Maatschappelijke kosten en baten van wind turbines op zee
Een bespreking van de Maatschappelijke Kosten-baten Analyse (MKBA) van Decisio/CPB
F. Udo
13 november 2014
Inleiding
Het debat over de kosten en baten van windenergie gaat hoofdzakelijk over de directe kosten van de installaties. Daarbij worden de baten gewaardeerd volgens het principe: “Alle megawatts zijn gelijkwaardig.” De Maatschappelijke Kosten en Baten Analyse (MKBA) van wind op zee die onlangs is verschenen onder de auspiciën van het Centraal Planbureau [1] is daar een goed voorbeeld van.
Het rapport is opgesteld met cijfers, die hoofdzakelijk geleverd zijn door het ECN [2].
Ondanks de beperking tot de directe kosten wordt een schade van 5 miljard euro berekend ten gevolge van het plaatsen van 4,5 gigawatt windvermogen op zee. Dit heeft tot veel publiciteit geleid in de media. Naar aanleiding van kamervragen over dit onderwerp heeft minister Kamp verklaard, dat de ophef over de maatschappelijke kosten voortkomt uit een misverstand, want de analyse was alleen bedoeld om het prijsverschil tussen de molens ver op zee en dichtbij vast te stellen. Hierbij kunnen gemeenschappelijke factoren weggelaten worden. Echter, hiermee worden berekende kosten lager, dus de werkelijke schade is hoger dan 5 miljard.
Een kosten baten analyse van wind op zee is niet compleet als de geplande 6 GW op land er niet bij betrokken wordt, want de invloed op het bestaande systeem neemt snel toe met de windcapaciteit. Dit artikel laat zien, dat de schade aan het stroomnet een veelvoud is van de kosten berekend in het rapport. De minister had dus gelijk, toen hij de 5 miljard bekritiseerde.
1. Stroomvoorziening met 25% wind.
Het verwaarlozen van de effecten van windenergie op het bestaande systeem is gerechtvaardigd, zolang de productie uit hernieuwbare bronnen (zon en wind) een kleine bijdrage vormt aan de elektriciteitsvoorziening. Het bestaande systeem is dan robuust genoeg om de kleine verstoringen veroorzaakt door de wisselende bijdragen van windmolens en zonnepanelen op te vangen. Dit geldt niet meer wanneer de totale capaciteit van windturbines in het Nederlandse stroomnet 10,5 gigawatt zal bedragen. De bijdrage van windstroom varieert dan tussen 0 en 100% van de totale stroomvraag met een gemiddelde van 25% van het stroomverbruik.
Bij een dergelijk groot aandeel van wind wordt het belangrijkste maatschappelijke effect van wind energie veroorzaakt door de ongelimiteerde gesubsidieerde toegang van wind energie tot het stroomnet. De invloed van het stochastische windstroomaanbod op het rendement van bestaande centrales wordt in paragraaf 4.7 van het rapport afgedaan in 4 (vier!) regels.
De slotzin luidt:
“ ….. dit effect hier als een negatieve post van onbekende omvang wordt gepresenteerd.”
Dit is het voornaamste probleem met windenergie, maar ingenieursbureau Decisio weet hier niets over te zeggen. Het profiel effect [3] is de enige factor, die in rekening is gebracht.
Met 4,5 GW wind op zee en 6 GW wind op land wordt tegen exorbitante kosten een extra opwekkingssysteem gebouwd, dat in grootte kan wedijveren met bestaande centrales. Het levert stroom, die aanbod gestuurd is en geen mechanismen kent om de stabiliteit van het net te waarborgen.
Tien gigawatt windvermogen is per definitie 10 GW overcapaciteit, want de bestaande centrales moeten beschikbaar blijven om aan de vraag te voldoen in de periodes zonder wind. Hierbij moet men zich realiseren, dat dan bij veel wind sommige grote centrales van het net af moeten om ruimte te bieden voor windstroom, maar een deel dient beschikbaar te blijven om binnen zeer korte tijd (seconden) de effecten van afzwakkende wind en/of toenemende vraag op te vangen. Dit heet draaiende reserve en draaien in deellast.
