Webinar: Klimaatneutraal energiesysteem 2024

Duurzame koolstof is biogene koolstof (biogrondstoffen/biomassa) en koolstof uit de lucht.

Toepassing van elektrische warmtepompen en elektrische auto's leidt tot daling van het finale energieverbruik vanwege hoger rendement, c.q. minder conversieverliezen in vergelijking met conventionele technieken (Cv-ketel, verbrandingsmotor). Het leidt wel tot meer elektriciteitsverbruik, maar die komt in toenemende mate van wind en zon, waardoor elektriciteitsproductie uit thermische centrales (aardgas, kolen) afneemt. Het effect is een daling van het primair energieverbruik door een lager finaal energieverbruik en minder conversieverliezen bij elektriciteitsproductie met thermische centrales.
Fossiele bronnen zijn: olie, aardgas en kolen. Hernieuwbare bronnen: wind, zon, biomassa, geothermie, omgevingswarmte. Ook getijde- en golfenergie zijn hernieuwbare bronnen, maar die zijn niet meegenomen in de scenario-analyses. Kernenergie behoort niet tot fossiel en ook niet tot hernieuwbaar.

Groei elektriciteitsvraag datacenters is meegenomen als onderdeel van de dienstensector.

Het gebruikte OPERA-model is gezamenlijke ontwikkeld door TNO en PBL.

De scenario's gebruiken vastgestelde nationale doelen en doelen uit vastgestelde Europese richtlijnen als randvoorwaarden.

Elektriciteitsproductie uit kernenergie is minder efficiënt dan uit thermische centrales (kolen, aardgas). Voor kerncentrales is gerekend met een rendement van 35%. Bij SMR’s met warmtebenutting is het totaalrendement hoger.

Het energieverbruik van olie- en gasproductie is niet opgenomen in de modellering. Ruwe olie en aardgas worden aan de systeemgrens van het model geïmporteerd.

Voor buitenlandse elektriciteitsvraag en -aanbod is gebruik gemaakt van de TYNDP scenario’s van de ENTSOE.

Primaire energie is finale energie + conversieverliezen bij omzetting van primaire energie en distributieverliezen. Hoewel door overschakeling naar hernieuwbare elektriciteitsproductie (wind en zon) de energieverliezen bij de elektriciteitsproductie dalen, neemt door toepassing van nieuwe technieken aanbodsectoren (m.n. gas- en brandstofvoorziening) de omzettingsverliezen per saldo toe. Het gaat daarbij om onder meer productie van biobrandstoffen, groen gas en waterstof. Bij biobrandstoffen wordt ook CCS toegepast, wat zorgt voor extra energievraag. Ook bij toepassing van meer kernenergie nemen de conversieverliezen toe.

Voor buitenlandse elektriciteitsvraag en -aanbod is gebruik gemaakt van de TYNDP scenario’s van de ENTSOE.

De warmtevraag per woning neemt wel af, maar door bevolkingsgroei en kleinere huishoudens neemt het aantal woningen in die periode toe met meer dan 700.000 woningen.

Bij de scenarioanalyses wordt uitgegaan van beleidsdoelen ten aanzien broeikasgasreductie en, enkel voor 2030, doelstellingen uit Europese richtlijnen voor energie-efficiency en hernieuwbare energie. Er is in beperkte zin rekening gehouden met beleidskeuzes t.a.v. techniekopties (geen kolencentrales na 2030 en geen directe inzet van biomassa voor warmteproductie in gebouwde omgeving). Er blijft voor het model voldoende ruimte over om keuzes te maken uit technologieopties en daarmee een energiesysteem met laagste maatschappelijke kosten te bepalen.

Investerings- en operationele keuzes worden in principe door het model bepaald. We hebben geen rekening gehouden met het recente besluit van Shell. Bovendien gaat de analyse over de periode vanaf 2030. Bij Shell gaat het t.a.v. biobrandstoffenproductie om uitstel, niet om afstel.

Het OPERA-model hanteert 1 waarde voor de investeringskosten, namelijk 7100 euro/kW. Voor een kerncentrale met vermogen van 1,5 GW is dat ruim 10 miljard euro. De waarde van 7100 euro/kW is bepaald uit een literatuuronderzoek naar investeringskosten, zie:  Nuclear energy economics: An update to fact finding nuclear energy en De rol van kernenergie in de energietransitie van Noord-Brabant.

