Het opwekken van zonne- en windenergie is sterk afhankelijk van het weer. Deze afhankelijkheid brengt met zich mee dat de energievoorziening van de samenleving kwetsbaar kan worden voor variaties in het weer en klimaat. Hoe zorgen we voor genoeg stroom als het lange tijd koud is met weinig wind en zon?

In de winter en met name op de zogenaamde Dunkelflaute dagen ontstaat een acuut probleem van stroomtekorten.

Het KNMI zet zich in om onze kwetsbaarheid voor grootschalige variaties in het klimaat te onderzoeken en in kaart te brengen. Een groot deel van noordwest Europa inclusief de Noordzee heeft te maken met lange periodes van koud en windstil weer. Dit type weer hangt samen met de Noord Atlantische Oscillatie (NAO). De NAO heeft een positieve en een negatieve fase. De positieve fase zorgt voor zachte en natte winters met veel wind, de negatieve fase geeft vooral koud en droog weer.

Bij een negatieve NAO hebben vrijwel alle Europese landen te maken met een gebrek aan wind. Hierdoor kunnen tegenvallende opbrengsten van windenergie in de Noordzee niet makkelijk gecompenseerd worden. De import van zonne-energie uit Zuid-Europa is ook lastig. Een negatieve NAO zorgt voor stormachtig en bewolkt weer rondom de Middellandse zee, waardoor de opbrengst van zonne-energie tegenvalt. De kwetsbaarheid voor klimaatvariaties zoals de NAO worden vergroot doordat een periode met lage windopbrengsten vaak samenvalt met een periode waar de vraag naar energie hoog is.

Naast periodes van koud en windstil weer zijn er ook periodes van donker en windstil weer: de Dunkelflaute. Een Dunkelflaute komt gemiddeld om de twee jaar voor en duurt een periode van circa 10 dagen.

Dunkelflaute: Duitse term voor het samenvallen van ‘Dunkelheit’ (duisternis) en ‘Windflaute’ (windstilte).

Dunkelflaute komt het meest voor tijdens de winter. Dit komt door de kortere dagen en lagere temperaturen, waardoor enerzijds de energievraag toeneemt en anderzijds met name door zonnepanelen minder elektriciteit wordt opgewekt. Is het donker, nevelig of er ligt sneeuw op de zonnepanelen en is er daarnaast ook weinig wind, dan kunnen windmolens en zonnepanelen niet meer aan de vraag naar elektriciteit voldoen. In België traden in de winter van 2016/2017 negen van zulke dagen van Dunkelflaute op. Ook in andere landen werden meerdere dagen van Dunkelflaute gemeten.

Bron afbeelding: Agora Energiewende

In steeds meer landen realiseert men zich dat perioden van Dunkelflaute binnenkort een bedreiging kunnen vormen voor de levering van elektriciteit. We stappen immers massaal over op windmolens en zonnepanelen, die vrijwel geen energie leveren als het niet waait of als er niet voldoende zonlicht is.

Er worden steeds meer kolen-, gas- en kerncentrales gesloten. Dit gebeurt onder politieke druk, maar ook omdat ze simpelweg niet meer rendabel zijn tegenover gesubsidieerde groene alternatieven. Bovendien zijn de meeste maatschappijen huiverig om nog te investeren in iets wat de komende jaren waarschijnlijk moet verdwijnen. Afgelopen winters hadden de Dunkelflauten nog geen ernstige gevolgen, er zijn nog genoeg conventionele energiecentrales die het energietekort kunnen opvangen.

Als meer centrales gaan sluiten, hebben we niets meer om op terug te vallen. Veel landen nemen daarom maatregelen om een minimum aan capaciteit beschikbaar te houden in geval van nood. In Engeland wordt bijvoorbeeld de energielevering jaren van tevoren aangekocht in een veiling, zodat de energiecentrales zeker zijn van hun inkomsten en open blijven.

