Door  het CIEP rapport en de bijeenkomst daarover vanmiddag op Clingendael in Den Haag (waarover ik hier uitgebreid blogde) stonden de efficiency verliezen en extra kosten als gevolg van inpassing van wind in het net de laatste week extra in de belangstelling. Juist in deze week komt Kees le Pair met een zeer interessante studie “Brandstofbesparing bij de Nederlandse elektriciteitsvoorziening”.

Het is een uitgebreid en gedetailleerd maar goed leesbaar verhaal, dat de CBS data analyseert over het meetbare effect van de installatie van een flink windaandeel in Nederland. Direct uit de harde cijfers volgt een effectieve brandstofbesparing door toepassing van windmolens ter waarde van maximaal 8% van het nominale vermogen van deze molens. Le Pair geeft aan dat hier nog flink wat vanaf gaat als je de voor het bouwen van de parken benodigde energie meeneemt.
De overheid rekent met de bruto geleverde energie, te weten de windcapaciteit van ca 23% van het nominale vermogen. Dat is dus minstens een factor 3 te hoog.                                                      

Dus maar flink meer windmolens plaatsen?
Moeten we dus voor het behalen van onze duurzame doelstellingen meer dan driemaal zoveel windmolens neerzetten als tot nu toe werd aangenomen? Met een zelfde verhoging van het kostenplaatje?

Nee, stelt Le Pair. De verliezen op de inpassing worden groter naarmate het windaandeel groeit. Wanneer het geplaatste windvermogen groeit tot boven de 20% van het verbruik (is nu 15%), zal er volgens zijn berekeningen geen netto besparing van fossiel meer optreden. Alle geplaatste windmolens leveren dan samen niets meer op.

Een meer dan marginale besparing op brandstofgebruik en CO2 uitstoot is dus niet mogelijk met wind, hoeveel parken je ook aanlegt.

Inpassingsverliezen nu aangetoond
De door Le Pair en andere Nederlandse experts, zoals Kouffeld en Udo, en ook door mij regelmatig onder de aandacht gebrachte desastreus grote inpassingsverliezen die uit onze berekeningen volgden, zijn door de duurzame beweging tot nu toe genegeerd. Ook in de diverse fora werd schouderophalend gereageerd, als er al een reactie kwam. Men had geen behoefte aan nóg een complicerende factor die de groene droom in de weg zou staan.

Maar nu blijkt uit harde cijfers dat er zelfs onder bijna ideale omstandigheden zeer aanzienlijke verliezen zijn, die de grootschalige toepassing van wind wel degelijk fundamenteel ondergraven.

Modelleren of meten
Le Pair en bovengenoemde experts proberen al enige jaren om met behulp van berekeningen te bepalen wat de inpassingsverliezen zijn van grillige energiebronnen. Deze berekeningen wezen al op sterk toenemende verliezen bij een groeiend windaandeel.  Maar hun werk had een beperkte voorspellende waarde omdat er twee variabelen aan ten grondslag lagen die niet bekend waren:

- Wat is het gedrag van de backup capaciteit qua efficiency in deellast, en qua energieverliezen tijdens opstarten en op- en afregelen? De producenten van centrales (en hun afnemers..) willen deze informatie niet vrijgeven.

- Wat is het effect van inpassing van wind op de samenstelling van het productiepark? Worden er relatief trage CCGT’s (Combined Cycle Gas Turbines – efficiency 61%),  of snel schakelende OCGT’s (Open Cycle Gas Turbines – `efficiency 35%) bijgebouwd als gasgestookte backup? En door welke centrales wordt de grilligheid van het windaanbod in de praktijk gecompenseerd? Door allerlei mechanismen wordt lang niet altijd gedaan wat je zou verwachten.

Toen begonnen er rapporten te verschijnen die een geheel andere aanpak hadden: ga gewoon meten wat er gebeurt als er grote windparken in een goed gedocumenteerde praktijksituatie worden bijgeschakeld. De belangrijkste was het Bentek rapport, dat aantoonde dat bij de ingebruikname van een groot windpark in Colorado amper een meetbare netto brandstofbesparing was opgetreden, maar wel een toename van de luchtvervuiling. Voor Ierland verscheen er een vergelijkbaar rapport.

