Wanneer kan kernfusie een rol van betekenis spelen in de energietransitie?

In discussies over klimaatbeleid en de energietransitie wordt kernfusie regelmatig genoemd als alternatief voor alles waar aan gewerkt wordt. Kernfusie zou beter zijn dan windenergie, zonne-energie, biomassa, CO2-opslag enzovoort. Nu is kernfusie potentieel een geweldige energiebron. Het kan met weinig materiaal grote hoeveelheden energie leveren op basis van hetzelfde proces als de zon. Dat proces gaat echter gepaard met zeer uitdagende omstandigheden. Je moet namelijk een plasma van miljoenen graden Celsius onder controle zien te houden. Er wordt hard aan gewerkt, maar volgens kenners duurt het nog wel tot 2060 of 2070 voordat kernfusie een rol van betekenis kan spelen in onze energievoorziening. Vóór die tijd moet onze CO2-uitstoot al zeer vergaand terug gebracht zijn. Dat zullen we daarom zonder kernfusie moeten doen.

Demonstratie van elektriciteitsproductie met kernfusie pas na 2050 verwacht

Er wordt al jarenlang hard gewerkt om kernfusie te ontwikkelen als energiebron op aarde. Het is inmiddels op verschillende plaatsen ter wereld gelukt om een plasma te maken waarin het heet genoeg is om kernfusie plaats te laten vinden. Het is echter nog niet gelukt om een kernfusiereactor meer energie te laten produceren dan erin gaat. En tot nu toe kan het plasma nog maar kort op de temperatuur gehouden worden die nodig is voor kernfusie. Het record staat sinds eind 2020 op 20 seconden, zie dit artikel in Kijk.

In Zuid-Frankrijk wordt gebouwd aan de ITER kernfusiereactor. Een van de doelstellingen van ITER is om gedurende 7 tot 10 minuten een vermogen van 500 megawatt te produceren. ITER zal dat vermogen niet omzetten in bruikbare elektriciteit, maar aantonen dat nuttig vermogen geleverd kan worden met een kernfusiereactor. In 2035 zou ITER volledig moeten functioneren.

De bedoeling is dat na ITER een demonstratiereactor wordt gebouwd die daadwerkelijk elektriciteit kan produceren. Volgens de Europese routekaart voor kernfusie is de bedoeling dat een Europese DEMO reactor vroeg in de 2e helft van deze eeuw honderden megawatts elektriciteit kan leveren voor minimaal een aantal uur. Dat betekent dat het doel is om deze demonstratiereactor niet al te lang na 2050 in werking te hebben.

Europese routekaart voor kernfusie. Bron: EUROfusion

Kernfusie kan op z’n vroegst rond 2060 significant bijdragen

Als bewezen is dat elektriciteitsproductie met kernfusie op deze schaal mogelijk is, dan zouden daarna commerciële fusiecentrales ontwikkeld en gebouwd kunnen worden. Fusieonderzoeker prof. Niek Lopes Cardozo van de TU Eindhoven zei in Kijk dat de eerste generatie commerciële kernfusiecentrales er in 2070 zou kunnen zijn. Hij voegde eraan toe dat we nog niet weten of het echt kan. Dat moet blijken uit de experimenten die komende jaren gedaan worden.

In de Volkskrant zei hoogleraar kernfusie Marco de Baar daarover eerder: “Op z’n vroegst kan kernfusie rond 2060 significant gaan bijdragen aan onze energieproductie. Gegeven die tijdlijn, zal fusie dus geen bijdrage leveren aan de huidige energietransitie. [..] Voor de huidige energietransitie komt deze technologie zelfs in het meest optimistische scenario veel te laat.’

Welke rol kan kernfusie na 2050 spelen?

Recent wees Gieljan de Vries op twitter op dit interessante artikel van kernfusieonderzoekers Tom Nicholas et al. in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Policy. Het gaat over de rol die kernfusie wel en niet kan spelen in de energietransitie. De auteurs van het artikel gaan er op basis van de Europese routekaart voor kernfusie vanuit dat de eerste echte kernfusiereactor op zijn vroegst in 2055 kan draaien. De Europese elektriciteitsvoorziening moet in 2050 al voor 95-100% CO2-vrij zijn. Ook deze auteurs stellen dat kernfusie pas beschikbaar komt als de elektriciteitsvoorziening al vergaand veranderd is. De auteurs analyseren daarom de mogelijke rol die kernfusie kan spelen in de elektriciteitsvoorziening ná 2050 in een elektriciteitssysteem dat voor een groot deel gebaseerd is op hernieuwbare bronnen. Ze beoordelen die rol op flink aantal aspecten.

Kostprijs elektriciteit uit kernfusie naar verwachting hoger dan uit wind en zon

Een van de aspecten die de auteurs bekijken zijn de verwachte kosten. Ik had eerder geen schattingen gezien van de toekomstige productiekosten van elektriciteit uit kernfusie. De auteurs verwijzen naar een artikel van Entler et al. uit 2018 waarin de kosten van elektriciteit over de hele levensduur (LCOE) uit de 1^e kernfusiecentrale worden geschat op $175/MWh (ca. 14 eurocent per kilowattuur). Nicholas et al. gaan ervan uit dat het realistisch is om aan te nemen dat de kosten van elektriciteit uit kernfusie ook op ook daarna boven de $100/MWh zullen liggen. Daarmee zou elektriciteit uit kernfusie in hun ogen aanzienlijk duurder zal zijn dan windenergie op land ($29-56/MWh) en zonne-energie (40-46/MWh).

Inzetten op kernfusie als flexibele vorm van stroomproductie

De auteurs concluderen vervolgens dat kernfusie vooral een rol zou kunnen spelen door flexibele elektriciteitsproductie te leveren. Fusiereactoren zouden dan elektriciteit leveren op het moment dat wind en zon niet voldoende leveren. Het huidige ontwerp van de eerste Europese kernfusie demonstratiereactor (DEMO) is volgens het artikel echter gebaseerd op continue productie (‘baseload’). De auteurs concluderen dat het onderzoek naar kernfusie meer gericht zou moeten worden op flexibele elektriciteitsproductie dan op ‘baseload’.

Conclusie: energietransitie zal zonder kernfusie moeten

Er wordt hard aan gewerkt, maar volgens kenners duurt het nog wel tot 2060 of 2070 voordat kernfusie een rol van betekenis kan spelen in onze energievoorziening. Vóór die tijd moet onze CO2-uitstoot al zeer vergaand terug gebracht zijn. Dat zullen we daarom zonder kernfusie moeten doen. Daarna kan kernfusie mogelijk een rol spelen in flexibele elektriciteitsproductie.

Zijn we met 1 of 2 nieuwe kerncentrales van de ‘ellende’ af?

In De Telegraaf stelt Ronald Plasterk dat we met een of twee moderne kerncentrales van alle ‘ellende’ van duurzame energie af kunnen zijn. Een snel sommetje leert ons echter dat er eerder 11 kerncentrales nodig zijn om evenveel energie te produceren als nu gepland voor duurzame energie in 2030. En de ervaringen in het buitenland laten zien dat het zeer onwaarschijnlijk is dat er in Nederland in 2030 nieuwe kerncentrales kunnen staan.

Impressie van geplande nieuwe kerncentrale met 2 reactoren in het Britse Sizewell (bron: EDF)

Ronald Plasterk schrijft in De Telegraaf (€) over de rol die kernenergie kan spelen. Ik vind het een goed teken dat we klimaatverandering inmiddels dermate serieus nemen dat we ook naar kernenergie kijken. Plasterk maakt zich er in mijn ogen echter te makkelijk vanaf. Hij beschrijft opnieuw waarom hij duurzame energie een slecht idee vindt. Hij stelt vervolgens ‘met een of twee nieuwe moderne kerncentrales plus het openhouden van de bestaande centrales zijn we van deze ellende af”. Ten onrechte volgens mij. 

