CE Delft 220235 Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050

—

Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 Uiteenzetting mogelijke scenario’s en afweging

Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 Uiteenzetting mogelijke scenario’s en afweging

Dit rapport is geschreven door: Joeri Vendrik, Heleen Groenewegen, Frans Rooijers Delft, CE Delft, februari 2023 Publicatienummer: 22.220235.197 Energievoorziening / Duurzame energie / Toekomst / Scenario’s / Kosten / Baten / Locaties / Effecten / Klimaatneutraal Opdrachtgever: Stichting Windalarm, Nederlandse Vereniging Omwonenden Windturbines (NLVOW) Alle openbare publicaties van CE Delft zijn verkrijgbaar via www.ce.nl Meer informatie over de studie is te verkrijgen bij de projectleider Joeri Vendrik (CE Delft) © copyright, CE Delft, Delft

CE Delft Committed to the Environment CE Delft draagt met onafhankelijk onderzoek en advies bij aan een duurzame samenleving. Wij zijn toonaangevend op het gebied van energie, transport en grondstoffen. Met onze kennis van techniek, beleid en economie helpen we overheden, NGO’s en bedrijven structurele veranderingen te realiseren. Al meer dan 40 jaar werken betrokken en kundige medewerkers bij CE Delft om dit waar te maken.

1

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Inhoud Samenvatting

4

1

Inleiding 1.1 Wat zijn de aanleiding en het doel van het onderzoek? 1.2 Wat onderzoeken we? 1.3 Leeswijzer

8 8 9 9

2

Wat zijn mogelijke scenario’s voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050? 2.1 Hoe groot is de potentie van de verschillende CO2-vrije energiebronnen? 2.2 Wat zijn mogelijke scenario’s voor 2050? 2.3 Wat is de impact van verschillende scenario’s op energie-infrastructuur?

11 11 13 24

3

Wat zijn de effecten op de klimaatdoelstelling voor 2030? 3.1 Hoeveel extra CO2-vrije energie is nodig in 2030? 3.2 Wat is de potentie van CO2-vrije energiebronnen in 2030? 3.3 Wat is het effect van de scenario’s op het behalen van de klimaatdoelstelling voor 2030?

27 27 28 29

4

Wat is het effect op de maatschappelijke kosten? 31 4.1 Wat verstaan we onder maatschappelijke kosten? 31 4.2 Wat zijn de maatschappelijke kosten van verschillende energiebronnen? 32 4.3 Wat zijn de totale maatschappelijke kosten voor de verschillende scenario’s in 2050? 38 4.4 Wat zijn de maatschappelijke kosten van CO2-vrije energiebronnen in 2030? 41

5

Wat is het effect op de importbehoefte van Nederland? 5.1 Wat zijn de afwegingen tussen zelf produceren en importeren van energie? 5.2 Hoe groot is de importbehoefte bij elk scenario?

43 43 44

6

Gevoeligheidsanalyses 6.1 Krimp energie-intensieve industrie in Nederland 6.2 Krimp internationale scheeps- en luchtvaart in Nederland 6.3 Meer vollasturen wind op zee en wind op land 6.4 Grotere potentie wind op zee 6.5 Uitstellen klimaatdoelstelling 2030 naar 2031

46 48 51 52 54 55

7

Conclusies 7.1 Mogelijke scenario’s klimaatneutraal energiesysteem 2050 7.2 Haalbaarheid klimaatdoelstelling 2030 7.3 Afwegingen

56 56 58 59

Literatuur

2

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

61

A

Modellering energiescenario’s A.1 Werking model A.2 Optimalisatie energieproductie

63 63 65

B

Aannames kostenberekeningen B.1 Externe kosten B.2 Overige resultaten

70 70 73

C

Resultaten scenario’s C.1 Resultaten scenario Internationale Sturing C.2 Maatschappelijke kosten C.3 Gevoeligheidsanalyses

77 77 79 81

3

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Samenvatting Nederland heeft de doelstelling om zijn uitstoot van broeikasgassen in 2030 met ten minste 55% terug te brengen ten opzichte van 1990. In 2050 moet Nederland helemaal klimaatneutraal zijn. In een klimaatneutraal energiesysteem wordt uitsluitend gebruik gemaakt van CO2-vrije energiebronnen. Om deze doelen te behalen is een forse toename van de productie van CO2-vrije energie noodzakelijk. Hernieuwbare elektriciteitsproductie op land, in de vorm van windmolens op land en zonneparken, dragen flink bij aan het verduurzamen van de Nederlandse elektriciteitsproductie. Op dit moment wordt ruim 10% van de Nederlandse elektriciteitsvraag met deze bronnen geproduceerd (PBL, 2022). Maar door de snelle uitrol van windparken op zee en zon op dak ontstaat de vraag of extra windmolens op land en zonneparken, boven op de doelstelling van 35 TWh vanuit de RES, noodzakelijk zijn voor het behalen van de klimaatdoelstellingen. Of dat de verhoogde klimaatdoelstelling voor 2030 en de klimaatdoelstelling voor 2050 ook behaald kunnen worden zonder verdere groei van deze energiebronnen. Het doel van dit onderzoek is om een beeld te schetsen op welke wijze de 2030- en 2050doelen gehaald kunnen worden, met en zonder extra wind op land en zonneparken. En om de afwegingen tussen de verschillende energiebronnen in kaart te brengen.

Voor 2050 kunnen de klimaatdoelstellingen ook gehaald worden zonder extra wind en zon op land. Wind op zee en zon op dak (met of zonder kernenergie) in combinatie met regelbare waterstofcentrales en import van waterstof is voldoende. Er is dus ruimte om keuzes te maken tussen verschillende energiebronnen. Er zijn verschillende combinaties van energiebronnen denkbaar voor de invulling van de toekomstige energievraag, met elk zijn eigen maatschappelijke voor- en nadelen. Aangezien investeringen in duurzame energie voor een lange periode gedaan worden, is het wenselijk om hier snel keuzes in te maken. Voor de doelstelling voor 2030 is het lastiger om te kiezen tussen verschillende bronnen, omdat er op korte termijn een sterke groei is van de vraag naar elektriciteit en de groei van wind op zee naar verwachting niet verder versneld kan worden en kerncentrales niet binnen deze termijn gerealiseerd kunnen worden. De keuze is daarom beperkt tot wind op land plus zon, maximaal zon op dak, indien mogelijk tijdelijk meer waterstof importeren en/of verschuiven van de doelstelling naar 2031, wanneer een extra hoeveelheid wind op zee ter beschikking komt.

Scenario’s voor 2050 Er zijn drie scenario’s ontwikkeld die alle drie in 2050 aan de verwachte energievraag van circa 650 TWh voldoen: 1. Extra windmolens op land en zonneparken. Het opgestelde vermogen aan windmolens op land en zonneparken komt bovenop de RES-doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. 2. Extra wind op zee en zon op dak. Geen groei van het opgestelde vermogen aan windmolens op land en zonneparken na het behalen van de RES-doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. In plaats daarvan wordt maximaal ingezet op extra zon op dak en infrastructuur (binnen de grenzen van wat efficiënt gebruikt kan worden in het energiesysteem) en wordt een groter aandeel van de energie van windparken op zee gebruikt voor de elektriciteitsvoorziening; in plaats van productie van groene waterstof.