Maar ook voor dit soort onderzoeken geldt een beperkte geldigheid: de gevolgen van inpassing van windparken zijn specifiek voor een bepaalde samenstelling van de productiemiddelen van een regio, en het gedrag van de beheerders daarvan. En dat de besparingen in een bepaalde situatie nihil zijn, wil nog niet zeggen dat die in een beter geregelde omgeving niet veel positiever zouden kunnen uitpakken.

Vooralsnog zijn dus zowel de berekende als gemeten lage netto bijdrage van wind geen hard bewijs voor de nutteloosheid ervan. Al zijn ze natuurlijk wel een sterke indicatie.

Wind in Nederland
Lepair kwam op het idee om eens te kijken wat je zou kunnen afleiden uit de uitstekende cijfers van het CBS over de energievoorziening. Er is immers inmiddels een dermate groot aandeel van wind dat dit duidelijk in de statistieken naar voren zou moeten komen.
Daarbij kwam hij niet alleen tot de bovenstaande, goed onderbouwde conclusie, maar analyseert hij ook waar deze uit voortkomt. Daarbij blijkt dat er in Nederland in de beschouwde periode 1998 – 2010 aanmerkelijk CCGT én OCGT vermogen is bijgebouwd.

Deze CCGT installaties hebben een steeds hogere efficiency (inmiddels al 61%) en worden de laatste tijd veel flexibeler. Siemens prijst zijn nieuwste CCGT zelfs aan als ideale backup voor windparken (zie onder). Maar mocht de wind toch grilliger zijn dan de CCGT aankan, dan hebben we blijkbaar voldoende extra OCGT’s om ook dat op te vangen.

En dan hebben we in Nederland ook nog een enorme hoeveelheid decentraal opgestelde warmtekracht installaties die ook breed ingezet worden voor het opvangen van snelle variaties in vraag en aanbod.

Kortom: er is in Nederland, afgezien van de afwezigheid van waterkracht als backup,  een optimale infrastructuur voor het inpassen van veel wind. Als de metingen er dan vervolgens op wijzen dat deze inpassing desalniettemin leidt tot slechts maximaal 8% netto bijdrage van het nominale vermogen, dan kunnen hieruit harde conclusies getrokken worden.

De aap uit de mouw
De belangrijkste constateringen die Le Pair in mijn ogen in zijn analyse doet, vindt u op pagina 12 en volgende.
Hier wordt getoond dat het rendement van CCGT’s over het hele jaar bezien ca 20% lager was dan je bij vollast zou verwachten.
Verder bleef, ondanks het installeren van steeds efficiëntere CCGT installaties (hier STEG genoemd), het elektrische rendement ervan in de beschouwde periode gelijk, en het rendement inclusief warmtegebruik daalde zelfs sterk.

Dit suggereert dat het functioneren als backup voor wind het rendement van CCGT installaties sterk negatief beïnvloedt. Dit verklaart minstens ten dele de zo lage brandstofbesparing door het bijschakelen van de windturbines.

Helaas zijn de CBS cijfers niet  dermate ver opgesplitst dat de optredende verliezen nauwkeuriger terug te leiden zijn tot de bron dan in de analyse van Le Pair.

Hoe hard zijn de conclusies?
Een groot deel van de studie berust op harde cijfers en valt niet te ontkennen.
Het is ook een ”kapstok-artikel”, in de zin dat Le Pair veel links plaatst naar zijn andere rapporten waarin hij de nu gemeten effecten al op grond van berekeningen voorspelde.

Men kan vraagtekens zetten bij de “tweede trap” in de redenering van Le Pair bij het berekenen van de netto bijdrage van wind. Hierbij schat hij een erg hoge energiepenalty voor de bouw van de windmolens zelf, en op grond van de kostprijs ook maar even een gelijke penalty voor de elektriciteitskabels en invoerelektronica. Bij elkaar reduceren deze penalties volgens LePair de opbrengst van 8,74 % tot 4,14%.

