In de winter van 2021 legde storm Uri vijf dagen lang de stroomtoevoer naar grote delen van Texas lam. De elektriciteitscentrales en de gasinfrastructuur waren niet bestand tegen de kou en de economische schade liep in de miljarden. Tijdens de transitie naar duurzame energie die wordt opgewekt door wind en zon, kunnen extreme weersomstandigheden straks ook in Europa de elektriciteitsvoorziening in gevaar brengen. Oostenrijkse onderzoekers hebben de risico’s in kaart gebracht.
Zij stelden vast dat dure preventiemaatregelen een groot financieel risico inhouden voor exploitanten van elektriciteitscentrales, omdat dergelijke weersverschijnselen zich maar eens in de zoveel jaar voordoen.
De regulering van de elektriciteitsmarkt zal ook een belangrijke invloed hebben op het verloop van de energietransitie in Europa. Er zullen hier individuele uitersten zijn, zegt co-auteur dr. Johannes Schmidt. De onderzoekers analyseren welke extreme weersomstandigheden de elektriciteitsvoorziening in gevaar kunnen brengen, welke preventieve, technische mogelijkheden er zijn en of de elektriciteitsvoorziening moet worden gereguleerd door de markt of door de staat.
Productie-fluctuaties
Oostenrijk vertrouwde al vroeg op waterkracht. In de overgang naar een aanbod van bijna honderd procent hernieuwbare energiebronnen is dit een groot voordeel, aldus Schmidt. Waterkrachtcentrales kunnen fluctuaties in de wind- en zonne-energieproductie op korte en middellange termijn opvangen. Zij baseren deze conclusie op een onderzoek over de Zweedse elektriciteitsmarkt. Volgens deze gegevens kan waterkracht bijdragen aan het in balans houden van weersafhankelijke hernieuwbare energiebronnen, zodat het langste tekort maximaal vijftien uur zou duren.
Weersafhankelijk
Waterkracht heeft echter ook een onzekerheidscomponent. Veranderende omstandigheden voor smeltwater en neerslag kunnen bijvoorbeeld in Oostenrijk leiden tot laagwater in de Donau. Als laag water samenvalt met windstilte en zeer lage temperaturen, kan dit ernstige gevolgen hebben voor het Oostenrijkse elektriciteitssysteem. Capaciteitsknelpunten als gevolg van korte extreme weersperioden kunnen worden gecompenseerd, bijvoorbeeld met thermische centrales. Voor langere perioden moet ervoor worden gezorgd dat er voldoende brandstof beschikbaar is voor deze centrales. In de toekomst – als volledig wordt afgezien van fossiele energiebronnen – zou dit wel eens duur kunnen uitvallen.
Technische verbeteringen
Om de elektriciteitsvoorziening met hernieuwbare energiebronnen ook in fasen van extreme weersomstandigheden te waarborgen, zijn technologieën nodig die onafhankelijk van de klimatologische omstandigheden functioneren.
Schmidt: “Zolang we nog CO2-emissies toestaan, kunnen aardgascentrales knelpunten in de stroomvoorziening opvangen. Op lange termijn willen we echter helemaal zonder fossiele brandstoffen leven. Dan komt bijvoorbeeld waterstof als reservetechnologie in aanmerking. Het kan in tijden van grote beschikbaarheid worden geproduceerd en opgeslagen.”
“Maar, waterstofopslag is ook relatief duur”, gaat Schmidt verder. “Dit zou weer kunnen leiden tot opslagcapaciteiten die te klein zijn om een reserve te vormen voor zeldzame klimatologische gebeurtenissen. Om passende technische voorzieningen te kunnen treffen, moet de regelgeving voor de elektriciteitsmarkt ook de juiste stimulansen bieden.”
In Europa zijn betrekkelijk liberale reguleringsmodellen, zoals spotmarkten voor energie, gebruikelijk. Op deze markten genereren leveranciers alleen inkomsten wanneer de door hen aangeboden energie wordt opgevraagd. Er is niet voorzien in een vergoeding voor het behoud van de macht.
