12
Als de wind flink waait, schijnt de zon meestal niet op zijn felst en omgekeerd. In het elektrici teitsnet kan er dankbaar gebruik gemaakt worden van dit natuurverschijnsel. Opgewekte zon- en windenergie sluiten zo goed op elkaar aan dat er op de plek waar de windturbines en zonneparken staan maar één aansluiting op het elektriciteitsnet nodig is in plaats van twee. Dat bespaart projectontwikkelaars met één of twee turbines al snel tussen de 20.000 en 60.000 euro. Voor grotere parken is dit nog meer. Bovendien spaart de netbeheerder kosten uit voor netverzwaringen, netverliezen en onderhoud. DOOR MARTIJN BONGAERTS
D
e netaansluiting van een windturbine of windpark beslaat gemiddeld zo’n tien procent van de totale investering. Meestal wordt dit als een vast gegeven beschouwd waar weinig invloed op uitgeoefend kan worden. Dit hoeft echter niet zo te zijn. Door slimme combinaties te maken zijn kosten te besparen op de aansluiting en ook nog in het onderliggende openbare net (figuur 1). Dit wordt ook wel Smart Design genoemd. Hierdoor zijn hoge kosten voor de maatschappij te vermijden. Uiteinde lijk leidt dit tot méér duurzame energie voor minder geld. Een van de Smart Design-principes is het combineren van zonnecentrales met windturbines op één aansluiting. Deze opwekkers zijn voor een groot deel complementair aan elkaar, waardoor ze heel goed hun aansluiting kunnen delen. Dit wordt cable pooling genoemd.
Zon zoekt Wind! Infrastructuur efficiënt benutten Nuon heeft onlangs bekend gemaakt dat ze in Nederland zes grootschalige zonneparken wil gaan bouwen bij windparken. Nuon wil op die manier 70 MW opgesteld vermogen zonneenergie installeren (fig. 2) Het gaat om zo’n 250.000 panelen. Ze willen het grootste zonnepark realiseren in de Wieringermeerpolder, waar dit najaar de bouw start van een nieuw wind-
Fig. 1 Bron: Liander (2017). Typische kostenverdeling van ontwikkelingen en netkosten van wind- en zonneparken.
Special: Zon
Kosten bij combinatie Wind en Zon
5+5% HS
10 + 10 %
gesocialiseerde
DSO kosten TSO kosten
100%
Slechts 1% opwekverlies
MS
gesocialiseerde
Totale Integrale Kosten /kWh: 2 x 108 %; Verlaging: (130-108)/130 = 17%
WINDNIEUWS - NR.2 2017
Investeerder
Aansluiting
inverter
inverter
10%
5+ 5 %
op bestaande Wind Kosten opbouw % [ /kWh] Wind
O
Inverter
O
5+5%
20%
DS O 10%
MS
Verbruiker (N-1)
Windmolen resp. PV Panelen Integrale kosten
Slechts 3% opwekverlies
80%
0,7 x C [MW]
C [MW]
Zon
DS
inverter
(70%)
[ /kWh]
TS
80% 100%
Wind
Investeerder
C [MW]
Verbruiker (N-1)
TS O 20%
Integrale kosten
C [MW]
Kosten opbouw %
HS
Zon
PM
80%
PV Panelen
PM
10%
Inverter
PM
0
PM
0
PM
0
Aansluiting gesocialiseerde
DSO kosten gesocialiseerde
TSO kosten
Kosten Zon/kWh voor Investeerder : 100 + 0 – 10 = 90% Verlaging: 10% Integrale kosten Zon/kWh: 130 – 10 – 10 – 20 = 90% Verlaging: 30%
13 park van 300 tot 400 MW. Dit park wordt gebouwd ter vervanging van de huidige verspreid staande turbines. In 2017 en 2018 nemen ze de definitieve investeringsbeslissingen. Moederbedrijf Vattenfall heeft met de combinatie van zon en wind al succesvol ervaring opgedaan in Wales bij de Parc Cynog Wind Farm. Het grote voordeel van het realiseren van een zonnepark bij een windpark is dat de netaansluiting efficiënter benut kan worden. Een netaansluiting wordt gedimensioneerd op de piek van de opwek, maar deze wordt in de praktijk slechts zelden behaald bij duurzame opwekkers. Zeker bij zonnepanelen is het aantal uren per jaar dat de piek wordt gehaald erg laag. Daarbij vallen deze pieken bijna nooit samen met de piekopbrengst van windturbines. Daardoor kan er dus heel goed gecombineerd gebruik gemaakt worden van de aansluiting.
Geen extra investering in de netaansluiting Als zonneparken direct bij een windturbine worden geïnstalleerd is geen extra investering in de netaansluiting nodig. Dit kan van grote invloed zijn op het positief uitvallen van de businesscase van zonneparken.
Voordelen dieper in het net Door Smart Design van de inpassing van zon en wind zijn dus kostenvoordelen in de netaansluiting te behalen voor wind- en zonontwikkelaars. Uiteindelijk worden hierdoor de kosten per kWh groene energie lager.
Fig. 2 Bron: Nuon (2018). Toekomstbeeld van plaatsen van zonneparken bij windturbines.
