VV06 Omslag 600
Februari 2021

Industrie kan flexibele stroom leveren

34 01

Rond 2030 is onze energie-infrastructuur danig veranderd. Hoe kun je de opkomst van intermitterende bronnen als zon-pv, maar vooral windstroom het beste pareren? Volgens een recent rapport van dnv gl schuilt een deel van de oplossing in het aanbieden van flexibiliteit vanuit de industrie. Daarmee kan in 2030 circa 4 GW extra flexibiliteit worden vrijgemaakt. ‘Veel industriële bedrijven zien echter nog niet goed in hoe dit tot extra verdiensten en/of kostenbesparingen kan leiden’, zegt Thijs Slot, senior consultant energiemarkten bij dnv gl.

Het dnv gl-rapport ‘De mogelijke bijdrage van industriële vraagrespons aan leveringszekerheid – de Nederlandse elektriciteitsvoorziening in Noordwest-Europese context’ borduurt voort op de ‘Flexibility Monitor’ van TenneT. In deze, uit 2019 stammende studie identificeerde de Nederlands-Duitse netbeheerder in totaal een potentieel van 700 – 2.000 MW aan vraagresponscapaciteit. Daarnaast heeft dnv gl gebruikgemaakt van studies naar het elektrificeren van industriële processen, zoals hun eigen onderzoek ‘Facilitating the integration of offshore wind with power-to-heat in industry’ (2018) en een eerdere studie van ispt, Berenschot en ce Delft ‘Power to products’ (2015). Het nieuwe rapport is mogelijk gemaakt dankzij financiële en facilitaire bijdragen van Eneco, pzem, rwe, Tennet, Uniper en Vopak. ‘We zijn een stap verder gegaan door een groot aantal industriële partijen individueel te bevragen’, verklaart Thijs Slot, senior consultant energiemarkten bij dnv gl en een van de auteurs. ‘Op basis van anonimiteit hebben we meer gedetailleerde inschattingen kunnen maken over het potentieel, de beschikbaarheid, kosten en voordelen. Onze vraagstelling spitste zich toe op ‘momenten van krapte’ in beschikbaarheid bij opwekking: hoeveel capaciteit kan de industrie in 2030 inzetten en tegen welke prijs? Die data hebben we ingezet in marktsimulatiemodellen voor Noordwest-Europa en de gevoeligheid voor extreme weersomstandigheden onderzocht. Enkele energie-intensieve sectoren hebben overigens nu al de mogelijkheid om daarmee flexibel om te springen, maar omdat het inzetten van vraagrespons niet tot hun kernactiviteit behoort, wordt het amper tot niet gebruikt.’

Druk op systeem

Door de steeds verdere marktpenetratie van intermitterende bronnen – vooral van windenergie – komt er volgens dnv gl in toenemende mate druk op het elektriciteitssysteem in Noordwest-Europa te staan. Regelbare niet-duurzame bronnen, zoals kolengestookte centrales in Nederland en Duitsland, en kerncentrales in Duitsland en België, worden de komende jaren uit bedrijf genomen. Aan de vraagkant – vooral in verwarming en in transport – signaleert dnv gl dat de samenleving meer en meer elektrificeert. Wie die tendensen bij elkaar optelt, kan gemakkelijk zien dat dit een uitdaging vormt om de continue beschikbaarheid van elektriciteit, vooral op de langere termijn, veilig te stellen. ‘Waar je vroeger sprak van basislast en pieklast,’ verduidelijkt Slot, ‘zijn de grenzen tussen die begrippen de laatste jaren aan het vervagen. De ‘merit order’ is daar de oorzaak van: deze rangschikt de inzetbaarheid van productiecapaciteit naar variabele kosten. Productie-eenheden met de laagste variabele kosten, wind en pv, staan in de order vooraan, daarna komen waterkracht- en biomassacentrales, gevolgd door gas en kolen. Je kan dus beter spreken van ’residuele last’, oftewel dat wat overblijft na aftrek van die eenheden die elektriciteit moeten opwekken (‘must run’) en degenen die dat met de laagste marginale kosten uitvoeren. Die variatie moet je echter wel in het systeem opvangen.’

 

chemie

voeding

metaal

papier

glas

keramiek

olieraffinaderijen

totaal (MW)

 1 –6 uur

2020

225

395

363

82

1.065

2035, basis

299

443

363

89

1.193

2035, hoog

320

497

363

97

1.277

 6 – 24 uur

2020

349

395

363

82

1.189

2035, basis

455

443

363

89

1.349

2035, hoog

469

497

363

97

1.425

 24 uur –

 1 week

2020

1.896

395

213

21

48

2.572

2035, basis

2.128

443

213

22

90

2.896

2035, hoog

2.286

497

213

24

121

3.140

 1 – 3 weken

2020

1.896

395

591

21

48

63

3.012

2035, basis

2.128

443

591

22

90

68

3.341

2035, hoog

2.286

497

591

24

121

74

3.591

 > 3 weken

2020

1.896

395

591

21

48

63

143

3.155

2035, basis

2.128

443

591

22

90

68

357

3.698

2035, hoog

2.286

497

591

24

121

74

757

4.348

Potentiële vraagresponscapaciteit [MW] per sector en scenario: nu en in 2035.