4

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

3. Kernenergie. Geen groei van het opgestelde vermogen aan windmolens en zonneparken na het behalen van de RES-doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. Er wordt in dit scenario ook niet maximaal ingezet op zon op dak. In plaats daarvan worden kerncentrales geplaatst. De belangrijkste conclusies uit de scenario’s zijn: — Er zijn voldoende binnenlandse energiebronnen om aan de directe elektriciteitsvraag van 240 TWh te voldoen, voor elk van de scenario’s. Door ongelijktijdigheid van vraag en aanbod zijn opslag van energie, conversie van overschotten in elektriciteit en productie met regelbare waterstofcentrales nodig. — Naast elektriciteit is er in 2050 naar verwachting een forse vraag naar waterstof en synthetische brandstoffen (in totaal 270 TWh). Deze vraag komt voornamelijk vanuit internationale luchtvaart (50 TWh) en scheepvaart (150 TWh) en de industrie (50 TWh vanuit raffinage, kunstmest, chemie, staal en overige industrie). Deze brandstoffen kunnen deels in Nederland geproduceerd worden, maar er is ook import noodzakelijk. De hoeveelheid import verschilt per scenario. — Het is niet efficiënt om meer dan 100 GW aan zon (op dak, infrastructuur of veld) in te passen in het energiesysteem. Extra productie kan amper gebruikt worden om de elektriciteitsvraag in te vullen, er ontstaan dan voornamelijk extra overschotten.

Deze overschotten kunnen opgeslagen worden in batterijen of omgezet worden in waterstof, maar beide opties zijn bij zon erg duur. 100 GW aan zon kan naar verwachting volledig ingevuld worden met zon op daken en infrastructuur. — Bij extra windmolens op land hoeft een kleiner aandeel van de windparken op zee gebruikt te worden voor elektriciteitslevering en kunnen op zee meer waterstof of synthetische brandstoffen gemaakt worden. In essentie komt het dus neer op een afweging tussen extra windmolens op land en meer import van synthetische brandstoffen. Door de extra windmolens bij het scenario Extra wind op land en zonneparken, is 25 TWh minder import nodig (ongeveer 4% van de totale energievraag). Hiervoor is 12 GW wind op land extra nodig (ongeveer 2.000 windmolens van 6 MW).

5

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Behalen 2030-doelen Om de klimaatdoelstellingen voor 2030 te halen, is naar verwachting ruim 40 TWh extra CO2-vrije energieproductie nodig bovenop de huidige plannen voor 2030. Deze extra CO2vrije energie is nodig om extra elektrificatie te kunnen faciliteren en de verwachte verplichting vanuit de EU voor elke lidstaat om in 2030 50% van het industriële waterstofverbruik in het land te vergroenen. Voor 2030 geldt dat de tijd bepalend is welke technieken in de nog zeven resterende jaren gerealiseerd kunnen worden om de doelen (van het kabinet én van de EU) te halen. Een nog verdergaande versnelling van de uitrol van windparken op zee voor 2030 is niet realistisch. Daardoor zijn andere bronnen nodig om deze doelstelling te halen, of is het nodig de doelstelling naar achteren te verschuiven. De belangrijkste bronnen die deze extra energie kunnen leveren zijn zon op dak, zonneparken, wind op land en import van groene waterstof. In het illustratieve pakket van ‘Alles uit de kast’ is 10 TWh extra hernieuwbare opwek op land nodig (Werkgroep Extra Opgave, 2022). Voor de scenario’s Extra wind op zee en zon op dak en Kernenergie, waarbij geen extra wind op land en zonneparken gerealiseerd worden, zou dit ingevuld moeten worden met extra grootschalige zon op dak. Om dit te kunnen realiseren is stimulering van extra zon op dak nodig. Hierbij ontstaan meer overschotten van elektriciteit.

Het is de verwachting dat niet alle benodigde groene waterstof in Nederland geproduceerd wordt. De verwachte elektriciteitsvraag voor elektrolysers is 14 TWh, uitgaande van de ambitie van 4 GW aan elektrolysers. De verwachte elektriciteitsvraag is dan ongeveer 180 TWh. In dat geval is 15 TWh extra CO 2-vrije elektriciteitsproductie in Nederland nodig in 2030. Er is in dat geval dus wel import van groene waterstof nodig om het doel van 50% groene waterstof te halen, terwijl de ontwikkeling van een mondiale markt voor groene waterstof voor 2030 onzeker is. Bij maximaal 4 GW elektrolysers in Nederland, zou in het illustratieve pakket van ‘Alles uit de kast’ niet per se extra wind en zon op land nodig zijn.

Maatschappelijke kosten De scenario’s zijn verschillend qua maatschappelijke kosten. Bij maatschappelijke kosten worden naast financiële kosten en baten (voor gebruiker of producent) ook externe kosten en baten (voor de gehele samenleving) meegenomen. De negatieve effecten van wind en zon op land op omwonenden vertalen zich in een daling van huizenprijzen van nabijgelegen woningen. Deze externe kosten zijn in grote mate afhankelijk van de locatie en de mate van clustering van de windmolens en zonneparken. Bij een grote mate van clustering in dunbevolkte gebieden zijn er veel minder externe kosten. Dit heeft vanuit maatschappelijke kostenperspectief dus de voorkeur. In vergelijking met de totale productiekosten van elektriciteit zijn de daaraan gerelateerde externe kosten relatief beperkt. Maar als alleen naar verschillen in kosten tussen de scenario’s gekeken wordt, dan spelen de externe kosten wel een significante rol. Het scenario Extra wind op zee en zon op dak lijkt de laagste totale maatschappelijke kosten voor energieproductie te hebben. Dit is in grote mate afhankelijk van het verschil in kosten tussen binnenlandse productie met windmolens op land en import van waterstof of synthetische brandstoffen. Het is de verwachting dat import van waterstof of synthetische brandstoffen goedkoper uitvalt dan binnenlandse productie.

Alleen als de binnenlandse import van waterstofproducten of synthetische brandstoffen relatief duur wordt ten opzichte van binnenlandse productie, dan heeft het scenario Extra wind op land en zonneparken mogelijk iets lagere maatschappelijke kosten.

6

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Importbehoefte De keuze voor CO2-vrije energiebronnen heeft ook impact op de importbehoefte van energie in Nederland. In elk van de scenario’s zijn de binnenlandse bronnen voldoende om te voldoen aan de elektriciteitsvraag en ook de binnenlandse waterstofvraag, met name vanuit de industrie, kan hiermee gedekt worden. Er is echter onvoldoende binnenlandse productie van energie om ook de vraag naar synthetische brandstoffen voor de internationale lucht- en scheepvaart te dekken. Hier is in elk scenario import voor nodig. In het scenario Extra wind op zee en zon op dak is Nederland meer afhankelijk van import van energie uit het buitenland (30% van de totale energievraag), doordat een kleiner aandeel van de binnenlandse CO2-vrije bronnen benut worden. In de scenario’s Extra wind op land en zonneparken en Kernenergie is importbehoefte van synthetische brandstoffen iets lager (25% van energie). Bij kernenergie is wel import van uranium noodzakelijk.

Gevoeligheidsanalyses Er zijn verschillende mogelijke ontwikkelingen en politieke keuzes die niet meegenomen zijn in de scenario’s en de doorrekeningen daarvan, maar die wel relevant zijn voor de afweging om wel of geen extra windmolens en zonneparken op land te plaatsen. Om de effecten van deze ontwikkelingen in te schatten, zijn gevoeligheidsanalyses uitgevoerd voor 2030 en 2050. Er is onzekerheid over de totale potentie voor energieproductie met windmolens op de Noordzee. Mogelijk valt deze hoger uit dan aangenomen in de scenario’s, doordat een hoger aantal vollasturen en een groter vermogen aan windmolens mogelijk is. Bij een hoger aantal vollasturen zou de productie van de geplande windmolens op zee (en op land) hoger uitvallen en zou richting 2030 minder extra CO2-vrije energie nodig zijn (6 TWh minder). Daarnaast kunnen maatschappelijke keuzes die leiden tot krimp van de omvang van de industrie en de omvang van de internationale lucht- en scheepvaart in Nederland zorgen voor een fors lagere energievraag in Nederland, met name naar waterstof en synthetische brandstoffen. Hierdoor is 14 TWh minder CO2-vrije energie nodig in 2030. In het illustratieve pakket van alles uit de kast is dan geen extra hernieuwbare opwek op land nodig.