We hebben in Nederland maar één operationele kerncentrale

Eerst even over het openhouden van de ‘bestaande centrales’. Ik ben heel benieuwd welke bestaande kerncentrales Plasterk bedoelt. Volgens mij is er in Nederland maar één kerncentrale in bedrijf, namelijk die in Borssele.

Dan hebben we elf nieuwe kerncentrales nodig in 2030

Relevanter is de vraag of een of twee moderne kerncentrales alle hernieuwbare energie waar aan gewerkt wordt zouden kunnen vervangen. Ik ga er in deze blog vanuit dat Plasterk met ‘deze ellende’ alle vormen van hernieuwbare energie bedoelt. In de column van vandaag is hij kritisch over windenergie op land en biomassa. In eerdere columns zette hij zich af tegen onder andere elektrische auto’s, windmolens op zee, biomassa, zonneparken op zee.

Volgens de Klimaat- en Energieverkenning 2020 van het Planbureau voor de Leefomgeving komt in 2030 het verbruik van hernieuwbare energie op 498 petajoule (zie tabel 6 op pagina 166). Daarbij gaat het om windenergie op zee en op land, om zonne-energie, biomassa en omgevingswarmte. Stel dat we dat allemaal willen vervangen door elektriciteit uit nieuwe kerncentrales. Hoeveel kerncentrales hebben we nodig om jaarlijks 498 petajoule ofwel 138 miljard kilowattuur elektriciteit te produceren?

Op basis van de nieuwe kerncentrales die op dit moment gebouwd worden in Europa rekenen we voor een moderne kerncentrale met een vermogen van 1600 megawatt. We gaan er -enigszins optimistisch- vanuit gaan dat zo’n centrale elk jaar 95% van de tijd draait. Dan produceert zo’n nieuwe kerncentrale per jaar ongeveer 13 miljard kilowattuur elektriciteit (=1600 MW*1000*95%*8760 uur/jaar). Om jaarlijks 138 miljard kilowattuur elektriciteit hebben we dus minstens 11 van zulke nieuwe kerncentrales nodig. Plasterk heeft dus ongelijk als hij suggereert dat we alle in 2030 geplande duurzame energie kunnen vervangen door ‘een of twee nieuwe moderne kerncentrales’. Daarvoor zijn er eerder elf nodig. (Zie onderaan deze blog voor een aantal meer gedetailleerde opmerkingen over dit sommetje)

Onwaarschijnlijk dat er in Nederland in 2030 nieuwe kerncentrales kunnen staan

Dan moeten we het ook nog over de planning hebben. De procedure en bouw van een nieuwe kerncentrale kost veel tijd. Dat is geen ‘smoesje’ zoals Plasterk suggereert. Zo begon EDF in 2012 aan de eerste inspraakronde voor een nieuwe Britse kerncentrale in Sizewell. Volgens de huidige planning van EDF kan deze op zijn vroegst in 2032 operationeel zijn. Ook het realiseren van nieuwe kerncentrales in Frankrijk, Finland en de Verenigde Staten kost veel tijd. De ervaring in Westerse landen die nieuwe kerncentrales bouwen laat zien dat het zeer onwaarschijnlijk is dat er in Nederland in 2030 nieuwe kerncentrales kunnen staan. 

Ook ná 2030 is verdergaande CO2-reductie nodig en we moeten er nu al over nadenken hoe we dat willen doen. Daarbij kan kernenergie een rol spelen. Ik vind het echter een beetje goedkoop om te suggereren dat we onze doelstellingen voor die tijd ermee kunnen halen. 

Nieuwe kerncentrales komen er alleen met overheidssteun

Plasterk doet de kosten van nieuwe kerncentrales ook af als een smoesje. Nieuwe kerncentrales komen er echter niet zonder overheidssteun. Plasterk wijst regelmatig op de kosten van allerlei onderdelen van de energietransitie. Dan vind ik het een beetje goedkoop (pun intended) om bij kernenergie geen aandacht te besteden aan de kosten.

Opmerkingen bij het sommetje hierboven

Het sommetje hierboven heb ik bewust simpel gehouden. Een paar opmerkingen daarbij:

• Bij een deel van de hernieuwbare energie gaat het om warmte en biobrandstoffen die je niet zo maar kunt vervangen door elektriciteit. Als je alle hernieuwbare energie wilt vervangen door kernenergie dan is ‘elektrificatie’ nodig. Bijvoorbeeld door gebruik van elektrische auto’s en warmtepompen. Elektrische warmtepompen en auto’s zijn efficiënter dan hun fossiele tegenhangers (cv-ketels respectievelijk auto’s met een verbrandingsmotor). Daardoor is er dan minder energie nodig en zou het aantal kerncentrales wat lager uitvallen. Overigens betekent dat we niet af zijn van alles wat Plasterk als ‘ellende’ van de energietransitie ziet, want volgens mij is hij over elektrische auto’s ook niet bijster positief.
• Op twitter wees een aantal mensen op de mogelijkheid om de restwarmte van een kerncentrale te gebruiken. Dat kan en gebeurt ook op sommige plekken in de wereld. Zoals bijvoorbeeld in Sint-Petersburg (via @hugobiersma). De kerncentrale moet dan wel relatief dicht bij de warmtegebruikers staan en er moet een warmtenet zijn. Hiermee zou het aantal kerncentrales in het sommetje lager kunnen uitvallen.
• In het sommetje ben ik ervan uitgegaan dat het energieverbruik het hele jaar constant is en de kerncentrales het hele jaar voluit draaien. In werkelijkheid varieert de vraag natuurlijk (nacht/dag, doordeweeks/weekend, winter/zomer etcetera). Daarom zal er ook in energiesysteem met veel kernenergie flexibiliteit nodig zijn om de pieken op te vangen en zullen waarschijnlijk niet alle kerncentrales hele jaar voluit kunnen draaien.
• Op twitter krijg ik regelmatig de opmerking dat er in de wereld ook kerncentrales zijn met een groter vermogen dan de 1600 MW waarmee ik reken. Dat klopt. Er bestaan in de wereld kerncentrales met veel meer vermogen (doordat ze meerdere reactoren hebben). De brancheorganisatie Nucleair Nederland rekent in haar roadmap echter met nieuwe kerncentrales van 1000-1500 MW (‘Uitgaande van een nucleaire bijdrage aan de elektriciteitsvoorziening van 20%, zijn twee of drie kerncentrales nodig met een gezamenlijk vermogen van 3000 MWe’). Mijn aanname van 1600 MW lijkt me daarom in de Nederlandse context niet zo gek.
• Toegift: in 2019 was het verbruik van hernieuwbare energie volgens het CBS 181 petajoule. Om dat te vervangen zouden volgens sommetje hierboven al 4 nieuwe kerncentrales nodig zijn. Overigens was het aandeel hernieuwbare energie in 2019 volgens het CBS 8,6% en daarmee al iets hoger dan de 6% die Plasterk noemde.

Elsevier ‘ontdekt’ dat er aardolie wordt gebruikt voor de productie van windmolenwieken

Weekblad Elsevier schreef twee weken geleden dat Simon Rozendaal heeft ‘ontdekt’ dat de wieken van windturbines zijn gemaakt uit aardolie, dus fossiel. Elsevier presenteert het alsof Rozendaal een grote ontdekking heeft gedaan. Niets is minder waar. Iedereen die kan googelen weet binnen een minuut waarvan de wieken gemaakt zijn. Er wordt al jaren uitgebreid gepubliceerd over het totale materiaalgebruik voor elektriciteit uit wind, zon, kolen of gas. Voor windenergie is over de hele levensduur ongeveer 3 gram fossiele energie nodig per geproduceerde kilowattuur, waarvan ongeveer 0,6 gram voor de wieken. Voor elektriciteit uit aardgas is dat ongeveer 150 gram en voor kolenstroom is ongeveer 300 gram fossiele energie nodig. Voor windenergie is dus inderdaad ook fossiele energie nodig, maar een factor 50 tot 100 minder dan voor elektriciteit uit aardgas of kolen. 

