Ook kernenergie heeft flex nodig

In de discussie tussen zon-, wind- en kernenergie lijkt de tegenstelling: fluctuerend electriciteitsaanbod versus stabiele levering. Maar de paradox is dat beide systemen flexibel vermogen nodig hebben om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen. Het idee is dat zon/wind niet in onze gehele elektriciteitsvraag kunnen voorzien en er dus CO 2 -vrij flexibel vermogen nodig is. Maar in een systeem met veel kernenergie is ook veel regelbaar vermogen nodig, voor als de kerncentrales de vraag niet kunnen voorzien.

Zon/wind kunnen niet op ieder gewenst moment in onze gehele elektriciteitsvraag voorzien. Er is dus CO 2 -vrij flexibel vermogen nodig om een klimaatneutrale elektriciteitsvoorziening te realiseren. Regelmatig verschijnen er opinies dat het veel aantrekkelijker is om kernenergie te gaan gebruiken, want die bron doet het altijd. Het idee is dan dat bij kernenergie geen CO 2 -vrij flexibel vermogen nodig is, dat draait continu en is niet afhankelijk van of het waait of de zon schijnt. Maar dat is niet juist. In een systeem met veel kernenergie is ook veel regelbaar vermogen nodig, voor als de kerncentrales de vraag niet kunnen voorzien. Het zijn andere momenten dan bij zon/wind, maar de ordegrootte is vergelijkbaar. In dit artikel laten we dat zien. Met open baar beschikbare gegevens is berekend wat de effecten zijn van een e lektriciteitssysteem maximaal gebaseerd op kernenergie en ook op een systeem met een mix.

Kernenergie en windenergie zijn sterk verschillend qua karakter; kern energie werkt optimaal als de centrale continu draait; windenergie is g rillig en afhankelijk van wanneer het waait. In beide gevallen is aanvullend, regelbaar vermogen nodig om de fluctuaties in de vraag te k unnen opvangen, want elk moment moet de productie precies even

jaarduurkromme elektriciteitsvraag

30.000

25.000

20.000

15.000

10.000

5.000

0 – 5.000 1 18 0 35 9 53 8 71 7 89 6 10 75 12 54 14 33 16 12 17 91 19 70 21 49 23 28 25 07 26 86 28 65 30 44 32 23 34 02 35 81 37 60 39 39 41 18 42 97 44 76 46 55 48 34 50 13 51 92 53 71 55 50 57 29 59 08 60 87 62 66 64 45 66 24 68 03 69 82 71 61 73 40 75 19 76 98 78 77 80 56 82 35 84 14 85 93

bruto vraag minus zon/wind minus kernenergie Zon/wind + kernenergie

groot zijn als de vraag. Voor een inzichtelijke vergelijking gebruik ik twee scenario’s. Het ene scenario rekent met een maximale inzet van kernenergie, het andere met maximale inzet van zon- en windenergie om in de vraag naar elektriciteit over het gehele jaar te voldoen.

“Kernenergie werkt optimaal als de centrale continu draait; windenergie is grillig en afhankelijk van wanneer het waait.”

Als we de Nederlandse vraag naar elektriciteit in 2030 bekijken dan verwachten we een elektriciteitsvraag van 118 TWh met een piek van 23-26 GW (KEV, PBL 2019). In onze modellering is daarnaast een nettoexport van 11 TWh opgenomen naar Duitsland.

In figuur 1 is een belastingduurkromme hieruit gedestilleerd door elk uur te rangschikken naar de grootte van de vraag. Om in die elektriciteitsvraag op een volledig CO 2 -vrije-manier te voorzien zouden we 2 varianten kunnen kiezen: 1 0 GW kerncentrales (European Pressurized Reactor = EPR, 3 e generatie) plus 16 GW regelbare centrales op basis van waterstof. • 1 7 GW windenergie op zee en land, 27 GW zon-PV en 25 GW regelbare centrales op basis van waterstof.

Kernenergie

De eerste variant om in de elektriciteitsvraag te voorzien is met 6 kerncentrales van 1650 MW elk, die 10 GW stroom leveren aan het net g edurende 90% van de tijd, oftewel circa 85 TWh per jaar met een vrij vlak patroon. Slechts 10% van het jaar hoeft een beetje afgeregeld te worden naar uiteindelijk 5 GW. De resterende 44 TWh moet worden voorzien met goed regelbare gascentrales op basis van waterstof of ammoniak, zoals de Magnumcentrale van Vattenfall. In landen met veel waterkracht, zoals Frankrijk, kan die 44 TWh worden voorzien met waterkrachtcentrales, maar daar ontbreekt het in Nederland aan. Biomassacentrales zouden ook kunnen, de kosten daarvan zijn verge lijkbaar met die van waterstof.