Tot slot is gekeken naar de effecten van het opschuiven van de verwachte doelstelling voor 50% groene waterstof in de industrie van 2030 naar 2031, aangezien in 2031 4 GW extra wind op zee beschikbaar komt. Bij het opschuiven van de doelstelling is minder extra CO 2vrije energieproductie nodig in 2030 (18 TWh minder). Het uitstellen van de klimaatdoelstelling van 2030 naar 2031 is een keuze die Nederland niet zelf kan maken. Hiervoor moet Nederland afspraken maken Europese Unie, en of Nederland toestemming hiervoor krijgt is onzeker. Daarnaast kunnen deze keuzes en ontwikkelingen ertoe leiden dat minder import noodzakelijk is in 2050, met name de keuzes die leiden tot een krimp van de energievraag in Nederland. De verschillen tussen de drie scenario’s veranderen niet door deze maatschappelijke keuzes. Dit betekent dat het uitsluiten van wind op land altijd leidt tot meer importbehoefte. Bij de maatschappelijke keuzes die effect hebben op krimp van bepaalde sectoren, spelen meer afwegingen dan alleen de effecten op de klimaatdoelstellingen en importbehoefte. Dit onderzoek gaat niet in op deze afwegingen, alleen van de effecten indien dit zou gebeuren.

7

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

1 Inleiding 1.1

Wat zijn de aanleiding en het doel van het onderzoek? Nederland heeft de doelstelling om zijn uitstoot van broeikasgassen in 2030 met tenminste 55% terug te brengen ten opzichte van 1990. In 2050 moet Nederland helemaal klimaatneutraal zijn. Om deze doelen te behalen is een forse toename van de productie van CO2-vrije energie noodzakelijk. Hernieuwbare elektriciteitsproductie op land, in de vorm van windmolens op land en zonneparken, dragen op dit moment flink bij aan het verduurzamen van de Nederlandse elektriciteitsproductie. Dat komt mede omdat in het verleden met name is ingezet op wind op land door het historisch kostenvoordeel van wind op land. Maar door de snelle uitrol van windparken op zee en zon op dak ontstaat de vraag of extra windmolens op land en zonneparken, boven op de doelstelling van 35 TWh vanuit de RES, echt noodzakelijk zijn voor het behalen van de klimaatdoelstellingen. Of dat de verhoogde klimaatdoelstelling voor 2030 en de klimaatdoelstelling voor 2050 ook behaald kunnen worden zonder verdere groei van deze energiebronnen op land. Het doel van dit onderzoek is om een beeld te schetsen op welke wijze de 2030- en 2050doelen gehaald kunnen worden, met en zonder extra wind op land en zonneparken. In een klimaatneutraal energiesysteem wordt uitsluitend gebruik gemaakt van CO 2-vrije energiebronnen.

Er zijn verschillende manieren waarop de toekomstige energievraag ingevuld kan worden. Daarom werken we verschillende scenario’s uit voor 2030 en 2050. Daarnaast brengen we de afwegingen tussen verschillende CO2-vrije energiebronnen zoals wind op land, zonneparken, wind op zee, zon op dak of import van waterstof in kaart. Hiermee dient dit onderzoek als input voor verdere maatschappelijke en politieke discussie. De relevante punten van afweging zijn het effect op de klimaatdoelstelling voor 2030, effecten op de omgeving, maatschappelijke kosten, en importbehoefte. De hoofdvraag die we in dit onderzoek beantwoorden, is: Hoe kunnen de klimaatdoelen voor 2030 en 2050 behaald worden, met en zonder extra windmolens op land en zonneparken, en wat zijn de afwegingen tussen de verschillende CO2-vrije energiebronnen? Om de hoofdvraag te beantwoorden, hebben we de volgende vier deelvragen geformuleerd: 1. Wat zijn mogelijke scenario’s voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050? 2. Hoe kan het tussentijdse klimaatdoel voor 2030 behaald worden, met en zonder extra windmolens op land en zonneparken? 3. Wat zijn de maatschappelijke kosten van de verschillende scenario’s? 4. Wat is het effect van de scenario’s op de importbehoefte van Nederland? Bij de afweging tussen CO2-vrije energiebronnen spelen ook sociale overwegingen.

Wind en zon op land kunnen zorgen voor verminderd draagvlak voor de energietransitie, aangezien ze door omwonenden als last worden ervaren. Dit geldt een stuk minder voor wind op zee, zon op daken en import van energie. Lokaal eigenaarschap van windmolens op land, zon op daken en zonneparken kan mogelijk ook sociale voordelen opleveren. Zo kan het bijdragen aan de gemeenschapszin van lokale gemeenschappen, voordelen opleveren voor lokale

8

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

economieën en bijdragen aan een eerlijkere verdeling van de opbrengsten van de energietransitie (Horstink, L. et al., 2019). Tegelijkertijd kan het bij onvoldoende draagvlak en rechtvaardige verdeling van lusten en lasten, ook leiden tot tweespalt in lokale gemeenschappen. De sociale aspecten zijn verder niet onderzocht in dit onderzoek.

1.2

Wat onderzoeken we? Om de eerste deelvraag, Wat zijn mogelijke scenario’s voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050?, te beantwoorden stellen we scenario’s op voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050. We brengen de potentie van verschillende CO 2-vrije energiebronnen (inclusief import van CO2-vrije energie) in kaart en stellen vervolgens drie scenario’s op. We stellen scenario’s op met extra windmolens en zonneparken op land en scenario’s zonder extra zonneparken en windmolens op land. In elk van de scenario’s gaan we uit van realisatie van de ambitie van 35 TWh hernieuwbare opwek op land vanuit de RES. Alle scenario’s gaan uit van het halen van de doelstelling klimaatneutraal in 2050. Vervolgens kijken we hoe het tussentijdse klimaatdoel om de uitstoot van broeikasgassen in 2030 met 55% terug te brengen ten opzichte van 1990 behaald kan worden, met en zonder extra windmolens op land en zonneparken. Na het in kaart brengen op welke wijze de 2030- en 2050-doelen gehaald kunnen worden, brengen we de afwegingen in kaart. We werken de afwegingen uit voor de scenario’s voor 2050. We maken een inschatting van het effect van wind op land en zonneparken op de totale maatschappelijke kosten van het energiesysteem.

We kijken hierbij niet alleen naar de directe kosten voor het energiesysteem (productiekosten en overige systeemkosten), maar ook naar de externe kosten van verschillende energiebronnen, die veroorzaakt worden door de effecten van de energiebronnen op de omgeving. We brengen de maatschappelijke kosten van verschillende energiebronnen en de totale maatschappelijke kosten van de scenario’s in kaart. Hiermee beantwoorden we de vierde deelvraag: Wat is het effect op de maatschappelijke kosten? Tot slot brengen we het effect van de verschillende scenario’s op importbehoefte van energie van Nederland in kaart. Door niet alle binnenlandse CO2-vrije energiebronnen in te zetten, moet Nederland mogelijk meer energie importeren. We bepalen de importbehoefte van energie van Nederland voor de verschillende scenario’s en beantwoorden daarmee de vijfde deelvraag: Wat is het effect op de importbehoefte van Nederland? We werken enkele gevoeligheidsanalyses uit om de effecten van mogelijke keuzes of ontwikkelingen, die niet meegenomen worden in onze scenario’s, te bespreken. Dit gaat om krimp van de energie-intensieve industrie in Nederland, krimp van de internationale luchten scheepvaart, een hoger aantal vollasturen voor windmolens op land en op zee, een hogere potentie voor wind op zee en het opschuiven van de doelstelling van 2030 naar 2031.

1.3

Leeswijzer Dit rapport bevat de volgende hoofdstukken: — In Hoofdstuk 2 beschrijven we de scenario’s voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050. — In Hoofdstuk 3 bespreken we de effecten van de scenario’s op het behalen van de klimaatdoelstelling voor 2030.