In zijn column schrijft Simon Rozendaal over de vraag wat er met wieken van windturbines moet gebeuren aan het eind van hun levensduur. Een relevante vraag en zeker een column waard. De column wordt echter vooral gepresenteerd als een ontdekking dat de wieken van aardolie gemaakt worden. Rozendaal beschrijft het ook als zodanig: ‘de samenstelling daarvan [de wieken, JV] staat keurig beschreven op pagina 11 van het bovengenoemde rapport’. Dat wekt de suggestie dat je alleen achterin rapporten kan vinden waarvan de wieken zijn gemaakt. En dat je daarvoor ook nog moet weten dat de stoffen die daar genoemd worden gemaakt worden van aardolie. Een mooie retorische truc, maar een beetje onzin in mijn ogen. De zoekopdracht “wieken windturbine materiaal” of “waarvan zijn wieken van windturbines gemaakt”  geeft op internet als eerste resultaat het Wikipedia-artikel over windturbines. Daarin staat keurig uitgelegd dat de wieken bestaan uit kunststof (zie hieronder). En ik denk dat de meeste mensen wel weten dat kunststof gemaakt wordt uit aardolie.

Materiaalgebruik van windenergie al jaren in detail onderzocht

De relevante vraag is volgens mij hoeveel fossiele brandstof er nodig is voor windenergie. Dat is vrij makkelijk te achterhalen, want er worden al decennia uitgebreide studies gemaakt van het totale materiaalgebruik voor windenergie over de hele levensduur. Het milieuprogramma van de Verenigde Naties (UNEP) maakte een aantal jaar geleden een mooi overzichtsrapport over alle milieuaspecten van verschillende vormen van elektriciteitsproductie over de hele levensduur. In dit soort studies worden de milieuaspecten van alle fasen van de elektriciteitsproductie meegenomen. Van het winnen van de ruwe grondstoffen en de productie van de installaties (zoals windturbines of een kolencentrale), via de operationele fase tot en met het ontmantelen van de installatie aan het einde van de levensduur. Voor een windturbine is niet alleen kunststof nodig voor die wieken, maar ook staal voor de mast en de fundering, beton voor de fundering, koper en kunststof voor de kabels enzovoort. In de vele levenscyclusanalyses wordt dat in detail op een rij gezet. De infographic hieronder vat samen hoeveel materiaal er nodig is voor een windpark op land van 100 MW. De cijfers komen uit een rapport over een windpark met Vestas windturbines. 

0,6 gram fossiele energie voor de windmolenwieken per kilowattuur elektriciteit

In de levenscyclusanalyses wordt vervolgens berekend hoeveel grondstoffen er nodig zijn voor de productie van al deze materialen. Voor alle materialen over de hele levenscyclus van een windpark op land is ongeveer 3 gram fossiele brandstof nodig per geproduceerde kilowattuur elektriciteit, zie bijvoorbeeld dit rapport van Vestas (uitsplitsing van gebruik fossiele brandstof in tabel 16 op p.72). Daarvan is ongeveer 20% ofwel 0,6 gram per kilowattuur voor de wieken van de windturbines. In het genoemde UNEP-rapport wordt voor windturbines groter dan 1 MW op basis van verschillende studies een totaal energiegebruik gerapporteerd van ca. 0,03 kWh per kilowatuur elektriciteit (zie figuur 5.4 op p.214). Afhankelijk van de mix van fossiel brandstoffen (gas, olie, kolen) komt dat overeen met 2,5-3,5 gram fossiele brandstof per kilowatuur (uitgaande van energiedichtheid van 33 respectievelijk 45 MJ/kg).

50 tot 100 keer minder fossiele energie dan voor stroom uit gas of kolen

Voor de bouw van een windpark is meer materiaal nodig dan voor de bouw van een kolen- of gascentrale. Voor kolen- en gascentrales is daarna echter voor elke kilowattuur elektriciteit een flinke hoeveelheid fossiele brandstof nodig. Volgens het genoemde UNEP-rapport is er voor een gascentrale per kilowattuur ongeveer 150 gram aardgas nodig als brandstof en voor een kolencentrale ongeveer 300 gram steenkool. Voor windenergie is over de hele levensduur dus 50 tot 100 keer minder fossiele brandstof nodig dan voor stroom uit een gas- of kolencentrale.

De uitstoot van broeikasgas van windenergie is ook factor 50 tot 100 kleiner

Ook de uitstoot van broeikasgassen van windenergie over de hele levensduur is een factor 50 tot 100 kleiner dan van elektriciteit uit aardgas respectievelijk kolen. Zie de grafiek hieronder. Meer details daarover in deze blog.

Conclusie

Simon Rozendaal heeft volkomen gelijk dat er fossiele brandstof gebruikt wordt voor de productie van windturbines en alles wat erbij hoort. De hoeveelheid fossiele energie die nodig is voor windenergie is echter slechts een fractie van de hoeveelheid die nodig is voor elektriciteitsproductie uit aardgas of kolen.

Nee, het klopt niet dat elke kerncentrale 5 miljard euro verlies maakt

Op internet en elders wordt nog regelmatig verwezen naar een krantenartikel uit het AD van juli 2019 waarin gesteld werd dat elke kerncentrale tijdens zijn leven €5 miljard verlies maakt. Dat klopt niet. De economische analyse die het Duitse DIW uitvoerde -en waarop het AD-artikel is gebaseerd- ging alleen over nieuwe kerncentrales in Westerse landen. In andere landen liggen de bouwkosten van nieuwe kerncentrales veel lager en dat was in het verleden ook in het Westen het geval. Daarnaast heb ik kritiek op de manier waarop DIW de analyse van de toekomstige stroomprijs presenteerde. De conclusie dat elke kerncentrale verlies leidt over zijn levensduur klopt niet. Dat het lastig is om nieuwe kerncentrales in het Westen winstgevend te krijgen klopt wel.

Ik heb op energiegebied nog niet vaak meegemaakt dat een krantenartikel zo lang een rol bleef spelen als het artikel ‘Duur en gevaarlijk: elke kerncentrale maakt tijdens leven 5 miljard euro verlies’ uit het Algemeen Dagblad van juli 2019. Helaas valt zowel op het krantenartikel als het onderzoek waarop het gebaseerd is het nodige aan te merken.

Het AD stelde in het artikel dat geen enkele kerncentrale ter wereld over levensduur winstgevend is geweest, ook niet in Frankrijk. De koppenmaker van het AD maakte het nog erger door boven het artikel te zetten dat elke kerncentrale tijdens leven 5 miljard euro verlies maakt. Ik zette vorig jaar op twitter al een reeks berichten waarin ik probeerde uit te leggen waarom dit niet klopt. Omdat het artikel nog steeds vaak gebruikt wordt als referentie schrijf ik er nu alsnog ook een blog over.

DIW rapport berekende winstgevendheid alleen van nieuwe kerncentrales in het Westen

Het artikel in het AD was gebaseerd op een rapport van DIW Berlin ( Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung). De economische berekeningen die DIW daarin beschrijft gaan helemaal niet over alle kerncentrales in de wereld. De berekeningen zijn gebaseerd op de bouwkosten voor nieuwe kerncentrales in de VS en Europa, die door DIW geschat worden op €4000-9000 per kilowatt (kW) vermogen. In het rapport staat er ook bij dat het gaat om kerncentrales van de generatie III/III+. Voor nieuwe kerncentrales die momenteel gebouwd worden in de VS en Europa komt die kostenschatting redelijk overeen met die van bijvoorbeeld MIT. In het verleden lagen de bouwkosten van kerncentrales echter aanzienlijk lager. Voor Frankrijk voor de periode 1971-1991 geeft MIT bijvoorbeeld $2000-3000/kW (in 2017 dollars) ofwel €1700-2600/kW. Die oudere en goedkopere centrales in het Westen zitten dus niet in de analyse van DIW. DIW beschrijft zelf ook in een voetnoot in het rapport dat de bouwkosten in het verleden veel lager waren. Volgens MIT liggen de bouwkosten voor nieuwe kerncentrales momenteel in bijvoorbeeld Zuid-Korea (ca. €3400/kW) en China (ca. €2100-4500/kW)ook aanzienlijker lager. Kortom, de economische analyse van DIW zegt alleen iets over de winstgevendheid van nieuwe kerncentrales in het Westen, niet over oudere kerncentrales in het Westen en niet over kerncentrales in andere regio’s in de wereld.

