Het gaat goed met zonne-energie in Nederland. Begin dit jaar hadden ruim een miljoen huishoudens zonnepanelen op hun dak. Inmiddels zijn we de 1,5 miljoen gepasseerd. En met zonnepanelen op grote daken en zonneparken op de grond gaat het nog harder. Maar gaat het hard genoeg? Hoeveel hebben we eigenlijk nodig om klimaatneutraal te worden? In opdracht van de netbeheerders, hebben onderzoeksbureaus Berenschot en Kalavasta in de studie 'Het energiesysteem van de toekomst' vier mogelijke toekomstbeelden opgesteld voor een klimaatneutrale energievoorziening in 2050. Zo maken ze zichtbaar hoeveel zonne- en windenergie op land nodig is, en hoeveel windenergie op zee. Wij geven hieronder een analyse van het rapport. 

In dit artikel:

In het kort

De conclusie is helder: het bouwen gaat geweldig. De infrastructuur wordt een groot probleem. En de koppeling van vraag en aanbod is de olifant in de kamer.

Hoeveel zonne- en windenergie is er nodig?

Wind op zee

In de verschillende toekomstbeelden wordt wind op zee de belangrijkste optie en groeit door naar 20.000 – 40.000 MW. Op dit moment staat er ongeveer 2.500 MW. De overheid streeft naar 11.500 MW in 2030 en onderzoekt of nog eens 10.000 MW extra in 2030 ook haalbaar is (met name voor de industrie en de productie van waterstof). Als dit lukt kunnen we richting zelfvoorziening in 2030 al op de helft zijn van de ambitie voor 2050. Bij een keuze van veel import van waterstof kunnen we in 2030 ongeveer klaar zijn.

Wind op land

Voor windenergie op land is de doelstelling 7.000 – 14.000 MW. In 2020 stond er al 4.200 MW en er staat ongeveer 1.000 MW in de planning. Met die 5.000 MW  komen we dus in de buurt van de ondergrens, maar voor zelfvoorziening is nog zeker het dubbele nodig.

Zon

Het aandeel zonne-energie moet doorgroeien naar 45.000 – 115.000 MW. Dankzij de enorme groei van zonne-energie in de afgelopen paar jaar staat er nu ongeveer 14.000 MW. De ambitie voor 2050 komt dus neer op drie tot zes keer zoveel.

De cijfers op een rij

 

Wind op zee

Wind op land

Zon

Ambitie 2050

100 – 200 TWh

22 – 45 TWh

40 – 100 TWh

 

4.500 kWh/kWp

2.500 kWh/kWp

875 kWh/kWp

 

20.000 – 40.000 MW

7.000 – 14.000 MW

45.000 – 115.000 MW

Huidige situatie

2.500 MW

4.200 MW in 2020, ongeveer 1.000 MW in de  planning op dit moment

14.000 MW in 2020

Ambitie 2030

11.500 MW in 2030 (plus mogelijk 10.000 extra)

Geen specifieke doelstelling, bijdrage aan RES-doelstelling van 35 TWh

PBL: 26.000 MW in 2030

 

Ter vergelijking: het elektriciteitsverbruik bedraagt op dit moment ongeveer 110 TWh per jaar. Daarvoor is ongeveer 15.000 MW vermogen nodig.

Windenergie op land heeft belangrijke voordelen boven zonne-energie

Wind op land is de afgelopen jaren door al het verzet controversieel geworden. Deze optie heeft echter een paar belangrijke voordelen ten opzichte van zonne-energie:

  • Wind op land is de goedkoopste duurzame energie-optie. Voor wind op land is 4 à 5 cent subsidie nodig per kWh. Voor zon ongeveer het dubbele bedrag.
     
  • Wind op land produceert per kW drie keer zoveel stroom als zon. Eén windmolen van 2 MW levert 5 miljoen kWh. Daarvoor zijn ongeveer 22.500 zonnepanelen (van 250 Wp) nodig.
     
  • Extra wind op land produceert het merendeel van de tijd stroom als er vraag is. De koppeling van vraag en aanbod wordt bij zon steeds lastiger.

Laten we daarom wind op land niet te snel afschrijven.

Elektriciteitsnet en verschil in vraag en aanbod zijn het probleem

Het goede nieuws is dus dat de afgelopen tien jaar enorm veel is bereikt. De ambitieuze doelen voor 2050 zijn haalbaar als we uitsluitend kijken naar het benodigde vermogen van zon en wind. 

Helaas is de praktijk een stuk ingewikkelder. Het elektriciteitsnet is niet berekend op al deze decentrale elektriciteit en er zijn grote problemen bij de koppeling tussen vraag en aanbod. En er moet enorm veel gebeuren om de gewenste groei van zon en wind mogelijk te maken.