9

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

— In Hoofdstuk 4 bespreken we de maatschappelijke kosten van verschillende CO2-vrije energiebronnen en vergelijken we de totale maatschappelijke kosten van de scenario’s. — In Hoofdstuk 5 bespreken we de importbehoefte van de verschillende scenario’s. — In Hoofdstuk 6 werken we enkele gevoeligheidsanalyses uit. — In Hoofdstuk 7 volgen de conclusies. — De Bijlagen bevatten uitgebreide omschrijvingen van de modellering van de energiescenario’s (Bijlage A), de kostenberekeningen (Bijlage B) en de resultaten van het scenario Internationale Sturing (Bijlage C).

10

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

2 Wat zijn mogelijke scenario’s voor een klimaatneutraal energiesysteem in 2050? In 2050 moet Nederland helemaal klimaatneutraal zijn. Om deze doelen te behalen moet meer CO2-vrije energie geproduceerd worden. Hiervoor kunnen extra windmolens en zonneparken op land gebruikt worden, maar er zijn ook alternatieven. In dit hoofdstuk brengen we de potentie van verschillende CO 2-vrije energiebronnen (inclusief import van CO2-vrije energie) in kaart. Vervolgens stellen we verschillende scenario’s op voor het energiesysteem 2050. We stellen scenario’s op met extra windmolens en zonneparken op land en scenario’s zonder extra zonneparken en windmolens op land. Alle scenario’s gaan uit van het halen van de doelstellingen voor het terugbrengen van de uitstoot van broeikasgassen. Voor elk van de scenario’s maken we een inschatting van de effecten op de benodigde energie-infrastructuur (inclusief energieopslag). Voor het opstellen van de scenario’s modelleren we het complete energiesysteem. In dit model bepalen we vraag en aanbod van alle energiedragers voor elk uur van het jaar. Zo maken we de wisselwerking tussen verschillende energiebronnen met verschillende productieprofielen inzichtelijk. We optimaliseren de omvang van de productie van de verschillende CO2-vrij energiebronnen in de scenario’s.

Een uitgebreide omschrijving van de modellering van het energiesysteem is te vinden in Bijlage A.

2.1

Hoe groot is de potentie van de verschillende CO2-vrije energiebronnen? Om de klimaatdoelstellingen te halen moet voldoende CO2-vrije energie beschikbaar zijn. Dit gaat met name om CO2-vrije elektriciteit (voor direct gebruik of voor productie van waterstof), maar ook duurzame warmte en productie van groengas kunnen bijdragen aan het halen van de klimaatdoelstellingen. Door het gebruik van duurzame warmte en groengas, bijvoorbeeld in de gebouwde omgeving, is minder CO 2-vrije elektriciteit nodig. We hoeven in de toekomst niet alle CO2-vrije energie zelf te produceren. Het zal naar verwachting in de toekomst mogelijk zijn om CO2-vrije energie te importeren, waarschijnlijk in de vorm van waterstof of afgeleide producten van waterstof, zoals methanol, ammoniak of synthetische brandstoffen (bijvoorbeeld kerosine). Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste CO 2-vrije energiebronnen en geeft een indicatie van het ruimtelijk potentieel voor deze bronnen1. De tabel laat zien dat er forse potentie is voor verschillende soorten zon-pv, al is het nog onzeker of al deze potentie (economisch) gerealiseerd kan worden.

________________________________ 1

Er is niet onderzocht of dit potentieel ook economisch rendabel is. Het kan zijn dat sommige vormen van energieproductie erg duur zijn. Dit geldt met name voor bepaalde vormen van zon-pv.

11

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Tabel 1 – Potentieel CO2-vrije energiebronnen Energiebron

Potentieel vermogen

Potentiële productie

Toelichting en bron

Wind op zee

70-100 GW

315-450 TWh

Het is de verwachting dat in ieder geval 60 tot 70 GW wind op zee haalbaar is (DNV.GL, 2020), maar uit recent onderzoek volgt dat mogelijk tot 100 GW wind op zee mogelijk is als ook natuurgebieden en militaire zones gebruikt worden (Taminiau & van der Zwaan, 2022). Bij de potentiële productie gaan we uit van 4.500 vollasturen, zie kader hieronder.

Wind op land

30-60 GW

90-180 TWh

Dit is afhankelijk van hoe wind op land ingepast wordt. Bij opstellingen waar meer rekening gehouden wordt met de inpassing of koppeling met andere ruimtelijke opgaves is het potentieel naar verwachting 30 GW. Bij opstellingen waar hier minder rekening mee wordt gehouden 60 GW. (Generation.Energy & PosadMaxwan, 2020) Bij de potentiële productie gaan we uit van 3.000 vollasturen, zie kader hieronder.

Zonneparken op land

2.900 GW

2.600 TWh

(Generation.Energy, 2021)

Zon op binnenwater

530 GW

500 TWh

(Generation.Energy, 2021)

Zon op dak/gevel woningen

100 GW

80 TWh

(Generation.Energy, 2021)

Zon op dak/gevel overige gebouwen

130 GW

100 TWh

(Generation.Energy, 2021)

Zon op infrastructuur

750 GW

650 TWh

Deze cijfers geven het totale ruimtelijk inpasbare potentieel voor zon op infrastructuur. Het is echter de verwachting dat het in de praktijk lastig zal zijn om al dit potentieel te realiseren. In de scenario’s van Generation Energy wordt uitgegaan van maximale benutting van 7,7% van het potentieel voor zon op infra (58,5 GW/49 TWh). (Generation.Energy, 2021)

Zon op zee

6.400 GW

5.700 TWh

(Generation.Energy, 2021)

Kernenergie

8,3 GW

72 TWh

Duurzame warmte (geothermie, restwarmte)

Groengas

32 TWh

2 bcm/17,5 TWh

Binnen huidige aangewezen gebieden in Borssele en Maasvlakte. (Delft., C. & Pondera Consult, 2023) Dit komt overeen met de productie van duurzame warmte in het klimaatneutrale 2050 scenario Regionale Sturing, waarin maximaal ingezet wordt op het gebruik van duurzame warmte. We nemen aan dat dit de maximale hoeveelheid duurzame warmte is die realistisch gezien ingezet kan worden. (Berenschot & Kalavasta, 2020) (CE Delft, 2020b)

Import groene water- Totale omvang onbekend, stof maar vermoedelijk ruim voldoende voor energievraag Nederland

12

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Vollasturen wind op zee en wind op land Windmolens produceren elektriciteit op momenten dat het waait. De hoeveel elektriciteit die geproduceerd kan worden per MW-windmolen wordt uitgedrukt in het aantal vollasturen. Het aantal vollasturen hangt onder meer af van de locatie van de windmolen (aan de kust waait het vaker dan in het binnenland) en van de techniek (hogere, nieuwe windmolens produceren meer per MW). In onze analyses gaan we uit van 3.000 vollasturen voor wind op land en 4.500 vollasturen voor wind op zee, conform de officiële berekeningen van het PBL. Er is echter discussie of het aantal vollasturen in de praktijk niet hoger ligt. We bespreken de effecten van meer vollasturen voor wind op zee en wind op land op de energiebalans in 2030 en 2050 in een gevoeligheidsanalyse in Paragraaf 6.2.

2.2

Wat zijn mogelijke scenario’s voor 2050? In deze paragraaf omschrijven we hoe een klimaatneutraal energiesysteem in 2050 eruit ziet, met en zonder extra windmolens en zonneparken op land. Eerst omschrijven we de verwachte ontwikkeling van de energievraag. Vervolgens beschrijven we hoe deze energievraag ingevuld kan worden, met verschillende scenario’s. Tot slot tonen we de totale energiebalans voor elk van deze scenario’s.

