Systeemintegratie en flexibiliteit: De veranderende mix van fossiele en hernieuwbare bronnen in de Nederlandse energievoorziening (Perceel 1) Jos Sijm (ECN) Congres Systeemintegratie Apeldoorn, 21 april 2015
www.ecn.nl
Agenda Doel/vraagstelling van de studie Belangrijkste bevindingen
Aanbevelingen voor de Topsector Energie Conclusies en hoofdboodschappen
2
Doel/vraagstelling van de studie Doel: het leveren van een bijdrage aan de ontwikkeling van een visie op het thema systeemintegratie, in het bijzonder met betrekking tot de veranderende mix van fossiele en hernieuwbare bronnen in de toekomstige energievoorziening van Nederland.
Specifieke onderzoeksvragen: Wat zijn de verwachte ontwikkelingen in de Nederlandse energievoorziening/brandstofmix tot 2030 (met een ‘doorkijk’ tot 2050)? Wat zijn de opties voor een betere flexibiliteit en integratie van het energiesysteem? Wat zijn hiervan de implicaties voor de betrouwbaarheid en betaalbaarheid van het systeem? Wat is de specifieke rol van biomassa in dit hele gebeuren? Welke kansen bieden bovengenoemde ontwikkelingen voor Nederlandse bedrijven en kennisinstellingen? Wat zijn de implicaties van deze ontwikkelingen voor de rol en agenda van de Topsector Energie met betrekking tot het TKI overstijgende programma Systeemintegratie? 3
Bevindingen van de studie: Veranderingen in NL brandstofmix, 2000-2050
Context: ontwikkelingen in de NL energievoorziening, 2000-2050 Meer hernieuwbare energie uit zon en wind: Meer behoefte aan flexibiliteit
Meer decentrale energievoorziening: Verandering van traditionele rolpatronen
Meer elektrificatie: Versterkte behoefte aan flexibiliteit
Meer systeemintegratie: Nieuwe energieconversiesystemen/opslagsystemen
Meer Europese integratie: Integratie van EU beleid en energiemarkten 5
Ontwikkeling elektriciteitsproductie per energiedrager, 2012-2030 (in TWh) 120 [in TWh] 100
Biomassa en waterkracht
80
Zon Wind 60
Nucleair
Kolen Gas decentraal
40
Gas centraal 20
0 2012
2014
2016
2020
2023
2030
6
Veranderingen in de NL brandstofmix, 2012-2050 (in %) [in % of totaal]
2012
2020
2023
2030
2030
2050
NEV 2014
NEV 2014
NEV 2014
NEV 2014
CE Delft DNV GL (vijf scenario’s)
Greenpeace et al. 2013
Hernieuwbare energie
5
11-12
13-15
20
25-100
70
Hernieuwbare elektriciteit
12
27
33
51
28-100
78
6
20
27
46
14-61
66
88
73
67
49
0-72
14
- Kern
4
4
4
3
0-16
0
- Fossiel
84
70
63
46
0-62
14
54
38
33
25
0-32
14
Bron
- variabel (wind/zon) Conventionele elektriciteit
- Gas
7
Meer elektriciteit uit zon/wind: Bepalende factoren Conclusie diverse (scenario)studies: Meer elektriciteitsopwekking uit zon en wind Mate waarin (relatief absoluut) hangt af van: EU/NL energiebeleid (CO2; duurzaam) Prijzen energiedragers (fossiel; biomassa) Kosten energietechnologieën (hernieuwbaar CCS) Ontwikkeling CO2-prijs Rol biomassa in energiesysteem Kosten en potentiëlen van flexibiliteitsopties Ontwikkeling totale energievraag (inclusief energiebesparing e.d.) Mate van elektrificatie (warmtevoorziening; transport) 8
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (1): opwekking Elektriciteitsopwekking wordt meer variabel en minder zeker Meer behoefte aan flexibiliteit voor het handhaven van de systeembalans gedurende alle momenten van het jaar
9
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (2): conventioneel vermogen Enerzijds drie ongunstige effecten: 1. Lagere bezetting (minder draaiuren) 2. Lagere opbrengstprijzen (groothandelsmarkt) 3. Grotere prijsfluctuaties: meer onzekerheid inkomstenpatroon
Gevolg: Verdienmodel conventioneel wordt minder aantrekkelijk Op termijn: risico van minder capaciteit conventioneel (meer zekerheid nodig over toekomstig verdienmodel)
Anderzijds ook een positief effect: Meer vraag naar flexibel conventioneel vermogen Echter: is verdienmodel voldoende aantrekkelijk om aanbod flexibel conventioneel te verzekeren? 10
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (3a): betrouwbaarheid e-systeem Drie aspecten/effecten (uitdagingen/risico’s): Belasting van het net: Capaciteits-/congestieproblemen Spannings-/andere kwaliteitsproblemen
Balancering van het systeem: Korte-termijn variaties en onzekerheden in opwekking nemen toe Meer behoefte aan balancering/regelvermogen
Voldoende capaciteit voor waarborgen piekvraag (‘system adequacy’): Capaciteit zon/wind groeit fors, maar productie (aanbod) is onzeker Capaciteit conventioneel vermogen neemt mogelijk af (onzekerheid), afhankelijk van ontwikkeling van verdienmodel 11
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (3b): betrouwbaarheid e-systeem Ontwikkeling opgesteld elektrisch vermogen per energiebron, 2012-2030 (in GW) 50 [in GW] 45 40 35
Biomassa en waterkracht Zon
30
Wind 25
Nucleair
20
Kolen
15
Gas decentraal Gas centraal
10 5 0 2012
Bron: ECN et al. (2014a)
2014
2016
2020
2023
2030
12
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (3c): betrouwbaarheid e-systeem Bevindingen diverse (scenario)studies: Korte termijn (2017-2020), i.e. laag aandeel zon/wind: Voldoende regel/reservevermogen voor waarborgen systeembalans
Lange termijn(2030-2050), i.e. hoog aandeel zon/wind: Betrouwbaarheid is veelal randvoorwaarde van deze studies Studies laten derhalve vooral zien welke maatregelen er getroffen moeten worden om betrouwbaarheid te garanderen Maatregelen betreffen veelal het creëren van benodigde condities voor realiseren van diverse flexibiliteitsopties Kortom: de kernvraag is niet zozeer ‘Wat is het effect van meer zon/wind op de betrouwbaarheid van het e-systeem?’ maar veeleer ‘Hoe waarborgen we die betrouwbaarheid bij meer zon/wind?’ of ‘Wat hebben we daar voor over?’ c.q. ‘Hoe bewerkstelligen we dat tegen de laagste maatschappelijke kosten?’ 13
Implicaties meer elektriciteit uit zon/wind (4): betaalbaarheid e-systeem Kortere termijn: Opwekkingskosten van duurzaam (per MWh) zijn veelal hoger dan die van conventioneel Systeemintegratiekosten van zon/wind (per MWh) zijn doorgaans ook hoger
Langere termijn: Opwekkingskosten (per MWh) van duurzaam zullen naar verwachting dalen (‘leereffecten’) Integratiekosten van wind/zon worden lager, afhankelijk van systeemaanpassing (meer flexibiliteit)
Bovendien: duurzaam vermijdt externe kosten van fossiel (CO2-emissies, e.d.) Kortom: kosten van duurzaam zijn (op termijn) nauwelijks hoger of zelfs lager dan die van fossiel, afhankelijk van aannames over: Kostenontwikkeling duurzaam versus fossiel (inclusief externe kosten) Aanpassing/flexibilisering van het e-systeem 14
Bevindingen: vraag en aanbod van flexibiliteit
Vraag naar flexibiliteit Door toename zon/wind in stroomopwekking stijgt vraag naar flexibiliteit Studies die de vraag naar flexibiliteit kwantificeren zijn schaars
