Nog voor 2030 zou duurzame energie een groot elektriciteitsnetwerk 99,9% van de tijd volledig van stroom kunnen voorzien tegen een gelijke of lagere prijs van de huidige elektriciteitskosten. Dat stelt nieuw onderzoek van de University of Delaware Technical Community College.

Een goed ontwikkelde combinatie van windenergie, zonne-energie en opslag in accu’s en brandstofcellen zou vrijwel altijd aan de vraag naar elektriciteit kunnen voldoen en tegelijkertijd de kosten laag houden, aldus de wetenschappers.

Combinatie energiebronnen en opslag
“Deze resultaten zijn in strijd met de conventionele gedachte dat duurzame energie te onbetrouwbaar en te duur is,” zegt co-auteur Willett Kempton, professor in de School of Marine Science and Policy in UD’s College van Earth, Ocean, and Environment. “De sleutel is om de juiste combinatie te vinden van energiebronnen en opslag – wat wij met een uitgebreide zoektocht hebben gedaan – en om de kosten correct te berekenen.”

De auteurs hebben een computermodel ontwikkeld dat 28 miljard combinaties van duurzame energiebronnen en opslagmechanismen overweegt, die allemaal getoetst worden aan weerdata en de vraag naar elektriciteit, die beiden de afgelopen 4 jaar ieder uur zijn gemeten. Het model heeft data opgenomen van een groot regionaal netwerk, genaamd PJM Interconnection, wat 13 staten van New Jersey tot Illinois omvat en een vijfde van het totale elektriciteitsnetwerk van de Verenigde Staten vertegenwoordigt.

Kosten minimalisatie
In tegenstelling tot ander onderzoek, richtte het model zich op het minimaliseren van de kosten in plaats van de traditionele aanpak van het matchen van het genereren van elektriciteit met de vraag ernaar. De onderzoekers bevonden dat het genereren van meer elektriciteit dan nodig is tijdens de gemiddelde uren – om aan de vraag te voldoen tijdens spitsuren met weinig wind – goedkoper zou zijn dan het overschot aan energie op te slaan voor een grotere vraag in de toekomst.

Opslag is relatief duur omdat het opslagmedium, batterijen of waterstoftanks, groter moeten zijn voor ieder extra uur van opslag.

Een van de verscheidene nieuwe bevindingen is dat een zeer groot elektriciteitsnetwerk, oftwel een smart grid, bijna volledig op duurzame energie kan draaien.

“Bijvoorbeeld, door gebruik te maken van waterstof voor opslag, kunnen we een smart grid draaien dat vandaag de dag 99,9% van de tijd kan voldoen aan de vraag van 72GW, waarbij 17GW aan zonne-energie, 68 GW aan zeewind energie, en 115GW aan windenergie aan land worden gebruikt,” aldus co-auteur Cory Budischak, instructeur aan de Energy Management Department aan de Delaware Technical Community College en voormalig student aan de UD.

Een GW (“gigawatt”) is een maat voor elektriciteitsopwekking vermogen. Een GW is de capaciteit van 200 grote windturbines of 250.000 zonnepanelen voor op het dak. Elektriciteitsgeneratoren voor duurzame energie moeten allemaal een hogere GW capaciteit hebben dan de traditionele generatoren, omdat wind- en zonne-energie niet altijd de maximale elektriciteit genereren.

Betrouwbaarheid
De studie werpt licht op hoe een elektriciteitsnetwerk met een grote afhankelijkheid van duurzame energiebronnen uit zou kunnen zien. Windsnelheden en blootstelling hangen af van het weer en de seizoenen, wat methodes vereist om de betrouwbaarheid te verhogen. In deze studie werd de betrouwbaarheid bereikt door: het geografische gebied van duurzame opwekking te verhogen, verschillende bronnen te gebruiken, opslagsystemen te gebruiken, en voor de laatste paar procenten fossiele brandstoffen te gebruiken voor de zekerheid.

Tijdens de uren wanneer er niet genoeg duurzame elektriciteit was om aan de vraag te voldoen, maakte het model gebruik van opslag, en op de zeldzame uren wanneer er geen duurzame elektriciteit of opgeslagen stroom aanwezig waren, werden fossiele brandstoffen gebruikt. Wanneer er meer duurzame energie werd opgewekt dan nodig, werd volgens het model eerst de opslag gevuld en werd de rest gebruikt om de plaats in te nemen van het natuurlijke gas voor het verwarmen van huizen en bedrijven. Wanneer dat ook volledig vervangen is, dan pas gaat de rest van het overschot verloren.

Economische besparingen
De studie maakte gebruik van schattingen van de kosten van technologie in 2030 zonder overheidssubsidies, en vergeleek deze met de kosten van het opwekken van grootschalige fossiele brandstoffen, vandaag de dag. De kosten van fossiele brandstoffen bestaan uit zowel de kosten van de brandstof zelf als de gedocumenteerde externe kosten, zoals de gezondheidseffecten op de mens door de luchtvervuiling. De verwachte investeringskosten voor wind- en zonne-energie in 2030 zijn ongeveer de helft van de huidige kosten voor wind- en zonne-energie, terwijl de onderhoudskosten verwacht worden nagenoeg gelijk te blijven.

“Het richten op 90% of meer duurzame energie tegen 2030, om de klimaatdoelen van 80 tot 90% reductie van het broeikasgas koolstofdioxide uit de elektriciteitssector te behalen, leidt tevens tot interessante economische besparingen,” aldus de auteurs.