2.2.1 Hoe ontwikkelt de energievraag zich richting 2050? Het energiesysteem moet in 2050 klimaatneutraal zijn. Dit betekent dat er uitsluitend gebruik gemaakt moet worden van CO2-vrije energiebronnen (of dat de vrijgekomen CO2 afgevangen wordt). Het is nog onzeker hoe een klimaatneutraal energiesysteem in 2050 eruit gaat zien. Sommige dingen zijn zeker, bijvoorbeeld dat elektrificatie in een groot deel van de sectoren de meest logische verduurzamingsoptie is en dat er daardoor fors meer elektriciteitsvraag gaat komen. Maar in sommige sectoren is het nog onduidelijk hoe de verduurzaming eruit gaat zien. Gaan we daar vooral inzetten op elektrificatie of gaat waterstof een grote rol spelen? Dit zijn vragen waar nu nog geen antwoord op is. Daarom hanteren we twee scenario’s voor de energievraag in 2050. Deze scenario’s zijn gebaseerd op de klimaatneutrale scenario’s van de integrale infrastructuurverkenning II3050 (Berenschot & Kalavasta, 2020). Elk van deze scenario’s gaat uit van een klimaatneutraal energiesysteem in 2050, alleen de invulling hiervan verschilt. Hieronder volgt een korte beschrijving van de twee scenario’s die in dit onderzoek gebruikt worden: 1. Scenario Nationale Sturing. De sturing van de energietransitie ligt grotendeels bij de rijksoverheid.

Dit scenario gaat uit van met maximale elektrificatie in alle sectoren en een industrie, luchtvaart en scheepvaart die in omvang ongeveer gelijk blijven. Dit scenario komt overeen met het scenario Nationale Sturing van de integrale infrastructuurverkenning II3050 (Berenschot & Kalavasta, 2020). 2. Scenario Internationale Sturing. Dit scenario gaat uit van een volledig open internationale mondiale markt en krachtig klimaatbeleid op mondiaal niveau. Er is veel internationale handel. Dit leidt tot een groei van de energie-intensieve industrie. Dit scenario gaat uit van relatief veel gebruik van waterstof, naast substantiële elektrificatie, en een groei van de industrie, luchtvaart en scheepvaart. Dit scenario komt overeen met het scenario Internationale Sturing van de integrale infrastructuurverkenning II3050 (Berenschot & Kalavasta, 2020). In het hoofdrapport werken we alleen het scenario Nationale Sturing uit. De resultaten voor het scenario Internationale Sturing zijn te vinden in Bijlage C.

13

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Beide scenario’s gaan uit van een gelijke omvang of groei van de meeste industriële sectoren in Nederland, met uitzondering van de raffinagesector en de kunstmestsector. In de scenario’s is wel een krimp van die sectoren voorzien aangezien de vraag naar de producten van deze sectoren afneemt door verduurzaming. Maar de omvang van andere sectoren blijft gelijk of groeit. Deze scenario’s nemen dus aan dat er geen industrie uit Nederland vertrekt. Dit is echter geen zekerheid. In de toekomst kan in sommige landen vermoedelijk een stuk goedkoper CO2-vrije energie, zoals waterstof, geproduceerd worden dan in Nederland. Dit kan betekenen dat een deel van de energie-intensieve industrie in Nederland vertrekt naar die landen. We doen in Paragraaf 6.1 een gevoeligheidsanalyse om de effecten van krimp van de industrie in Nederland in te schatten. Figuur 1 geeft de finale energievraag per energiedrager, inclusief gebruik van energiedragers als grondstof2. Het figuur laat zien dat het grootste deel van de energievraag komt van waterstof of producten afgeleid van waterstof, zoals synthetische brandstoffen (voor met name lucht- en scheepsvaart). Figuur 1 – Totale energievraag scenario Nationale Sturing

Figuur 2 geeft een opsplitsing van de elektriciteitsvraag per sector, exclusief elektriciteitsvraag voor waterstofproductie met elektrolyse. Het grootste deel van de elektriciteitsvraag komt van de industrie, maar ook de gebouwde omgeving heeft een forse elektriciteitsvraag door het gebruik van warmtepompen.

________________________________ 2

Bij de finale energievraag tellen we alleen de energie mee die door de eindgebruiker gebruikt wordt en niet de energievraag voor de productie van andere energiedragers, zoals de elektriciteitsvraag voor elektrolysers die waterstof produceren of de waterstofvraag voor waterstofcentrales die elektriciteit produceren. We maken geven de finale energievraag om dubbeltellingen te voorkomen. De energievraag voor het produceren van andere energiedragers en de energieverliezen nemen we wel mee in de modellering.

14

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Figuur 2 – Totale elektriciteitsvraag scenario Nationale Sturing

Figuur 3 en Tabel 2 geven een opsplitsing van de waterstofvraag per sector, exclusief de waterstofvraag voor elektriciteitsproductie met waterstofcentrales. Het grootste deel van de waterstofvraag in 2050, zo’n 75%, komt vanuit de internationale lucht- en scheepvaart. Deze waterstof wordt gebruikt voor de productie van synthetische brandstoffen zoals kerosine. De overige waterstofvraag komt vooral uit de industrie en dan met name vanuit de sectoren Raffinage, Chemie en Kunstmest (ook met krimp in de sectoren Raffinage en Kunstmest)3. Tabel 2 – Waterstofvraag scenario Nationale Sturing Sector

Waterstofvraag (TWh)

Luchtvaart

47

Internationale scheepvaart

151

Mobiliteit overig

19

Kunstmestindustrie

9

Raffinage

14

Chemische industrie

17

Staalindustrie

0

Overige industrie

11

Totaal

268

________________________________ 3

In het scenario wordt geen waterstofvraag aangenomen voor de staalindustrie, aangezien aangenomen wordt dat de verduurzaming van de staalindustrie via een andere verduurzamingsroute gaat. Tata Steel heeft ondertussen echter aangekondigd te kiezen voor groene waterstof. Hiermee wordt de waterstofvraag in 2050 onderschat. De verwachte waterstofvraag van Tata Steel is ongeveer 13 TWh (Noordzeekanaalgebied, 2022).

15

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Figuur 3 - Totale waterstofvraag scenario Nationale Sturing

2.2.2 Hoe kan deze energievraag ingevuld worden? De toekomstige energievraag moet ingevuld worden met CO2-vrije energiedragers. Er zijn verschillende manieren waarop deze energievraag ingevuld kan worden. Er kunnen keuzes gemaakt worden in hoeverre deze energievraag ingevuld wordt met meer of minder binnenlandse productie, of voor import, en welke binnenlandse bronnen je dan wilt gebruiken. We stellen drie scenario’s op voor de invulling van de energievraag. In elk van de scenario’s nemen we aan dat de ambitie van de RES voor 35 TWh hernieuwbare opwek op land gerealiseerd wordt. En in elk van de scenario’s nemen we aan dat de ambitie van 70 GW wind op zee in 2050 gerealiseerd wordt4. Het is de verwachting dat een deel van deze windenergie gebruikt wordt voor de productie van waterstof. We maken een inschatting welk deel van de energie van windparken op zee nodig is voor het invullen van de elektriciteitsvraag. De rest van de windenergie wordt ingezet voor waterstofproductie. We onderscheiden de volgende drie scenario’s: 1. Extra windmolens op land en zonneparken. In deze variant gaan we uit van groei van het opgestelde vermogen aan windmolens op land en zonneparken bovenop de doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. 2. Extra wind op zee en zon op dak.

In deze variant gaan we ervanuit dat er geen groei komt van het opgestelde vermogen aan windmolens op land en zonneparken na het behalen van de doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. In plaats daarvan wordt maximaal ingezet op zon op dak (binnen de grenzen van wat efficiënt gebruikt ________________________________ 4

Dit betekent dat er minder waterstof geproduceerd kan worden met de windparken op zee als je een groter aandeel van deze energie nodig hebt voor de elektriciteitsvoorziening. Uit recent onderzoek volgt dat er mogelijk tot 100 GW wind op zee gerealiseerd kan worden (zie Paragraaf 2.1). De effecten hiervan bespreken we in een gevoeligheidsanalyse in Paragraaf 6.4.