P.F. Bach [4] heeft er de aandacht op gevestigd, dat de inherente stabiliteitsmechanismen van de netwerken verloren dreigen te gaan als de toename van wind en zonnestroom ongebreideld doorgaat. Daarnaast verliezen de spotmarkten de functie die zij hadden, namelijk het reguleren en afstemmen van het stroomaanbod aan de vraag via de prijs.
Bach schrijft:
“When the spot market was designed the price levels were expected to include both the cost of energy and incentives for the replacement of obsolete capacity by new power plants. However, as a result of the injection of renewable energy, financed by subsidies, the spot market prices reflect only variable costs.”
Dit betekent, dat de stroomprijs nu te laag is en dat wij dit gaan bezuren.
Een aanwijzing voor deze maatschappelijke kosten is de waardedaling van de aandelen van energiemaatschappijen in Europa van 500 miljard euro in vijf jaar.
Het kortzichtige antwoord van propagandisten van de windindustrie daarop is:
“Prima, deze vervuilende industrie moet van de markt”.
Dezelfde “vervuilende industrie” moet er wel voor zorgen, dat het licht aanblijft als het niet waait [5], ondanks alle productierecords gevestigd bij windkracht zes.
Hoezeer die “vervuilende” industrie nodig is blijkt uit twee zeer lezenswaardige artikelen verschenen op de website van Judith Curry. Zij zijn geschreven onder het pseudoniem “Planning Engineer” [6]
Hierin staat onder andere:
“Conventional rotating machinery such as coal, nuclear, and gas plants as well as hydro generation provide a lot of support to the system. This includes reactive power (vars), inertia, regulation of the system frequency and the capability to ramping up and down as the load varies. Most renewable resources lack these important capabilities and furthermore are only intermittently available (not dependable). Since wind turbines rotate at variable speeds their rotational energy cannot be used to support the system.”
In heel West Europa neemt het aandeel wind- en zonnestroom toe.
Dit heeft tot gevolg, dat bij veel wind de netstabiliteit en de leveringszekerheid gegarandeerd moet worden door een steeds kleiner aantal grote draaiende machines. Het handhaven van de momentane netstabiliteit is nu nog het werk van automatische tegenkoppelingen die werken met behulp van deze machines. De wind- en zonnegeneratoren kunnen deze functie niet overnemen. Deze grote machines draaien nu met verlies, omdat zij de productie waarvoor zij gebouwd zijn niet mogen leveren. Hun bestaan kan alleen veilig gesteld worden door ze te subsidiëren. Het gevolg is het ontstaan van een capaciteitsmarkt, zodat er betaald gaat worden voor stabiliteitsvoorzieningen van het net. Dit is geen hersenschim, maar realiteit in Ierland, Portugal, Spanje, Italie, Zweden en Finland.
In Duitsland, Engeland en Frankrijk wordt een dergelijke markt overwogen. Dit levert extra kosten veroorzaakt door de wind industrie, maar deze kosten worden “gesocialiseerd”.
Dit is een nieuw woord voor een oud begrip: Laat de burger opdraaien voor de gevolgen.
Analyses van het effect van windstroom op het net zijn alleen geloofwaardig als zij gebaseerd zijn op praktijkgegevens. Deze zijn zeldzaam, omdat het brandstofverbruik van grote centrales niet publiek gemaakt wordt. Toch zijn er enkele onderzoeken, die op grond van praktijkgegevens een redelijke schatting van het rendementsverlies mogelijk maken.
2. De praktijk.
A.Curtailment.
In deel 1 is al opgemerkt, dat bij een gemiddelde bijdrage van 25% wind er uitschieters tot 100% kunnen optreden. In dit geval moeten ook windturbines stilgezet of terug geregeld worden. Dit leidt tot curtailment van windstroom. Bij 25% windbijdrage geven berekeningen waardes voor de curtailment tussen 10 en 40% afhankelijk van het must run vermogen en de beschikbaarheid van waterkracht [7]. Deze laatste is in Nederland niet aanwezig, dus zijn de hoge waardes in Nederland het meest waarschijnlijk. Stel de curtailment op 30%.
Het rapport zwijgt hierover, de regering verkiest het niet te weten.
B. Rendementsverlies van bestaande centrales.
Windmolens verkrijgen CO2 certificaten op grond van de geleverde elektriciteit, maar externe factoren, die de CO2 besparing verminderen, worden niet afgetrokken.
