Interview met professor Dirk Van Hertem over de toekomst van het Elektriciteitssysteem

“Met de opkomst van hernieuwbare energie is het nationale niveau steeds minder belangrijk en wordt het essentieel om het energiesysteem op Europees niveau uit te baten.”

De energiesector ondergaat op dit moment een grote transitie met de toename van hernieuwbare energie en sluiting van oude thermische centrales om tegen 2050 van Europa een klimaatneutraal continent te maken. Hiervoor moet het transmissiesysteem van elektriciteit, dat alle producenten en consumenten met elkaar verbindt, grondig omgevormd en uitgebreid worden. Professor Dirk Van Hertem doceert aan de KU Leuven vakken over transmissienetten en werkt bij EnergyVille, waar onderzoek wordt gedaan naar hoe het elektriciteitssysteem van de toekomst er zal uitzien. Met hem praten we onder meer over de explosieve groei van offshore wind en het Europese supergrid. (GVC)

OFFSHORE WIND

Laat ons starten met een van de sterkst groeiende industrieën van het moment. In de offshore wind sector gaat het de voorbije jaren zeer hard. De geïnstalleerde capaciteit neemt jaar na jaar toe. Hoe valt deze snelle evolutie te verklaren? 

Er worden al langer windturbines geplaatst op land maar de goede plaatsen zijn zo goed als allemaal ingenomen waardoor men naar andere gebieden op zoek gaat en al snel op zee uitkomt. Men wist al langer dat de windcondities op zee beter zijn, al is de installatie en connectie moeilijk. De laatste jaren is dit verhaal economisch rendabel geworden door de toegenomen ervaring, de ontwikkeling van grotere turbines en doorgedreven standaardisatie van projecten. Dit alles reduceert de kosten en maakt dat subsidies niet langer nodig zijn. Offshore wind is op 15 jaar tijd uitgegroeid van een proefproject naar een volwaardige industrie.

Zal de groei in deze sector aanblijven? Zijn er nieuwe ontwikkelingen in zicht?

Nu bevinden de windmolens zich redelijk dicht bij de kustlijn, maar men probeert om verder op zee te gaan, waar de windcondities nog optimaler zijn. Daarvoor zijn drijvende windmolens nodig aangezien de zee te diep wordt om te funderen op de zeebodem. De turbines zullen ook groter worden en waarschijnlijk richting 20 MW of meer gaan. Op dit moment is elk windmolenpark radiaal verbonden naar het land, maar in de toekomst komt er waarschijnlijk een volwaardig elektriciteitsnet op zee om alle windmolenparken onderling te verbinden. Verschillende landen zullen met elkaar verbonden worden om een massale integratie van offshore windenergie in het Europese netwerk mogelijk te maken.

Laat ons even inzoomen op België, dat een voortrekkersrol speelt in deze sector. Ons land staat in de top 5 van de wereld inzake geïnstalleerde capaciteit aan offshore wind.

Inderdaad, op dit moment bevindt zich in de Belgische zone van de Noordzee een capaciteit van ongeveer 2 GW. Binnenkort begint men aan de concessie van een tweede zone, zodat tegen 2030 de capaciteit zal toenemen tot ongeveer 4 GW. De huidige windturbines worden met wisselstroom verbonden naar de Belgische kust maar voor grotere vermogens en langere afstanden moet overgeschakeld worden naar gelijkstroom op hoge spanning, HVDC (high voltage direct current). Door vroeg in de offshore wind sector te stappen, spelen Belgische bedrijven ook een significante rol in de ontwikkeling van offshore windenergie in Europa en daarbuiten.

Kan het huidige hoogspanningsnet in België de toename aan offshore windenergie aan?