Wie hier optimistischer over is, kan echter op een veel lagere penalty uitkomen, in mijn berekening minimaal 1%. Een netto opbrengst van wind komt daarmee uit op maximaal 7,74%, met als ondergrens de 4,14% van Le Pair.
(Tot zijn verdienste is hij volledig duidelijk over hoe hij tot deze inschatting komt, zodat een ieder daar zelf een andere invulling aan kan geven. )

Enerzijds zou de studie sterker staan als hij dit minder harde aspect had weggelaten of veel gematigder had opgenomen. Maar anderzijds is het ook goed om aan te geven dat dit punt veel beter onderzocht dient te worden, omdat het een zeer grote impact zou kunnen hebben.

CCGT als backup: ideaal!
Tenminste als je de producent mag geloven, in deze als wetenschappelijke publicatie gebrachte reclamefolder, om daarmee in te spelen op de Duitse Energiewende. Siemens positioneert zijn CCGT hierin bij monde van Lothar Balling vooral ten opzichte van kern- en steenkoolcentrales.
Maar de praktijk is weerbarstig, zoals uit Le Pair’s analyse blijkt. Het leek me gezien de uitkomst van die analyse dan ook nuttig om nog even nader op CCGT installaties in te gaan.

Balling prijst het hoge rendement (tot 61%) en de enorme flexibiliteit van de nieuwste CCGT’s: in minder dan 30 minuten van 0 tot 100% van het vermogen! En dat desnoods meerdere keren per dag. Ook is continu op- en afregelen geen probleem, met 4 tot 9% per minuut, tot 40% van de vollast.
Geen centje pijn allemaal!

Wat hij daar niet bij zegt is dat de efficiency van de CCGT flink achteruit boert zo gauw hij niet op vollast draait. Volgens het CIEP rapport daalt de efficiency met 15% bij terugregelen naar 40%, maar ik heb ook  ongunstiger getallen gehoord. De CBS getallen duiden ook op een veel sterkere daling.

Verder kost het opstarten vanuit stilstand een grote hoeveelheid energie. Daarbij is er een groot verschil tussen koud, warm (tot 2 dagen stilstand) en heet (tot 8 uur stilstand) opstarten.
Het snelle opstarten kan alleen bij heet opstarten. Dus als je het wegvallen van wind wilt kunnen compenseren, moet je het systeem heet houden. Dat kost ook energie.

Tot slot neemt de vervuiling door met name NOx flink toe bij terugregelen. Bij meer dan 30% terugregelen wordt dit onacceptabel, zo is mij toegefluisterd.

Met dit alles in gedachten wordt zo’n dagje van lekker vaak opstarten vanuit stilstand en daartussen voortdurend op en afregelen een heel ander verhaal en zie je de energie aan alle kanten je systeem uitlopen.

Het kostenaspect
Aan deze flexibele  operatie hangen drie prijskaartjes:

1. Een CCGT is een zeer complexe en dure installatie.
Die wil je eigenlijk continu op vollast laten draaien om een redelijk rendement op je investering te kunnen halen. Als je dure investering de helft van de tijd op wind staat te wachten, verdubbelt je terugverdientijd.

2. Door het op- en afregelen slijt de installatie veel sneller. Je moet dus vaker de turbine uit elkaar halen en de schoepen en andere onderdelen vervangen. Dat kost heel veel geld, maar ook een zeer lange periode dat de centrale niet gebruikt kan worden.

3. De centrale draait met aanmerkelijk lager rendement, dus er wordt veel meer gas per kWu gebruikt

Alle drie deze kostenposten dienen bij de prijs van de windenergie opgeteld te worden!

Oproep aan Verhagen
Hert rapport van Le Pair is aan de minister gestuurd. We mogen hopen dat hij het ook leest, want het impliceert dat met redelijk grote zekerheid een ingrijpende beleidswijziging noodzakelijk is.

Die zal er nu niet komen, al was het alleen al omdat het kabinet demissionair is, maar Verhagen kan er nu niet meer onderuit om een grondig onderzoek naar de inpassingsverliezen van wind uit te laten voeren.  En dan niet door een duurzame actiegroep zoals het CE in Delft, maar door een objectieve en deskundige instelling, voorzover die überhaupt te vinden is. Met gepaste inbreng van Le Pair en de groep om hem heen. Laat het Verhagen’s laatste nobele daad zijn vóór zijn vertrek uit de landelijke politiek!