Waarom je met alleen zonnepanelen op het dak  niet genoeg kunt, en waarom je ook wind- en zonneparken nodig hebt

De zonneladder en het misbruik daarvan
De natuur- en milieu-organisaties hebben op 10 jan 2019 hun “Constructieve Zonneladder” gepresenteerd. Zie www.nmu.nl/nieuws/wij-presenteren-de-constructieve-zonneladder/ . Het was hun eigen werkstuk en er stonden geen handtekeningen onder van organisaties buiten de natuur- en milieuhoek. Gemakshalve is het document waarnaar verwezen wordt HIER te vinden

De bedoeling is om, voordat er ergens zonneparken aangelegd worden, eerst na te denken. Hoeveel zonne-energie is er nodig en hoe verdelen we dat rationeel en met respect voor het buitengebied. Niet alleen maar aan de goedkoopste en makkelijkste toepassing denken.
De bedoelde volgtijdelijkheid is eerst denken en dan handelen. En resultaat van het denken kan een zonnepark in een weiland zijn.

Maar in praktijk verwordt de Zonneladder vaak van beleidsinstrument tot sabotage-instrument.

De misbruikvariant maakt zonder nadenken het handelen volgtijdelijk. Zonder enige overweging, behalve blinde afkeer, wordt geëist dat eerst alle daken volmoeten, en dan alle parkeerplaatsen overdekt, en dan alle geluidswallen, en dan enzovoort. De eerste stap is bij voorbaat onuitvoerbaar omdat de gemeente, tot op dit moment, niets over de daken te vertellen heeft en bovendien sommige daken zich er niet voor lenen. Ergo is niet aan de eerste voorwaarde voldaan en stopt het proces. En dat was precies de bedoeling van de tegenstanders.

De natuur- en milieu-organisaties hebben een tweesnijdend zwaard gecreëerd. Het concept is in de Tweede Kamer bekrachtigd en het is me niet duidelijk of het stemgedrag met de positieve of negatieve interpretatie beargumenteerd is.

De Zonneladder is eigenlijk bedoeld voor specifieke gebieden, maar men kan het concept ook nationaal toepassen. Hoeveel zonne-energie willen we nationaal, kun je de gewenste hoeveelheid op daken kwijt, in hoeverre is dat verstandig en als panelen op de grond, dan hoe en waar? Dus de Zonneladder als beleidsinstrument op nationaal niveau.

Over deze vraag is veel nagedacht en in maart 2021 hebben TKI Urban Energy en Generation Energy het document uitgebracht “Ruimtelijk potentieel van zonnestroom in Nederland”. Inmiddels hèt standaardwerk op dit gebied in Nederland.
Een samenvattend persbericht is te vinden op https://www.topsectorenergie.nl/nieuws/genoeg-dak-grond-en-water-voor-zonnepanelen-nederland-voor-de-ambities-2050 en (onopvallend op het eind) kan men doorlinken naar het rapport.  

Daarnaast wil menigeen ook geen windturbines. Dan maar zon.

Alvorens aan de bespreking te beginnen, eerst de grotere context.

Energie en elektriciteit in 2019, 2030 en 2050
Toch maar even, omdat deze grootheden door minder deskundige personen vaak verward worden.

Doel is dat de toegevoegde hoeveelheid broeikasgassen in 2030 55% minder is, en 2050 ongeveer nul, en dat Nederland (ook na besparing) voldoende energie heeft om de maatschappij door te laten draaien.
Middel is dat een flink en groeiend aandeel van die  energie in de vorm van elektriciteit is.
De energiebehoefte is dus groter dan de elektriciteitsbehoefte. Omgekeerd: als je de stroomvraag opgelost hebt, heb je nog niet de energievraag opgelost want die is een stuk groter.

In het hierna volgende overzicht worden de eenheden TWh (een miljard kiloWattuur kWh) en de eenheid PJ (PetaJoule) door elkaar gebruikt. 1TWh = 3,6PJ. Meestal gebruikt men de TWh bij stroom en de PJ bij andere soorten energie, maar dat is niet verplicht.

(deze grafiek loopt t/m 2030)
(kolom 3 t/m 6 hebben betrekking op 2050. KA = KlimaatAkkoord)
(kolom 3 t/m 6 hebben betrekking op 2050. KA = KlimaatAkkoord)


