www.ecn.nl
Rol van gas in het Nederlandse energiesysteemJeroen de Joode
‘s Hertogenbosch7 oktober 2014
ECN publicaties
• NEV 2014 – 7 oktober 2014 • P2G Systeemstudie – 30 september 2014
NEV 2014
• Feitelijke informatie over stand van zaken en verwachte ontwikkelingen energie en klimaat– Wat zijn de belangrijkste ontwikkelingen?– Wat is hun impact?
• Opdrachtgevers: Ministeries en Borgingscommissie Energieakkoord• Groeimodel: 2014 eerste van reeks• Consortium ECN – PBL – CBS – RVO waarin expertise is gebundeld• Twee projecties: - met vastgestelde acties en beleid
- met vastgestelde en voorgenomen acties en beleid
P2G Systeemstudie
• Welke rol speelt P2G in de toekomst, en wat zijn hiervoor de drivers en bottlenecks?
• Integrale analyse van NL energiesysteem: verkenning van mogelijkheden voor P2G op middellange en lange termijn
• Lessen voor lange termijn, strategische beslissingen door private en publieke partijen
• Duur project: november 2012 – februari 2014• In kader van TKI gas• Project uitvoerders: ECN en DNV GL
Gas in het Nederlandse energiesysteemInzichten uit Nationale Energie
Verkenning 2014
Meer hernieuwbare energie, minder aardgas
• NB: olie dominante energiedrager tussen 2025 en 2030
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Ook tot 2030 vooral wind en biomassa
• Biomassa-inzet verschuift op termijn naar groen gas productie
• Prijs, beschikbaarheid biomassa en afzetmogelijkheden reststroom zijn kritische succesfactoren
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Gasverbruik huishoudens blijft dalen
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
• Totale gasvraag daalt licht (zie slide 13)
• Compensatie van afname bij huishoudens door toename in industrie en transport
Elektriciteit: minder gas, meer zon en wind (capaciteit)
• Toename wind en zon
• Kolen gelijk• Gas neemt af
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Maar de zon schijnt niet altijd (productie)
• Aandeel gas 60% tot 2011, in 2012 nog maar 50%
• Bezettingsgraad gascentrales in 2014 ca. 16% (1400 draaiuren)
• Verbetering tot 2023, daarna weer verschlechtering
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Rond 2025 wordt Nederland netto gasimporteur
• Exclusief eventuele productie van schaliegas• Ontwikkelen van schaliegas leidt mogelijk tot beperkt uitstel
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Rol gas op lange termijnInzichten uit Systeemstudie P2G
15
Wat en waarom Power-to-Gas?
• Gebruik van elektriciteit voor productie van een gasvormige energiedrager– Vaak wordt synthetisch aardgas bedoeld; CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O (Sabatier proces)– … maar eerste stap is altijd waterstof; 2H2O 2H2 + O2 (elektrolyse)
• Aandacht door ontstaan van overtollige elektriciteit (surplus elektriciteit) bij voortgaande inzet van wind- en zonne-energie via windturbines en zonnepanelen
• Maar P2G kan een bredere rol spelen voor energiesysteem
(Aard)gassysteem
Energy Storage 2012, Luxembourg, 29 Feb – 1 March 2012
Elektriciteitssysteem
Elek
tric
iteits
prod
uctie
H2 als chemische feedstock in
industrie
Rol P2G in energiesysteem
Bron: ECN
(Aard)gassysteem
Energy Storage 2012, Luxembourg, 29 Feb – 1 March 2012
Elektriciteitssysteem
Elek
tric
iteits
prod
uctie
H2 als chemische feedstock in
industrie
Electrolyse (P2G)
WATERSTOF (H2)Opslag, transport en
distributie
Rol P2G in energiesysteem