Bij de modellering van kerncentrales is rekening gehouden met de realisatietermijn (besluitvorming, vergunningverlening, bouwtijd). Dit is vertaald in een maximum capaciteit per zichtjaar. In 2050 is dat ruim 5 GW. In de vorige scenariostudie is die maximumwaarde verhoogd naar 12 GW. Dan blijkt dat meer kernenergie kan worden ingezet. Het is echter de vraag of zo'n forse capaciteit op tijd gerealiseerd kan worden.
De meeste waterstof wordt ingezet voor ammoniak- en staalproductie of gebruikt voor chemicaliën en productie van synthetische brandstoffen. Alternatieven zijn duurder of kennen een beperkt aanbod (bijv. biogrondstoffen).

De waarde van 7100 euro/kW is bepaald uit een literatuuronderzoek naar investeringskosten, zie:  Nuclear energy economics: An update to fact finding nuclear energy en De rol van kernenergie in de energietransitie van Noord-Brabant. Daarbij is ervan uitgegaan dat lering is getrokken uit de eerste nieuwe kerncentrales in Europa (first-of-a-kind).

Het klopt dat voor productie van halffabricaten energie nodig is. De veronderstelling is dat de halffabricaten geproduceerd worden in het buitenland waar hernieuwbare energie ruim voorhanden is tegen lagere kosten (ook ter compensatie van extra transportkosten). Aangenomen kan worden dat het om ongeveer dezelfde hoeveelheid energie gaat dan wanneer de halffabricaten in Nederland zouden zijn geproduceerd uit ruwe grondstoffen.

Het klopt dat voor productie van halffabricaten energie nodig is. De veronderstelling is dat de halffabricaten geproduceerd worden in het buitenland waar hernieuwbare energie ruim voorhanden is tegen lagere kosten (ook ter compensatie van extra transportkosten). Aangenomen kan worden dat het om ongeveer dezelfde hoeveelheid energie gaat dan wanneer de halffabricaten in Nederland zouden zijn geproduceerd uit ruwe grondstoffen.

In de modellering is voor wat betreft elektriciteitstransport rekening gehouden met de capaciteit van het elektriciteitstransportnet en van interconnectoren met het buitenland, waarbij wel uitbreiding van die capaciteit is verondersteld. Uit de modelresultaten hebben we niet geconstateerd dat beperkte beschikbaarheid van transportcapaciteit op het elektriciteitsnet leidt tot extra waterstofvraag voor energetische toepassingen. Waterstof wordt in de scenario's overigens grotendeels geproduceerd uit elektriciteit. Daarbij vindt conversieverlies plaats.

In de scenario's draait kernenergie in de basislast (> 8500 uur/jaar). Het klopt dat er extra systeemkosten voor inzet van flexibiliteitsopties zijn om elektriciteit uit variabele wind en zon om te zetten naar basislast. Uit de resultaten blijkt dat kernenergie dan kosteneffectief is.

In de scenario's vindt ook elektriciteitsopslag in batterijen plaats.

In de scenariostudie bevelen we aan om beleid te ontwikkelen t.a.v. toegang tot voldoende hernieuwbare energie en duurzame koolstof tegen internationaal concurrerende prijzen. Hier zou inderdaad meer onderzoek gedaan kunnen worden, inclusief economische modellering.

In de scenario's zijn de kosten van zon en wind al relatief laag (het model houdt rekening met kostendaling als gevolg van leereffecten). Een verdere verlaging zal niet direct leiden tot meer inzet van wind en zon, omdat het maximum potentieel in 2050 al wordt ingezet in beide scenario's. Wel zal het kunnen leiden tot lagere kosten voor elektriciteit.

Door beleid te ontwikkelen dat gericht is op toegang tot voldoende hernieuwbare energie en duurzame koolstof tegen internationaal concurrerende prijzen.

In de scenariostudie uit 2020 hebben we analyse gemaakt waarbij de broeikasreductiedoelstelling is losgelaten. In zo'n scenario dalen de broeikasgasemissies in 2050 met 60%. Dit komt omdat duurzame technieken (nu al of op termijn) toch worden geïmplementeerd omdat ze goedkoper worden dan fossiele technieken. Voor de gevolgen voor het klimaat verwijs ik graag naar het 6e Assessment Report van de IPCC.

