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.

Besides periods of cold and windless weather there are periods of dark and windless weather: the Dunkelflaute. A Dunkelflaute on average occurs once every two years and lasts about 10 days.

Dunkelflaute: German term for the co-occurrence of ‘Dunkelheit’ (darkness) and ‘Windflaute’ (windlessness).

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.

Source photo: Agora Energiewende

In more and more countries people start realizing that periods of Dunkelflaute may soon pose a threat to the supply of electricity. Afer all we, en masse, switch to wind turbines and solar panels, which hardly supply energy when there is no wind or sufficient sunlight.

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.

For the time being the use of a conventional coal, gas or nuclear power station is the most reliable solution that is easiest to fit in regarding a Dunkelflaute. Partly due to this many countries have introduced laws that need to keep a minimum number of these power stations open to prevent shortages. Eventually we want to get rid of these power stations, but as long as there are no better alternatives, we remain reliant on them. All the same, we can choose to deploy the least polluting type of power stations as backup power stations. Mostly, there is a strong preference for gas, because it is cleaner than coal. In the years to come important decisions will have to be made with respect to the future of these power stations, with the inclusion of the role they play in counterbalancing a Dunkelflaute.

The Dunkelflaute problem is recognized by practically everyone involved in renewable energy. But what is the best solution to this problem? Many measures are suggested, regarding which attention should be paid to the impact of the short-term choice versus the impact of the long-term choice. The Flexibility Roadmap 2050, a report recently published by TenneT, points the way.

Many people only associate renewable energy with renewable electricity, whereas the need for renewable energy is determined by both electricity and heating or cooling. The heating sector is responsible for 50% of the European energy use, which makes it Europe’s largest energy sector. Nonetheless, there is much room for improvement. Optimization of this sleeping giant is vital for achieving the goals as described in the Climate Agreement and reducing the use of fossil fuels and carbon dioxide emissions.

In the recently published report of Aalborg University in Denemark “Renewable heating strategies and their consequences for storage and grid infrastructures comparing a smart grid to a smart energy systems approach” researcher Henrik Lund reaches the conclusion that a smart energy system with large thermal storage is by far the most affordable solution.

“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.

Sources: KNMI, TenneT, Science Direct