Capaciteitstekort op het net

De capaciteit van het elektriciteitsnet staat onder enorme druk. Ons energiesysteem maakt een revolutionaire ontwikkeling door, waarbij de netten – de ruggengraat van het energiesysteem – geheel anders benut worden. De snelgroeiende vraag naar transportcapaciteit levert in bepaalde delen van ons land nu al een wachtrij op van gebruikers, die niet allemaal tegelijk toegelaten kunnen worden op het net.

De netwerkbedrijven geven aan dat er zeer forse uitbreidingen en aanpassingen van de energie-infrastructuren nodig zijn om een betrouwbare klimaatneutrale energievoorziening te kunnen faciliteren. In populair Nederlands: het tempo moet met een factor vier omhoog.

Belangrijke knelpunten daarbij zijn geld, het grote tekort aan (technisch) personeel en de enorme tijd die bestaande besluitvormingsprocedures kosten. Er moet enorm veel gebeuren om de gewenste groei van zon en wind mogelijk te maken. De netwerkbedrijven geven ook aan dat je niet meer overal alles neer kunt zetten. Ze willen een veel grotere stem krijgen bij de keuze voor nieuwe opweklocaties en ook bij nieuwe vraaglocaties.


“Bouwen is het probleem niet, het elektriciteitsnet zelf en koppeling van vraag en aanbod wel”
 

Koppeling van vraag en aanbod

Elektriciteit is een geweldige energiedrager met maar één nadeel: het moet worden gebruikt op het moment dat het wordt opgewekt. Voor alle energiedragers is een enorm grote behoefte aan (nieuwe vormen van) flexibiliteitsmiddelen en opslag omdat energievraag en -aanbod op tijdschalen van uren, seizoenen en over de jaren op elkaar moeten worden afgestemd.

De studie van de netwerkbedrijven komt daarbij met een eerste indicatieve beeld van wat er op dit punt nodig is: 25.000 MW flexibele warmte, 40.000 MW aan batterij opslag, 30.000 MW elektrolysers voor de omzetting van elektriciteit naar waterstofgas, 30.000 MW regelbaar vermogen, 15.000 MW aan uitwisseling van energie met het buitenland en 40.000 MW vermogen dat de netwerkbedrijven tijdelijk kunnen terugregelen. Dit is een indrukwekkend lijstje, zeker als je je realiseert dat we nog nauwelijks weten welk beleid nodig is om dit voor elkaar te krijgen.

Jaarprofiel 2050 Aanbod en Vraag elektriciteit
Figuur 1 toont een jaarprofiel 2050 van het sterk uiteenlopen van elektrische vraag en aanbod uit weersafhankelijke energiebronnen als wind en zon.
Aanbod en vraag energie weekprofiel 2050
Figuur 1 toont een weekprofiel in 2050 van het sterk uiteenlopen van elektrische vraag en aanbod uit weersafhankelijke energiebronnen als wind en zon.


De infrastructuur wordt een groot probleem. En de koppeling van vraag en aanbod is de olifant in de kamer”
 

Samenwerking wordt cruciaal, besluitvorming over de keuzes des te meer

Samenwerking wordt cruciaal. De eerste stappen in de industrie worden daarbij gezet. De bouw van nieuwe windparken op zee moet niet alleen gepaard gaan met de aanleg van de benodigde infrastructuur. Maar ook met elektrificatie van de industrie en de bouw van elektrolysers, waar deze stroom kan worden omgezet in waterstof. Als daar niet binnen twee jaar besluiten over vallen, wordt 2030 onhaalbaar.

Voor de enorme aanpassingen in de infrastructuur en de koppeling van vraag en aanbod die nodig zijn voor de verdere groei van zonne-energie, zitten we helemaal nog aan het begin. Voor de aanpassingen van het net zijn de netwerkbedrijven verantwoordelijk. Wie verantwoordelijk is voor de koppeling van vraag en aanbod is helaas veel minder duidelijk. Formeel zijn dat de leveranciers van elektriciteit die programmaverantwoordelijkheid hebben. Maar of deze bedrijven in de praktijk ook de mogelijkheid hebben dit probleem op te lossen moet nog blijken.

Duidelijk is wel dat aan het simpelweg bijbouwen een eind aan het komen is. Op tal van plekken is het voor de beschikbare netcapaciteit nu al code rood. De conclusie moet zijn dat het vraagstuk van de verduurzaming van de elektriciteitsvoorziening in een paar jaar tijd volledig is gekanteld. Tot nu lag de focus op het bouwen van voldoende nieuw vermogen. Nu draait alles om de aansluiting de infrastructuur en de koppeling van vraag en aanbod. De infrastructuur wordt een groot probleem. En de koppeling van vraag en aanbod is de olifant in de kamer.

