Zonne-energie wordt steeds goedkoper – en juist daarom steeds minder waard

De energietransitie wordt vaak besproken in termen van opgewekte kilowatturen en geïnstalleerd vermogen. Hoeveel gigawatt wind en zon hebben we nodig? Hoeveel procent van onze elektriciteit kan duurzaam worden opgewekt? Dat zijn relevante vragen, maar ze missen een cruciaal onderdeel van het energiesysteem: niet iedere geproduceerde kilowattuur heeft dezelfde economische waarde.

Een interessante analyse van de Belgische energieregulator CREG laat dit bijzonder duidelijk zien. De figuur hierboven toont voor verschillende elektriciteitsbronnen – kernenergie, gas, waterkracht, wind op land, wind op zee en zon – op welk moment van de dag en in welke maand elektriciteit economische waarde genereert.

En vooral bij zonne-energie springt één probleem onmiddellijk in het oog.

Elektriciteit heeft geen vaste waarde

Een elektriciteitscentrale produceert geen product met een vaste marktprijs. De prijs ontstaat ieder uur – en tegenwoordig zelfs per kwartier – uit het samenspel van vraag en aanbod.

Wanneer elektriciteit schaars is, stijgt de prijs. Wanneer er veel elektriciteit beschikbaar is, daalt de prijs. Bij een groot overschot kan de prijs zelfs negatief worden: producenten betalen dan feitelijk om hun elektriciteit kwijt te kunnen.

Dat mechanisme heeft grote consequenties voor weersafhankelijke elektriciteitsproductie.

Een zonnepaneel produceert immers niet wanneer elektriciteit duur is, maar wanneer de zon schijnt. En miljoenen zonnepanelen doen dat ongeveer tegelijkertijd.

Daarmee ontstaat een opmerkelijke paradox:

hoe meer zonnepanelen we installeren, hoe lager de marktwaarde van de volgende zonne-kWh doorgaans wordt.

Dit verschijnsel wordt in de energiewereld vaak het cannibalisatie-effect genoemd.

De grafiek maakt het zichtbaar

Kijk naar het onderste rechterpaneel van de CREG-figuur. Dat is zonne-energie.

In de winter is de productie beperkt tot een relatief klein aantal uren rond het midden van de dag. In het voorjaar en de zomer wordt het productievenster veel groter.

Maar juist tussen ongeveer 10:00 en 16:00 uur ontstaat een grote donkerrode zone. Volgens de legenda vertegenwoordigt die een negatieve waarde ten opzichte van de gemiddelde elektriciteitsprijs.

Dat is geen toeval.

Op zonnige dagen produceren Belgische, Nederlandse, Duitse en Franse zonnepanelen vrijwel gelijktijdig enorme hoeveelheden elektriciteit. Het aanbod stijgt daardoor precies op dezelfde uren.

De elektriciteitsprijs reageert zoals iedere marktprijs:

veel aanbod + beperkte extra vraag = lagere prijs.

Daarmee ontstaat een fundamenteel verschil tussen het technisch produceren van elektriciteit en het economisch produceren van waarde.

Een zonnepark kan op jaarbasis bijvoorbeeld een uitstekende hoeveelheid MWh produceren, terwijl de gemiddelde verkoopprijs van die zonnestroom aanzienlijk lager ligt dan de gemiddelde marktprijs.

Wind heeft hetzelfde probleem, maar anders

Ook windenergie kent dit effect.

Windturbines in Nederland, België, Duitsland en de Noordzee bevinden zich vaak binnen dezelfde weersystemen. Wanneer het hard waait, produceren dus veel turbines tegelijkertijd.

In de figuur is vooral in oktober een duidelijk negatief patroon zichtbaar voor zowel wind op land als wind op zee.

Ook hier geldt: extra productie verschijnt juist op momenten waarop andere windturbines eveneens veel elektriciteit produceren.

Wind kannibaliseert daarmee gedeeltelijk zijn eigen marktwaarde.

Het patroon is echter minder scherp gekoppeld aan het dagelijkse ritme dan bij zonne-energie. Zon bereikt immers vrijwel iedere dag rond hetzelfde tijdstip zijn maximale productie.

Kernenergie ziet er totaal anders uit

Interessant is daarom de vergelijking met kernenergie.