De grafieken (de bovenste uit de Klimaat- en Energie Verkenning 2020 van het PBL (KEV2020), de onderste twee van Berenschot en Kalavasta) zijn om een gevoel voor de verhoudingen te krijgen. De eerste twee grafieken geven de energie weer die als energie aan de klant geleverd wordt (uit het stopcontact, de benzinetank, de gasleiding etc – zeg maar netto).
Bruto (wat het systeem-Nederland in gaat) is momenteel ruim anderhalf keer zoveel.
Bruto wordt komt voor een deel onzichtbaar (‘embedded’) in materialen terecht als plastic, kunstmest en aluminium, zink of waterstof. Deze post is hier niet getoond, maar zit ruwweg momenteel rond de 500PJ (waarin een onzichtbare hoeveelheid stroom). Bovenstaande grafieken zijn dus een onderschatting van wat nodig is.
De derde grafiek geeft de noodzakelijke elektriciteitsproductie in 2050 als je embedded energie wel meetelt. Let wel dat de as in TWh is (300TWh = 1080PJ)
De bovenste grafiek is te vinden op https://www.pbl.nl/publicaties/klimaat-en-energieverkenning-2020 .
De tweede en derde grafiek zijn te vinden op: https://www.netbeheernederland.nl/_upload/Files/Toekomstscenario%27s_64_9ab35ac320.pdf of op http://www.rijksoverheid.nl/documenten/kamerstukken/2020/04/15/kamerbrief-klimaatneutrale-energiescenarios-2050. Op deze site is er eerder aandacht aan besteed op https://www.bjmgerard.nl/vier-scenarios-voor-het-energiesysteem-van-de-toekomst/ .

Samenvattend:

  • In 2019 werd 1840PJ aan de klant afgeleverd, waarvan 393PJ in de vorm van elektriciteit (netto). Bruto was dit 421PJ.
  • In 2030 wordt (prognose KEV) 1750PJ aan de klant geleverd, waarvan ruwweg 410PJ in de vorm van elektriciteit (zie eerste grafiek hierboven)
  • In de Regionale Energie Strategie wordt op nationale schaal in 2030 84TWh (302PJ) hernieuwbare elektriciteit geëist uit wind en grootschalige zon (staat in het Klimaatakkoord), waarvan 35TWh (=126PJ) op het land en 49TWh (=176PJ) op zee.
    Naast de RES (en er niet in meetellend) wordt verondersteld dat kleinschalige PV-projecten (bijvoorbeeld op woningdaken) in 2030 7TWh/y binnenbrnegen (ca 22PJ/y).
    Daarnaast tellen andere energievormen als elektriciteit (bijvoorbeeld waterkracht of biomassa) wel voor het totale budget mee, maar niet voor de RES.
    In deze waarden is de verduurzaming van de industrie nog niet meegenomen. Dat gaat om een hernieuwbare energievraag in 2030 van ca 45TWh (162PJ) die geheel of gedeeltelijk elektrisch wordt ingevuld met wind op zee.  Zie eerder op deze site https://www.bjmgerard.nl/over-de-aanstaande-elektrificatie-van-de-industrie-en-de-datacenters/ .
    De RES dekt dus lang niet de verwachte stroomvraag in 2030 af.
  • In 2050 wordt (ruwe schatting) 1200 tot 1700PJ aan de klant geleverd, waarvan ruwweg 700 tot 850PJ in de vorm van elektriciteit (zie tweede grafiek hierboven).
    Telt men ook de ‘embedded’ energie mee, dan moet er 1000 tot 1500PJ geproduceerd worden.

Beschouwingen rond zonne-energie, al dan niet op daken, moeten dus geplaatst worden tegen deze behoeftecijfers. En dan blijkt dat zonne-energie in geen enkel scenario de vraag naar stroom kan afdekken, hoe grootschalig ook. Daarover gaat het volgende deel van dit verhaal, dat over genoemd Ruimtelijk Potentieel gaat.
Uit dat rapport blijkt dat

  • zonne-energie een zeer waardevolle bijdrage kan leveren, groter zelfs dan ingeschat
  • zon op daken een grotere bijdrage kan leveren dan vroeger gedacht
  • maar dat zonne-energie het op zijn eentje bijlange na niet redt
  • er dus andere energievormen nodig zijn
  • waaronder wind op land en wind op zee

Dan nu de beloofde potentieelstudie

Ruimtelijk potentieel van zonnestroom in Nederland
Voor genoemd rapport hebben de auteurs een strakke systematiek gevolgd.

(De oppervlakten zijn horizontaal gerekend)

Om te beginnen worden  vier ruimtelijke categorie vastgesteld, elk gesplitst in twee deelcategorieën. Die tellen op tot de totale oppervlakte van Nederland. (bovenste grafiek)

Binnen elke (deel)categorie zijn vormen van landgebruik benoemd (alles samen 43). De vier vormen van landgebruik, elk met hun maximale landsbrede oppervlakte, in de deelcategorie ‘woningen’ staan als voorbeeld in de onderste grafiek. Toegevoegd zijn ook gevels (behalve op het Noorden), die geen horizontale oppervlakte hebben.

Binnen elke (deel)categorie zijn ook systeemtypologieën gedefinieerd (alles samen 38). De negen systeemtypologieën voor woningen bijvoorbeeld staan in de tabel hieronder.