Historisch gezien is het kustnetwerk nooit sterk ontwikkeld geweest omdat er geen zware industrie aanwezig is. Na de bouw van de eerste turbines op zee begon de kustregio zwaarder belast te worden, wat uiteindelijk leidde tot de bouw van de Stevinlink in 2015, die transport van de windenergie naar het binnenland toelaat. De Stevinlink was ook noodzakelijk om de nieuwe NEMO-link met het Verenigd Koninkrijk mogelijk te maken. En voor de concessie van de tweede zone wordt op dit moment bekeken om nog een extra lijn te bouwen in West-Vlaanderen: de Ventilusverbinding. Deze twee nieuwe verbindingen vormen een significante versterking van het netwerk om de offshore wind te absorberen. Echter, de Europese ambities voor offshore wind zullen op middellange termijn nog verdere versterkingen vereisen.

SUPERGRID

Waarom is het zo belangrijk dat verschillende landen met elkaar verbonden worden?

De komende jaren gaat het aandeel hernieuwbare energie sterk toenemen terwijl er klassieke thermische centrales zullen sluiten. Dit verandert het productiepatroon. Thermische centrales zijn actief regelbaar en produceren typisch een constant vermogen doorheen het jaar. Hernieuwbare energie daarentegen is variabel van aard waardoor het een uitdaging wordt om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen. Door verschillende landen met elkaar te verbinden, is de productie en het verbruik geografisch gespreid en vormt een constanter profiel. 

Heeft dit ook gevolgen voor de elektriciteitsmarkt en bijgevolg de prijs?

De marktwerking speelt inderdaad een rol. In Europa is de energiemarkt één grote interne markt, waar spelers uit verschillende landen aan deelnemen. Op dit moment zijn meerdere landen reeds met elkaar verbonden (zoals België met het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk en Nederland), maar die interconnecties moeten nog uitgebreid worden opdat elektriciteit ongehinderd kan vloeien tussen alle landen en Europa als het ware één grote koperen plaat wordt. Dit impliceert een prijsconvergentie tussen alle landen en een daling van de elektriciteitsprijs op de groothandelsmarkt, aangezien de energie zal komen van de plaats waar ze het goedkoopste is. Het uiteindelijke doel is om een Europees supergrid te bouwen.

Hiervoor is sterke Europese samenwerking nodig. Vormt dit een grote uitdaging aangezien in meerdere landen het nationalisme aan belang wint?

Het is waar dat sommige landen het moeilijk hebben met beslissingen op Europees niveau en liever zelf de touwtjes in handen hebben. Denk maar aan de Brexit. Het is voor een land belangrijk om een betrouwbare energievoorziening te hebben want dit trekt grote bedrijven aan. Daarom heeft elk land de reflex om op haar eigen grondgebied genoeg generatiecapaciteit te voorzien. Maar met toenemende hernieuwbare energie die een lagere capaciteitsfactor heeft, wordt het steeds duurder om land per land bevoorradingszekerheid te realiseren. Hierdoor moet men denken aan alternatieve definities, zoals een combinatie van bevoorradingszekerheid op systeemniveau (Europees) en lokaal niveau. Een Europese energiemarkt gaat hand in hand met een Europese visie op energiebeheer.

Hoe komt het precies dat het goedkoper is om het energiesysteem op Europees niveau te organiseren, vooral bij hernieuwbare systemen?

Met hernieuwbare energie is het productiepatroon variabel en niet per se in overeenstemming met de vraag. Het kan zijn dat er een hoge vraag is terwijl de wind even niet blaast, en dan moeten reserve-generatoren of opgeslagen energie de benodigde stroom kunnen leveren. Die generatoren stand-by houden kost geld en grootschalige opslag is niet evident op dit moment. Op Europese schaal zal de wind altijd wel ergens waaien, de wind in Schotland, Spanje en Noorwegen is niet zo sterk gecorreleerd zodat de windproductie een constanter profiel aanneemt dan land per land bekeken. Dit reduceert de nood aan piekproductie door andere duurdere technologieën en vermindert zo de kostprijs. Het toekomstige transmissienet zal flexibel moeten zijn, om te kunnen omgaan met de variabele energieproductie uit zon en wind.

Hoe kan die flexibiliteit in realiteit bekomen worden? Betekent dit dat er grootschalige energie-opslag nodig is om perioden van lage hernieuwbare productie te overbruggen?

Opslag is één van de mogelijkheden om flexibiliteit te leveren en de zogenaamde Dunkelflaute door te komen, momenten waarop de zon niet schijnt en het windstil is. Maar dit is zeker niet de enige mogelijkheid. We moeten af van het idee dat het geïnstalleerde vermogen iets groter is dan de piekvraag. In een systeem met bijna enkel hernieuwbare energie moet de geïnstalleerde productiecapaciteit veel groter zijn dan het vereiste piekvermogen, misschien zelfs 4 tot 5 keer, doordat die energiebronnen zelden hun maximaal vermogen leveren. Flexibiliteit wordt bekomen door windturbines uit de wind te zetten als de vraag laag is en naar de wind te draaien bij toenemende vraag.

Welke technologieën zijn er om grootschalige energie-opslag te verwezenlijken?

Grootschalige batterij-opslag is op dit moment economisch niet haalbaar, maar kosten dalen snel. Een andere optie is pumped hydro, water naar een hoog reservoir verpompen bij overschot aan energie en verbruiken op momenten dat de vraag stijgt door met dat water een turbine aan te drijven die stroom produceert. Zo zouden de meren in Noorwegen een grote batterij voor het Europese netwerk kunnen vormen en overtollige zonne-energie uit Spanje of windenergie uit Schotland opslaan. Er zijn andere mogelijkheden, bijvoorbeeld het zogenaamde power-to-gas, waarbij uit overtollige hernieuwbare energie moleculen zoals waterstof of methaan geproduceerd worden, die dan op een later tijdstip als brandstof gebruikt worden. Het is nog niet duidelijk hoe grootschalige opslag precies zal gebeuren en het belang ervan in de energietransitie. Uiteindelijk zal er een combinatie van verschillende technologieën zijn die flexibiliteit bieden, waarvan verschillende vormen van opslag één van de mogelijke bronnen van flexibiliteit en services zijn. Welke technologie zal domineren, zal afhankelijk zijn van de kostprijs.

ENERGYVILLE

Laat ons nog even focussen op uw onderzoek. U werkt in EnergyVille, een onderzoeksinstituut verbonden aan onder meer de KU Leuven en UHasselt. Waar houdt uw onderzoeksgroep zich precies mee bezig?

Mijn onderzoeksgroep houdt zich voornamelijk bezig met HVDC, de technologie die geïmplementeerd zal worden in het transmissienet op zee en in het supergrid. We onderzoeken verschillende zaken, gaande van zeer theoretisch tot praktisch. We stellen bijvoorbeeld investeringsmodellen op om de netbeheerder te adviseren in de uitbouw van het toekomstige net. We doen ook computersimulaties om de betrouwbaarheid van het net te garanderen. En in onze labo’s testen we bijvoorbeeld elektrische beveiligingsrelais van industriële partners die algoritmes gebruiken op basis van onze eigen ontwikkelingen. De testmethodieken die hiervoor ontwikkeld werden vormen op hun beurt de aanzet voor nieuwe internationale standaarden. Kortom, op basis van ons theoretisch onderzoek werken we samen met industriële partners om onze ontwikkelingen te integreren in praktische systemen. We adviseren externe bedrijven wereldwijd, die hier dan op het terrein mee aan de slag gaan.

Het onderzoek van EnergyVille draagt dus een steentje bij tot de verwezenlijking van de energietransitie.

Dat klopt. Het energiesysteem is momenteel gigantisch aan het veranderen, met eind jaren ’90 de liberalisering van de energiemarkt, nadien de digitalisering en nu ook de massale integratie van hernieuwbare energie. Deze veranderingen vereisen een fundamentele upgrade van het systeem, met nieuwe technologieën, nieuwe controlemechanismen, nieuwe software, … Hiervoor zijn veel technisch hooggeschoolde profielen nodig, en we zijn dan ook steeds op zoek naar enthousiaste collega’s om bij ons te komen werken of te doctoreren. 

Bedankt voor uw tijd!

Graag gedaan.