Interventie
De spotmarkten voor energie worden geflankeerd door een reeks overheidsinterventies. Voorbeelden hiervan zijn de bevordering van hernieuwbare energiebronnen of interventie wanneer de prijzen te hoog oplopen. Naast deze markten, die in de eerste plaats de verkochte elektriciteit waarderen, zijn er ook de zogenaamde capaciteitsmechanismen. Hier krijgen acteurs geld voor het beschikbaar houden van capaciteiten voor noodgevallen. Duitsland, bijvoorbeeld, is afhankelijk van steenkoolreserves en houdt daarom kolengestookte elektriciteitscentrales bedrijfsklaar. Momenteel wordt overwogen deze steenkoolreserve te activeren om een mogelijk verlies van gasleveringen uit Rusland tegen te gaan, legt Schmidt uit.
Meer staatsinvloed
Capaciteitsmechanismen, bevordering van duurzame energie en ingrijpen wanneer de prijzen te hoog oplopen. Het zijn regelingen waardoor de staten reeds indirect betrokken zijn bij de marktactiviteiten. Om de weg naar de energietransitie te effenen, pleit het onderzoeksteam van de BOKU Wenen voor een verhoging van de staatscompetenties. Brazilië, waar het elektriciteitssysteem grotendeels op waterkracht is gebaseerd, is een goed voorbeeld. De situatie wordt gekenmerkt door lange perioden van droogte, waardoor de beschikbaarheid van waterkracht sterk varieert.
Schmidt: “In Brazilië beslist de staat hoeveel nieuwe waterkrachtcentrales, windturbines of zonnecentrales op het net worden aangesloten. Daartoe worden tienjarenplannen opgesteld die jaarlijks worden bijgewerkt. De capaciteiten worden openbaar aanbesteed, en de beste inschrijvers krijgen de contracten toegewezen. De veiling gaat dus niet over de opgewekte energie, maar over de mogelijke capaciteiten om de elektriciteitsvoorziening ook bij extreme weersomstandigheden te garanderen.”
Toeval
Een dergelijke regulering zou extreem hoge elektriciteitsprijzen, zoals we die nu in Europa kennen, kunnen voorkomen. Als gevolg van de oorlog in Oekraïne wordt de elektriciteitsprijs momenteel bepaald door zeer dure gasgestookte elektriciteitscentrales. Dit levert onverhoopte winsten op voor technologieën die relatief goedkoop elektriciteit produceren. In Brazilië worden in dergelijke gevallen alleen de werkelijke kosten vergoed. Dat wil zeggen, de hoge prijzen van de gascentrales en de lage prijzen van de andere marktdeelnemers.
Afzien van stroom
Specifiek voor de Braziliaanse regelgeving is ook dat deze slechts in 95 procent van alle gevallen de elektriciteitsvoorziening garandeert – als gevolg van de grote variabiliteit in de waterkrachtproductie. Dit betekent dat de stroomvoorziening in tijden van schaarse regenval soms kan worden stilgelegd om de reservecapaciteit voor zeer zeldzame gebeurtenissen beheersbaar te houden. Deze aanpak is in Europa waarschijnlijk niet haalbaar. Maar het laat zien dat ook de vraagzijde een belangrijke bijdrage kan leveren aan het beheersen van energiecrises, legt Schmidt uit.
Supra-regionale handel in elektriciteit
Om capaciteitsknelpunten als gevolg van extreme weersomstandigheden in Europa te voorkomen, moet de interconnectie in de intra-Europese stroomvoorzieningsnetwerken worden gestimuleerd. De kans dat in alle regio’s van Europa op hetzelfde ogenblik dezelfde weersomstandigheden heersen, is zeer klein. Daarom kunnen tekorten gemakkelijk worden gecompenseerd via transmissiesystemen.
Schmidt: “Dit is een zeer duidelijk resultaat van al onze analyses. Hoe meer we onderling verbonden zijn, hoe minder we te maken krijgen met schommelingen in het aanbod van hernieuwbare energie.”