34 02De metaalindustrie heeft qua mogelijkheden van flexibele vraagrespons veel potentie.

Flexibiliteit industrie

Voor het opvangen van deze ‘residual load’ staan uiteenlopende wegen open, van regelbare opwekking en import tot opslag en vraagrespons. Met regelbaar vermogen – conventionele centrales op gas, kolen en/of biomassa – kan ons land in 2030 slechts de helft van de piekvraag oplossen, terwijl dat in de ons omringende landen circa 80 procent is. Import van elektriciteit via interconnectoren maakt ons afhankelijk van het buitenland. Bovendien is het maar de vraag of dat zal helpen: op kritieke momenten kan de import stokken omdat buurlanden dan vrijwel dezelfde vraag- en weerpatronen kennen (vooral als duurzame bronnen als wind en pv meer worden ingezet). Stroomopslag in accu’s – zowel in voertuigen als in stand-alone opstellingen voor de gebouwde omgeving – werkt vrijwel uitsluitend op de korte termijn (van minuten tot uren), net als flexibiliteit van volledig elektrische huishoudens op kleinere schaal. Wat volgens dnv gl in dit geval dus overblijft, is flexibele vraagrespons vanuit de energie-intensieve industrie. Om de ‘residual load’ te pareren en zo bij te dragen aan een betrouwbare, veiliger en duurzame energie-infrastructuur, kan de industrie overwegen om hun productieprocessen anders te dimensioneren of bij een hoge prijs voor enkele uren tot weken stil te leggen. Slot: ‘Je zou productie tijdelijk kunnen afschakelen om bij een goede prijs bijvoorbeeld 50 MW op de markt te kunnen aanbieden. Naarmate er meer duurzaam vermogen op het net komt, neemt immers ook de volatiliteit van de prijs toe. Over een verdienmodel via vraagrespons en samenwerking op de energiemarkt heeft de industrie echter nog maar weinig nagedacht.’ Voor de mogelijkheden van flexibele vraagrespons heeft dnv gl – in een matrix van enkele uren tot meer dan drie weken – ruim twintig industriële processen tegen het licht gehouden. De meest bestudeerde processen zijn die in de chemische sector, de voeding, de metaal en de papierindustrie. Grote potentie hebben de eerste drie sectoren, met name als ze langer dan 24 uur flexibele vraagrespons aan de markt zouden aanbieden. Vervolgens maakt dnv gl in het rapport onderscheid tussen een laag scenario en een hoog scenario, dat wil zeggen de een met weinig en de ander met veel elektrificatie van het energiegebruik. In een hoog scenario bij meer dan drie weken volcontinue inzet in 2030 levert dat naar schatting respectievelijk 2.286 MW, 497 MW en 591 MW vermogen vanuit de eerste drie sectoren op. Het totale potentieel – nu ruim 3 GW – komt over 10 jaar tussen 3,7 en 4,3 GW te liggen en zal volgens dnv gl in de richting van 2040 nog licht stijgen, afhankelijk van de ontwikkelingen bij elektrificatie in de industrie.

34 03Windstille winters met weinig zonuren zullen in de toekomst een steeds grote invloed hebben op de leveringszekerheid van energie.

Weerspatronen

Vermogens en opbrengsten van duurzame energiebronnen (wind en pv) worden bepaald door weersomstandigheden. Doordat die groeien, neemt ook de invloed van het weer op de elektriciteitsmarkt toe. Dit kan grote invloed hebben op de behoefte aan (aanvullende) opwekking van andere technologieën die niet of minder afhankelijk zijn van het weer. Tijdens windstille winters met weinig zonuren kan dat zo zijn weerslag op de leveringszekerheid hebben, omdat in 2030 naar verwachting al de kolen- en (grootschalige) biomassacentrales van het net zijn afgeschakeld en regelbaar vermogen dus enkel en alleen met gasgestookte centrales moet worden ingevuld. ‘Om de mogelijke bijdrage van industriële vraagrespons te onderzoeken, hebben we het weerspatroon van de extreem koude winter van 1985 vertaald naar een mogelijk toekomstige situatie in 2030’, licht Slot toe. ‘Op zulke momenten is er minder aanbod van wind- en vooral zonnestroom terwijl de vraag naar elektrische verwarming in de industrie en bij huishoudens – sinds de gebouwde omgeving steeds meer van het aardgas wordt afgesloten – steeds verder stijgt. Uit onze berekeningen komt naar voren dat als we het patroon van winter 1985 naar 2030 verplaatsen, flexibele vraagrespons gedurende 72 h in een extreem koude winter tot maar liefst 1.900 MW aan vermogen kan vrijmaken. Op zulke kritieke momenten vermindert de industriële vraagrespons – met name vanuit de chemie – eveneens de toegenomen importafhankelijkheid van ons land.’ Wanneer klimaatverandering doorzet en de temperaturen in Nederland stijgen, worden zulke weerspatronen steeds minder waarschijnlijk, geeft ook Slot toe. In plaats van weken strenge vorst tijdens de winter zullen er juist meer en meer hittegolven aan de horizon verschijnen. Volgens de expert zijn hittegolven echter minder kritisch voor de leveringszekerheid. ‘In tegenstelling tot een strenge winter voorzien we bij een hittegolf geen problemen in de energievoorziening. Weliswaar hebben kolengestookte centrales en kerncentrales tijdens de zomer voldoende koellast nodig, maar tegen 2030 – en zeker in 2040 – zijn zulke centrales van het net gehaald. Bovendien zijn er ’s zomers veel meer zonuren en is het grote pv-vermogen (dan circa 30 GW), samen met grootschalig wind op zee en overige vormen van opwekking, in staat om de vraag naar elektriciteit af te dekken. Flexibele vraagrespons wordt in de zomer van het ijkjaar 2030 daarom veel minder afgeroepen dan in de winter van 2030.’