Los van de hoge kosten is er veel bezwaar tegen het openhouden van vervuilende centrales. Maar kunnen we wel anders? Wat kunnen we nog meer doen om ook tijdens dagen van Dunkelflaute nog stroom te kunnen gebruiken?

In 2035 moet een kwart van de energie in Nederland duurzaam worden opgewekt. Dit zal in de jaren daarna alleen maar verder worden uitgebreid. Deze plannen sluiten aan bij een wereldwijde beweging in de richting van duurzame energie, de energietransitie. Vervuilende energiecentrales die fossiele brandstoffen verbranden moeten wijken voor alternatieven die niet of minder schadelijk zijn voor het milieu. In Nederland wordt daarbij vooral ingezet op windmolens en zonnepanelen. De ‘brandstof’ voor deze energie-opwekkers is gratis en stoot niets uit. Dat klinkt ideaal, maar er kleeft ook een groot nadeel aan deze manier van energie opwekken: je bent afhankelijk van het weer. Geen wind of zon betekent geen stroom. Als in 2035 onze energie voor een groot deel uit wind en zonlicht moet komen, dan kan de winter en met name een Dunkelflaute voor een tekort aan elektriciteit zorgen.

Vooralsnog is het gebruik van een conventionele kolen-, gas- of kerncentrale de meest betrouwbare en direct in te passen oplossing voor een Dunkelflaute. Mede hierom hebben veel landen wetten ingesteld die een minimum aantal van deze centrales open moeten houden om zo tekorten te voorkomen. Uiteindelijk willen we juist van deze centrales af, maar zolang er geen geschiktere alternatieven zijn blijven we erop aangewezen. Wel kunnen we er voor kiezen om de minst vervuilende soort elektriciteitscentrales als reserve- of ‘systeemcentrales’ in te zetten. In de meeste gevallen wordt hierbij naar gas gewezen, omdat dit schoner is dan kolen. De komende jaren zullen er belangrijke beslissingen moeten worden genomen over de toekomst van deze centrales, waarbij hun rol in het opvangen van een Dunkelflaute moet worden meegenomen.

Het probleem van de Dunkelflaute wordt onderkend door vrijwel iedereen die zich met duurzame energie bezig houdt. Maar wat is de beste oplossing voor dit probleem? Er worden vele maatregelen geopperd waarbij gekeken zou moeten worden naar de impact van de korte termijn keuze versus de lange termijn. De Flexibility Roadmap 2050, een recent verschenen rapport van Tennet, geeft hier richting aan.

Veel mensen koppelen duurzame energie enkel aan duurzame elektriciteit. Dit in tegenstelling tot de behoefte. De duurzame energie behoefte bestaat uit elektriciteit en warmte of koude. De warmtesector is verantwoordelijk voor 50% van het energieverbruik in Europa. Dit maakt het Europa’s grootste energiesector. Toch is er veel ruimte voor verbetering. Het optimaliseren van deze slapende reus is essentieel om de doelstellingen van het Energieakkoord te behalen en fossiele brandstoffen en CO2-uitstoot terug te dringen.

In het recent gepubliceerde rapport van de Aalborg University in Denemarken “Renewable heating strategies and their consequences for storage and grid infrastructures comparing a smart grid to a smart energy systems approach” komt onderzoeker Henrik Lund tot de conclusie dat een slim energiesysteem met grote thermische opslag veruit de meest betaalbare oplossing is.

“The conclusion is that the “smart grid” pathway requires a 2 – 4 times expansion of the electricity grid and significant investments in electricity storage capacities, while the “smart energy systems” pathway can be implemented with relatively few investments in affordable minor expansions of existing grids and storage capacities.” aldus Lund.

Zo’n systeem kan worden geïmplementeerd met relatief weinig investeringen en betaalbare uitbreidingen van bestaande netten en opslagcapaciteiten.

Bronnen: KNMI, Agora Energiewende, TenneT, Science Direct