DIW rapport uit 2018 gaf overzicht van alle kerncentrales in de wereld, maar berekende de winstgevendheid niet

Het rapport van DIW geeft ook een kort overzicht van alle kerncentrales in de wereld (in hoofdstuk 2). Dat is gebaseerd op een ander rapport van DIW uit 2018 waarin de ontwikkeling van kernenergie uitvoerig beschreven wordt voor alle landen in de wereld die kerncentrales hebben. In dat rapport wordt geconcludeerd dat bij alle kerncentrales de overheid een rol gespeeld heeft, maar wordt niet berekend of deze centrales winstgevend waren. In het persbericht van DIW uit juli 2019 wordt in mijn ogen niet voldoende onderscheid gemaakt tussen deze twee analyses: enerzijds een beschrijvende analyse uit 2018 met als conclusie dat bij alle kerncentrales in de wereld de overheid op enige wijze een stimulerende rol heeft gespeeld en anderzijds een economische analyse uit 2019 waarin de winstgevendheid van nieuwe kerncentrales in het Westen wordt berekend. Ik begrijp dus wel dat de journalist van het AD op het verkeerde been werd gezet.

Bij de meest optimistische aannames van DIW zou nieuwe kerncentrale volgens mij wel winstgevend zijn

Tot slot nog heb ik nog een meer technische vraag over de DIW-berekeningen van de winstgevendheid van nieuwe kerncentrales in VS en Europa. DIW beschrijft dat een Monte Carlo analyse is uitgevoerd waarbij de aannames voor de belangrijkste factoren (bouwkosten, toekomstige stroomprijs, kapitaalkosten etc.) zijn gevarieerd. In het rapport staat de onderstaande grafiek met de resultaten voor de winstgevendheid (op de x-as). De winstgevendheid is in alle gevallen negatief. In de simulatie maken nieuwe kerncentrales in alle situatie over de hele levensduur verlies, met een gemiddeld verlies van €5 miljard (nu begrijpt u waar de kop boven het artikel in het AD vandaan kwam).

Gezien de aannames is het logisch dat een nieuwe kerncentrale in de meeste van de berekende situaties verliesgevend is en dat komt overeen met de daadwerkelijke situatie. Ik kan me echter niet voorstellen dat dat ook het geval is in een aantal van de meer extreme situaties die vallen binnen de bandbreedte die DIW beschrijft voor de Monte Carlo analyse. In de Monte Carlo analyse heeft DIW naar groot aantal varianten gekeken met verschillende bouwkosten (CAPEX tussen €4000 en €9000 per kW), financieringskosten (WACC tussen 4% en 10%) en toekomstige stroomprijs (tussen €20 en €80 per MWh). DIW rapporteert dat alle varianten als resultaat een negatieve Netto Contante Waarde geven (dat wil zeggen dat de fictieve nieuwe kerncentrale over de aangenomen levensduur van 40 jaar verliesgevend is).

Als de kosten de laagst mogelijke waarde hebben en de stroomprijs de hoogst mogelijke waarde, dan zou er volgens mij wel degelijk een positief resultaat uit de sommen moeten komen. Concreet: als ik reken met de laagst mogelijke bouwkosten (CAPEX) volgens de ranges van DIW van €4000/kW, de laagst mogelijke kapitaalskosten (WACC) van 4% en de hoogst mogelijke stroomprijs van €80/MWh over de hele levensduur van 40 jaar, dan komt er volgens mij wel degelijk een positieve netto contante waarde uit de berekening.

Ik vermoed dat dit komt omdat DIW niet gerekend heeft met een vaste stroomprijs over de hele levensduur, maar de stroomprijs voor elk jaar gevarieerd heeft tussen €20 en €80 per MWh. Als DIW dat gedaan heeft, dan is de gemiddelde stroomprijs over de hele levensduur voor elke run in de Monte Carlo analyse dicht bij de €50/MWh (de jaren met hogere en lagere stroomprijzen middelen tegen elkaar uit). Iemand anders op twitter kwam vorig jaar tot een vergelijkbare hypothese. Ik heb DIW vorig jaar op twitter gevraagd hoe ze de stroomprijs hebben gemodelleerd in de Monte Carlo analyse, maar daarop geen antwoord gekregen.

Op zich is de aanname dat de stroomprijs de komende 40 jaar gemiddeld €50/MWh is helemaal niet gek of pessimistisch. Maar als ik lees dat in een Monte Carlo analyse de stroomprijs gevarieerd is tussen de €20 en €80 per MWh, dan verwacht ik dat er ook varianten zijn doorgerekend met een gemiddelde stroomprijs van 80/MWh. Niet omdat dat een realistisch scenario zou zijn (dat is het niet), maar omdat het binnen de bandbreedte valt die DIW beschrijft.

Tot slot

Concluderend vind ik dat het AD-artikel ten onrechte stelde dat alle kerncentrales in de wereld verliesgevend zijn. Ik vind ook dat het persbericht van DIW uit juli 2019 op dit punt niet zorgvuldig was.

Dat wil niet zeggen dat nieuwe kerncentrales in onze contreien makkelijk te realiseren zijn. Sterker nog, nieuwe kerncentrales komen in het Westen zeer moeizaam tot stand, mede door de hoge bouwkosten en vertraging bij de bouw. Een nieuwe kerncentrale kan er alleen komen met forse financiële steun van de overheid, zoals de zoektocht van de Britse overheid naar een geschikt subsidiemodel voor nieuwe kerncentrales laat zien.

Gratis energie is als gratis bier

VPRO zette een artikel en filmpje online waarin Ruud Koornstra stelt dat onze energievoorziening helemaal duurzaam en bijna gratis kan worden. Ik bewonder zijn enthousiasme en de gedrevenheid, maar bijna gratis energie is in mijn ogen een illusie.

Windpark op zee Borssele 1&2 in aanbouw (foto van de auteur)

De kosten van wind- en zonne-energie zijn de afgelopen jaren inderdaad spectaculair gedaald en het einde van die kostendaling lijkt nog niet in zicht. Toch zullen windturbines en zonnepanelen altijd een forse investering blijven vergen. En dat geld moet ergens vandaan komen. Als energie gratis zou zijn, dan wil niemand investeren in windturbines en zonnepanelen. Zeker, als een windturbine of zonnepaneel er eenmaal staat, dan is de ‘brandstof’ gratis. Er is echter wel onderhoud nodig. En belangrijker: aan het eind van de levensduur (ca. 25-35 jaar) moeten er weer nieuwe windturbines en zonnepanelen komen. En die zijn niet gratis. De Deense overheid en netbeheerder schatte enige tijd geleden bijvoorbeeld dat elektriciteit uit windenergie op zee in 2050 in de orde van 3 eurocent per kilowattuur kan kosten, inclusief het netwerk op zee. Lage kosten en per kilowattuur fors goedkoper dan elektriciteit uit een nieuwe gas- of kolencentrale, maar niet gratis.

Ook het transport van energie is niet gratis. Voor transport van elektriciteit is een netwerk nodig. Dat kost geld en het onderhoud ervan ook. In het filmpje van tegenlicht gaat het over het gebruik van diepe aardwarmte in het Westland. Prachtige bron van energie. Maar boringen zijn niet gratis en een netwerk voor het transport en distributie van warmte is zelfs behoorlijk duur.