16

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

kan worden in het energiesysteem) en wordt een groter aandeel van de energie van windparken op zee gebruikt voor de elektriciteitsvoorziening. 3. Kernenergie. In deze variant gaan we ervanuit dat er geen groei komt van het opgestelde vermogen aan windmolens en zonneparken na het behalen van de doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. Er wordt in dit scenario ook niet maximaal ingezet op zon op dak. In plaats daarvan worden kerncentrales geplaatst. In elk van deze scenario’s gaan we uit van zoveel mogelijk productie van elektriciteit met wind, zon en kernenergie (binnen de voorwaarden van de scenario’s), totdat het niet meer efficiënt is om extra vermogen van deze bronnen toe te voegen omdat een groot deel van de extra productie dan niet meer direct gebruikt kan worden voor de invulling van de elektriciteitsvraag. Deze optimalisatie van de hoeveelheid wind, zon en kernenergie is te vinden in Bijlage A. Nadat we de inzet van wind, zon en kernenergie voor elk scenario bepaald hebben, berekenen we het volledige energiesysteem met een jaarrondrekening op uurbasis (zie onderstaand kader). Een uitgebreide beschrijving van deze modellering is te vinden in Bijlage A.

Modellering energiesysteem Het is niet voldoende om op jaarbasis evenveel hernieuwbare elektriciteit op te wekken als je gebruikt. Vraag en aanbod van elektriciteit moeten namelijk op elk moment in het jaar in evenwicht zijn. Dit betekent dat bijvoorbeeld 1 kWh wind niet gelijk staat aan 1 kWh zon. En wind op zee heeft ook een ander productiepatroon dan wind op land. De productiepatronen van de verschillende bronnen nemen we mee door middel van een jaarrondrekening op uurbasis. Figuur 4 geeft een illustratie van de balans tussen vraag en aanbod van elektriciteit voor een willekeurige dag in 2050.

Figuur 4 – Illustratie uurlijkse balans vraag en aanbod elektriciteit voor willekeurige dag in het jaar

Voor elk scenario hebben we een zo optimaal mogelijke verdeling van de niet-regelbare CO2-vrije bronnen bepaald. Vervolgens bepalen we de inzet van deze niet-regelbare CO2-vrije bronnen op elk uur van het jaar en

17

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

vergelijken we dit met de elektriciteitsvraag op dat uur. Batterijopslag wordt ingezet om op korte termijn (binnen een dag) vraag en aanbod van elektriciteit zo goed mogelijk te matchen, maar dat is niet voldoende. Op sommige uren hou je dan tekorten aan elektriciteit. In Figuur 4 gebeurt dit in de ochtend- en avonduren, als de totale productie onder de lijn van de elektriciteitsvraag blijft. De resterende tekorten aan elektriciteit, na inzet van batterijen, worden in 2050 ingevuld met regelbare waterstofcentrales. Overschotten van elektriciteit worden omgezet in waterstof middels elektrolyse. Deze waterstof wordt vervolgens weer omgezet door waterstofcentrales in elektriciteit ten tijde van tekorten. Figuur 4 zijn er in de middag overschotten van elektriciteit, als de totale productie boven de lijn van de elektriciteitsvraag uitkomt.

Figuur 5 – Schematische weergave energiemodel elektriciteit en waterstof

Figuur 6 geeft een overzicht van de elektriciteitsproductie voor de scenario’s. Tabel 3 geeft een overzicht van de achterliggende cijfers.

18

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Figuur 6 – Elektriciteitsproductie scenario’s Nationale Sturing

Tabel 3 – Opgesteld vermogen en productie elektriciteit scenario’s Nationale Sturing Techniek

Opgesteld vermogen (GW)

Productie (TWh)

Extra hernieuwbare opwek op land

Extra wind op zee en zon op dak

Kernenergie

Extra hernieuwbare opwek op land

Extra wind op zee en zon op dak

Kernenergie

Wind op zee (elektrisch)

27,5

32,5

27,5

124

146

124

Wind op land

20

7,5

7,5

60

23

23

Zon op dak/infra

50

100

50

41

83

41

Zon op veld

57

7

7

48

6

6

Kernenergie

0

0

8,3

0

0

72

Waterstofcentrales

34

34

26

53

53

33

326

311

299

Totaal

De belangrijkste bevindingen van de elektriciteitsproductie van de drie scenario’s zijn: — In elk van deze scenario’s komt het grootste deel van de elektriciteitsproductie van windparken op zee. In elk scenario wordt 70 GW wind op zee gerealiseerd, maar in het scenario Extra wind op zee en zon op dak wordt een groter deel van deze energie gebruikt als elektriciteit (overig deel als waterstof). — In het scenario Extra wind op land en zonneparken wordt 37 TWh (ruim 12 GW, 2.000 windmolens à 6 MW) extra wind op land geplaatst, bovenop de reeds geplande 23 TWh. — In het scenario Extra wind op land en zonneparken wordt ongeveer 100 GW/90 TWh zon (op dak en op veld) gerealiseerd. Bij het scenario Extra wind op zee en zon op dak wordt ook ongeveer 90 TWh zon gerealiseerd, maar met een groter aandeel op dak of op infrastructuur. Er is meer potentie voor zonnepanelen (zie Tabel 1), maar meer zon kan niet efficiënt gebruikt worden in het energiesysteem. De extra zonneparken bij het

19

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

scenario Extra wind op land en zonneparken hebben een extra ruimtebeslag van circa 500 km2 (50.000 hectare). — Bij het scenario Kernenergie wordt het maximale potentieel voor kernenergie binnen de huidige aangewezen gebieden in Borssele en op de Maasvlakte (8 GW, 72 TWh) gerealiseerd. — De inzet van waterstofcentrales wordt bepaald door de modellering van vraag en aanbod van elektriciteit op uurbasis. — De totale productie is niet gelijk in alle scenario’s. Dat komt doordat de elektriciteitsproductie niet op alle momenten in het jaar direct gebruikt kan worden voor de invulling van de elektriciteitsvraag (de overige productie kan wel gebruikt worden voor productie van waterstof). In het scenario Kernenergie kan het grootste deel van de elektriciteitsproductie direct gebruikt worden en is daardoor de minste elektriciteitsproductie nodig. In het scenario Extra wind op land en zonneparken kan de minste elektriciteit direct gebruiken en is in totaal de meeste elektriciteitsproductie nodig (15 TWh extra ten opzichte van het scenario Extra wind op zee en zon op dak). Dit komt doordat een systeem met meer wind op zee in plaats van wind op land (beiden in combinatie met zon) beter aansluit op de elektriciteitsvraag.

Dit komt doordat wind op zee een meer gelijkmatig productiepatroon heeft en wind op zee en zon minder vaak tegelijk energie produceren dan wind op land en zon (CE Delft, 2021).

2.2.3 Hoe ziet de totale energiebalans er uit voor verschillende scenario’s? Elektriciteit Vraag en aanbod van energie moeten in evenwicht zijn, op elk uur van het jaar en voor elke energiedrager. Bij elektriciteit kunnen vraag en aanbod in balans worden gebracht met opslag van batterijen, import en export van elektriciteit, curtailment en elektrolyse (bij overschotten van elektriciteit) en met waterstofcentrales (bij tekorten van elektriciteit).

Import en export van elektriciteit Het Nederlandse elektriciteitsnet is verbonden met de elektriciteitsnetten van België, Duitsland, Denemarken, Noorwegen en het Verenigd Koninkrijk. Het is de verwachting dat de capaciteit voor uitwisseling van elektriciteit met het buitenland toeneemt. Uitwisseling van elektriciteit met het buitenland kan bijdragen aan het balanceren van vraag en aanbod van elektriciteit in Nederland. Het is niet de verwachting dat Nederland structureel elektriciteit zal importeren of exporteren. Hoe de uitwisseling van elektriciteit in 2050 eruit zal zien is afhankelijk van mondiale prijsontwikkelingen en ontwikkelingen in het buitenland en daarom lastig te voorspellen. Vanwege de onzekerheid, en aangezien er naar verwachting geen structurele netto import of export plaatsvindt, nemen we import en export van elektriciteit niet mee in de modellering.