Op deze wijze ontstaan combinaties, waarin het landgebruik de maximale oppervlakte levert en de typologie de jaaropbrengst per m2 .
Die jaaropbrengst per m2 wordt berekend vanuit een aantal technische kengetallen en maatschappelijke beperkingen (de opbrengst van railsystemen en tuinen bij woningen wordt bijvoorbeeld op 0 gesteld) die er geloofwaardig uitzien, maar hier niet in detail worden besproken. Wat kwalitatieve uitspraken:

  • de studie brengt alleen het technisch en ruimtelijk potentieel in beeld
  • de beperkte draagkracht van sommige utiliteitsdaken is verwerkt in de typologie ‘plat dak flex’. Een latere, en hier niet gepresenteerde, studie toont dat dit probleem, na behapbare aanpassingen, niet erg groot hoeft te zijn
  • het met de jaren toenemende rendement van zonnepanelen is in rekening gebracht
  • alle standaardverliezen worden in rekening gebracht tot aan het elektriciteitsnet
  • energetische verliezen door toedoen van het elektriciteitsnet en/of opslag worden niet meegeteld. Dit is op de langere termijn te onvoorspelbaar.
  • wat politiek en economisch wel en niet uitvoerbaar is, speelt geen rol. Bijvoorbeeld wie wat moet betalen en hoe het subsidiesysteem in elkaat zit, en hoe dwingend de wetgeving is.
  • niet alle mogelijkheden zijn vóór 2030 uitvoerbaar – een belangrijk criterium

Op deze wijze is een rekenmodel gecreëerd, dat als een soort robot zacht zoemend staat te wachten tot zijn baas er een vraag in stopt.
Zo’n vraag komt er in essentie op neer dat je de belangrijkste parameters geeft (welke combinatie van deelcategorieën, typologieën en oppervlaktes (binnen de maximale oppervlakte) leidt tot welke opbrengst, en omgekeerd.

Vragen aan het rekenmodel
Je zou bijvoorbeeld aan de zacht zoemende robot kunnen vragen: breng de situatie in 2020 en die in de KEV2020 geprognosticeerd is voor 2030 in kaart. Dan krijg je dit:

Je zou ook de vraag kunnen stellen: ik wil in 2050 (!) 70TWh of 200TWh? Ter herinnering dus nog even de derde grafiek met waarden voor de stroomproductie rond de 300TWh, en waarden voor de energieproductie van 400-600TWh/y. Dus ook die 200TWh is voor de elektriciteit onvoldoende, en voor de energie als geheel nog meer onvoldoende.
En hoe zien deze opbrengsten er uit in een variant eruit die zich concentreert op de daken, en hoe zou ene meer gemengde variant eruit kunnen zien?
Dan krijg je dit:


(deze tabel heeft betrekking op 2050)

In deze tabel doen gevels niet mee en is het niet-dak wat er in 2020 al op de grond ligt ligt of zal liggen.
Aannemende dat het economisch, politiek en technisch mogelijk is om in 2050 de daken voor 80% volgelegd te krijgen (nadert de limiet), dan haal je de 200TWh en dat is ongeveer 1/3de tot de helft van wat er aan energie nodig is. Dat is overigens heel veel, veel meer dan eerder mogelijk werd geacht, maar het is niet genoeg.

Je kunt als baas tegen de zacht zoemende robot zeggen: verzin eens wat nieuws. Dan zou daar dit uit kunnen komen (voor 2050):

(BIPV betekent Building Integrated PV. De panelen vervangen bouwmaterialen en liggen in het dak. BAPV staat voor Buidling Applied PV. De panelen liggen traditioneel op het dak).


In dit schema haal je (met nogal wat onzekerheden) in 2050 229TWh/y zonder zon op zee.

Zon op zee is dan gekoppeld aan windparken op zee, die bij 60GW wind een oppervlakte beslaan van 6600km2 . Die zou dan in dit model voor de helft bedekt kunnen worden met zonnepanelen (andere helft niet omdat het anders de zee te donker maakt waardoor de ecologie instort). Klinkt naar mijn idee erg ambitieus en ecologisch erg gewaagd, en is vooralsnog toekomstmuziek.

De moraal tot 2030
De hoofdmoraal is voor mij dat het Klimaatakkoord moet worden uitgevoerd en dat daarbij de RES onmisbaar is. Die loopt tot 2030 en is zoiets als een absolute ondergrens. Die moet in principe gehaald kunnen worden op het land en met  kennis, techniek en organisatie die er nu is. Dus niet allerlei speculatieve afschuiftechnieken op een onduidelijke toekomst of een onduidelijk buitenland.
De hoofdinspanning boven op de RES (dus niet in plaats van de RES) toto 2030 betreft extra wind op zee t.b.v. de elektrificatie van de industrie.

Deze studie ging over zonne-energie en niet over windenergie, maar windenergie komt zijdelings aan de orde waar het om de systeemverliezen gaat door slechte inpassing in het elektriciteitsnet (blz 55). Bij een mix van tweederde wind en een derde zon vallen die verliezen te overzien, maar als de energiemix teveel uit zon bestaat, lopen die verliezen snel op.
De RES moet dus ook met windenergie ingevuld worden. Een goede mis spaart het elektriciteitsnet. Dus niet alle windturbines door zoneparken vervangen.

Nederland heeft behoefte aan een ordelijk project dat op de lange termijn (ook na 2030) consistent en met voldoende middelen naar verduurzaming toewerkt. Dat lukt alleen met een krachtige overheidssturing, en niet op basis van een vrije markt.

Typologieën landschap.
Een intensief zonnepark brengt ongeveer het dubbele op van een extensief park. Een extensief beheerd park leent zich beter voor meervoudig gebruik.


Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.