En zeker, energie efficiency kan een cruciale rol spelen in verduurzaming van de energievoorziening. LED-lampen zijn spectaculair efficiënter dan gloeilampen en hetzelfde geldt voor warmtepompen en elektrische auto’s zoals mooi geïllustreerd in figuur onderaan deze blog. Maar ook efficiënte apparaten en processen kosten geld en gebruiken energie. En energie efficiency maatregelen hebben er last van als energie goedkoper wordt. Dan wordt energiebesparing minder aantrekkelijk. In het extreme geval dat energie gratis zou zijn, dan wordt energieverspilling gestimuleerd. Het kost toch niks…

Er is ook energie nodig als het niet waait en de zon niet schijnt. Daarvoor is opslag en flexibele productie nodig. Ook dat is niet gratis. Sterker nog, de momenten dat er weinig wind en zon is worden waarschijnlijk de momenten dat de elektriciteitsprijs het hoogst is.

Door de spectaculaire kostendalingen hoeft een duurzame energievoorziening niet duurder te zijn dan de huidige op fossiel gebaseerde energievoorziening. Maar gratis zal het niet worden. Het is in mijn ogen absoluut mogelijk om een duurzame energievoorziening voor iedereen betaalbaar te houden. Maar gratis gaat het niet worden. Net als dat bier niet gratis wordt. Ook al bestaat het voor 95% uit water en valt er in Nederland heel veel gratis water uit de lucht.

Warmtepompen en elektrische auto’s zijn veel efficiënter dan CV-ketels en auto’s met een verbrandingsmotor (illustratie uit dit wetenschappelijke artikel)

Guus Berkhout vliegt uit de bocht met de elektrische auto

Afgelopen week mocht Guus Berkhout in de Telegraaf zijn gal spuwen onder de kop ‘Elektrische auto vervuilt en blaast stroomnet op‘. Berkhout roept een en ander over de milieu-effecten van elektrische auto’s, maar durfde de vergelijking tussen elektrische en fossiele auto’s kennelijk niet aan. Zijn uitspraak dat elektrische auto’s het stroomnet opblazen onderbouwt hij in het geheel niet.

Stroomverbruik in ons land in afgelopen jaren niet snel toegenomen

Als je beweert “dat we met de subsidiëring van elektrische auto’s ons mooie stroomnet opblazen“, dan is het natuurlijk lekker om te beginnen met de stelling: “In de afgelopen jaren is het stroomverbruik in ons land snel toegenomen naar 120 miljard kWh”. Dat geeft alvast het gevoel van explosieve ontwikkelingen. Een snelle blik op de cijfers van het CBS laat echter zien dat het verbruik van elektriciteit de afgelopen jaren helemaal niet snel is toegenomen. In de periode 2000-2010 groeide het netto verbruik van elektriciteit gemiddeld met 1,1% per jaar. In de periode 2010-2019 was er zelfs zo goed als geen groei (gemiddeld 0,04% per jaar), zie de grafiek hieronder.

Over 5 jaar komt naar verwachting meer dan 50% van de elektriciteit uit hernieuwbaar

Berkhout legt uit dat in 2019 nog maar 13% van de elektriciteit in Nederland uit wind en zon kwam en de rest uit kolen, gas, biomassa en kernenergie. Dat klopt, maar hij vertelt er niet bij dat over 5 jaar naar verwachting al meer dan de helft van de Nederlandse elektriciteitsproductie uit hernieuwbare bronnen zal komen en in 2030 tweederde. Hij vertelt er ook niet bij dat elektriciteitsproductie met kolen afgebouwd wordt en vanaf 2030 verboden.

Berkhout lijkt te denken dat een elektrische auto op waterstof rijdt

Berkhout heeft in een column van Ronald Plasterk gelezen dat met waterstof 70% energie verloren gaat. Berkhout denkt kennelijk dat elektrische auto’s op waterstof rijden want hij schrijft vervolgens: “Met de waterstofhype als ‘oplossing’ blijft er van die 13% slechts 4% over. Waar zijn we mee bezig?”. Volgens mij is Berkhout bezig elektrische auto’s en auto’s op waterstof door elkaar te gooien.

Berkhout durft vergelijking tussen elektrische auto en dieselauto kennelijk niet aan

Na wat onsamenhangende uitspraken over de milieuprestatie van elektrische auto’s schrijft Berkhout: “De allernieuwste dieselauto blijkt superzuinig te zijn, emitteert nauwelijks nog stikstofoxiden (NOx) en stoot veel minder CO2 uit (TNO). Wist u dat zo’n schone auto even weinig CO2 uitstoot als een jogger (95gr/km)?“. Ik weet niet wat er klopt van deze uitspraak, maar hij lijkt me niet zo relevant als je probeert te onderbouwen dat elektrische auto’s een slecht idee zijn. De relevante vraag is dan hoe een elektrische auto scoort ten opzichte van een auto op fossiele brandstof. Die kwestie is al uitgebreid onderzocht en bij de huidige elektriciteitsmix in Nederland is de CO2-uitstoot van elektrische auto’s over de hele levenscyclus al aanzienlijk lager dan van auto’s op benzine en diesel. De ANWB schrijft daarover bijvoorbeeld: ‘de elektrische auto [heeft] onder de streep 35 tot 55 procent minder CO2-uitstoot dan een vergelijkbare benzineauto’ en: ‘Onder aan de streep heeft een elektrische auto een lagere fijnstofuitstoot: circa 25 tot 40 procent lager dan die van een benzine- of dieselauto’. Meer details in dit wetenschappelijk artikel van Auke Hoekstra. Hij reageerde op twitter ook op de opinie van Berkhout. Op deze website van ‘Transport&Environment’ kunt u zelf de CO2-uitstoot over de hele levenscyclus van elektrische auto’s vergelijken met auto’s met een verbrandingsmotor. De milieuprestatie van elektrische auto’s in Nederland wordt komende jaren nog veel beter door de snelle groei van het aandeel hernieuwbare elektriciteit.

Maar hoe gaan die elektrische auto’s het stroomnet nou opblazen?

Berkhout belooft in de inleiding van zijn opinie dat hij “zal uitleggen dat we met de subsidiëring van elektrische auto’s ons mooie stroomnet opblazen”. Hij legt daar echter niets over uit. Het enige dat hij over dit onderwerp schrijft is: “Er wordt al jaren door TENNET gewaarschuwd dat het bestaande stroomnet al die nieuwe functies niet meer aan kan. De overheid speelt met vuur, want stroomstoringen zijn een ramp voor elke moderne samenleving“. Ik werk nu een jaar of 20 in de energiesector, waarvan het laatste jaar bij TenneT (de beheerder van het landelijke elektriciteitsnetwerk). Ik kan me niet herinneren dat TenneT gezegd heeft dat elektrische auto’s het stroomnet opblazen. Als onderdeel van de energietransitie verandert er veel in de elektriciteitsvoorziening en zeker ook in het netwerk. Dat brengt flinke uitdagingen met zich mee, maar dat elektrische auto’s niet ingepast kunnen worden in het stroomnet heb ik TenneT nooit horen beweren.

Wat heeft TenneT bijvoorbeeld wel over dit onderwerp gezegd en geschreven:

• TenneT COO Ben Voorhorst in De Telegraaf van 18 juni 2019: Als zon en wind in 2030 70% van onze stroom opwekken dan is leveringszekerheid bijvoorbeeld een uitdaging bij ‘Elfstedentochtweer’ met weinig zon en wind. Er is meer flexibiliteit nodig in het systeem. “Een voorbeeld is het laden van de elektrische auto. Het is niet fijn als iedereen om zes uur thuiskomt en om acht uur de batterij vol wil hebben. Dat kan ook gespreid over de nacht. Dat hoef je niet zelf te regelen, dat kunnen jouw energieleverancier en autofabrikant. En als je echt om middernacht weg moet, druk je op een knop: nu laden.”
• In het recente rapport ‘Monitoring Leveringszekerheid 2019‘ is TenneT uitgegaan van een toename van elektrische auto’s van 150.000 nu naar 1.500.000 in 2030.
• TenneT werkt aan platform waarmee huishoudens en eigenaren van bijvoorbeeld elektrische voertuigen de flexibele capaciteit van hun auto’s en huisbatterijen op de energiemarkten kunnen aanbieden voor de stabilisatie van het elektriciteitssysteem.

