De kosten van zonne- en windenergie
Het inschatten van de kosten van alle energiemaatregelen uit het energieakkoord en het klimaatakkoord is complex. Het probleem is vooral dat naast de directe steun in de vorm van subsidies, veel kosten verborgen zijn en moeilijk in te schatten. Het gaat niet alleen om de directe overheidssteun bij investeringen in zonne- en windenergie en het gebruik van biomassa, maar bijvoorbeeld ook gunstige regelingen voor de prijs van de afgenomen energie (bijvoorbeeld de salderingsregeling, gegarandeerde prijzen, enzovoorts) en het niet doorbelasten van extra te maken kosten in het netwerk.
De waarde van hernieuwbare energie
De nieuwe energiebronnen zoals foto-voltaïsche cellen en windturbines hebben het voordeel dat er geen brandstofkosten zijn. Bovendien nemen de bouwkosten af: het bouwen van zonnepanelen en windturbines is in de loop der jaren goedkoper geworden. Maar de bouwkosten zeggen niet alles. Het gaat namelijk niet alleen om kosten, maar ook om de waarde van de nieuwe energie. Doordat zon en wind maar een deel van de tijd energie leveren en vrij onvoorspelbaar zijn, is de waarde veel lager dan traditionele energievormen. Het is te vergelijken met de waarde van een auto die in aanschaf vergelijkbaar is met andere auto's, maar waar je maar een deel van de tijd mee kan rijden en bovendien niet bekend is wanneer dat is.
Deze lagere waarde is te berekenen door te kijken naar de zogenaamde systeemkosten. Dat zijn kosten die gemaakt moeten worden om de nieuwe energiebronnen in het netwerk in te passen. Deze blijken substantieel te zijn. Doordat zon en wind sterk variabel en onzeker zijn, moeten in het netwerk veel aanpassingen plaatsvinden om de leveringszekerheid te kunnen waarborgen. Het gaat hierbij om onder meer de volgende zaken.
- Bestaande centrales krijgen steeds meer de functie van backup voor als het niet waait of als de zon niet schijnt, waardoor die centrales veel minder gunstig kunnen leveren. De centrales kunnen nog maar een deel van de tijd inkomsten genereren en in de tijd dat ze wel draaien neemt het rendement sterk af door het regelmatige aan- en uitschakelen ('profile' kosten).
- Bij decentrale opwekking, zeker op zee, moeten Tennet en de energienetwerkbedrijven veel extra kosten maken om hun netwerken hiervoor geschikt te maken ('grid' en 'connection' kosten).
- Door de variabiliteit van wind en zon zijn meer kosten nodig om de stabiliteit van de stroomvoorziening te garanderen ('balancing' kosten).
De waardedaling door de systeemkosten is in afbeelding 1 weergegeven.
De OESO (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) heeft in 2019 een uitgebreid onderzoek uitgevoerd naar verschillende scenario's (inclusief kosten) om de doelstellingen van het klimaatakkoord van Parijs te realiseren. Uit dit onderzoek blijkt dat de systeemkosten van variabele hernieuwbare energiebronnen (met name zon en wind) sterk afhankelijk zijn van aandeel daarvan in de totale energievoorziening. De kosten nemen meer dan evenredig toe bij een groter aandeel zon en wind. Een en ander is geïllustreerd in de grafiek (afbeelding 2), waarin het percentage VRE (Variable Renewable Energy) varieert van 10% tot 75%. In het scenario met 50% zon en wind zijn twee extra varianten gemaakt, namelijk dat er geen uitwisseling met buurlanden plaatsvindt (No IC) en het geval waarbij er daarnaast geen energieopslag in de vorm van waterkracht mogelijk is (No IC, no flexible hydro).
Te zien is dat de systeemkosten bij een groot aandeel sterk toenemen. In het geval van 75% variabel betekent het bijna een verdubbeling van de kosten. Voor Nederland is ook van belang dat opslag van energie in de vorm van waterkracht/stuwmeren niet aan de orde is, waarmee ook 50% zon en wind al tot onevenredig hoge kosten leidt.
Kosten van 100% CO₂-vrije opwekking
De bijzonder hoge systeemkosten voor wind en zon blijken ook uit een recent onderzoek van het Center of American Experiment naar de gevolgen van de omschakeling naar een 100% CO₂-vrije energieopwekking in de Amerikaanse staat Minnesota. De plannen van de huidige gouveneur van deze staat voor volledig CO₂-vrije opwekking in 2040, kosten meer dan $300 miljard en leiden tot extra jaarlijkse kosten van bijna $4000 per jaar per gezin tot 2050.
Om de kosten van wind en zon te beoordelen in vergelijking met andere energiebronnen, gebruiken de onderzoekers de zogenaamde Levelized Cost of Energy (LCOE). De LCOE berekent de kosten van het opwekken van elektriciteit per MegaWattUur (MWh) door binnen de veronderstelde levensduur, de totale hoeveelheid opgewekte elektriciteit te delen door alle kosten (aanschaf, onderhoud, brandstof, financiering, afvalverwerking, enzovoorts). De LCOE-schattingen zijn dus te vergelijken de kosten van een auto per gereden kilometer, na verrekening van alle kosten.