Figuur 7 geeft de elektriciteitsbalans op jaarbasis5. Het figuur laat zien dat er op jaarbasis zowel overschotten als tekorten van elektriciteit zijn. Bij de elektriciteitsbalans nemen we alleen de energie mee die ingevoed wordt op het elektriciteitsnet of die direct achter de meter gebruikt wordt in de vorm van elektriciteit. De productie van elektriciteit van windparken op zee, die direct omgezet wordt in waterstof, nemen we hierin niet mee. Dit nemen we mee bij de waterstofbalans. ________________________________ 5

Batterijen leveren netto geen bijdrage aan de elektriciteitsbalans op jaarbasis, aangezien ze de energie die ze opnemen op een later moment weer leveren (de verliezen worden buiten beschouwing gelaten). Daarom wordt opslag van batterijen niet meegenomen in de elektriciteitsbalans op jaarbasis. Opslag van batterijen wordt wel meegenomen voor de elektriciteitsbalans op uurbasis en heeft daarmee impact op de omvang van de overschotten van elektriciteit en de productie van waterstofcentrales.

20

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

De belangrijkste conclusies van de elektriciteitsbalans zijn: — De omvang van de overschotten zijn het grootst bij het scenario Extra wind op land en zonneparken, aangezien daar minder productie direct gebruikt kan worden voor het invullen van de elektriciteitsvraag (zoals eerder besproken in Paragraaf 2.2.2). Daardoor is meer elektriciteitsproductie en meer opslag van elektriciteit met batterijen nodig. — De totale elektriciteitsvraag ligt bij dit scenario 15 TWh hoger dan bij het scenario Extra wind op zee en zon op dak en 25 TWh hoger dan bij het scenario Kernenergie. — De extra productie in het scenario Extra wind op land en zonneparken kan gebruikt worden voor de productie van waterstof, maar hierbij vinden wel conversieverliezen plaats. Figuur 7 – Elektriciteitsbalans op jaarbasis

Waterstof De waterstofvraag in 2050 komt vooral vanuit de internationale lucht- en scheepvaart. Deze waterstof wordt dan gebruikt voor de productie van synthetische brandstoffen, ongeveer 75%. Daarnaast wordt waterstofvraag voorzien vanuit de industrie en overige mobiliteit (zie Figuur 3). Waterstof wordt geproduceerd door middel van elektrolyse6. We nemen twee vormen van elektrolyse mee: elektrolyse van overschotten van elektriciteit en directe elektrolyse van windenergie op zee (en transport naar land in de vorm van waterstof). Waterstof is nodig voor productie van elektriciteit van waterstofcentrales, productie van synthetische brand________________________________ 6

We nemen aan dat er in 2050 alleen groene waterstof geproduceerd wordt, dus met elektrolyse van CO 2-vrije elektriciteit. In principe kan er in een klimaatneutraal energiesysteem ook blauwe waterstof geproduceerd worden, dus met aardgas en afvang van de CO2-emissies. Maar dit nemen we niet mee, aangezien we het niet aannemelijk vinden dat dit in 2050 gebeurt.

21

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

stoffen voor de internationale lucht- en zeevaart en voor directe waterstofvraag (met name vanuit de industrie). Zie ook Tabel 2. Ook voor waterstof moeten vraag en aanbod op elk uur in het jaar in evenwicht zijn. Bij waterstof kunnen vraag en aanbod in balans worden gebracht met waterstofopslag en import- en export. Waterstofopslag wordt ingezet voor de balancering van vraag en aanbod gedurende het jaar. Import van waterstof is noodzakelijk om tekorten van waterstof op te vangen, aangezien er onvoldoende waterstof geproduceerd kan worden in Nederland om de totale waterstofvraag (inclusief synthetische brandstoffen) in te vullen. Figuur 8 geeft een overzicht van de waterstofbalans voor de Nationale Sturing-scenario’s. De belangrijkste conclusies van de waterstofbalans zijn: — In elk scenario is netto import van waterstof of synthetische brandstoffen nodig. In het scenario Extra wind op zee en zon op dak is de meeste import nodig. Dit komt doordat in dit scenario de totale energieproductie in Nederland het kleinst is. Door minder windmolens op land is extra wind op zee nodig voor het invullen van de elektriciteitsvraag en die energie kan dan niet meer gebruikt worden om waterstof en synthetische brandstoffen te produceren.

— De totale waterstofvraag (inclusief synthetische brandstoffen) is het laagst in het scenario Kernenergie, doordat er minder inzet van waterstofcentrales nodig is (zie Paragraaf 2.2.3 ‘Elektriciteit’). Figuur 8 – Waterstofbalans op jaarbasis

22

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Totale energiebalans Figuur 9 geeft een overzicht van de totale energiebalans op jaarbasis voor de Nationale Sturing-scenario’s. Dit overzicht bevat de totale energievraag per energiedrager, de energieproductie per bron7, de conversieverliezen en de (netto-)import. De belangrijkste conclusies voor de totale energiebalans zijn: — De doorrekeningen van de scenario’s zonder extra wind en zon op land laten zien dat het in principe mogelijk is om in 2050 een klimaatneutraal energiesysteem te hebben zonder extra windmolens en zonneparken, bovenop de doelstelling van 35 TWh hernieuwbare opwek op land. Het gat dat valt door het niet gebruiken van deze energiebronnen kan worden ingevuld met kernenergie of met extra import van energie (in de vorm van waterstof of synthetische brandstoffen). Het is de verwachting dat al deze opties haalbaar zijn voor 2050. — De directe energievraag is gelijk voor elk scenario, maar bij het scenario Extra wind op land en zonneparken is meer productie nodig omdat er meer conversieverliezen zijn doordat minder energie direct gebruikt kan worden8. Dit komt doordat bij dit scenario vraag en aanbod van elektriciteit minder goed op elkaar aansluiten dan bij andere scenario’s. In totaal is in het scenario Extra wind op land en zonneparken 650 TWh aan energieproductie nodig.

Dit is 10 TWh meer productie dan bij het scenario Extra wind op zee en zon op dak en 20 TWh meer dan bij het scenario Kernenergie. — De totale import, in de vorm van waterstof of synthetische brandstoffen, is het grootst bij het scenario Extra wind op zee en zon op dak. De totale import is 25 TWh meer dan bij het scenario Extra wind op land en zonneparken en 35 TWh meer dan bij het scenario Kernenergie.

________________________________ 7

8

In dit overzicht geven we de totale energieproductie van deze bronnen, inclusief de mogelijke conversieverliezen als deze energie omgezet wordt in een andere energiedrager. Bij de productie van waterstof vanuit windparken op zee geven we dus de energiewaarde van de geproduceerde/gebruikte elektriciteit, niet de energiewaarde van de geproduceerde waterstof. De conversieverliezen vinden plaats bij de omzetting van de ene energiedrager naar een andere energiedrager (bijvoorbeeld energieverliezen bij de omzetting van elektriciteit naar waterstof met elektrolysers). De energieverliezen bij eindgebruikers zijn hierin niet meegenomen, deze vallen onder de directe energievraag.

23

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

Figuur 9 – Totale energiebalans op jaarbasis

2.3

Wat is de impact van verschillende scenario’s op energie-infrastructuur? In de toekomst zijn forse investeringen in energie-infrastructuur nodig om alle energie te kunnen transporteren van de productielocaties richting de afnemers. Er zijn forse uitbreidingen van het elektriciteitsnet nodig, zowel van de hoogspanningsnetten als van de regionale distributienetten, om de elektrificatie van de energievraag en de productie van hernieuwbare energie te kunnen faciliteren. De huidige aardgasinfrastructuur moet in de toekomst (gedeeltelijk) worden omgebouwd om waterstof te kunnen transporteren. Om de energie van windmolens van op zee naar land te brengen zijn gelijkstroomkabels (bij elektrische aanlanding) of buisleidingen (bij aanlanding in vorm van waterstof) nodig. Voor een robuust energiesysteem, waar op elk moment in het jaar de benodigde energie kan worden afgenomen, zijn in de toekomst daarnaast forse hoeveelheden opslag van energie (van zowel elektriciteit en waterstof) en conversie van energie (regelbare elektriciteitsproductie en elektrolyse) noodzakelijk. Ook dit beschouwen we als energie-infrastructuur.