Kortom, ik ben erg benieuwd waar Berkhout gelezen heeft dat TenneT denkt dat elektrische auto’s het stroomnet opblazen.

Gemakzuchtig

Tussendoor heeft Berkhout ook nog beweert dat we niet weten wat we met afgedankte batterijen moeten doen. Weet u wat ik gedaan heb? Ik heb even gegoogeld op “afgedankte accu’s auto”. Het was 1 minuut werk om te ontdekken dat ook deze uitspraak van Berkhout niet klopt. Dit schrijft de ANWB erover: “Wat gebeurt er met de accu van een elektrische auto als deze zoveel achteruit is gegaan dat de actieradius te klein is geworden? Belandt deze dan op de schroothoop? Nee! Als een accu na lange tijd niet meer bruikbaar is in een auto, dan is hij nog steeds goed genoeg voor een tweede leven. Pas daarna wordt hij gerecycled en wel zodanig dat bijna alle grondstoffen kunnen worden hergebruikt”. NRC Handelsblad schreef in 2017 al over de recycling. NH Nieuws en Trouw schreven over een ondernemer die accu’s uit elektrische auto’s een tweede leven geeft. Ik ontdekte ook dat er een wettelijk regeling is over de inzameling en recycling van accu’s. De recycling is zeker niet zonder problemen, maar schrijven dat we niet weten wat we ermee moeten doen is op zijn minst gemakzuchtig. En dat is mijn conclusie over het hele stuk van Berkhout: gemakzuchtig en niet onderbouwd.

Bouw grote nieuwe Britse kerncentrale Sizewell C kost €24 miljard en duurt 9 tot 12 jaar

In Nederland wordt veel gepraat over de bouw van nieuwe kerncentrales, maar er zijn geen concrete plannen. Daarom is het moeilijk om in te schatten wat het zou kosten en hoe lang het zou duren. Ik denk dat het om die reden nuttig is om de ontwikkelingen in onze buurlanden te volgen. Deze week maakte EDF bekend dat de bouw van een grote nieuwe kerncentrale in het Engelse Sizewell naar verwachting 20 miljard pond gaat kosten. Volgens de planning in de milieueffectrapportage zal de centrale niet eerder dan 2032 operationeel zijn. Dit voorbeeld laat zien dat nieuwe kerncentrales een bijdrage kunnen leveren aan het verminderen van de CO2-uitstoot, maar dat het geen makkelijke of snelle oplossing is. 

Impressie van de beoogde nieuwe kerncentrale Sizewell C (bron: EDF Energy)

Nieuwe kerncentrale niet eerder dan 2032 operationeel

Deze week heeft EDF de documenten gepubliceerd voor de volgende stap in de vergunningverlening voor een nieuwe kerncentrale in het Engelse Sizewell. De centrale moet een kopie worden van de nieuwe kerncentrale die in aanbouw is in Hinkley Point en volgens de huidige planning in 2025 af zou moeten zijn. De centrale krijgt twee kernreactoren van het type EPR en totaal vermogen van 3340 MW.

De eerste inspraakronde voor deze nieuwe kerncentrale begon in 2012. Volgens EDF duurt de bouw 9 tot 12 jaar vanaf het moment dat alle noodzakelijke vergunningen verleend zijn. Volgens de samenvatting van de Milieueffectrapportage zou de eerste reactor 11 jaar na de definitieve investeringsbeslissing (FID) operationeel moeten zijn en de tweede reactor na 12 jaar, zie het schema hieronder.

Op dit moment is de definitieve investeringsbeslissing nog niet genomen. Het lijkt me dat de centrale dus niet eerder dan 2032 volledig operationeel zal zijn. In 2017 sprak de scheidend topman van EDF Energy de ambitie uit dat de nieuwe centrale in Sizewell in 2031 operationeel zou zijn. Voor zo ver ik weet heeft EDF nu geen jaartal genoemd.

Bouwkosten geraamd op 20 miljard pond

De Financial Times (betaalmuur) schreef deze week dat EDF (in dit document) de kosten van de nieuwe kerncentrale in Sizewell raamt op 20 miljard pond, omgerekend tegen de huidige wisselkoers ongeveer €24 miljard. Eerder stelde EDF de nieuwe kerncentrale in Sizewell met 20% lagere kosten te kunnen bouwen dan de nieuwe centrale in Hinkley Point omdat Sizewell C een kopie daarvan wordt. Op dat moment (in 2018) werden de bouwkosten van Hinkley Point C geraamd op bijna 20 miljard pond. In september 2019 meldde EDF dat de inschatting van de bouwkosten was opgelopen naar 21,5 tot 22,5 miljard pond, onder andere door tegenvallende bodemcondities. Dat maakt het vergelijken van de bouwkosten van de centrales lastig. Daarnaast meldt EDF dat in de kostenschatting voor Sizewell C de verwachte inflatie tijdens de bouwperiode is meegerekend terwijl de bouwkosten voor Hinkley Point C in ponden van 2015 wordt gerapporteerd. EDF stelt in het artikel in de Financial Times dat de bouwkosten van Sizewell C wel degelijk 20% lager zijn dan de huidige inschatting van de bouwkosten van Hinkley Point C als de inflatie verrekend wordt (een snelle berekening op de achterkant van een envelop lijkt te suggereren dat dat klopt).

Kostenreductie door vaker toepassen zelfde reactortype nog niet spectaculair

Het MIT concludeerde in 2018 in een uitgebreid rapport  dat kernenergie een belangrijke rol kan spelen bij het reduceren van de mondiale CO₂-uitstoot.  MIT stelde in het rapport dat nieuwe kerncentrales in de VS en West-Europa ’spectaculair gefaald’ zijn voor de test die MIT in het vorige rapport in 2009 formuleerde voor het op tijd en zonder grote kostenoverschrijdingen bouwen ervan (zie de grafiek hieronder uit het MIT-rapport). Volgens experts worden de hoge kosten onder andere veroorzaakt doordat in het Westen lange tijd geen nieuwe kerncentrales zijn gebouwd. Bovendien gaat het om nieuwe reactorontwerpen gaat die geplaagd worden door zogenaamde ‘First of a Kind’ problemen. MIT stelt dan ook dat de kosten van nieuwe kerncentrales in het Westen fors omlaag moeten om kernenergie een kosteneffectieve rol te laten spelen. Volgens MIT moet voor kostenreductie de focus niet liggen op het ontwerp van de reactor, maar vooral op de bouwmethode en op het verkorten van de bouwperiode. Standaardisatie van het ontwerp en dat vaak toepassen zou een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan lagere kosten. Dat EDF in Engeland nog een kerncentrale met EPR reactoren wil bouwen past in die filosofie. In China zijn inmiddels 2 reactoren van dit type in gebruik (Taishan 1 en 2) en in zowel Finland (Olkiluoto 3) als Frankrijk (Flamanville) zou op afzienbare termijn een centrale met EPR reactor in gebruik genomen moeten worden. De kernreactoren in Sizewell zouden respectievelijk de 7e en 8e van het type EPR worden. Voorlopig lijkt de kostenreductie door het vaker toepassen van hetzelfde reactortype nog niet spectaculair.

