Waterkrachtcentrales maken zon- en windenergie betrouwbaar

Waterkrachtcentrales kunnen op klimaatvriendelijke wijze de eerder onvoorspelbare energiebronnen zon en wind ondersteunen. Een nieuwe studie in het wetenschappelijk vakblad Nature Sustainability heeft het potentieel voor dergelijke “zon-wind-water” strategieën in kaart gebracht voor West-Afrika, een belangrijke regio waar de stroomsector volop in ontwikkeling is, en waar de opwekcapaciteit en de stroomnetten in de komende jaren sterk zullen worden uitgebreid. “Landen in West-Afrika hebben daarom nú de mogelijkheid om deze uitbreiding te plannen volgens strategieën die op moderne, klimaatvriendelijke energieopwekking steunen,” zegt Sebastian Sterl, klimaatwetenschapper aan de Vrije Universiteit Brussel en KU Leuven en hoofdauteur van de studie. “Een compleet andere situatie dan in Europa, waar de stroomvoorziening sinds vele decennia afhankelijk is van vervuilende centrales – waar veel landen inmiddels weer vanaf willen.”

Zonne- en windenergie zijn wereldwijd aan een sterke opmars bezig en worden almaar goedkoper. Dit helpt om klimaatdoelen in zicht te houden, maar brengt ook uitdagingen met zich mee. Critici werpen vaak op dat deze energiebronnen te onvoorspelbaar en te variabel zijn om grootschalig onderdeel uit te kunnen maken van een betrouwbare stroommix.

“Inderdaad zullen onze elektriciteitssystemen veel flexibeler moeten worden, willen we grote hoeveelheden zonne- en windstroom in het stroomnet voeden. Vandaag wordt deze flexibiliteit grotendeels opgevangen door gascentrales. Deze veroorzaken echter veel CO₂-uitstoot”, zegt Sebastian Sterl, energie- en klimaatexpert aan de VUB en de KU Leuven. “Maar in veel landen kunnen waterkrachtcentrales een fossielvrij alternatief vormen om zon- en windenergie te ondersteunen. Die waterkrachtcentrales kunnen immers ingezet worden op momenten dat er weinig zon en wind voorhanden is.”

Het onderzoeksteam, bestaande uit experts van de VUB, KU Leuven, het Internationaal Agentschap voor Hernieuwbare Energie (IRENA), en Climate Analytics, ontwierp voor haar studie een nieuw computermodel, draaiende op gedetailleerde water-, weer- en klimaatdata. Het onderzocht hiermee hoe hernieuwbare stroombronnen in West-Afrika zo effectief mogelijk geëxploiteerd kunnen wordenvoor een betrouwbare stroomvoorziening, ook zonder grootschalige energieopslag. Dit alles zonder de milieueffecten van grote waterkrachtcentrales uit het oog te verliezen.

“Zulke berekeningen zijn verre van triviaal,” aldus Prof. Wim Thiery, klimaatwetenschapper aan de VUB, die eveneens betrokken was bij de studie. “Waterkrachtcentrales in West-Afrika zijn afhankelijk van de moesson; in het droge seizoen teren ze op hun reserves. Zowel zon en wind, alsook de stroombehoefte, hebben hun eigen typische uurlijkse, dagelijkse en seizoensgebonden patronen. Zon-, wind- en waterkracht variëren alle drie van jaar tot jaar en zullen evolueren onder invloed van klimaatverandering. Daarbovenop is hun potentieel ruimtelijk zeer ongelijk verdeeld.”

West African Power Pool

Uit het onderzoek blijkt dat het vooral belangrijk is om een soort “West African Power Pool” te creëren, een regionale integratie van landelijke stroomnetten. Landen met een tropisch klimaat, zoals Ghana en Ivoorkust, hebben typisch veel mogelijkheden voor waterkracht en behoorlijk hoge zoninstraling, daarentegen nauwelijks wind. Droge woestijnachtige landen, zoals Senegal en Niger, kunnen dan weer amper waterkracht opwekken, maar de zon schijnt er feller en er waait meer wind. De mogelijkheden voor betrouwbare, schone stroomproductie op basis van zon en wind, ondersteund door flexibel inzetbare waterkrachtcentrales, neemt met meer dan 30% toe wanneer landen hun potentieel met elkaar kunnen delen, zo ontdekten de onderzoekers.

Alle maatregelen samen zou ongeveer 60% van de huidige stroombehoefte in West-Afrika gedekt kunnen worden door complementaire hernieuwbare bronnen, waarvan de helft zonnestroom en windkracht en de andere helft waterkracht – en dit zonder dat er grootschalige batterij- of andere opslagcentrales aan te pas zouden hoeven komen. Volgens de studie is tevens te verwachten dat de kosten van zonne- en windstroom in West-Afrika binnen een paar jaar zodanig gedaald zullen zijn dat dergelijke zon-wind-water-strategieën goedkopere stroom zullen opleveren dan gascentrales, welke momenteel nog goed zijn voor meer dan de helft van de stroomvoorziening in West-Afrika.

Ook beter voor ecologie

Waterkrachtcentrales kunnen een behoorlijk negatief effect hebben op lokale ecologie. En in veel landen liggen stapels controversiële plannen op tafel voor nieuwe waterkrachtcentrales. Het onderzoek kan ook helpen om toekomstige investeringen in waterkracht duurzamer te maken: “Door bestaande en geplande waterkrachtcentrales zo optimaal mogelijk te gebruiken om massaal zonne- en windenergie te ondersteunen, kan je tegelijk bepaalde nieuwe dammen overbodig maken,” aldus Sterl. “Zo vang je twee vliegen in één klap. Je vermijdt zowel CO₂-uitstoot van gascentrales als de milieu-impact van een overexploitatie van waterkracht.”

Wereldwijde relevantie

De ontwikkelde methodes zijn eenvoudig overdraagbaar naar andere regio’s, en het onderzoek heeft wereldwijde relevantie. Sterl: “Bijna overal waar je veel waterkracht hebt, of het potentieel ervoor, kun je deze ook gebruiken om zonne- en windstroomtekorten te compenseren.” Zo hebben verschillende Europese landen, met Noorwegen als koploper, de afgelopen jaren steeds meer interesse getoond om hun waterkrachtcentrales in te zetten om zon en wind in EU-landen te ondersteunen. Door Noorse waterkracht te exporteren wanneer andere landen kampen met tekorten aan zonne- of windstroom, kan de Europese energietransitie vooruitgeholpen worden. 

Link https://www.nature.com/articles/s41893-020-0539-0

Deze studie werd uitgevoerd in het kader van het CIREG-project (cireg.pik-potsdam.de) met de steun van de Europese Unie en het Federaal Wetenschapsbeleid (BELSPO).

Contact (NL / EN / FR)

Sebastian STERL

Email: sebastian.sterl@vub.be
Tel.: +31 617 37 57 96

Wim THIERY

Email: wim.thiery@vub.be
Tel.: +32 485 70 80 18