Het begint altijd met productie van
waterstof
Bron: ECN
(Aard)gassysteem
Energy Storage 2012, Luxembourg, 29 Feb – 1 March 2012
Elektriciteitssysteem
Elek
tric
iteits
prod
uctie
H2 als chemische feedstock in
industrie
Brandstofcelsystemen:Re-electrificatie
Electrolyse (P2G)
WATERSTOF (H2)Opslag, transport en
distributie
Rol P2G in energiesysteem
Bron: ECN
P2G als ‘opslag’ voor elektriciteitssysteem
Methanisering:2H2 + “C” = CH4
(Aard)gassysteem
Energy Storage 2012, Luxembourg, 29 Feb – 1 March 2012
Elektriciteitssysteem
Elek
tric
iteits
prod
uctie
H2 als chemische feedstock in
industrie
Brandstofcelsystemen:Re-electrificatie
Electrolyse (P2G)
WATERSTOF (H2)Opslag, transport en
distributie
Rol P2G in energiesysteem
Bron: ECN
P2G in enge zin: waterstof gassysteem
Bijmengen van H2:“Vergroenen gas”
Methanisering:2H2 + “C” = CH4
(Natural) Gas grid
Energy Storage 2012, Luxembourg, 29 Feb – 1 March 2012
Elektriciteitssysteem
Elek
tric
iteits
prod
uctie
(Aard)gassysteem
Bijmengen van H2:“Vergroenen gas”
H2 als brandstof in transportsector
H2 als chemische feedstock in
industrie
Brandstofcelsystemen:Re-electrificatie
Electrolyse (P2G)
WATERSTOF (H2)Opslag, transport en
distributie
Rol P2G in energiesysteem
H2 voor hoge temperatuur warmte-
vraag industrie
H2 via (lokale) netwerk(en)) voor
warmtevoorziening in gebouwde omgeving
Bron: ECN
P2G in brede zin: waterstof
eindverbruikers
Uitdaging voor de lange termijn vanuit systeemperspectief
• Kosten-optimaal invullen van klimaatdoelstellingen vanuit maatschappelijk perspectief– 80-95% CO2 emissie reductie in 2050
1. Hoe krijgen we de energiebalans kloppend?
2. Hoe houden we het energiesysteem in balans?
Conclusie P2G systeemstudie
• P2G kan bijdrage leveren aan benodigde flexibiliteit voor integratie van zon en wind in het elektriciteitssysteem, maar…
• … dit is onvoldoende voor een positieve business case– Technologie is zeer kapitaalsintensief, relatief veel draaiuren nodig
• Een mix van opties is kosten-efficienter:– Curtailment, vraagrespons, interconnectie met buitenland, flexibele electrificatie van
energievraag, back-up centrales, opslag (centraal en /of decentraal)
• P2G faciliteert vooral de verdergaande integratie van zon en wind in het energiesysteem– I.e. P2G als belangrijke schakeltechnologie
Observaties t.a.v. gasvormige energiedragers
• Aardgas i.c.m. CCS, bio-gas, waterstof, (groene) methaan spelen allemaal een rol in een Nederlandse energiehuishouding waarin een verregaande CO2 emissiereductie wordt gerealiseerd
• Omvang / importantie is sterk afhankelijk van:
1. Beschikbaarheid en acceptatie van CO2-vrije opties 2. Technologische ontwikkeling
Hoofdboodschappen
Hoofdboodschappen
• Meer hernieuwbare energie en minder aardgas in de energiemix
• Gasverbruik huishoudens blijft dalen
• Gasverbruik in elektriciteitsproductie neemt af, maar blijft belangrijk als back-up
• Nederland wordt netto-importeur van gas omstreeks 2025
• Gasvormige energiedragers zijn belangrijk bij verdergaande verduurzaming van het Nederlandse energiesysteem
• Belangrijkste rol P2G is niet opslag, maar faciliteren CO2-emissie reductie
Dank voor uw aandacht
ECNWesterduinweg 3 P.O. Box 11755 LE Petten 1755 ZG PettenThe Netherlands The Netherlands T +31 88 515 49 49 [email protected] +31 88 515 44 80 www.ecn.nl
Jeroen de [email protected] 515 8250
Extra slides NEV
Power-to-Gas: onderscheid elektriciteit en energie