Verenigd Koninkrijk werkt aan nieuwe subsidiemodel voor kernenergie

Na het afsluiten van het contract voor Hinkley Point C ontstond in het Verenigd Koninkrijk een stevige discussie over de hoge kosten. De Britse overheid maakte duidelijk dat de kosten voor de volgende kerncentrales flink lager moeten. Daarnaast doet de Britse overheid onderzoek naar een nieuwe methode om nieuwe kerncentrales te financieren. Hinkley Point C wordt gesubsidieerd via een zogenaamd ‘contract-for-difference’ dat in het Verenigd Koninkrijk ook voor duurzame energie gebruikt wordt.  Daarbij krijgt de ontwikkelaar een vaste stroomprijs gegarandeerd. De overheid vergoed het verschil tussen die gegarandeerde stroomprijs en de daadwerkelijke marktprijs. Hinkley Point C krijgt van de overheid 35 jaar lang een gegarandeerde stroomprijs van omgerekend 11,8 eurocent voor elke geproduceerde kilowattuur elektriciteit, plus inflatiecorrectie. Dat is fors boven de huidige stroomprijs op de groothandelsmarkt. EDF verwacht dat de kerncentrale een levensduur 60 jaar zal hebben. Na afloop van het contract kan de centrale dan nog 25 jaar stroom leveren zonder subsidie. De Britse overheid is voor volgende kerncentrales niet bereid zulke hoge stroomprijzen te garanderen. Daarom overweegt de Britse overheid nu subsidiering van nieuwe kerncentrales via het zogenaamde ‘Regulated Asset Base model’. Daarbij zou de overheid vanaf de start van de bouw inkomsten garanderen voor de investeerders (dus al lang voordat er stroom wordt geleverd). Daardoor zijn de financiële risico’s voor investeerders minder groot en zijn de financieringskosten lager.  Het financiële risico van vertraging tijdens de bouw komt in dit model bij de overheid te liggen.

Wat kunnen we leren van deze plannen?

Als Sizewell C gebouwd wordt, dan is de nieuwe kerncentrale niet eerder dan 2032 volledig operationeel. Dat zou 20 jaar na de start van de eerste inspraakronde zijn. De vergunningverlening en uitwerken van het subsidiemodel kosten veel tijd en daarna zal de bouw volgens EDF 9 tot 12 jaar duren. Als we in Nederland een nieuwe kerncentrale van een vergelijkbaar type zouden willen realiseren, lijkt het logisch dat dat ook minstens 15 tot 20 jaar duurt vanaf het begin van het vergunningentraject.

De bouwkosten van een nieuwe kerncentrale zijn hoog. In het Verenigd Koninkrijk blijkt de bouw alleen mogelijk als de overheid bereid is voor een lange periode een hoge elektriciteitsprijs te garanderen of bereid is een aanzienlijk deel van de financiële risico’s op zich te nemen.

Wat mij betreft geen reden om niet naar kernenergie te kijken. Voor de benodigde reductie van de wereldwijde CO2-uitstoot moeten we zoveel mogelijk opties beschikbaar hebben. Maar dit voorbeeld laat wel zien dat het een illusie is om te denken dat nieuwe kerncentrales een makkelijke of snelle oplossing is.

IEA commentary on nuclear would benefit from a different graph

The International Energy Agency published a commentary on the difficult economic position of nuclear power. It includes a graph with the costs of different forms of power production. The graph uses outdated costs figures for offshore wind and solar PV, especially for a comparison with new nuclear power plants. I think the commentary would be stronger with a more realistic comparison or a different graph.

Yesterday, the International Energy Agency (IEA) published a commentary on the difficult economic position of nuclear power in the context of the Covid-19 crisis and the clean energy transition. As far as I can judge, the commentary gives a good summary of the status of nuclear power in the US and Europe. What surprised me was the graph which is included in the commentary (shown below).

Offshore wind farms in Europe have been auctioned at strike prices as low as $50/MWh

The costs for offshore wind shown in the graph look high and outdated for someone who has been involved in the developments in this sector in Europe. Offshore wind power has shown an impressive cost reduction in recent years. In the UK, the latest auction resulted in contracts for difference for offshore wind with strike prices as low as £39.65/MWh (approximately $50/MWh). In the Netherlands, two offshore wind farms have been auctioned without subsidy in 2018 and 2019. Recently, utility Vattenfall took the final investment decision for these 2 offshore wind farms which will have a joint capacity of 1500 MW and are scheduled to be fully operational in 2023.

Offshore wind LCOE $175/MWh in the IEA graph

Against this background, I was surprised to see a tweet from IEA director Fatih Birol which included this graph with the levelized cost of energy (LCOE) for offshore wind standing out  at $175/MWh. I therefore thought it was time to have a closer look at the data in the graph and compare them with other LCOE estimates.

Global weighted average offshore wind power LCOE was $115/MWh in 2019

A recent report by the International Renewable Energy Agency (IRENA) analysed the costs of renewable power generation. The graph below shows how the global weighted average LCOE of offshore wind declined from $161/MWh in 2010 to $115/MWh in 2019 according to the IRENA analysis. This data is for the year of commissioning. For the coming years, IRENA has calculated that the global weighted average auction price (note that this is not the same as a LCOE) is $82/MWh for projects which have been auctioned and will become operational by 2023.

IEA report on offshore wind shows same declining cost trend

IEA published a report on offshore wind power in November 2019. This report shows an overview of the LCOE of offshore wind and strike prices in Europe which shows the same trend as the IRENA data, see below.

The US is not the most logical reference for offshore wind LCOE in 2018

So why does the IEA graph in the nuclear commentary show a LCOE of $175/MWh for offshore wind? I think part of the answer is in the title of the graph which explains that it shows the LCOE by technology for the United States in 2018. In 2018, the US had 29 MW of offshore wind energy installed, compared to 4833 MW in Asia and 18766 MW in Europe, according to IRENA capacity statistics. With one small offshore wind project operational in 2018, the US does not make a very logical reference for the LCOE of offshore wind in that year. This will change since offshore wind is currently developing rapidly in the US.

Is the 2018 offshore wind LCOE a suitable reference for new nuclear power plants?

Another question with regard to the IEA graph could be whether the LCOE of renewable energy sources in 2018 is the most suitable reference for new nuclear power plants. For life time extension of existing nuclear power plants, one could argue that the current cost of renewables is a suitable reference. For new nuclear power plants however, I would say that given the long lead time, the costs of renewable energy technology will have developed further before the new plants becomes operational.

The IEA commentary includes a link to the report ‘Nuclear Power in a Clean Energy System‘ which IEA published in May 2019. It is interesting that in this report the LCOE of new nuclear power plants is compared to other technologies for 2040, as is shown in the graph below. For the US, the report shows an offshore wind power LCOE of $110/MWh for 2040 and $90/MWh for Europe.

Interesting to note that the IEA report on offshore wind which was published half a year later already showed significantly lower LCOEs for 2040:  $80/MWh for the US and $70/MWh for Europe. Both reports used a weighted average cost of capital of 8%.

Is LCOE of $100/MWh for solar pv not on the high side as well?

When I looked at the IEA graph in the commentary in more detail, I started wondering about the LCOE for solar pv as well. The graph shows a LCOE for solar pv of $100/MWh. This seems high for utility-scale pv. IRENA reports a LCOE of $68/MWh for utility-scale pv in the US in 2019. Lazard gives a range of $32-42/MWh for thin film utility-scale solar pv in the US. One might of course argue that the cost for residential and commercial sector solar pv are much higher (IRENA gives a range of $112-171/MWh depending on location). I would however say that utility-scale pv is the most relevant comparison for nuclear power plants.

Conclusion

I would say that the graph which is included in the IEA commentary raises more questions than it answers. As you can see, it distracted me from the real issue of the commentary. I would say the commentary would be stronger with a different graph.

 

Hoeveel CO2 kost al dat materiaal van een windpark op zee eigenlijk?

Voor de bouw van een windpark op zee is veel materiaal nodig. Vooral veel staal. De vraag is hoeveel CO2 er vrijkomt bij de productie van al die materialen. En of dat opweegt tegen de elektriciteitsproductie van het windpark. Over de hele levenscyclus van windenergie op zee -dus inclusief de productie van alle materialen- is de uitstoot van broeikasgassen ongeveer 10 gram CO2-equivalent per geproduceerde kilowattuur (kWh) elektriciteit. Dat is veel lager dan voor kolenstroom (ca. 1000 gram CO2/kWh) of elektriciteit uit aardgas (ca. 450 gram CO2/kWh). Over de hele levenscyclus gerekend is de CO2-uitstoot van stroom uit een windturbine dus ongeveer 100 keer lager dan van stroom uit een kolencentrale. De CO2-uitstoot voor de bouw van een windpark op zee is daardoor in minder dan een jaar tijd ‘terugverdiend’.

