De meeste processen in de industrie gaan dag en nacht door. Daardoor is de vraag naar energie in de industrie vrijwel constant. Maar windenergie heeft pieken en dalen. Het kan ineens een paar uur minder waaien, een flauwte kan ook enkele dagen aanhouden. Die fluctuaties worden belangrijk als de industrie meer processen elektrificeert en daardoor afhankelijk wordt van offshore windenergie. Het rapport Flattening the curve onderzoekt technieken om vraag en aanbod op elkaar aan te sluiten.
De studie gaat ervan uit dat verschillende technieken naast elkaar de levering van elektriciteit gaan garanderen. Naast waterstof bijvoorbeeld ook warmteopslag en beperking van de productie in de industrie.
De onderzoekers gebruiken drie scenario's voor de ontwikkeling van de industrie. Er is een scenario met een laag elektriciteitsverbruik, een scenario met een hoog verbruik en een scenario met maximale elektrificatie van industriële processen. Computermodellen berekenen voor elk scenario hoe de kloof tussen vraag en aanbod het best kan worden gedicht en wat dat kost.
Waterstof
In alle scenario's is waterstof een onmisbare oplossing. Dat is een solide conclusie, want de scenario's verschillen sterk. De productie van waterstof kan anticiperen op een overschot aan elektriciteit wanneer het hard waait en er een overschot aan duurzame elektriciteit is door dan meer te produceren. Of het wordt geïmporteerd. Op momenten van schaarste start een elektriciteitscentrale, die waterstof gebruikt als brandstof. De benodigde back-upcapaciteit verschilt per scenario. Maar steeds is waterstof noodzakelijk om vraag en aanbod in balans te brengen. Dat is dus een no-regretoptie, die krachtig verder kan worden ontwikkeld.
Back-upcentrales met waterstof zijn wel duur. Enkele andere technieken zijn goedkoper en efficiënter. Bijvoorbeeld het opslaan van warmte en overschakelen op waterstof voor verhitting. In de studie worden deze technieken zoveel mogelijk ingezet. Maar ze kunnen slechts een deel van de kloof tussen vraag en aanbod overbruggen. Waterstof blijft noodzakelijk.
Industrie stilleggen
Vaak wordt gedacht dat de industrie makkelijk kan terugschakelen als de wind wegvalt. Maar dat valt tegen, zo blijkt uit interviews die voor de studie zijn gehouden. Veel processen laten zich moeilijk onderbreken. De mogelijkheden verschillen per bedrijf. Gemiddeld is een reductie van twintig procent haalbaar. Terugschakelen gaat bovendien langzaam. Het duurt vaak meerdere uren. Het rapport rekent de kosten daarvan uit. In de berekeningen is productiebeperking steeds de laatste optie, als de goedkopere mogelijkheden van back-upcentrales en warmteopslag zijn uitgeput. Een reductie boven twintig procent is technisch lastig zonder schade aan de installaties of gevaar voor de veiligheid. Het duurt dan dagen of zelfs weken voordat de installaties weer kunnen werken.
Wie betaalt?
Het bouwen van back-upcentrales is volgens de studie een knelpunt. Die centrales zijn alleen nodig als windturbines te weinig opleveren. Dat maakt het onaantrekkelijk om daarin te investeren. Het is bovendien niet precies duidelijk hoeveel capaciteit nodig is. De studie suggereert dat de industrie gaat meebetalen aan de leveringszekerheid. Bedrijven betalen dan een hogere prijs voor hun elektriciteit, maar krijgen daarvoor een gegarandeerde capaciteit. Bedrijven kunnen zelf het beste bepalen welke zekerheid zij nodig hebben en welke verzekeringspremie ze daarvoor over hebben.
Het rapport beveelt aan om de financiering van back-upcentrales verder te onderzoeken. Binnen TKI Offshore Energy wordt daarbij nagedacht over de aanbesteding van windparken. De continuïteit van levering kan al bij de biedingen een rol spelen. Het gaat dan niet alleen om het geïnstalleerde vermogen, maar ook om het vermogen dat windparken kunnen leveren. De aanbieder lost daarmee een deel van de onbalans op die de wind veroorzaakt. Daardoor is minder flexibiliteit in de industrie nodig en minder inzet van back-upcentrales. De stroomkabels worden dan ook beter benut. Dat is technologieneutraal. De aanbieder kan ook andere oplossingen dan waterstof kiezen. Dat stimuleert bijvoorbeeld de verbetering van windturbines.
