Dunkelflaute & de significantie hiervan

Het was, met name maandag en dinsdag, donker deze week. Er hing een wolkendek boven Europa met een oppervlakte van bijna 3 miljoen vierkante kilometer (bijna 75x zo groot als Nederland) en enkele honderden meters dik. Dit was het gevolg van een groot hogedrukgebied, met weinig “amplitude”. Ofwel: het was windstil over een zeer grote oppervlakte.

Dit is desastreus voor de meest gangbare vormen van hernieuwbare energie: zon & wind. Immers, zonder wind staan windturbines stil. Bij weinig wind produceren ze nauwelijks en pas vanaf een windkracht 3-4 neemt de productie flink toe (windenergie gaat kwadratisch met de snelheid van de wind). Maar het dikke wolkendek zorgde eveneens voor een schamele zonnestroomproductie. De Duitsers hebben hier een term voor uitgevonden die inmiddels wereldwijd gebruikt wordt: Dunkelflaute. Dunkel van donker, Flaute van “flauw”, ofwel windstil.

Veel bezitters van zonnepanelen zagen dat de productie laag was. In Huize Geldsnor (of “op” beter gezegd) was de productie op maandag en dinsdag zelfs een absolute 0Wh. Helemaal niets! Mijn relatief grote omvormer heeft een vermogen nodig van ongeveer 35W per vierkante meter om “aan” te gaan – er is minder vermogen nodig om de omvormer “aan” te houden. De straling was echter 2 dagen lang onder de 30W.

Dunkelflaute: 3 belangrijke gevolgen

Dunkelflaute werkt helaas meerdere kanten op. Zo is niet alleen de (zonnestroom)productie blijven steken op een absoluut nulpunt. Maar ook het energieverbruik stijgt er van!
Door het donkere weer is er meer en eerder kunstverlichting nodig in huis. Al onze verlichting is LED-verlichting, maar desalniettemin staat er 60W aan opgesteld LED-vermogen in de woonkamer en keuken. Op het moment van schrijven (18 november) schijnt de zon volop en is er geen enkele lamp aan. Maandag en dinsdag waren ze vrijwel allemaal aan. En 8 uur lang wél of géén licht aan scheelt dus al bijna een halve kWh.

Maar niet alleen dat: doordat er nauwelijks straling was van buiten is er ook geen sprake geweest van passieve verwarming. De 20W straling op dinsdagmiddag leverde hooguit 10W vermogen aan het huis, aanzienlijk kleiner dan de warmte-uitstraling door de ramen. Immers, ik heb 20m2 glas in de woning, maar dit is niet allemaal op de zon gelegen. Op het moment van schrijven staat de zon te branden met een vermogen van >60W per vierkante meter en warmt het huis daarmee passief op.

Er is echter ook een positief effect van de Dunkelflaute. Met de nadruk op “flaute”: bij windstil weer wordt er nauwelijks warmte afgevoerd van de gevel. Een doorstaande wind voert méér warmte af dan windstil weer (logischerwijs) en dat is dus weer positief.

Significantie voor de toekomst

Dunkelflautes zorgen voor grote fluctuaties op het stroomnet, en daarmee ook voor grote prijsverschillen op het stroomnet. De “marginale” kosten van zon & windstroom zijn 0. Hiermee drukken ze de prijs van het gehele net (of vergroten de winst van de aanbieders). Als deze soorten afwezig zijn, ligt de prijs hoger. Niet alleen omdat er minder aanbod is, maar ook omdat er (zoals hierboven uitgelegd) simpelweg méér vraag is. 60W lijkt niet veel, maar betekent over het hele land al snel 480MW aan extra vermogen, bijna 3% (en 10-20% minder aanbod).

Dit biedt bedreigingen en kansen. Immers, in de toekomst willen we naar een schone energie-voorziening. En die toekomst is er eigenlijk “nu”. We moeten nu iets doen. Welke bedreigingen levert dit zoal?

Welnu:
1. Hoge kosten is niet per definitie het probleem. Dat berekenen producenten uiteindelijk door. Maar fluctuaties in kosten zijn veel vervelender. Plotseling stijgende kosten zijn niet te voorzien en daarmee ook niet in contracten (met afnemers) te vangen.
2. Tijdelijke inzet van gas & kolencentrales. Dit zorgt overigens voor de hoge prijzen (immers, de marginale kosten zijn erg hoog). Maar het zorgt ook voor veel vervuiling. Los van CO2 (wat geen vervuiling is in de traditionele betekenis van het woord) levert verbranding heel veel fijnstof op.

Maar er zijn ook kansen. Met een thuisbatterij zal er in de toekomst (als eindelijk het salderen is afgeschaft) mogelijk geld te verdienen zijn. Op zonnige dagen laad je de batterij op. Op sombere dagen (of ’s avonds, tijdens piekmomenten) verkoop je de energie weer tegen het hoogste tarief.