Deze factoren zijn in verschillende publicaties aan de praktijk getoetst en het resultaat is een verlies van meer dan 30% bij een windenergie bijdrage van 15% aan het totale stroomverbruik. [8]
Dit resultaat is nu opgenomen in de officiële Ierse energie statistiek over 2012. [9]
Het gevolg is, dat er veel meer CO2 certificaten worden uitgegeven, dan er CO2 bespaard wordt.
C.De energie-terugverdientijd van molens op land wordt door de windindustrie op 3 tot 6 maanden geschat. Auteurs met minder belang bij deze tak van sport komen afhankelijk van de capaciteit factor(Cf) tot termijnen van 1 tot 2 jaar.
De investeringen in wind op zee zijn 2,5 maal hoger dan de investeringskosten voor wind op land, dus de constructie van molens op zee zal ook ongeveer 2,5 zoveel energie vergen.
De opbrengst is 1,6 maal hoger (Cf = .40 tov .25), dus de terugverdientijd is 2,5/1,6 = 1,56 maal langer.
Dit brengt de terugverdientijd voor wind op zee in de orde 1,5 tot 3 jaar, gemiddeld 2 jaar.
Dit geeft een rendementsverlies van 10% bij een levensduur van 20 jaar, maar de economische levensduur is in Nederland 15 jaar omdat de subsidie uitbetaald wordt over die periode. In Nederland is het rendementsverlies dus 2/15 = 13%
Dit onderwerp wordt in de analyse niet behandeld.
DDe levensduur van windmolens wordt in het rapport gesteld op 20 jaar.
De slijtage komt tot uitdrukking in een capaciteitsvermindering per jaar van 1,6%.
Hierbij verwijs ik naar de artikelen van P.F. Bach , Gordon Hughes en een synthese door I. Staffell en R. Green [10]. Dit levert over 20 jaar een productieverlies van 14%.
Dit effect is niet in rekening gebracht.
EHet profieleffect is de enige factor, die in het MKBA in rekening is gebracht.
De grootte van het effect ( 40% lagere prijs als de gemiddelde windstroom bijdrage 25% is) geeft aan hoezeer het opwekken van elektriciteit met wind een structureel overaanbod aan stroom veroorzaakt.
FNetverzwaringen.
Centrales staan dichtbij de grote bevolkingscentra. Daar wordt de meeste stroom verbruikt, zodat transport geen probleem is. De windindustrie staat ver van deze centra, dus het transport gaat over hoogspanningslijnen of zelfs over gelijkstroomverbindingen. Hiervoor zijn miljarden investeringen nodig. De moeilijkheden van Tenett in Duitsland zijn hier een goed voorbeeld van.
Het totale productieverlies door de factoren genoemd onder A tm D bedraagt 62%, dus er blijft netto 0,38 maal de bruto brandstofwinst over.
“Een megawatt windstroom is niet gelijk aan een megawatt klassieke stroom”
3. Wind op land
In deze analyse is het bestaan van wind energie op land alleen opgevoerd om de effecten op het totale distributienet in Nederland te kunnen schatten.
Het moge duidelijk zijn, dat de stichtingskosten voor wind op land lager zijn, dan die voor wind op zee, maar de maatschappelijke kosten veroorzaakt door het verlies in kwaliteit van de leefomgeving zijn enorm. Deze kosten worden door de windindustrie propaganda machine terzijde geschoven. Hiertoe behoren vrijwel alle regeringsinstanties en zelfs de Raad van State, die tot nu toe honderden bezwaren van omwonenden van zwaaipalen heeft afgewezen zonder de argumenten van de indieners serieus te nemen.
In het energie akkoord wordt aanbevolen het omkopingsmechanisme te gebruiken om de weerstand van de bevolking te breken. Een tegenstander krijgt geld geboden onder de voorwaarde, dat hij zijn verzet opgeeft. Accepteert hij het geld niet, dan komt de molen er toch, dus zo wordt “draagvlak” gecreëerd.
4. Subsidies.
Tot slot nog een opmerking naar aanleiding van de stelling in het rapport, dat subsidies geen effect hebben op de kosten baten analyse.
Het rapport ontkent, dat subsidies invloed hebben op de welvaart, maar maakt wel een voorbehoud:
“Indien de exploitant een buitenlandse partij is, hebben er wel welvaartseffecten plaats op nationale schaal”.
