Met meer hernieuwbare energie in Europa wordt ons elektriciteitssysteem gevoeliger voor het weer en klimaat. Wind- en zonne-energie, maar ook waterkracht, zijn afhankelijk van het weer. Een studie hierover van de Rijksuniversiteit Groningen en het KNMI is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Energy. Hierin wordt in kaart gebracht welke combinatie van weersomstandigheden het risico op een zogenaamde energiedroogte vergroot. In een dergelijke periode is de duurzame capaciteit laag terwijl de vraag naar elektriciteit juist hoog is.
Waterkrachtcentrales genereren elektriciteit met stromend of vallend water. Waterkrachtcentrales met een stuwmeer kunnen water opslaan voor later gebruik. Dit betekent dat het weer in de periode vóór een hoge elektriciteitsvraag belangrijk is voor hoeveel elektriciteit er beschikbaar is. In de afgelopen jaren was er bijvoorbeeld weinig water in de waterkrachtreservoirs in Italië, doordat er weinig sneeuw viel in de winter. Dit zorgde voor minder smeltwater in de lente, waardoor er minder waterkracht was voor de elektriciteitsproductie in de zomer. Hierdoor moest meer gas worden gebruikt om de benodigde elektriciteit op te wekken.
Op zichzelf kunnen zulke watertekorten dus al invloed hebben op het energiesysteem. Maar als er ook weinig wind- en zonne-energie is, en de vraag naar elektriciteit juist hoog, kunnen verschillende effecten opeenstapelen. Om de risico's en kenmerken van zulke omstandigheden te begrijpen, is in dit onderzoek 1600 jaar aan dagelijkse weerdata (onder andere temperatuur, zonnestraling, windsnelheid en rivierafvoer) gebruikt, gesimuleerd met het klimaatmodel EC-Earth, representatief voor het huidige klimaat. Mede op basis daarvan berekenden we de duurzame elektriciteitsproductie van wind-, zonne- en waterkrachtenergie en de vraag naar elektriciteit (bijvoorbeeld voor verwarming en koeling) in vijf Europese landen (Noorwegen, Frankrijk, Italië, Spanje en Zweden). Door gebruik van zoveel data kunnen we onderzoeken hoe extreme omstandigheden in het energiesysteem zich kunnen voordoen en ontwikkelen.
Als gedurende 30 dagen de vraag naar elektriciteit veel groter is dan het duurzame aanbod, spreken we van een energiedroogte. Op basis van de 1600 jaar aan data hebben we 160 van dergelijke perioden gedefinieerd.
Om te onderzoeken hoe deze energiedroogtes ontstaan bekeken we de weersomstandigheden tijdens, voorafgaand en na deze energiedroogtes.We onderscheiden drie verschillende situaties waarin de weersomstandigheden zich opstapelen door de tijd:
Energiedroogtes in de zomer na een droge lente: in Italië en Spanje kunnen hoge temperaturen in de zomer zorgen voor een hoge elektriciteitsvraag door het gebruik van airconditioners. Als zulke hoge temperaturen worden voorafgegaan door weinig water in de stuwmeren (Afbeelding 1), kan dit resulteren in een energiedroogte, omdat er vanwege de lage waterstand minder duurzame elektriciteit uit de stuwmeren gewonnen kan worden
Energiedroogtes in de winter na een droge lente: een langdurig hogedrukgebied in de winter kan zorgen voor zeer lage temperaturen (wat leidt tot een hogere elektriciteitsvraag voor verwarming) en weinig wind (waardoor de windenergieproductie afneemt). Als dit samenvalt met weinig waterreserves door een tekort aan water in de voorgaande seizoenen, kan dit een energiedroogte veroorzaken.
Lage waterinstroom in de reservoirs na een winterenergiedroogte: energiedroogtes in de winter vallen vaak samen met periodes van weinig sneeuw en regen, waardoor de bodems uitdrogen. Neerslag in de maanden daarna zal eerst het bodemvocht aanvullen voordat het de waterkrachtcentrales bereikt, wat resulteert in minder water voor elektriciteitsproductie.
Afbeelding 1: Gemodelleerde weersomstandigheden in de maanden voorafgaand aan een energiedroogte in de zomer in Italië. Deze omstandigheden resulteren in lage waterniveaus in de stuwmeren (minder beschikbare waterkracht) en verhogen de kans op hoge zomertemperaturen (verhoogde elektriciteitsvraag door airconditioning). Bron: van der Most et al., Nature Energy
Dit onderzoek laat zien dat energiedroogtes niet alleen afhankelijk zijn van het weer op dat moment, maar ook van het weer eerder in het jaar die nu de hernieuwbare elektriciteitsproductie verminderen en de vraag juist verhogen. In Italië kunnen lage waterstanden in stuwmeren in het voorjaar bijvoorbeeld de kans op lange energiedroogtes in de zomer vier keer zo groot maken. Dit komt doordat minder sneeuw en regen in de winter en lente niet alleen minder waterkracht betekent, maar ook de bodem uitdroogt, wat de kans op hittegolven, en de daarmee gepaard gaande hoge vraag naar elektriciteit in de zomer vergroot.
Bij het plannen en ontwerpen van een duurzaam en robuust energiesysteem voor de toekomst zullen landen met veel waterkrachtcentrales dus rekening moeten houden met weinig water én slecht weer voor wind- en zonne-energie.