• Bijdrage van sectoren aan bruto eindverbruik in 2012
• Gearceerde delen betreffen het elektriciteitsverbruik binnen de sectoren (ca. 17% van totaal)
Bron: Hekkenberg en Verdonk (2014)
Belangrijkste omgevingsfactoren
• Bevolking groeit verder• De economie groeit vanaf 2015 gemiddeld met 1,5 % per jaar• Prijzen van fossiele brandstoffen stijgen in de toekomst verder
– Volgens IEA World Energy Outlook 2013• De prijs van CO2-emissierechten zal weer geleidelijk stijgen• Nederland en andere Europese landen doelen, beleid en acties om
hun energiehuishouding te verduurzamen
Economie groeit iets minder snel, energieverbruik ontkoppelt
Veronderstelde prijzen voor CO2-emissierechten
Olieprijs stijgt in bescheiden mate
Gasprijs stijgt na 2017
Kolenprijs vanaf 2020 hersteld
Nationale ontwikkelingen: energie en broeikassen
• Forse groei hernieuwbare energie, maar met forse onzekerheden
• Afname aardgasverbruik
• Lichte daling energieverbruik van eindverbruikers tot 2020
• De dalende trends voor broeikasgassen zullen zich voortzetten
Meer hernieuwbare energie, minder aardgas
Energieverbruik neemt tot 2020 licht af en daarna licht toe
Daling energieverbruik bij huishoudens en verkeer, stijging bij industrie
Besparingsdoel Energieakkoord voor extra besparing wordt niet gehaald
Sector Energiebesparing (PJ) Doel
Industrie 7 – 14
Land- en tuinbouw 3- 9
Gebouwde omgeving 10 – 39
Totaal 19 - 61 100
Groei hernieuwbaar met grote onzekerheden omgeven
Ook tot 2030 vooral wind en biomassa
Uitstoot van broeikasgassen neemt af
Broeikasgasdoel 2020 (niet-ETS) wordt gehaald
Sectorale ontwikkelingen
• Hernieuwbare energie wordt steeds belangrijker voor de elektriciteitsproductie.
• Trendbreuk energieverbruik gebouwde omgeving en verkeer & vervoer; van stijgend energieverbruik in het verleden naar dalend verbruik het komende decennium.
Gasverbruik huishoudens blijft dalen
Apparaten worden zuiniger
Energieverbruik en CO2-emissies verkeer dalen licht
WKK glastuinbouw daalt sterk
• Figuur 4.15 Voorziening van de warmtevraag in de glastuinbouw
Energieverbruik industrie neemt toe
Elektriciteit: minder gas, meer zon en wind (capaciteit)
Maar de zon schijnt niet altijd (productie)
Elektriciteitsprijs blijft eerst laag, daarna werken grondstofprijzen door
• Figuur 4.21 Ontwikkeling gemiddelde groothandelsprijs elektriciteit
Rond 2025 wordt Nederland netto gasimporteur
Innovatie in het energiesysteem
• De publieke bestedingen aan energie RD&D in Nederland dalen sinds 2010. Het verloop van de private bestedingen in deze sector is over die periode onbekend.
• Innovatie speelt een belangrijke rol bij de kostenreductie van wind op zee. Partijen werken daar steeds meer in samen.
• In de afgelopen jaren is er een sterke prikkel geweest om innovaties in het personenvervoer te stimuleren.
Forse daling kosten wind op zee mogelijk
Groei en werkgelegenheid
• Energiegerelateerde activiteiten leveren een belangrijke bijdrage aan de Nederlandse economie. De bijdrage van de conventionele energiesector is groot, maar krijgt te maken met krimp.
• De werkgelegenheid van de energie exploitatie activiteiten is tussen 2005 en 2013 met 14 procent gestegen en blijft tot 2020 ongeveer gelijk. Er wordt hierin een verschuiving van conventionele naar hernieuwbare energie verwacht.
• De werkgelegenheid door investeringen in zonnepanelen en windturbines is hard gegroeid en zal naar verwachting verder blijven groeien.