34 05Naast het verdienpotentieel dat het aanbieden van flexibiliteit oplevert, kunnen industrieën op de enorme piekkosten voor elektriciteit besparen.

Voordelen

Maar waarom zouden sectoren als de chemie, metaal, voedingsmiddelen, en de papier- en verpakkingsindustrie hun elektriciteitsvraag flexibel(er) willen maken? Het aanbieden van flexibiliteit aan de energiemarkt is voor hen immers geen kernactiviteit. Weliswaar is de chemiesector er op de balanceringsmarkt in het klein al mee bezig, maar veel van de onderzochte sectoren reageerden volgens de expert niet meteen enthousiast toen hen werd gevraagd of ze hun elektriciteitsvraag mogelijk flexibel zouden willen maken: het kost hen veel moeite en levert slechts marginale winsten op. Slot betwijfelt dat: gemiddeld 40 procent van de flexibiliteitsopties komen boven de maximumprijs van 3.000 Euro per MWh uit, de ‘price cap’ op de korte termijn stroommarkt. Dat kan in 2030 tot zo’n negentig miljoen euro aan omzet voor de energie-intensieve sector opleveren. ‘Want vergis je niet,’ licht hij toe, ‘de achtervang om pieken op te vangen kost soms veel meer dan een paar 100 €/h. Wie daarmee op de ‘day ahead’ energiemarkt speelt, kan spekkoper worden. Als de vraag op een bepaald moment krap is, kan de prijs voor dergelijke flexibiliteit, afhankelijk van tijdsduur en krapte, tot wel 3.000 euro per MWh oplopen. Naast het verdienpotentieel dat het aanbieden van flexibiliteit oplevert, kunnen industrieën dus ook op de enorme piekkosten voor elektriciteit besparen. Afschakelen of tijdelijke vermindering van de productiecapaciteit loont dus wel degelijk. Bij veel van de partijen die we gesproken hebben, zitten die potentiële voordelen op dit moment echter niet tussen de oren.’ En er speelt nog wel meer mee. Naast baten voor de industrie zelf – vooral de chemie – heeft flexibele vraagrespons volgens dnv gl verschillende voordelen. Zo zullen de CO2-emissies vanuit de elektriciteitssector in Noordwest-Europa dankzij dit middel met 2 – 6 promille afnemen en daalt onze uitstoot met 0,1 tot 0,3 Mton/a. Tegelijkertijd zorgt deze flexibiliteit in Nederland ervoor dat het hele systeem in Noordwest-Europa robuuster wordt en dat de kosten licht dalen.

Waarom zouden sectoren als de chemie en metaal hun elektriciteitsvraag flexibel(er) willen maken?

Flexibele installatie

Welke lessen zou de installatiesector en dito adviesbranche uit het dnv gl rapport kunnen trekken? Slot heeft daar wel enige antwoorden op en trekt de lijn van conclusies over flexibele vraagrespons door. ‘Fabrikanten kunnen meer aandacht aan het ontwerp van hun elektrische installaties besteden’, zegt hij. ‘Verspilling is immers een gevolg van een slecht ontwerp. Installateurs kunnen ervoor kiezen om de apparatuur zó af te stellen dat die bij hoge prijzen tijdelijk worden afgeschakeld. Dat kan nu al goed worden gedaan met warmtepompen of witgoed. Die hoeven soms minuten tot uren niet te werken. We zullen ons veel meer bewust moeten zijn van de energie-infrastructuur en onze installaties zo moeten vormgeven dat ze flexibel op de weerspatronen en marktontwikkelingen kunnen inspelen, bijvoorbeeld bij hoge prijzen.’ Ook aan de vraagkant liggen er volgens hem voordelen. ‘Beheerders van gebouwen en infrastructuur in de publieke ruimte – denk bijvoorbeeld aan laadpalen – kunnen op kleinere schaal elektriciteit slim inkopen en de bulk halen door pooling van een groot aantal klanten. Op die manier neem je een voorschot op de inzet van flexibiliteit. Gooi geen deuren dicht door rigide ontwerpen, maar blijf je er bewust van dat het hele energiesysteem steeds meer flexibiliteit vraagt’, is Slots aanbeveling.

Tekst: Tseard Zoethout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie