Variabiliteit van groene energie

De grilligheid van het weer beïnvloedt hoeveel groene, hernieuwbare, energie kan worden opgewekt. Dagen met weinig wind en weinig zon geven een lage energieproductie. Als zulke dagen samenvallen met een grote vraag naar energie, bijvoorbeeld doordat het kouder is dan normaal, moeten energieproducenten stroom uit andere bronnen halen. Het KNMI doet onderzoek naar de weerpatronen op dergelijke dagen.

Energietransitie

Om toekomstige klimaatverandering te beperken wordt gewerkt aan een energietransitie: een omschakeling van stroom uit bijvoorbeeld kolen en gas naar stroom uit hernieuwbare bronnen zoals wind- en zonne-energie. Variaties in het weer zorgen echter voor variaties in energieopbrengst uit deze bronnen. Het KNMI doet onderzoek naar de meteorologische situaties waarbij de hernieuwbare energieopbrengst zeer laag is.  

Variabiliteit van energieproductie en energievraag

Voor dit onderzoek is 2000 jaar weer gesimuleerd met het mondiale klimaatmodel EC-Earth. Voor iedere dag van elk jaar is vervolgens de totale energieopbrengst in West-Europa berekend, gebruik makend van een model voor de weersafhankelijke productie van wind- en zonne-energie. Variaties in het weer leiden tot sterke variaties in productie van energie (figuur 1). De jaarlijkse gang wordt vooral bepaald door de productie van windenergie, die in de winter groter is dan in de zomer. Ook de variabiliteit in productie is groter in de winter. Hierdoor vallen  de dagen met de laagste productie 's winters.

De vraag naar energie varieert ook van dag tot dag. Deze variabiliteit hangt, onder andere, af van het weer. Op koude dagen wordt de (elektrische) verwarming aangezet, op hete dagen de airconditioning. Uit de modelberekeningen blijkt dat de hoogste energievraag in de winter voorkomt (figuur 1), het is dan immers het koudst.

Lage productie, hoge vraag

Het toekomstige energiesysteem zal zodanig ingericht moeten worden dat er gecompenseerd kan worden voor lage productie of hoge vraag. Figuur 2 laat het weerpatroon zien dat hoort bij een typische dag met extreem lage productie. In zo’n situatie zorgt een grootschalig hogedrukgebied voor lage windsnelheden over het gehele gebied. Het gaat hier bovendien om winterdagen, waardoor er ook weinig zonne-energie is.

Wanneer lage productie samenvalt met hoge vraag kan dat leiden tot een energietekort. Doordat zowel energieproductie als -vraag afhankelijk is van het weer, kan het risico op zo’n tekort met behulp van meteorologische data worden geschat. Zo’n samenkomst van slechte omstandigheden, een ‘compound event’, bestaat hier uit een groot hogedrukgebied in de winter en zeer lage temperaturen aangevoerd vanuit Oost-Europa (figuur 3). Er is dan weinig wind, weinig zon, en veel vraag naar energie. Inzicht in de weersafhankelijke variabiliteit van vraag en aanbod van hernieuwbare energie is een belangrijke bijdrage aan het ontwerp van het energiesysteem van de toekomst.

KNMI-klimaatbericht door Karin van der Wiel en Laurens Stoop