan ¾ van het totale plaatje te negeren.  Bovendien staan die ¾ van het totale beeld helemaal los van de energie prijs (op de netverliezen na), want er staat zo goed als geen relatie tussen de energie prijs en de distributie en transmissie kosten.

In de voortlenging van dit, i.e. het negeren van de netkosten, is het niet anders dan logisch dat de studie de nadruk legt op gecentraliseerde productie eenheden.  Door schaal uitsparingen, speelt altijd de grootte in het voordeel van reusachtige centrales.  De controle en sturing is trouwens zo ook makkelijker.  Maar de distributie en transmissie kosten, evenals de netverliezen, gaan enorm naar omhoog en de resilience (sterkte t.o.v. incidenten) van het net gaat enorm naar omlaag.  En de sturing van decentrale productie, hoe dan ook op eerste zicht moeilijker, biedt ook veel meer mogelijkheden tegen veel lagere distributie en transmissie kosten.

Betreffend de kleine (decentrale) opwekkingseenheden is het, voor de windmolens, algemeen aanvaard dat hun efficiëntie serieus onder deze van de grote wind turbines ligt.  Op heden is dit juist, zeker voor de 3-schoepen type met horizontale as.  Maar er bestaan ook 7 en 9-schoepen (300W – 1kW) machines die zeer goed presteren.  Daarnaast bestaan er ook cylindrisch-achtige verticale as type windmolens die echt al bij zeer lage windsnelheden onverwaarloosbare productie leveren.  Met meer studie en ontwikkelingen kunnen ze nog verbeterd worden.  De grote wind turbines van vandaag zijn ook veel efficiënter dan deze van 20 jaar geleden.  Wat op grote schaal kan, kan ook op kleine schaal, de fysica blijft gelden.

Verder, beschikken over verschillende types productie eenheden (groot schalige geoptimiseerd voor hoge hoogte, hoge equivalente draaiuren maar die niet starten bij windsnelheden die lager zijn dan ca. 3 à 4 m/s, en langs de andere kant kleinschalige gedistribueerde eenheden die op zeer lage windsnelheden al draaien) kan maar helpen aan de stabiliteit van de voeding van het net.

De studie kon, en mocht vermoedelijk niet, rekenen op technologie die nog niet beschikbaar is (behalve voor het afladen van de elektrische wagen) noch speculeren op toekomstige ontwikkelingen.  Het is m.i. toch geen reden om de kleinschalige windmolens niet in rekening te houden.

Betreffend de zon productie, maakt de studie projecties op mogelijke uitbreidingen van de bestaande decentrale/centrale zonnepanelen opwekking en dit conform de recurrente hoog/medium/laag scenario’s.  Geen enkel twijfel dat de gebruikte cijfers leunen op grondige analyses van gepubliceerde cijfers en projectie technieken.

M.i. moet het juist zijn, in het kader van de bestaand statische zonnepanelen.  Maar er bestaan al, en de onderliggende techniek is matuur en operationeel op industriële schaal, zonnepanelen die de zon volgen (sun trackers), die gelijk aan de zonnebloem de koers van de zon volgen.

Met deze type zonnepanelen, voor identiek dezelfde set van panelen (dus hetzelfde geïnstalleerd vermogen), krijg je globaal ca. 30% (in België) meer opgewekte energie over een jaar, en wat nog beter is, krijg je deze extra in de uren waarop de statische panelen minder produceren (’s morgens en ’s avonds).  Eigenlijk vertoont het productie profiel (curve van het opwekte vermogen i.f.v. de tijd) een vlakkere patroon over een dag (van sinusachtige naar trapeze, quasi rechthoekige, vorm) , evenals over het jaar.

Niet iedereen kan het model installeren dat de volledige (2 assen) beweging biedt, maar het één as model is op alle daken te plaatsen en het 2 assen model op alle vlakke daken en kleine industrie terreinen.

Opgesomd op land niveau kan dit een significante bijdrage leveren, zeker met projecties die rekening houden met 18 GW aan zonnepanelen geïnstalleerd vermogen.  Op Europees niveau zou dit nog veel meer betekenen.

Het laatste element op het gebied van hernieuwbare gecategoriseerde opwekking, is de WKK (warmte kracht koppeling, de simultane productie van warmte en elektriciteit).  Hier ook, zoals voor de andere aspecten, geen enkel twijfel over de serieu en de grondige aanpak waarmee de berekeningen voor de Elia studie gevoerd werden.  Opnieuw wringt m.i. het schoentje op de beperkingen die in de assumpties zitten.

Ik bedoel dat de huishoudelijke WKK technologie bestaat en matuur genoeg is, ze zit op hetzelfde maturiteitsniveau als de elektrische wagen, zelfs verder als we rekening moeten houden met het gebrek aan laadpaal infrastructuur en de aanverwante problematiek die eerder in dit artikel vermeld wordt.

Een huishoudelijke WKK is niets anders dan een ketel die elektriciteit produceert wanneer ze voor de verwarming zorgt (chauffage en/of warm water).  Kort gezegd is de ketel uitgerust met een klein motoortje (≤ 1kW).  Het enorm voordeel van deze apparaten is dat de stroomproductie simultaan met de warmte vraag gaat, wat overeen met het verbruikspatroon komt.