Uitzondering is recente studie ‘Quantifying flexibility markets’ (ECN, 2014): Tussen 2012-2023 stijgt de vraag naar flexibiliteit op de day-ahead markt met 46% en op de intraday markt met circa 400%
Er is meer behoefte aan kwantitatieve analyses van de vraag naar flexibiliteit, gedifferentieerd naar relevante dimensies zoals: Tijd: korte termijn, middellange termijn, lange termijn Richting: positieve (opregelbaar) en negatieve flexibiliteit (afregelbaar) Schaal: centraal versus decentraal niveau (inclusief specifieke locatie) 16
Verschillende categorieën van flexibiliteitsopties
17
Aanbod van flexibiliteit (2): Knelpunten Aanbodpotentieel van flexibiliteit is (in beginsel) groot Praktisch wordt dit potentieel echter beperkt door allerlei knelpunten en barrières: Verdienmodel is onzeker/niet aantrekkelijk Gebrek aan infrastructuur (onvoldoende capaciteit, slimme netwerken, etc.) Hoge kosten (energieopslag infrastructuur) Onvoldoende prijsprikkels: Gebrek aan prijsfluctuaties op retailmarkten Huidige salderingsregeling, energiebelasting, netwerktarieven, etc. bieden onvoldoende, inefficiënte prikkels Allerlei belemmeringen in wet- en regelgeving Gebrek aan gedragsverandering/maatschappelijk acceptatie 18
Aanbod van flexibiliteit (3): Maatregelen Om potentieel aan flexibiliteit te bewerkstelligen dienen er allerlei maatregelen genomen te worden, zoals: Investeren in R&D (kostenreductie energieopslag, e.d.) Investeren in infrastructuur (interconnecties, slimme netwerken, etc.) Introduceren van adequate prijsprikkels Verbeteren van marktordeningen/verdienmodellen Stimuleren van gedragsverandering/maatschappelijke acceptatie
Kortom: creëer een ‘gelijk speelveld’ voor flexibiliteitsopties: Verruim/egaliseer speelveld (wegnemen van knelpunten, barrières, e.d.) Schep gelijke kansen (eerlijke concurrentie) voor flexibiliteitsopties Baken speelveld af (definieer maatschappelijke randvoorwaarden) 19
Overige bevindingen
Kansen voor BV Nederland Verduurzaming, flexibilisering en integratie van energiesysteem bieden allerlei kansen voor BV Nederland: Kennisinstellingen/consultancy-bedrijven, e.d.: Nader onderzoek, kennisontwikkeling en adviesverlening m.b.t. vraag en aanbod van flexibiliteit, de integratie van duurzaam en flexibiliteitsopties in het energiesysteem, etc., zowel in Nederland als in het buitenland Bedrijven: Nader ontwikkelen/vermarkten van (toeleveringen voor) HE-technologieën (biomassa; wind op zee) en flexibiliteitsopties (flexibele elektriciteitsopwekking, opslag, slimme netwerken, e.d.), zowel in Nederland als in het buitenland
Specifieke kansen met betrekking tot aanbodtechnologieën zijn echter beperkt c.q. worden reeds gedekt door bestaande TKI programma’s 21
Aanbevelingen voor rol/agenda Topsector Energie Werk verder aan het ontwikkelen van een lange-termijn visie op het thema systeemintegratie Stimuleer nader onderzoek naar vraag en aanbod van flexibiliteit en naar een maatschappelijke, kosten-optimale routekaart voor een verdergaande flexibilisering en integratie van het energiesysteem Vervul een coördinerende, regisserende rol voor de implementatie van deze visie/routekaart Creëer meer ruimte voor goed begeleide, zorgvuldige experimenten om ervaring op te doen met (institutionele) innovaties t.a.v. verdergaande flexibilisering en systeemintegratie op decentraal niveau 22
Samenvatting: Hoofdconclusies en kernboodschappen