24

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

In deze paragraaf bespreken we de effecten van de verschillende scenario’s op de benodigde energie-infrastructuur. Hoeveel en welke nieuwe energie-infrastructuur nodig is in de toekomst, hangt af van de precieze invulling van het energiesysteem en verschilt tussen onze scenario’s. Het is echter niet mogelijk om dit kwantitatief te bepalen. Dit hangt namelijk ook in grote mate af van de ruimtelijke uitwerking van de scenario’s, dus waar komt hernieuwbare opwek op land terecht, plaats je windmolens en zonneparken op land verspreid door het land of cluster je het op enkele locaties, waar komt windenergie van zee aan land, waar plaats je je kerncentrales? En als je het effect op de energie-infrastructuur goed wilt inschatten is een detaildoorrekening nodig van netbeheerders. Daarom bespreken we de effecten kwalitatief en in algemene zin. Het is niet mogelijk om de verschillende effecten tegen elkaar af te wegen, aangezien de omvang afhangt van de ruimtelijke uitwerking. De belangrijkste effecten van de scenario’s op de benodigde energie-infrastructuur zijn: — Er is meer elektriciteitsinfrastructuur op zee nodig als meer wind op zee ingezet wordt voor de elektriciteitsvoorziening. Daartegenover staat dat er in dat geval minder waterstofinfrastructuur nodig is.

Maar elektriciteitsinfrastructuur is een stuk duurder dan waterstofinfrastructuur, dus de totale kosten voor energie-infrastructuur op zee zijn in dat geval hoger. Dit geldt voor het scenario Extra wind op zee en zon op dak. De kosten voor aanlanding van wind op zee worden meegenomen in de productiekosten. — De verschillen tussen de productiescenario’s hebben vooral impact op de benodigde elektriciteitsinfrastructuur op land. De effecten op de andere soorten energieinfrastructuur op land, zoals waterstofinfrastructuur, is beperkt. — Er zijn uitbreidingen aan de elektriciteitsinfrastructuur op land nodig om nieuwe windmolens en zonneparken op land aan te sluiten. Mogelijk zijn er naast de aansluitingen van windmolens en zonneparken ook nog verdere uitbreidingen nodig. Hoeveel uitbreidingen nodig zijn, is zwaar afhankelijk van de ruimtelijke invulling van de extra windmolens en zonneparken. Hoe beter bij de keuze voor productielocaties rekening gehouden wordt met aansluiten bij de vraag en bij de reeds beschikbare capaciteit, hoe minder uitbreidingen van het elektriciteitsnet nodig zijn. Dit effect geldt voor het scenario Extra wind op land en zonneparken. — Zonnepanelen op daken of op infrastructuur zijn vaak relatief kleine projecten.

Daarom worden deze aangesloten op het laagspanning- of middenspanningsnet, terwijl zonneparken aangesloten worden op het middenspanningsnet of direct op het hoogspanningsnet. Dit leidt tot fors meer belasting op deze lage spanningsniveaus. Hierdoor zijn significant meer uitbreidingen van de laagspannings- en middenspanningsnetten noodzakelijk, als er extra zonnepanelen op daken of op infrastructuur geplaatst worden, bovenop de uitbreidingen die nodig zijn door de toenemende elektriciteitsvraag van warmtepompen en elektrisch transport. De extra uitbreidingen kunnen beperkt worden door slimme koppeling tussen opwek en vraag, bijvoorbeeld met slim laden van auto’s, en door met energieplanologie te sturen op locaties waar de minste netuitbreidingen nodig zijn, maar deze extra uitbreidingen kunnen niet helemaal voorkomen worden. Bij zonneparken zijn aansluitingen nodig, maar deze investeringen zijn kleiner dan de investeringen die nodig zijn bij extra zon op daken, aangezien het om grotere projecten gaat. Dit effect geldt voor het scenario Extra wind op zee en zon op dak. — Ook als er geen extra windmolens op land en zonneparken bijkomen zijn forse uitbreidingen aan de elektriciteitsinfrastructuur nodig, voor het faciliteren van elektrificatie van de vraag. In algemene zin zijn echter minder uitbreidingen van het

25

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

elektriciteitsnet op land nodig wanneer elektriciteit geleverd wordt door grootschalige bronnen (zoals kernenergie, wind op zee of regelbare centrales) dan wanneer deze elektriciteit geleverd wordt door kleinere bronnen (zoals windmolens op land, zonneparken, zon op dak). Dit is wel afhankelijk van de locaties van grootschalige bronnen, aangezien inefficiënte locaties van grootschalige bronnen ervoor kunnen zorgen dat forse uitbreidingen aan het hoogspanningsnet nodig zijn (zie ook het volgende punt). — Of uitbreidingen aan de elektriciteitsinfrastructuur nodig zijn bij de plaatsing van kerncentrales hangt af van de locaties van deze centrales. Als deze geplaatst worden op locaties waar al veel aanbod van elektriciteit is, zoals aanlandingslocaties van wind op zee, kan dit er toe leiden dat forse uitbreidingen van het hoogspanningsnet noodzakelijk zijn. Maar als kerncentrales geplaatst worden op locaties met weinig aanbod van en veel vraag naar elektriciteit, is dit naar verwachting niet het geval en is in totaal minder nieuwe elektriciteitsinfrastructuur nodig dan bij de scenario’s zonder kernenergie. Het hangt dus van de locatiekeuze van kerncentrales af of er meer of minder nieuwe elektriciteitsinfrastructuur nodig is bij het scenario Kernenergie. — Bij het scenario Kernenergie sluit de vraag van elektriciteit op uurbasis het beste aan bij het aanbod van elektriciteit.

Daarom is er bij deze scenario’s het minste opslag en conversie van elektriciteit, met batterijen en elektrolysers, nodig. Bij het scenario Extra wind op land en zonneparken sluit de productie het minst goed aan bij de vraag en is de meeste opslag van elektriciteit nodig.

26

220235 - Nut en noodzaak extra wind op land in 2030 en 2050 – December 2022

3 Wat zijn de effecten op de klimaatdoelstelling voor 2030? Nederland heeft de doelstelling om zijn uitstoot van broeikasgassen in 2030 met 55% terug te brengen ten opzichte van 1990. We brengen in dit hoofdstuk de effecten van de scenario’s op het behalen van de klimaatdoelstelling voor 2030 in kaart.

3.1

Hoeveel extra CO2-vrije energie is nodig in 2030? In het onderzoek ‘Alles uit de kast - een verkenning naar de opgaven voor het Nederlandse elektriciteitssysteem van 2030’, uitgevoerd voor de Werkgroep Extra Opgave van het Uitvoeringsoverleg Elektriciteit en gebaseerd op onderliggend onderzoek van TNO, (2022b), is onderzocht wat de verhoogde CO2-reductiedoelstelling van 55% betekent voor de elektriciteitssector (Werkgroep Extra Opgave, 2022). Daarnaast komt er naar verwachting een verplichting vanuit de EU voor elke lidstaat om in 2030 50% van het industriële waterstofverbruik in het land te vergroenen9. Dit heeft voor Nederland een forse impact, aangezien Nederland een grote industriële waterstofvraag heeft in vergelijking met andere landen in de EU. De waterstofvraag in Nederland komt vooral vanuit de kunstmestindustrie, de chemie en de raffinagesector (CE Delft, 2022). Momenteel wordt deze waterstof voornamelijk geproduceerd met aardgas. In het onderzoek van TNO is onderzocht wat de nieuwe klimaatdoelen voor 2030 betekenen voor de elektriciteitsvraag en hoeveel CO2-vrije elektriciteitsproductie dan extra nodig is. Elektrificatie van de energievraag leidt namelijk alleen tot significante reductie van de CO2-uitstoot als hier ook extra CO2-vrije elektriciteitsproductie tegenover staat. De huidige elektriciteitsvraag is ongeveer 120 TWh (PBL, 2021).