Duurzame koolstof komt in de scenario's vooral uit biogrondstoffen. Die worden voor ca. 75% geïmporteerd.

De investeringskosten (euro/kW) van kernenergie liggen aanzienlijk hoger dan die van wind- en zonne-energie. Er moet echter rekening worden gehouden met twee factoren: het aantal vollast draaiuren. Die ligt voor zon en wind lager dan van een kerncentrale die in basislast draait. Daarnaast zijn extra systeemkosten nodig om van variabele wind- en zonne-energie basislaststroom te maken. Als daarmee rekening wordt gehouden en gekeken wordt vanuit de optiek van maatschappelijke kosten blijkt volgens deze scenariostudie kernenergie concurrerend met wind en zon.

Bij de keuze voor investeringen in een nieuwe fabriek in Nederland of daarbuiten zal de relatie met toeleveranciers en afnemers zeker een rol spelen.

Dat is een onderkend knelpunt, maar is in de scenariostudie niet meegenomen. De TNO-whitepaper De energietransitie moet sneller: dit is nodig om de klimaat doelstellingen te halen gaat daar op in.

Plastic recycling is in de scenariomodellering meegenomen en resulteert een lager verbruik van ruwe grondstoffen. Dit geldt ook voor schroot bij staalproductie. Biogrondstoffen zijn overigens ook een grondstof. De meeste ruwe grondstoffen die de Nederlandse industrie gebruikt worden geïmporteerd. Bij import van halffabricaten zullen de transporthoeveelheden (in tonnen) niet toenemen in vergelijking met import van ruwe grondstoffen (mogelijk zelfs afnemen).

In de scenariostudie is ook een analyse gemaakt van een toekomstig energiesysteem zonder nieuwe kernenergie. De systeemkosten nemen dan met 1 tot 2,5% toe.

zie hiervoor: Nuclear energy economics: An update to fact finding nuclear energy en De rol van kernenergie in de energietransitie van Noord-Brabant.

Duurzame chemie is chemie op basis van circulaire en biogrondstoffen zonder broeikasgassen. Groene waterstof hoort daar ook bij, bijvoorbeeld voor het produceren van groene ammoniak.

Daar is in deze scenariostudie niet specifiek naar gekeken. In 2022 heeft TNO hierover wel een whitepaper gepubliceerd: De energietransitie moet sneller: dit is nodig om de klimaat doelstellingen te halen.

In de scenariostudie hebben we ook het energiesysteem doorgerekend zonder kernenergie. In beide scenario’s verandert de productiecapaciteit voor wind- en zonne-energie niet. Zonder nieuwe kerncentrales is de elektriciteitsvraag daardoor lager vergeleken met de scenario's met kernenergie. Minder elektriciteitsaanbod leidt ook tot minder waterstofproductie. In ADAPT worden minder synthetische brandstoffen geproduceerd en meer biobrandstoffen. In TRANSFORM is de waterstofvraag lager, vooral in de chemische sector. In een energiesysteem zonder nieuwe kerncentrales vallen de totale systeemkosten in 2050 1% tot 2,5% hoger uit dan in een systeem met kernenergie. Kerncentrales zijn duurder dan windturbines en zonnepanelen, maar zonder basislastaanbod door kerncentrales is meer inzet van flexibiliteitsopties nodige met relatief hoge kosten (zoals energieopslag).

De huidige positie van Rotterdam op de markt van bunkerbrandstoffen geldt voor fossiele brandstoffen. Zeeschepen die intercontinentaal varen, bunkeren bij voorkeur in Rotterdam. Dat kan veranderen als wordt overgeschakeld naar duurzame brandstoffen, die mogelijk elders goedkoper kunnen worden geproduceerd. Maar Rotterdam kan (een deel van) de markt behouden als het in staat is biobrandstoffen en synthetische brandstoffen concurrerend te produceren. De vraag naar bunkerbrandstoffen voor vliegtuigen is met name afhankelijk van het vliegverkeer van Schiphol.