Binnenkant van de stalen fundering voor een offshore windturbine (foto: Ørsted)

Alle onderdelen van windpark op zee meegenomen

Er worden al jarenlang uitgebreide levenscyclusanalyses gemaakt van alle vormen van elektriciteitsproductie. Daarbij wordt de belasting van het milieu in detail berekend ‘van de wieg tot het graf’. Voor een windpark op zee worden daarbij alle onderdelen meegenomen, zie de figuur hieronder. Het gaat natuurlijk om de windturbines en de funderingen, maar ook om de kabels naar het transformatorstation op zee, het transformatorstation op zee, de kabels naar de kust en het transformatorstation op land.

Onderdelen van windpark op zee die worden meegenomen in levenscyclusanalyse en hun bijdrage aan de totale uitstoot van broeikasgassen over de levensduur (bron: SiemensGamesa)

 

Voor elk onderdeel van het windpark wordt berekend welke materialen ervoor gebruikt worden en hoe die materialen geproduceerd of gewonnen worden. Ook de bouw en het onderhoud van het windpark wordt meegenomen in de berekeningen. Net als de ontmanteling van het windpark aan het eind van de levensduur.

Belangrijkste bijdrage aan CO2-voetafdruk komt van de materiaalproductie

In de figuur hierboven is te zien dat de grootste bijdrage aan de uitstoot van broeikasgassen komt van de funderingen (37% in een studie van SiemensGamesa voor een windpark op zee met turbines van 8 MW) en de masten (17%) van de windturbines. Die onderdelen zijn van staal en bij de productie van staal komt veel CO2 vrij.

De grafiek hieronder laat zien dat de uitstoot van broeikasgassen voor een windpark op zee vooral veroorzaakt wordt door de productie van de gebruikte materialen. De bijdrage van de productie van de onderdelen van het windpark, van de installatie en van het beheer en onderhoud van het windpark is veel kleiner. De ontmanteling van het windpark levert een CO2-besparing op doordat veel van de materialen hergebruikt kunnen worden en daarmee de productie van nieuwe materialen uitsparen.

Bijdrage per levensfase aan de totale uitstoot van broeikasgassen over de levensduur van een windpark op zee met turbines van 8 MW (bron: SiemensGamesa)

In de volgende grafiek is te zien wat de bijdrage van de verschillende materialen is aan de uitstoot van broeikasgassen. Zoals gezegd is staal verreweg de belangrijkste.

Bijdrage van verschillende materialen aan de uitstoot van broeikasgassen over de levensduur van een windpark op zee (bron: SiemensGamesa)

Totale CO2-voetafdruk van windenergie op zee

Uiteraard is de CO2-voetafdruk per geproduceerde kilowattuur elektriciteit voor windenergie op zee afhankelijk van een aantal factoren zoals:

• Diepte van de zee (hoe dieper, hoe meer staal nodig is voor de funderingen)
• Het type fundering (voor een funderingspaal ofwel ‘monopile’ is minder staal nodig dan voor een ‘jacket’). Nederlandse windturbines op zee worden tot nu toe allemaal geïnstalleerd op monopiles.
• Afstand tot de kust (hoe verder, hoe langer de kabels)
• De grootte van de windturbines (hoe groter, hoe meer elektriciteitsproductie)
• Windsnelheid (hoe harder het gemiddeld waait, hoe meer elektriciteitsproductie)

De totale uitstoot van broeikasgassen voor windenergie op zee met funderingen op monopiles ligt volgens verschillende levenscyclusanalyses tussen de 6 en 14 gram CO2-equivalent per geproduceerde kilowattuur elektriciteit. Verschillende studies laten zien dat de CO2-voetafdruk lager is voor grotere turbines. Dat komt doordat de elektriciteitsproductie van grotere windturbines meer toeneemt dan het materiaalgebruik.

• Analyse door Amerikaanse onderzoeksinstituut NREL in 2012 van een groot aantal levenscyclusanalyses gaf een mediane CO2-voetafdruk van 14 gram CO2-equivalent per kWh voor windenergie op zee. De offshore windturbines waren destijds nog aanzienlijk kleiner (vermogen van 1 tot 3 MW) dan nu.
• Deze Deense website laat op een kaart de berekende CO2-voetafdruk zien van alle windturbines die er in 2016 in Denemarken stonden. Voor de offshore windturbines die er toen in Denemarken stonden komt de wetenschappelijke analyse uit op een gemiddelde CO2-voetafdruk van 13,6 gram CO2-equivalent per kWh. Ook hier gaat om offshore windturbines van de vorige generatie (met een vermogen van 1 tot 3,6 MW per stuk).
• Een wetenschappelijk artikel van Bonou et al. uit 2016 kwam voor een offshore windturbine van 4 MW op 11 gram CO2-equivalent per kWh geproduceerde elektriciteit en voor een offshore windturbine van 6 MW op 8 gram CO2-equivalent per kWh.
• SiemensGamesa berekende in de eerder genoemde studie voor een windpark op zee met turbines van 8 MW een CO2-voetafdruk van 6 gram CO2-equivalent per kWh.

Toegift voor de liefhebber

De Deense studie laat zien dat de CO2-voetafdruk van windenergie in Denemarken sinds 1980 sterk gedaald is doordat windturbines groter werden en de capaciteitsfactor hoger, zie de grafiek hieronder.

Gaat er 11,4 miljard euro subsidie naar bijstoken van biomassa in kolencentrales?

Korte antwoord: nee.

In de Telegraaf schreef oud-minister Ronald Plasterk deze week “Wij besteden als land 11,4 miljard euro subsidie aan het ombouwen van kolencentrales naar centrales voor biomassa. Dat is gemiddeld 671 euro per persoon.”

Dat getal klopt niet. Plasterk zit er minimaal een factor 3 naast. De maximale subsidie voor de bij- en meestook van biomassa in kolencentrales is namelijk niet 11,4 miljard euro zoals Plasterk schrijft, maar maximaal 3,5 miljard euro. Zie onderstaande tabel uit deze brief (pdf) van minister Wiebes aan de Tweede Kamer.

De bedragen in de tabel zijn de maximale uitgaven over de looptijd van de subsidie. In het geval van bij- en meestook van biomassa is dat 8 jaar. De totale waarde van de subsidiebeschikking is het maximale bedrag als de stroomprijs gedurende hele looptijd op laagste niveau ligt. De minister schrijft in de genoemde brief dat er uitgegaan kan worden dat de daadwerkelijk uitgaven circa 2/3 van het maximum zal zijn.

U kunt in de tabel ook zien dat de totale waarde van subsidiebeschikkingen voor allerlei soorten biomassa veel hoger is dan de 3,5 miljard euro voor bij- en meestook in kolencentrales. Plasterk heeft het in zijn column echter nadrukkelijk over kolencentrales.

Om nog wat preciezer te zijn: de subsidie is niet voor de ombouw van kolencentrales, maar voor het produceren van elektriciteit door het bij- of meestoken van biomassa. Het is dus niet een bedrag dat in een keer wordt uitbetaald, maar gedurende de looptijd van de subsidie en afhankelijk van de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit en de elektriciteitsprijs.

U kunt zeggen dat het niet om het bedrag gaat, maar om de vraag of we subsidie moeten verstrekken aan het bij- en meestoken van biomassa in kolencentrales. Dat kan. Ik vind op mijn beurt dat een columnist die het totale subsidiebedrag centraal zet in zijn column, de moeite moet nemen om even het goede getal op te zoeken. Zeker als het een oud-minister is.