De 85 TWh kernenergie kost per jaar M€ 8500 aan rente, afschrijving, onderhoud, brandstof, sloop van de centrale na 50 jaar én reservering voor opslag van de uitgewerkte brandstof en radioactieve delen van de centrale. De meeste kosten zijn vaste kosten en nauwelijks afhan kelijk van het aantal draaiuren. Bij elkaar is het een voorzichtige schatting omdat er nog steeds geen definitieve opslag is en dus ook de kosten daarvan onbekend zijn. Daarbij komt dat de kosten van de EPR in F rankrijk en Finland nog toenemen omdat de centrales nog steeds niet zijn opgeleverd.

Door de inzet van de kerncentrales resteert een vraagduurkromme met een maximum van 15 GW en een volume van 44 TWh (gele lijn in figuur 1), oftewel 2750 vollasturen. Dat betekent dat er ook ongeveer 15 GW aan CO 2 -vrije regelbare centrales moeten worden gebouwd. Bovenop de kosten van de kerncentrales komen de kosten van de CO 2 - vrije elektriciteit uit waterstofcentrales. Bij een waterstofprijs van € 2 per kg blauwe/groene waterstof (inschatting voor 2030) en 2750 vol lasturen per jaar komt dat op M€ 6800 per jaar (€ 130 per MWh).

Bij elkaar komen de kosten voor 129 TWh CO 2 -vrije elektriciteit daarmee op € 14,2 miljard.

16.000

14.000

12.000

10.000

8.000

6.000

4.000

2.000

0

zon/wind

wind oZ wind oL jaarkosten [Me]

zon/wind/kern

zon PV overschot kernenergie

kernenergie H 2 centrale

Zon en wind

De tweede variant is de maximale inzet van zon en wind. Dat betekent dat er zonneparken en windmolens gebouwd worden, allereerst op zee omdat die kosten het laagste zijn. Elektriciteit uit wind kost onge veer 5 ct per kWh, uit zon 7 ct per kWh, inclusief extra kosten voor i nfrastructuur. We gaan uit van ongeveer net zoveel zon en wind capaciteit als de piek in de elektriciteitsvraag, ongeveer 17 GW wind en 27 G W zon. Heel veel meer is niet handig, want dan moeten we batterijen gaan gebruiken en andere technieken om die extra elektriciteit nog nuttig te maken. Hiermee kan 88 TWh elektriciteit worden geprodu ceerd waarvan 80 TWh direct gebruikt kan worden. D e kosten voor deze 80 TWh bedragen M€ 4900 terwijl er ook nog 8 TWh niet direct bruikbare elektriciteit wordt geproduceerd. En als we die 17 GW zon en 27 GW wind hebben, dan zijn er nog veel momenten dat het niet waait of de zon niet schijnt en er dan dus andere elektrici teitsproductie nodig is om in de vraag te voorzien. Er zijn zelfs momenten dat zon en wind niets produceren en er toch kans is dat dan net de p iek in de elektriciteitsvraag valt. Dat betekent dat er ook ongeveer 25 GW aan CO 2 -vrije regelbare centrales moeten worden gebouwd. Dat zullen dezelfde soort centrales zijn als diegene die aanvullend zijn in de variant met kernenergie: STEG-centrales met waterstof. Doordat er in dit geval meer vermogen moet worden opgesteld dan in de variant kernenergie, is het aantal vollasturen per centrale lager, namelijk gemiddeld 2000 vollasturen en met een waterstofprijs van € 2 per kg komt dat op M€ 7000 (€ 145 per MWh).

Uit het overzicht wordt duidelijk dat de variant kernenergie 20% duur der is dan de variant zon/wind.