Een CO2-taks (feitelijk de ETS-prijs + CO2 heffing) stuurt alleen op het verminderen van CO2-emissies. Dat heeft geen effect op welke koolstof in chemicaliën worden gebruikt, ook niet als dit door verbranding, (bijv. verbranding van plastics) leidt tot scope 3 emissies. Voor overschakelen naar duurzame koolstof (i.e. biogrondstoffen) is een extra beleidsprikkel nodig.

Als in eindgebruikerssectoren minder elektriciteit wordt gebruikt is minder netverzwaring nodig. Voor de verschillende toepassing zou overschakelen van fossiel naar andere duurzame opties aantrekkelijk moeten zijn. Voor de gebouwde omgeving zijn alternatieven hernieuwbare gassen (groen gas, waterstof) of warmtenetten (op basis van geothermie, biomassa, etc.), voor mobiliteit zijn alternatieven waterstof en biobrandstoffen. Deze opties zijn opgenomen in onze modellering, maar blijken vaak duurder dan elektrificatie van warmtevraag en mobiliteit, inclusief de kosten voor netverzwaring.

De scenariostudie heeft een energiesysteem uitgerekend met laagste maatschappelijke kosten. Met het juiste beleid en een goed werkende markt leidt dit ook tot lage kosten voor consument. Het elektriciteitssysteem zorgt ook voor particulieren dan voor de laagste kosten voor leveringszekerheid, lagere kosten dan bijvoorbeeld de thuisbatterij.

Het gebruikte OPERA-model houdt rekening met de capaciteit van het hoogspanningsnet, waarbij een uitbreiding van dit net is verondersteld.

Bij vergisting van mest en afvalwaterslib ontstaat methaan. Via stoom-methaan-reforming kan hieruit waterstof worden geproduceerd (zelfde proces dat wordt gebruikt bij waterstofproductie uit aardgas). Stoom-methaan-reforming uit biogas is echter niet in het model opgenomen.

Energiekosten is slechts een van de factoren die bij reallocatie een rol speelt. Andere factoren zijn bijvoorbeeld de relatie met en fysieke afstand tot andere spelers in de waardeketen, investeringsklimaat, kennisecosysteem, etc. De industrievarianten met een andere ontwikkeling van de energie-intensieve industrie zijn doorgerekend om de gevolgen te kunnen inschatten voor het Nederlandse energiesysteem. We zeggen echter niets over de waarschijnlijkheid van de scenario's of scenariovarianten.

Transportkosten spelen een rol. Bij energie-intensieve industrie geldt dit naast energie ook voor grondstoffen, halffabricaten en eindproducten. Vanuit het elektriciteitsnet bezien zou je de elektriciteitsproductie willen laten plaatsvinden in de nabijheid van energievraag. Andere factoren zijn echter meer bepalend, zoals ruimte voor opwekking van grootschalige windenergie of kernenergie. Consequentie is dat elektriciteit over langere afstand getransporteerd moet worden. Maar als we Nederland (inclusief Noordzee) internationaal vergelijken praten we over beperkte afstanden.

In de scenario’s vindt productie van groen gas plaats uit mest en dit wordt toegepast in de gebouwde omgeving. In 2030 houden we rekening met het beleidsdoel van de overheid, maar na 2030 wordt dat doel losgelaten. Voor een grotere inzet van groengas is vergassing van biogrondstoffen nodig. Biovergassing vindt in de scenario's ook plaats, maar dit syngas wordt ingezet voor productie van biobrandstoffen en chemicaliën en niet voor de productie van groen gas.

In vergelijking met de kosten van elektriciteitsproductie uit zon en wind is elektriciteitsproductie uit kernenergie duurder. Dit heeft te maken met de veel hogere investeringskosten voor kernenergie. Echter voor inpassing van elektriciteit in het energiesysteem moeten voor zon en wind extra kosten gemaakt worden gemaakt. Dit worden flexibiliteitskosten genoemd. De uitkomsten van de scenariostudie laten zien dat de extra flexibiliteitskosten ervoor zorgen dat het per saldo vanuit maatschappelijk perspectief  aantrekkelijk is om kernenergie op te nemen in de elektriciteitsproductiemix.

We zijn uitgegaan van 13 jaar, zie:  De rol van kernenergie in de energietransitie van Noord-Brabant.