Daar moet je wel een aantal dingen voor doen: je moet in staat zijn om je eigen verbruik te flexibiliseren. Anders zit je zélf ’s avonds dure energie te gebruiken en dat is dan weer niet de bedoeling.

In Huize Geldsnor zijn wij al volop bezig met ons eigen verbruik te optimaliseren en te flexibiliseren. Dit doen wij met de volgende methodes:
1. Elektrische vloerverwarming. Deze staat standaard geprogrammeerd om aan te gaan op het moment dat het zonne-vermogen doorgaans het hoogst is.
2. Verwarmen met de airco. ’s Nachts staat die lager, overdag hoger. Dit heeft 2 gevolgen: de efficiëntie is hoger omdat het overdag doorgaans iets warmer is. En overdag schijnt doorgaans de zon.

Beide opties hebben echter geen zin als het dagenlang duister is. Ik moet het huis immers toch verwarmen. Gelukkig zijn er nog wat opties:
3. Het uitstellen van bepaald gebruik. Zo hebben wij maandag t/m woensdag geen was gedraaid. Dat is wel ongeveer het maximum met 3 kinderen. Momenteel staat de wasmachine dan ook te draaien.
4. Vaatwasser. Maandag en dinsdag was het even sparen en proberen het uit te stellen. Uiteindelijk heb ik op woensdagochtend de vaatwasser aangezet, toen het weer waaide buiten.
5. Auto opladen. Dit doen we normaliter dagelijks. Bij minder werken zou dit flexibeler kunnen. Op dinsdag & woensdag hebben we echter geen keuze dan deze ’s nachts te laden, ongeacht het weer. Op alle andere dagen kunnen we er wel voor kiezen om dit overdag te doen of juist ’s nachts als het hard waait.
6. Ter aanvulling op punt 2: als ik thuis ben én de productie is hoger dan het verbruik, zet ik de verwarming (airco) een graadje hoger. Hierdoor verbruik ik op dát moment meer energie (lever ik minder terug), maar later weer minder: de warmte wordt opgenomen in de thermische massa van de woning en later weer afgegeven. Ik doe dit slechts één graad. Immers, het warmteverlies naar buiten wordt ook groter en dat wil je beperkt houden.

In zijn totaliteit kunnen we hiermee een aanzienlijk deel van ons energieverbruik uitstellen of naar voren trekken. En dat vergroot onze kansen om zoveel mogelijk zelfvoorzienend te zijn, ook in de winter.

Hoe vaak komt zo’n Dunkelflaute voor & moeten we ons zorgen maken?

Exacte definities zijn er niet: zo is het vrijwel nooit helemaal windstil en is de opbrengst van alle zonneparken ook vrijwel nooit helemaal nul. Maar ik kijk even terug naar mijn eigen data, sinds de zonnepanelen op dit huis liggen. Dat is vanaf (eind) september 2019. Hieronder een grafiekje met de laagste opbrengst per maand & de hoogste opbrengst.

Er zijn 4 maanden geweest waarin er sprake is geweest van minimaal 1 dag met een opbrengst van 0Wh: december 2019, december 2020 (2 dagen, nl. 23 december & 27 december), januari 2021 en november 2021, namelijk afgelopen maandag en dinsdag. Dit betekent in zijn totaliteit 6 dagen. De meetreeks loopt vanaf 25 september 2019 t/m 18 november: 785 dagen. Ofwel op 0,76% van de dagen. Als we kijken naar hoe vaak dit in de donkerste maanden voorkomt: 202 dagen vielen in die periode (november-december-januari), waarvan op 6 dagen het licht niet aan ging buiten. Dat vergroot de incidentie naar bijna 3%. Nog een voetnoot: de dagen in december waarop het licht niet aan ging, waren niet windstil.

Op grote schaal gezien is het bouwen van een flinke overcapaciteit aan zon & windenergie een goede strategie (landelijk & Europees gezien). Dit heeft een 2-voudig effect. Namelijk het aantal keren dat het voorkomt en de impact daarvan. Immers, het aantal dagen dat het volledig nul zal zijn neemt af, en ook de opbrengst op de andere “slechtere dagen” neemt behoorlijk toe.

Maar het maakt ook de business case voor waterstofproductie beter. Momenteel heeft het geen nut om een elektrolyser te laten draaien op het overschot, want er is zelden een overschot op de markt. Met het vergroten van de capaciteit ontstaat er op méér dagen een overschot, ter ondersteuning van de lagere productie op de andere dagen.

Voor “ons” heeft dit het effect dat er op méér dagen een goedkoop aanbod van elektriciteit zal zijn, wat we kunnen bufferen in thuisaccu’s of onze auto’s. Dit maakt ons netto zelfvoorzienender en is daarmee een grote stap naar “Fire”.