E en combinatie van zon/wind met kernenergie ligt niet voor de hand, want zon en wind beperken het aantal draaiuren van een kerncentrale, terwijl de kosten van die kerncentrale dan ongeveer gelijk blijven. Toch hebben we een berekening gemaakt door de 17 GW wind, 27 GW zon te combineren met 4,8 GW kernenergie (variant 3). De resulte rende vollasturen van de kerncentrales zijn dan 5500, maar met een s terk fluctuerend patroon, waardoor het gezien de aard van de kerncentrale logisch is dat deze meer uren maakt en dan dus ook meer o verschotten oplevert die tegen marginale kosten (€ 0,015 per kWh) kunnen worden afgezet. De kosten voor de variant zijn hoger (7%) dan flexibele H 2 -centrales, terwijl de hoeveelheid overschotten ook toeneemt (24 TWh).

Radioactief afval

Er is nog steeds geen definitieve oplossing voor het hoogradioactieve afval dat ontstaat als de uraniumstaven zijn gebruikt. Bovendien komt bij de sloop van de kerncentrale veel radioactief materiaal vrij, dat ook langdurig moet worden opgeborgen. Dat brengt kosten met zich mee die nu nog moeilijk zijn in te schatten omdat er nog geen oplossing is die veilig is.

Thorium-reactor

Regelmatig duikt in de discussie over kernenergie de thorium-reactor op (vierde generatie kerncentrale). Het principe van deze kerncentrale is wezenlijk anders dan dat van de EPR en zal leiden tot minder lang stralend afval met veel omvangrijkere voorraden splijtstof dan het uranium dat gebruikt wordt in de EPR. De eerste centrales met de omvang van 10-20 MW zijn in China gepland voor 2025, zodat commer ciële toepassing pas op zijn vroegst na 2040 kan worden verwacht. O ok de kosten zijn nog niet bekend.

Wie wil er investeren?

Zowel minister Verhagen van Economische Zaken in 2011 als minister Wiebes van Economische Zaken en Klimaat (EZK) in januari 2019, schreven dat marktpartijen al sinds tientallen jaren een vergunning voor de bouw van een kerncentrale kunnen aanvragen, maar dat niet hebben gedaan. Dit onderschrijft onze berekeningen, namelijk dat het niet aantrekkelijk is om kerncentrales te gaan exploiteren.

Conclusie

Ook kernenergie heeft duur regelbaar (flex)vermogen nodig. Er zijn drie redenen om geen kernenergie in de Nederlandse elektriciteitsvoorziening te gebruiken: •

H et is 20% duurder dan een CO 2 -vrije energievoorziening gebaseerd op zon/wind • Er is nog geen oplossing voor het radioactieve afval We kunnen niet wachten tot de nieuwe generatie kernenergie markt rijp is, en dan is het nog maar afwachten of die goedkoper is dan z onne- en windenergie.

Een donut-project in Amsterdam Zuidoost

In Gaasperdam, een stadswijk in de Amsterdam Zuidoost, is een grootschalig warmte-proefproject gestart. Geavanceerde vergistingstechnologie en versterking van de sociale en lokale economie gaan hand-in-hand bij Gaasperdams Groen gas. Een tweejarige verkenning van de derde weg naar aardgasvrij, naast het warmtenet en all-electric, waarbij denken en doen centraal staat. Doel is 13.000 woningen zelfvoorzienend te maken door middel van drie transitiepijlers: geavanceerde vergistingstechnologie, sociale economie en democratische vertegenwoordiging van alle betrokkenen, waaronder de eindgebruikers. Initiatiefnemer is Anne Stijkel van stichting Cocratos.

Dr. Anne Stijkel (1955), directeur en oprichter van stichting Corcratos, is haar hele leven al een pionier en heeft al vele mijlpalen helpen bereiken in de energietransitie. Wat haar - in mijn ogen - zo bijzonder maakt is dat zij én wetenschapper én doener is. Dit interview vond, geheel coronaproef, via Skype plaats waarbij Anne een video-rondleiding gaf door de Groene Hub - het epicentrum van de transitie in Gaasperdam.

Geslaagde training Gaasperdams Groen Gas. Foto SLIM Gaasperdam

Anne Stijkel heeft een holistische kijk op het leven. Door een nare bloedvergiftiging op zestienjarige leeftijd na een zeiltocht - het bleek dat het Veluwemeer waar zij zeilde vol lag met kip-afval uit omliggende legbatterijen - voelde ze dat de natuur haar nodig had. Dat bracht haar ertoe biologie te gaan studeren, “de studie van het leven” zoals Anne zegt.