Cable pooling Doordat de wind- en zonenergie elkaar aanvullen en één kabel delen, hoeft het elektriciteitsnet niet onnodig te worden verzwaard. Bovendien ontstaat er een veel stabielere energievoor ziening. De elektriciteitskabel wordt optimaal gevuld met energie waardoor er minder energie op het net verloren gaat. Daardoor is de energie voorziening beter te voorspellen en minder grillig door de onvoorspelbaarheid van winden zonne-energie. De paar keer per jaar dat de wind en zon samen te veel energie produceren, schakelt een zonneschakelaar de zonnepanelen even uit.
Er zijn echter nog meer voordelen te behalen met het combineren van zon en wind. Het openbare net is ontworpen voor de piek van de opwek, ook al komt deze piek maar zelden voor. Om wind- en zonne-energie mogelijk te maken investeert de netbeheerder in het onderliggende openbare net: naast de aansluitingen moeten kabels en/of transformatoren in het net verzwaard worden. Deze kosten worden uiteindelijk verrekend met de transporttarieven van alle afnemers van de netbeheerder. Smart Design kan er dus voor zorgen dat minder verzwaringen in de onderliggende netten nodig zijn, wat uiteindelijk de tarieven van alle aangeslotenen kan verlagen.
Succesvolle pilot in Franeker Het Smart Design-principe met het combineren van zon en wind is in 2016 in een kleine pilot bewezen. Loonbedrijf Westra uit Franeker heeft toen samen met netbeheerder Liander de eerste pilot in Nederland uitgevoerd om wind en zon samen te gebruik te laten maken van één elektriciteitsaansluiting (fig. 3 op de volgende pagina). Westra had al een windturbine van 900 kW en wilde ook 516 kW aan zonnepanelen op zijn terrein plaatsen. Hij deed daarom een aanvraag voor een verzwaring van zijn aansluiting. Dit zou hem circa 30.000 euro gaan kosten. Maar was dit wel nodig? Als de zon een beetje schijnt en het een beetje waait, is het geen probleem om van dezelfde aansluiting gebruik te maken. Alleen als het hard waait en de zon flink schijnt, wordt te veel energie opgewekt voor de reeds aanwezige aansluiting, waardoor deze overbelast kan worden. WINDNIEUWS - NR.2 2017
14
Pilot Wind zoekt zon: Opzet Huidige situatie
Nieuwe situatie
Wind 900 kWp
Wind 900 kWp Zon 516 kWp
Weinig energieverlies De duurzame kilowatturen die verloren gaan zijn slechts van beperkte waarde. Op de spaarzame momenten dat windturbines en zonnepanelen tegelijkertijd maximaal produceren, doet het leeuwendeel van alle andere duurzame energieprojecten in West-Europa dat ook. Dan is de marktprijs voor elektriciteit laag. In figuur 6 is de vermogensduurkromme van een zonnepark getekend. Hieruit is af te lezen dat de hoeveelheid energie dat een zonnepaneel in zijn piekuren opwekt zeer beperkt is. Het aftoppen op bijvoorbeeld zeventig procent geeft daarom slechts weinig energieverlies en bespaart veel geld omdat er alleen een kleine inverter nodig is en geen zwaardere netaansluiting.
Fig. 4 Bron: Liander (2016), technische opzet wind en zon combinatie bij Loonbedrijf Westra
Het verzwaren van zijn aansluiting was dus niet nodig. Daarmee kon Westra deze kostenpost besparen (fig. 4). De enige aanpassing die Westra moest doen was een kleinere inverter installeren bij de zonnepanelen. Een inverter is een omvormer om de opgewekte gelijkstroom om te zetten in wisselstroom, waar de meeste apparaten in huis en ook het elektriciteitsnet op werken. Hierdoor wordt er enige zonne-energie ‘weggegooid’ op de schaarse tijdstippen dat de wind én de zon wel samen hun maximum opwekken. De lagere kosten van de aansluiting wegen met gemak op tegen het verlies van energie bij het aftoppen (fig. 5).
De economie van Zon en Wind NB o.a. afhankelijk van windmolen type
Opbrengstverlies bij Peaktrashing voor Zon, Wind, resp. 50/50% Wind & Zon horizontaal verticaal
% peaktrashing (kW) % opbrengstverlies (kW)
wind 50/50 wind/zon zon
Fig. 5 Bron Liander (2017): de economie van het aftoppen van zon en wind WINDNIEUWS - NR.2 2017
Piek vermogen
Aftoppen op 70%
Vermogen
Liander onderzocht KNMI data van de afgelopen tien jaar en kwam erachter dat dit slechts drie procent van de tijd voorkomt: circa 300 uur per jaar. Tijdens deze uren hoeft slechts een klein percentage van de zonne- en windstroom afgetopt te worden. In dat geval worden de zonnepanelen (of de windturbines) automatisch teruggeschakeld in vermogen.
Vermogensduurkromme
Duur (uur)
Fig. 6 Bron: Liander (2016), vermogensduurcurve van zonnepanelen
Smart Design ook in Nijmegen Windpark Nijmegen-Betuwe levert sinds een paar maanden de eerste windstroom aan het elektriciteitsnet. Volgens de planning wordt in de nabijheid van de windturbines binnenkort een zonnepark gebouwd van zo’n 18.000 zonne panelen. Het zonnepark wordt aangesloten op dezelfde kabel en transformator als het windpark. Hierdoor kan de infrastructuur rendabeler gebruikt worden.