Voorstanders van wind- en zonne-energie komen vaak tot een veel te lage LCOE door de berekening uit te voeren voor een enkele wind- of zonne-installatie die toegevoegd wordt aan een bestaand netwerk. Het onderzoek van de het Center of American Experiment laat zien dat bij het volledig CO₂ neutraal maken, grote kosten gemaakt moeten worden om verzekerd te blijven van een betrouwbare leverering op elk moment van de dag. Het gaat daarbij met name om de grote extra capaciteit en opslag voor de momenten dat er onvoldoende zon of wind is.
In afbeelding 3 zijn de LCOE-kosten weergegeven per energiesoort. De noodzakelijke overcapaciteit en daarmee stilstand (curtailment) vormt de belangrijkste oorzaak van wind- en zonne-energiekosten: er is ruim 7 keer meer capaciteit nodig dan noodzakelijk is om aan de piekvraag te voldoen. Zon en wind blijken bij grootschalige inzet veel duurder per MWh dan traditionele energiecentrales.
Kosten Nederland
In Nederland is niet erg duidelijk hoe hoog de kosten voor hernieuwbare energie precies zijn. Op de energierekening is weliswaar een post energiebelasting zichtbaar, maar een deel blijft verborgen in de netwerk- en leveringskosten.
Toch is een goede indicatie te krijgen voor de absolute hoogte van de kosten van zonne- en windenergie in Nederland door een vergelijking te maken met andere Europese landen. In onderstaande grafiek zijn voor elk land de totale jaarlijkse variabele energiekosten per huishouden weergegeven. Er is uitgegaan van een gemiddeld verbruik per huishouden in 2017 van 2770 kWh elektriciteit en 1240 m3 aardgas per jaar (bron: ECN, nationale Energieverkenning pag. 153). De prijsniveaus zijn afkomstig van Eurostat en de gegevens over het opgesteld vermogen komen van Wikipedia (wind, zon). Alle cijfers hebben betrekking op 2017 (het laatste jaar waarin alle gegevens beschikbaar zijn).
Zonder zon- en wind zouden de kosten per huishouden gemiddeld in Europa uitkomen op €721 per jaar. In de Nederland bedroegen de variabele energiekosten in 2017 €1341, oftewel €620 meer dan nodig is. Dit betekent dat met 7,8 miljoen huishoudens in 2017 de jaarlijkse kosten €620 x 7,8 miljoen = €4,8 miljard hoger waren dan in de situatie zonder zon en wind. Zelfs als de energiekosten voor de burgers de komende jaren gelijk zouden blijven, is dit bedrag een veelvoud van het bedrag van gemiddeld €1 miljard per jaar dat het Planbureau voor de Leefomgeving heeft berekend voor alle maatregelen uit het energieakkoord.
De hier genoemde cijfers hebben betrekking op 2017. Het aandeel zon en wind in de productie van stroom bedroeg in dat jaar ruim 13%. Met het aannemen van de klimaatwet in 2019 komt de uitrol van zon en wind in een stroomversnelling. De kosten van windmolens en zonnepanelen zijn iets gedaald, een trend die zeker voor zonnepanelen waarschijnlijk zal doorlopen. Maar dat weegt niet op tegen de hierboven genoemde systeemkosten die meer dan evenredig zullen toenemen en de dalende opbrengsten per megawatt geïnstalleerd vermogen bij een groter aandeel van zonne- en windenergie. Er is daarom geen argument dat het getoonde verband de komende jaren veel gunstiger zal worden.
Dat betekent dat als het aandeel zon en wind toeneemt van 13% in 2017 naar bijvoorbeeld 50% in 2030, de jaarlijkse extra kosten voor stroomopwekking 3 tot 4 keer hoger zullen zijn dan €4,8 miljard, dus in de orde van €15 tot €19 miljard per jaar. Dit jaarlijkse bedrag kan alleen lager uitvallen als er een technische doorbraak komt waarbij windturbines bijvoorbeeld een groter deel van de tijd energie leveren (hogere capaciteitsfactor) of er een voordelige en efficiënte manier komt om de energie op te slaan.
De jaarlijkse winst aan CO₂-reductie bedraagt in 2030 in het meest gunstige geval 24 Mton per jaar. Dit komt neer op een kostenniveau van ongeveer €710 per ton CO₂-reductie. Ter vergelijking: het compenseren van CO₂ door de aanleg van bossen kost €5 tot €15 per ton CO₂.
Waterstof
Om dit te realiseren zijn echter twee conversieslagen nodig, eerst van stroom naar waterstof (elektrolyse) en daarna van waterstof naar stroom (brandstofcel). Beide stappen samen plus de verliezen voor compressie en opslag zorgen als snel voor een totaal verlies van 70% van de opgewekte energie. Dat betekent dus dat er drie keer zoveel windmolens en zonnepanelen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid stroom te leveren. De kosten per kilowattuur zullen navenant stijgen, nog afgezien van de investeringen die nodig zijn voor de omzetting van en naar waterstof. Ook de belasting voor het milieu van de extra windmolens en zonnepanelen zal dan nog veel verder toenemen.
Bij het verbranden van waterstof komen geen afvalstoffen vrij, maar alleen water. Dit is echter wel water in de vorm van waterdamp wat net als CO₂ een broeikasgas is. Voor het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen levert het gebruik van waterstof dus ook geen voordeel.