Zij komt uit een gereformeerd gezin, trouwde jong en was op haar 23 e al moeder. Tijdens haar studie deed zij als wetenschapper onderzoek naar de gezondheidsrisico’s voor vrouwen die werken met chemische stoffen, naar de invloed van arbeidsomstandigheden in de industrie op de ongeboren vrucht. Die combinatie van vakgebieden fascineerde haar. Naast biologie studeerde zij daarom ook milieukunde met gezondheidswetenschappen als hoofdvak en voorlichting als bijvak. Zij is cum laude afgestudeerd aan de universiteit van Amsterdam en is vervolgens gepromoveerd op “On managing reproductive risks of occupational exposure to chemicals”. Daarin speelden ‘omgaan met diversiteit’ en ‘het voorzorgprincipe’ een belangrijke rol.

Via Kerk in Actie, naar wetenschap in actie, naar inclusieve wetenschap

De dogma’s van de kerk begonnen te knellen terwijl Anne zich verdiepte in inclusiviteit, diversiteit en spiritualiteit en zij bewoog zich meer en meer naar wetenschap in actie, inclusive science. Tijdens de Mond & Klauwzeercrisis kwam Anne door haar werk in contact met boeren en zij startte de actie ‘adopteer een koe’ waarmee zij de getroffen boeren een steuntje in de rug gaf. De contacten en die zij daarbij opdeed leidden tot

Dr Anne Stijkel. Foto SLIM Gaasperdam

het project Boer zoekt Buur waarbij particulieren konden investeren in zonnepanelen op daken van boerderijen en stallen. Dit vormde de springplank naar vele participatieprojecten in de energietransitie: samenwerking tussen overheid, burgers en bedrijven.

Inclusieve wetenschap

Anne brengt haar kennis en visie ook dichterbij in praktijk, in haar eigen buurt in Amsterdam Zuidoost. Via Besmettelijke Buurtkracht, waarbij buurtbewoners elkaar inspireerden en hielpen bij het vergroenen van hun woning, naar SLIM Gaasperdam: onderzoek in actie waarbij het doel is om Gaasperdam, 13.000 huishoudens, zelfvoorzienend te maken in haar warmtebehoefte. Gaasperdams Groen Gas is hier een uitvloeisel van.

Hoogwaardige technologie - energietransitie

De AHPD-technologie, ontwikkeld door Bareau, maakt het onder hoge druk vergisten van bioafval zoals ontlasting, groente-, fruit- en etensresten (GFE) mogelijk. Dit groene gas is van dezelfde kwaliteit als het a ardgas uit Groningen. Met de ontlasting uit het riool en de GFE-resten kan de vergister tot 50% van het huidige gasverbruik produceren. Daarom is de tweede pijler van het project gericht op het reduceren van de warmtevraag.

Versterken van de lokale economie – sociale transitie

Gaasperdam is een zeer divers stadsdeel. Naast vele culturen wonen woningbezitters, vrije sector huurders en sociale huurders naast elkaar. Ook het type woningen verschilt. Hoog- en middelbouw wordt aangesloten op het warmtenet. Grondgebondenwoningen kunnen groen gas gebruiken. Financieel is het niet haalbaar om alle 13.000 woningen te voorzien van warmtepompen, zonnecollectoren en andere energie-opwekkende technologie. Zaak is dus te investeren in energiebesparing via toegankelijke low-tech en low-cost technologie. Hierbij krijgen de sociale huurwoningen voorrang op koopwoningen. Van isolatie van spouwmuren tot isolerende gordijnen om warmte bin nen en kou buiten te houden. Onderdeel van het project is de QuickFix-Brigade. Lokaal getrainde teams geven bij de mensen thuis energieadvies. Daarnaast worden buurtbewoners getraind in het maken v an isolerende gordijnen. Zij kunnen daarmee de raampartijen in hun eigen woning isoleren en gordijnen op bestelling maken voor buurtbe woners, waarmee zij op termijn hun inkomen kunnen verdienen, of in i eder geval wat bijverdienen.

Anne: “Met ruwweg 10.000 Euro per woning voor een hybride warmtepomp, 12 zonnepanelen en kierdichting is het mogelijk om het gasverbruik per huishouden met 50% te verlagen. De overige gasbehoefte k an dan gedekt worden met Gaasperdams Groen Gas. Zo word je klimaatneutraal!”