Het paneel linksboven is bijna egaal. Kerncentrales produceren relatief constant, onafhankelijk van zon, wind of tijdstip.

Dat betekent niet automatisch dat kernenergie goedkoop is. De investeringskosten, financiering, bouwtijd, onderhoud en ontmanteling moeten uiteraard allemaal worden meegenomen.

Maar vanuit het elektriciteitssysteem heeft regelbare of continue productie een belangrijke eigenschap: de productie is niet sterk gecorreleerd met momenten waarop dezelfde technologie massaal elektriciteit produceert.

Gascentrales hebben nog een ander voordeel: flexibiliteit.

Ze kunnen juist produceren wanneer elektriciteit schaars en duur is. Daardoor kan een gascentrale met relatief weinig draaiuren toch een belangrijke economische én technische functie hebben.

Opslag verandert het probleem

Hier komt elektriciteitsopslag in beeld.

Stel dat zonnestroom om 13:00 uur vrijwel niets waard is, terwijl elektriciteit om 20:00 uur €100/MWh kost. Een batterij kan elektriciteit om 13:00 uur opslaan en enkele uren later weer leveren.

Economisch gezien verplaatst opslag elektriciteit van een moment met lage waarde naar een moment met hoge waarde.

Dat is wezenlijk anders dan simpelweg nog meer productiecapaciteit installeren.

Bijvoorbeeld:

Situatie

13:00 uur

20:00 uur

Vraag

gemiddeld

hoog

Zonproductie

zeer hoog

vrijwel nul

Marktprijs

laag/negatief

hoog

Batterij

laden

ontladen

Batterijen lossen overigens niet ieder probleem op. De huidige batterijtechnologie is vooral geschikt om energie over uren te verschuiven. Een tekort aan wind en zon gedurende meerdere winterdagen – de bekende Dunkelflaute – vraagt veel grotere opslagvolumes, andere opslagtechnieken, import of regelbare productie.

Het draait daarom om het systeem

Dat is misschien wel de belangrijkste boodschap van deze grafiek.

De discussie “zon versus kernenergie” of “wind versus gas” is eigenlijk te simpel. Een elektriciteitsnet moet iedere seconde productie en consumptie met elkaar in evenwicht brengen.

Daarvoor zijn verschillende eigenschappen nodig: goedkope productie wanneer die beschikbaar is, voldoende regelbaar vermogen, opslag, interconnectie met buurlanden en voldoende netwerkcapaciteit.

Naarmate het aandeel zon en wind groter wordt, wordt vooral de combinatie belangrijker.

Meer zonnepanelen installeren op momenten waarop zonnestroom al regelmatig vrijwel waardeloos is, levert economisch steeds minder op. Vanaf dat moment kan investeren in opslag, netcapaciteit, vraagsturing of regelbaar vermogen meer systeemwaarde creëren dan opnieuw een extra GW zonnepanelen.

Van kostprijs naar systeemwaarde

Daarmee komen we bij een belangrijk onderscheid in het energiedebat.

De bekende LCOE (Levelized Cost of Electricity) vertelt hoeveel het gemiddeld kost om een MWh elektriciteit met een bepaalde technologie te produceren. Maar LCOE vertelt niet hoeveel die MWh waard is op het moment waarop hij wordt geproduceerd.

En uiteindelijk moeten beide kanten van de vergelijking kloppen.

Een technologie die elektriciteit voor €40/MWh produceert terwijl die elektriciteit gemiddeld slechts €20/MWh waard is, heeft zonder subsidie, opslag of andere inkomstenstromen geen vanzelfsprekend duurzaam verdienmodel.

De CREG-grafiek laat daarom iets zien wat in discussies over de energietransitie gemakkelijk verloren gaat:

we hebben niet alleen voldoende elektriciteit nodig. We hebben elektriciteit nodig op het moment dat er vraag naar is.

De uitdaging voor Europa is daardoor steeds minder uitsluitend het bouwen van zoveel mogelijk duurzame productiecapaciteit. Het wordt het ontwerpen van een energiesysteem waarin zon, wind, opslag, vraagsturing, internationale verbindingen en voorlopig ook regelbare centrales elkaar aanvullen.

Want uiteindelijk betaalt niemand voor een gemiddelde kilowattuur.

De markt betaalt voor een kilowattuur op een bepaalde plaats, op een bepaald moment.