Betere turbines
Innovatie van windturbines kan volgens het rapport in de toekomst een belangrijke oplossing worden om het aanbod met de vraag in balans te brengen. Nieuwe ontwerpen van rotoren beloven meer uit de wind te halen als het zacht waait. Dit soort technieken zijn nu nog experimenteel. Verbeterde turbines zijn daarom niet meegenomen in de berekeningen. Maar het rapport beveelt wel aan om innovatie op nieuwe turbineontwerpen te richten.
Zon op zee
Een andere oplossing is het installeren van zonnepanelen bij een windpark. Als het windstil is, schijnt soms wel de zon. Maar niet altijd: zonnepanelen leveren daarom maar een kleine aanvulling. De combinatie van zon en wind bespaart op infrastructuur, omdat er geen extra stroomkabels naar de wal nodig zijn. Maar het is volgens het rapport niet duidelijk of dat opweegt tegen de kosten van zonnepanelen die op het water drijven. De techniek is nog niet op de benodigde schaal toegepast. De kosten bevatten daarom flinke onzekerheden.
Warmteopslag
Warmteopslag kan een belangrijke bijdrage leveren bij het overbruggen van de kloof tussen vraag en aanbod. Elektrische boilers en weerstandsverwarming zijn goedkope en simpele technieken om water of andere materialen te verhitten als het hard waait. Daarmee is warmte beschikbaar bij een flauwte in de wind. Boilers kunnen fluctuaties van maximaal een etmaal overbruggen. Andere technieken om warmte op te slaan zijn nog te duur. Warmtepompen werken bij een lagere temperatuur dan boilers en hebben daarom grotere buffers nodig. Die combinatie is nu nog te kostbaar.
Waterstofproductie op land
De productie van waterstof op land is volgens de studie ongeveer even duur als productie op zee. Dat is een opvallende conclusie, want vaak wordt gedacht dat productie op zee goedkoper is. De prijzen van industrieterreinen blijken echter nog steeds aantrekkelijk. Minder dan vijf procent van de investeringen in een waterstoffabriek zijn nodig voor grondaankoop.
Bij waterstofproductie op zee is wel een stroomkabel én een gasleiding naar de wal nodig. De stroomkabel voedt de industrie het meest efficiënt als het hard genoeg waait. Met alleen waterstofproductie zijn de verliezen te groot.
De studie kijkt niet apart naar windparken die zeer ver van de kust liggen. De berekeningen gaan uit van een vaste afstand van 250 km. Maar windparken kunnen verder van de kust worden aangelegd. Honderd procent waterstofproductie, zonder stroomkabel naar de wal, is dan misschien wél aantrekkelijk. Zeker als waterstof geen energiedrager is, maar een grondstof voor de chemie en ijzerproductie.
Buiten de industrie
De berekeningen gaan alleen over de elektriciteitsvraag in de industrie. De rest van het energiesysteem blijft buiten beschouwing, dat zou de computermodellen te complex maken. Daardoor blijven oplossingen elders in de maatschappij onzichtbaar. Het gebruik van accu's voor het overbruggen van windstiltes is volgens de studie niet aantrekkelijk. Maar dat kan veranderen als daarvoor accu's buiten de industrie gebruikt worden – in elektrische auto's, huishoudens of bij zonneparken op land.
Aanjagen van de vraag
Het rapport opent met grafieken die laten zien hoe de elektrificatie van de industrie gelijk oploopt met de bouw van windparken. Dat is misschien de grootste onzekerheid in de berekeningen. Zowel de vraag als het aanbod van duurzame elektriciteit moeten worden aangejaagd om de klimaatdoelen te halen. Een langdurig overschot of een structureel tekort is niet met buffering op te lossen.