Lokale zeggenschap – democratische transitie

De GFE-containers (30 stuks) komen verspreid door Gaasperdam te staan. Anders dan bij de gewone vuilcontainers moeten gebruikers zich aanmelden bij de container-coördinator, een buurtbewoner (max. 20 woningen per container) en kunnen zij met een pasje hun GFE-afval aanbieden. De plekken worden beheerd door leden van de GFE-com missie (buurtbewoners) en het GFE-afval uit de containers wordt o pgehaald en te zijner tijd naar de vergistingsinstallatie gebracht; zolang de vergistingsinstallatie er nog niet staat wordt het GFE-afval elders verwerkt. In samenwerking met energiecoöperatie Zuiderlicht, ervaren in collectieve zonprojecten, kunnen de bewoners deels zeg genschap verwerven over de vergister.

Schaken op drie borden – het principe van de donut-economie

Het bijzondere van dit project is hoe de verschillende partijen zich tot elkaar verhouden. Overheid, private sector - waaronder bedrijfsleven en maatschappelijke organisaties - en bewonersvertegenwoordiging werken samen in dit proefproject om tot een schaalbaar businessmo del te komen.

A nne: “Je hebt Staat, Straat en Ondernemend vermogen nodig. Bewonersorganisaties werken samen om tot een gemeenschappelijk en in dividueel te implementeren energiebesparings- en afval-inzamelingsmodel te komen. Maatschappelijke organisatie en buurtbewoners werken samen aan lokale verdienmodellen waarmee zowel de en ergietransitie als de lokale werkgelegenheid wordt versterkt. De overheid werkt actief samen in de sociale projecten, met het mogelijk maken van de vergister en met het toetsen van de maatschappelijke kosten-baten analyse. Het bedrijfsleven, waaronder ook maatschap

pelijke organisaties, richt zich op de business case van de vergister. Een overzicht van alle partners, de projectaanvraag en alle intentieverklaringen zijn te downloaden van de website.”

V oor Anne is het evident dat zoiets omvangrijks en noodzakelijks als de energietransitie niet over de hoofden van de mensen heen plaatsvindt, maar in samenspraak die veel verder gaat dan meepraten. “Het g aat over meepraten, meebeslissen, meedoen en meebezitten. Vanuit het project Besmettelijke Buurtkracht kwamen we al heel snel op andere vragen. Niet ‘wil je zonnepanelen’ maar ‘waar lig je wakker van’? Dan gaat het al snel over randvoorwaarden als geld om te kun nen eten en om de huur te kunnen blijven betalen. Die zorgen adresseren we dus ook met ons project Gaasperdams Groen Gas.”

Kudoos van Kate

De Britse econoom Kate Raworth is onderzoeker aan het Environmental Change Institute in Oxford. Het geloof in economische groei (financiële winst) voor alles is niet meer houdbaar. Staat de economie in d ienst van groei en winst, of dient de economie mens en planeet? Kate Raworth beschrijft in haar boek een ander economisch model waarbij circulair denken en handelen centraal staat. Want met ons huidige gedrag hebben we niet genoeg aan één planeet. In 1970 was onze leef wijze nog in balans met wat de aarde ons brengt. In 2019 hadden we al b ijna twee planeten nodig. Elk jaar valt de dag dat we van één aarde kunnen leven eerder in het jaar, in 2019 hadden we op 1 augustus de limiet van onze aarde al bereikt. Je hoeft geen Einstein te heten om te begrijpen dat dit geen houdbare economische levenshouding is. Anne: “Zuidoost is een zeer divers stadsdeel. Naast de vele culturen wonen woningbezitters, vrije sector huurders en sociale huurders naast elkaar. Samen met het stadsdeel en ambtenaren uit de centrale stad

Samenwerken in Zuidoost Gaasperdams. Foto SLIM Gaasperdam Donut-model Gaasperdam

werken we samen aan een inclusief energietransitiemodel. Van gebiedsontwikkeling tot maatschappelijke kosten-baten analyse waarbij niet alleen naar de kostenkant wordt gekeken maar ook naar de m aatschappelijke waarde. Het is echt heel bijzonder om zo met elkaar te kunnen samenwerken. We hebben met dit project ook de aandacht getrokken van Kate Raworth, de Britse econoom en auteur van het boek Donut Economics/ de Donut-economie. Wij zijn nu officieel een ‘Donutproject’, met onze Donut-Deals, een van de unieke projecten wereld wijd, daar ben ik echt trots op. Volgend jaar hopen we de business, sociale en democratische case voor de vergister rond te hebben.”

https://gaasperdamsgroengas.nl