Bijdrage energie aan bbp gaat sterk dalen
En daarmee de werkgelegenheid
Maar niet als we die breder zien
Want investeringen in energiebesparing en hernieuwbare energie nemen toe
De kernresultaten
• Sterke toename van hernieuwbare energie, maar doel wordt nog niet gehaald
• Afname van het aandeel van aardgas• Energieverbruik vervoer en gebouwen neemt af
• Energietransitie Nederland wordt zichtbaar
Extra slides P2G
ResultsP2G output sheets
Indicator
Unit
Explanation
CO2 emission level [Mton / yr]
CO2 reduction [1990 = 0%]
CO2 shadow price [€/ton] CO2 shadow prices needed to realize CO2 reductions1
Total energy system cost [Bln€/yr] Total annual energy system costs
Wind [GWe] Amount of installed wind-based electricity generation capacity
Wind [TWh/yr] Annual electricity production using Wind turbines
Solar PV [GWe] Amount of installed solar-based electricity generation capacity
Solar PV [TWh/yr] Annual electricity production Solar PV
Curtailment wind [TWh/yr] Amount of wind energy not realized due to switching off turbines
Curtailment wind [%] Percentage of wind energy not realized due to switching off turbines
Curtailment solar PV [TWh/yr] Amount of solar electricity not realized due to switching off solar panels
Curtailment solar PV [%] Percentage of solar electricity not realized due to switching off solar panels
Electrolysis [GWe] Amount of installed electrolysis capacity, expressed as electricity input
1 The CO2 shadow price is the price of avoiding the last ton of CO2 to realise the CO2 reduction target and reflects the costs of the CO2 emission
reduction option that is deployed for this purpose. As the target becomes stricter or the CO2 emission reduction options become more scares, the CO2 shadow price will increase accordingly. The CO2 shadow price cannot be simply compared to the CO2 price of the European Trading Scheme (ETS) as the ETS covers only a limited part of overall energy system demand. The CO2 shadow price should rather be compared with the implicit cost of policies aimed at reducing CO2 emissions in non-ETS sectors such as transport. For example, the Netherlands Court of Audit calculated that the implicit cost - in terms of CO2 emissions avoided - of a specific fiscal scheme aimed at growth in sustainable energy demand in the transport sector was about €1,000 per ton.
Indicator
Unit
Explanation
CO2 emission level [Mton / yr]
CO2 reduction [1990 = 0%]
Electrolysis [TWh/yr] (input)
Annual amount of electricity fed into electrolysis
Electrolysis [kton H2/yr] (output)
Annual amount of hydrogen generated via electrolysis
Electrolysis [hours] Full load hours for electrolysis
Electrolysis investment [M€/yr] Annual amount of capital investments for electrolysis
H2 demand [kton H2/yr] Total annual demand for hydrogen Gas network (H2
admixing) [kton H2/yr] Total annual amount of hydrogen
injected in the natural gas network
Transport [kton H2/yr] Total annual amount of hydrogen consumed by the transport sector
Other H2 demand [kton H2/yr] Hydrogen demand for other applications
Methanation [kton H2/yr] Amount of hydrogen used for methane generation
Electricity Storage (large-scale) [TWh/yr]
Annual amount of electricity stored using large scale storage facilities
Electricity Storage (small-scale) [TWh/yr]
Annual amount of electricity stored using electrical vehicles
Electricity imports / exports
[TWh/yr] The annual amount of imported and exported electricity (net exchange always equals zero)
Conclusion #1Deep CO2 emission reductions main driver P2G
Conclusion #1Deep CO2 emission reductions main driver P2G
Conclusion #1Deep CO2 emission reductions main driver P2G
Conclusion #2Need for flexibility insufficient driver for P2G
Mix of options is (more) cost-efficient• Temporary curtailment• Cross-border exchange of electricity• More flexible electricity demand (i.e. demand side response)• Flexible electrification of energy demand• Dispatchable electricity generation units• Electricity storage (large & small scale)• Flexible operation of electrolysis (P2G)
Use of these options implies increased system integration (e.g. P2H) and adoption of hybrid solutions (e.g. FC-EV, hybrid heat pumps)
IllustrationOptions contributing to system flexibility
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Curtailments(≈ 9 TWh / yr)
IllustrationOptions contributing to system flexibility
P2G(≈ 7 TWh / yr)
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Storage(≈ 12 TWh / yr)
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Flexible electricity
demand
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Back up capacity gas
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Interconnection capacity(≈ 2 TWh / yr)
IllustrationOptions contributing to system flexibility
Increased nuclear flex