Voldoende ruimte voor zon op daken

De studie gaat niet in op de vraag waar al die zonne-energie moet komen. Er is wel brede overeenstemming over de voorkeursvolgorde, de zonneladder. Zonnepanelen op daken en gevels van gebouwen staat bovenaan, dan volgen parkeerplaatsen en onbenutte terreinen in bebouwd gebied en gronden zoals waterzuiveringsinstallaties, vuilnisbelten en bermen van spoor- en autowegen. Landbouwgrond en waterplassen staan achteraan.

In een aantal andere studies van o.a. Holland Solar en DNV-GL en PBL is wel naar gekeken naar het potentieel van zonnepanelen op daken. Dat levert in grote lijnen het volgende beeld op:

Woningen

25.000 – 35.000 MW

Zakelijk 30.000 – 45.000 MW
Parkeerruimte 25.000 MW
Civiele werken 25.000 MW

 

Dit zijn vrij theoretische potentiëlen. In de praktijk zal er nog het nodige afvallen. De getallen maken wel duidelijk dat er in theorie ongeveer voldoende ruimte is en dat het zeer grote potentieel van zon op landbouwgrond en water alleen eventueel nodig is in een overgangsperiode.

Vier toekomstbeelden

De studie van de netbeheerders brengt vier scenario’s in beeld hoe een betrouwbaar, duurzaam energiesysteem eruit kan zien. De scenario’s laten verschillende ontwikkelingsrichtingen zien; dat geeft inzicht in behoeften aan flexibiliteitsmiddelen en infrastructuur bij elke variatie.

Om diezelfde reden zitten er variaties met energiebronnen en energiedragers en verschillende technische keuzes in, waarmee op elk moment vraag en aanbod op elkaar aangesloten kunnen worden. Vraag en aanbod van alle energiedragers voor alle sectoren zijn hierin verwerkt. In de praktijk zal de energietransitie zich ontvouwen op het speelveld tussen de grenzen van deze scenario’s.

Deze scenario’s zijn studiemodellen. Het zijn nadrukkelijk geen blauwdrukken waaruit gekozen moet worden. De focus van de scenario’s loopt uiteen van zelfvoorzienend tot meer import-georiënteerd.

1. Regionale sturing

In het eerste toekomstbeeld ligt de nadruk op sturing vanuit lokale gemeenschappen en burgers. Met een hoge mate van autonomie en circulariteit als speerpunt. Zonne- en windenergie op land zijn stevig gegroeid. De industrie krimpt en verduurzaamt door elektrificatie en groene waterstof. Nederland is vrijwel geheel zelfvoorzienend qua energie. Groene waterstof speelt een rol in de back-up van energiecentrales. Groen gas uit lokale biomassa is van belang voor de benodigde piekvoorziening van warmtenetten.

2. Nationale sturing

In het tweede toekomstbeeld is er een centrale rol voor de nationale overheid richting (bijna) zelfvoorziening. Er komen grootschalige nationale projecten tot stand, voornamelijk wind op zee. Er is minder groei in warmtenetten, de nadruk ligt op elektrificatie. De omvang van de industrie blijft gelijk aan de huidige omvang en verduurzaamt door elektrificatie en groene waterstof. Groene waterstof speelt verder een rol in de back-up van energiecentrales en de industrie, in de vorm van groen gas en groene waterstof.

3. Europese sturing

Het derde toekomstbeeld wordt vooral gestuurd door een Europese CO2 -heffing, die leidt tot een grotere nadruk op groen gas in verschillende sectoren. Er is een stevige groei van zonne- en windenergie. De industrie groeit en verduurzaamt dankzij elektrificatie en inzet van waterstof (ook deels als grondstof). CO2-afvang en opslag wordt grootschalig toegepast, onder meer voor de productie van blauwe waterstof.

Hybride warmtevoorziening in gebouwen geeft dit scenario een gematigde elektriciteitspiekvraag. Er is redelijk veel import van energie. Gas houdt een rol in de wijken en andere sectoren, in de vorm van groen gas en een mix van blauwe en geïmporteerde groene waterstof.

4. Internationale sturing

In het vierde en laatste toekomstbeeld is de markt bepalend en zoekt Nederland internationaal naar opties met de laagste kosten. Veel waterstof wordt geïmporteerd uit landen met veel zonneschijn, waar dit makkelijker te produceren is. Er is minder inzet van groen gas, maar veel hybride warmtevoorziening in gebouwen – vooral in combinatie met waterstof. De industrie groeit dankzij elektrificatie en inzet van waterstof (ook als grondstof). Door de waterstofimport heeft Nederland minder windvermogen nodig om zelf (via elektrolyse) waterstof te produceren. Dit scenario heeft dus de laagste nationale elektriciteitsproductie - al is die productie in 2050 stevig gegroeid ten opzichte van 2030.

Bron: Het energiesysteem van de toekomst (Netbeheer NL, april 2021)