Aangezien, in onze landen, het elektriciteitsverbruik veel lager ligt dan dit van aardgas/stookolie, krijgen we, op huis niveau, een veel hogere synchronisme tussen vraag en aanbod (bij het stoken wek je elektriciteit op en verbruik je ze).  Het elektriciteitsnet (distributie evenals transmissie) is dus veel minder gesolliciteerd over de dagen waarop het elektriciteitsverbruik het hoogste ligt (in de winter eigenlijk), want de ketels produceren er een omstandig deel van.

En dit zonder de last echt over te dragen naar het aardgasnet, want de warmte verliezen in het motor zijn gerecupereerd om te verwarmen.  De nodige extra aan energie (in aardgas verbruik) is minder dan de opgewekte elektriciteit.  Aangezien dat het vermogen van de motor minder dan 1/20^ste van dat van de ketel is, wordt het gasnet maar voor ca. één procent meer gesolliciteerd.

Dat het gasnet nu zo aan bod komt regelt mij goed voor het laatste deel van dit artikel.  Elia is de beheerder van het (elektriciteit) transmissie net, haar studie gaat over elektriciteit, logisch, geen probleem.  Doch zijn er landen (bv. Frankrijk) waar de energie problematiek in zijn globaliteit bekeken wordt.  Het is niet altijd goed zich te beperken op één type energie (bv. elektriciteit).

We hebben al, in vorige artikels gezien, dat de transmissie en distributie van elektriciteit ongeveer 10 keer zo duur is als deze van aardgas, zodat de totale kost van de elektrische energie (voor de eindafnemer, wij dus) een 5- à 6-voud is van de kost van de zuivere (elektrische) energie.  Als technische redenen de oorzaak van dit zijn, dan is het hoge tijd dat we alternatieven vinden aan de transmissie en distributie van elektriciteit.  Men zou bv. eerder aardgas vervoeren (via het gas net, zoals op heden) en zijn energie in elektriciteit (+warmte) om te zetten op het eindpunt (bv. in het huis, i.p.v. in verre staande reusachtige centrales).

Als we denken aan welk vermogen nodig is om elektrische wagen op te laden, als deze hun energie in batterijen steken, zien we direct de enorme uitdaging die erachter zit, om nog niet over economische onhaalbaarheid of onmogelijkheid van oplading te spreken, behalve door trage oplaadbeurten (10 à 20u).  Bovendien is aardgas redelijk makkelijk stockeerbaar.

Dit artikel heeft niet de ambitie om dat onderwerp tot een afgewerkt concept te brengen, ik heb de middelen er ook niet voor.  Maar op land niveau, of beter op Europees niveau, heeft het zin de mogelijke synergiën tussen, bv. elektriciteit en aardgas te analyseren.  Recente publicaties leggen meerdere pistes voor, zoals methanatie, waarmee de cyclus hernieuwbaar gemaakt kan worden (hernieuwbare elektriciteit -> electrolyse water (waterstof) -> methanatie (aardgas) -> vervoer door het gas net -> elektriciteit en warmte opwekking), volledig CO₂ neutraal.

Het rendement van de keten is nog niet optimaal, verre van, maar globaal gezien, zeker t.o.v. de hoop aan batterijen (+ aanverwante chemicaliën), heeft het veel te bieden voor ons allemaal en voor de planeet.

Als samenvatting  van al wat besproken werd, zou ik melden dat de conclusies van Elia dat het Belgische hoogspanningsnet, en alle andere Europese transmissie netten, versterkt/ontwikkeld moeten worden om de elektriciteit, die op een kant van het continent opgewekt is, tot aan de tegenovergestelde kant, evenals onder weg, afgenomen kan worden en dit, met of zonder ontmanteling van de kern centrales, en, extra behoefte is aan stuurbare elektriciteit opwekking, is er m.i. geen twijfel, noch over de serieu en grondige aanpak waarmee deze studie uitgevoerd werd.

Doch de hypothesen, waarop de analyse leunt, zijn m.i. niet altijd open genoeg en soms lijken gegrond te worden op a priori.  Zo neemt men als een feit dat de elektrische wagen kunnen gebruikt worden als stockage, wat o.a. veronderstelt dat hij afgeladen kan worden (op heden is het niet zo).  Zo negeert men de reusachtige net transformatie die de veralgemening van de elektrische wagen impliceert (laadpalen vermogen en installatie langs de straten).  Zo is er niet gekeken naar de mogelijke veralgemening van de (meest) lokale hernieuwbare energie opwekking (huishoudelijke windmolens en WKK), noch naar de (al bestaande) verbetering door de zonnekoers opvolgend  zonnepanelen gebracht.

En eindelijk, de in acht genomen welfare, is beperkt op de groothandelsmarkt elektriciteitsprijs die in zeer geringe mate (amper 1/6^de van) de eindafnemer kost weerspiegelt en dus geen indicatie geeft.

Spijtig genoeg bestaat er geen overkoepelende studie waarin de optimalisatie elektriciteit/aardgas bekeken wordt.  De mogelijke synergie tussen die mature energie vormen zou m.i. onze horizon nog veel breder openen, voor zover de welfare voor de eindafnemer geanalyseerd wordt i.p.v. op de groothandelsmarkt, dus rekening gehouden met alle netkosten.