Samenvatting: hoofdconclusies en kernboodschappen (1-3) De behoefte aan flexibiliteit en integratie van het e-systeem stijgt door het toenemend aandeel zon/wind in de elektriciteitsopwekking Het aanbodpotentieel van flexibiliteitsopties is (in beginsel) voldoende groot voor het beantwoorden van de vraag naar flexibiliteit Voor het realiseren van dit potentieel dienen echter allerlei maatregelen getroffen te worden dan wel allerlei condities te zijn vervuld om de betrouwbaarheid en betaalbaarheid van het e-systeem te waarborgen
24
Samenvatting: hoofdconclusies en kernboodschappen (4-6) Belangrijkste algemene maatregel/conditie is het creëren van een open, gelijk speelveld voor alle flexibiliteitsopties De verduurzaming, flexibilisering en integratie van het energiesysteem creëert allerlei nieuwe kansen voor Nederlandse bedrijven en kennisinstellingen De belangrijkste aanbevelingen voor de Topsector Energie zijn: Het verder ontwikkelen van een visie m.b.t. thema systeemintegratie (inclusief routekaart) Het vervullen van een coördinerende, regisserende rol voor de implementatie van deze visie
25
Dank voor uw aandacht Met dank aan: – Afke Mulder, Frank Wiersma en Daan Peters (Ecofys) – Marc Londo en Koen Schoots (ECN) – Rob Weterings (TNO reviewer)
Voor nadere informatie: – Jos Sijm (ECN, e-mail:
[email protected] tel.: 088-5158255/06-10484843) – Frank Wiersma (Ecofys, e-mail:
[email protected] tel: 030-6623301/06-111491610)
26
Reserve slides
Aanbod van flexibiliteit Vijf categorieën flexibiliteitsopties: Aanbod: Flexibel conventioneel/WKK/hernieuwbaar vermogen Aftopping van hernieuwbaar (zon/wind)
Vraag: Vraagsturing (industrie diensten huishoudens) Power-to-heat (P2H) power-to-gas (P2G), power-to-products (P2P), etc.
Opslag: Batterijen opslag van waterkracht P2G, P2H, CAES, etc.
Netwerken (infrastructuur): Investeringen in netwerkverzwaring/uitbreiding (inclusief interconnecties), etc.
Operationele systemen (markten): Verbeteren flexibiliteit door marktkoppeling, real-time marketing, etc. 28
Definitie van centrale begrippen Flexibiliteit: “De mate waarin het energiesysteem in staat is om een betrouwbaar evenwicht te bewerkstelligen tussen vraag en aanbod van energie gedurende alle momenten van het jaar, zowel voorzien als onvoorzien”
Systeemintegratie: “Het proces van toenemende integratie en interactie tussen zowel de schakels in de energiewaardeketen – energieaanbod, - opslag, infrastructuur en –vraag – als tussen de energiedragers en –subsystemen (elektriciteit, gas, warmte/koude transportbrandstoffen) teneinde te komen tot een duurzame, betrouwbare en betaalbare energievoorziening”
29
Rol van biomassa: Belangrijkste conclusies Biomassa is onmisbaar voor de verduurzaming van onze energie- en materialenhuishouding Belangrijkste onzekerheden/uitdagingen: Louter als mitigatieoptie is biomassa waarschijnlijk niet nodig Wellicht is biomassa onmisbaar om een bijdrage te leveren aan het waarborgen van de betrouwbaarheid van het elektriciteitssysteem bij een hoog aandeel zon/wind
Rol van biomassa in de elektriciteitsvoorziening is op lange termijn onzeker: Beschikbaarheid/prijs van duurzame biomassa Gelijk speelveld voor diverse toepassingen van biomassa Ontwikkeling van technologieën voor geïntegreerde productie van biobrandstoffen en –grondstoffen Omgaan met investeringsrisico’s (infrastructuur) 30