Ons grootste windpark op zee, Gemini, is voor 70% in handen van een Canadese investeringsmaatschappij. De bedragen die gemoeid zijn met de aanbestedingen van de projecten op zee zijn zo hoog, dat internationale financiering meer regel dan uitzondering is.
5. Conclusie
Gezien het economische en maatschappelijke belang van het plaatsen van wind turbines op zee is het urgent, dat de studie van Decisio/CPB uitgebreid wordt tot een echte Maatschappelijke Kosten en Baten Analyse van wind energie op zee en op land.
Referenties.
1. MKBA Windenergie binnen de 12-mijlszone.
Maatschappelijke afweging van windenergie op zee binnen en buiten de 12-mijlszone
2. Het ECN wordt altijd ten tonele gebracht als een onafhankelijke partij, maar ECN is een onderzoeksinstituut, dat voor 24% gesubsidieerd wordt door de staat en voor 60% door het uitvoeren van opdrachten door het bedrijfsleven. In ons geval is dat dus de windindustrie.
De geleverde cijfers zullen dus zeker de goedkeuring van de windindustrie wegdragen.
3. Het CPB heeft vastgesteld, dat een groot aanbod van wind energie leidt tot overaanbod en dus tot lagere prijzen. Door het profiel effect is de gemiddelde opbrengst van windstroom lager dan de gemiddelde stroomprijs. Bij een gemiddelde windbijdrage van 25% wordt de prijs van windstroom 40% lager dan de gemiddelde prijs. Zie voor een grafiek hierover het MKBA rapport.
4.Denmark Needs a Capacity Market
A European shortage of dispatchable power may be developing
http://pfbach.dk/ Aug 2014
P.F. Bach is oud directeur van het West Deense elektriciteits-netwerk. Onder zijn leiding zijn de meeste windmolens in Jutland geplaatst, maar hij heeft genoeg inzicht in de stroomvoorziening om de nadelen ervan niet te onderschatten.
5Uit een recent Engels rapport blijkt, dat dit geen sinecure is:
The analysis is based on a model UK wind fleet of 10 GW nominal capacity.
The model reveals that power output has the following pattern over a year:
Power exceeds 90 % of available power for only 17 hours
Power exceeds 80 % of available power for 163 hours
Power is below 20 % of available power for 3,448 hours (20 weeks)
Power is below 10 % of available power for 1,519 hours (9 weeks)
Hierbij moet worden opgemerkt, dat de Cf in de UK een stuk hoger is, dan op het continent.
6 De auteur kan niet onder zijn eigen naam publiceren, want hij werkt in de business. Alleen financieel onafhankelijke personen kunnen kritiek uiten op de huidige klimaat/energie politiek zonder een “Berufsverbot” te duchten.
http://judithcurry.com/2014/10/22/myths-and-realities-of-renewable-energy/
http://judithcurry.com/2014/11/05/more-renewables-watch-out-for-the-duck-curve/#more-17149
7 F. Udo Curtailment in the Irish power system,
http://www.clepair.net/Udo-curtail201205.html
8. F. Udo, C. Le Pair, K. De Groot, A.H.M. Verkooijen en C v/d Berg
Besparing van brandstof en CO2 uitstoot door windenergie
http://www.clepair.net/windbesparing.html en de referenties bij dit artikel.
C. le Pair, F. Udo en K. De Groot
Windturbines as yet unsuitable as electricity providers.
Europhysics News, 43(2012) no 2 p.225
http://www.clepair.net/europhysics201203.html
9 Sustainable Energy Authority of Ireland
Quantifying Irelands fuel and CO2 emissions 2012.
http://www.seai.ie/Publications/Statistics_Publications/
10 I. Staffell and R. Green
How does wind farm performance decline with age?
Renewable Energy 66(2014) 775
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148113005727
11. Het energieakkoord geeft op pag 8 een mooie omschrijving van het begrip omkopen:
Bij wind op land wordt binnen de kaders die met provincies zijn afgesproken geïnvesteerd om te komen tot 6000 Mw in 2020. Er wordt door investeerders in windmolenparken een participatieplan geïntroduceerd dat omwonenden in staat stelt actief deel te nemen in de planvorming en exploitatie van windparken.