The economic value of load flexibility and its viability as a substitute for grid expansion

Het elektriciteitsnet is het onzichtbare zenuwstelsel van het moderne leven, een uitgestrekt netwerk van draden en transformatoren dat stroom levert van waar het wordt opgewekt naar waar het nodig is. Decennialang was dit systeem ontworpen om een voorspelbaar ritme aan te kunnen: mensen worden wakker, zetten lichten en apparaten aan, en de vraag piekt in de avond voordat deze 's nachts afneemt. Om het licht aan te houden, bouwden ingenieurs het net met extra capaciteit, zodat het de drukste momenten van het jaar kon weerstaan zonder te falen. De wereld verandert echter. Naarmate de samenleving verschuift naar elektrische voertuigen, warmtepompen en zonnepanelen op daken, wordt het ritme van het elektriciteitsverbruik chaotisch. Elektrische auto's trekken enorme hoeveelheden stroom wanneer ze worden ingeplugd, vaak op hetzelfde moment als de buren, terwijl zonnepanelen het net plotseling kunnen overspoelen met meer energie dan de lokale buurt kan gebruiken. Deze verschuivingen creëren nieuwe, scherpe pieken in de vraag en onverwachte pieken in de tegenovergestelde richting, wat de lokale apparatuur dreigt te overbelasten. De traditionele oplossing is om grotere, sterkere draden en transformatoren te bouwen, maar dit is ongelooflijk duur en vereist het opgraven van straten en het installeren van nieuwe infrastructuur overal.

Deze stijgende kosten van netuitbreiding hebben geleid tot een zoektocht naar een andere aanpak: flexibiliteit. In plaats van meer hardware te bouwen, zouden we simpelweg mensen kunnen vragen om hun elektriciteitsgebruik op iets andere tijden te plannen. Als een huiseigenaar de het opladen van een auto een uur kan uitstellen, of als een fabriek een machine kan pauzeren tijdens een piek, wordt de belasting op het net verminderd. Dit concept staat bekend als lastflexibiliteit (load flexibility). De centrale vraag voor beleidsmakers en economen is niet alleen of flexibiliteit werkt, maar hoeveel het waard is. Als de overheid mensen wil betalen om hun verbruik te verschuiven, hoeveel moeten ze dan betalen? Als de betaling te hoog is, is het goedkoper om gewoon een nieuwe draad aan te leggen. Als de betaling te laag is, zal niemand de moeite nemen om zijn gewoonten aan te passen. Het vinden van het exacte kantelpunt waarop het betalen van mensen om hun verbruik te verschuiven een betere investering is dan het uitbreiden van het fysieke net, is een complex vraagstuk dat grotendeels onopgelost is gebleven.

Een team onderzoekers aan de Johannes Kepler Universiteit Linz in Oostenrijk heeft dit vraagstuk aangepakt door een nieuwe manier te ontwikkelen om de werkelijke economische waarde van flexibiliteit te berekenen. In plaats van te kijken naar hoeveel energie er in totaal wordt verschoven, richtten zij zich op de specifieke momenten waarop het net het meest onder spanning staat. Hun aanpak begint met een eenvoudige maar krachtige realisatie: het elektriciteitsnet is gebouwd om zijn slechtste momenten te overleven, niet zijn gemiddelde momenten. Zelfs als een buurt gedurende een jaar veel elektriciteit verbruikt, moet het net alleen worden versterkt als een paar specifieke uren van extreme vraag de boel bedreigen te laten breken. De onderzoekers creëerden een kader dat toekomstige scenario's simuleert waarin de adoptie van elektrische voertuigen en zonnepanelen drastisch toeneemt. Vervolgens stelden ze een cruciale vraag: als we perfect zouden kunnen voorspellen wanneer deze gevaarlijke pieken zouden optreden, en als we mensen perfect zouden kunnen overtuigen om hun verbruik tijdens die tijden te verschuiven, hoeveel geld zouden we dan besparen door de noodzaak voor nieuwe netcapaciteit te vermijden?

Om dit te beantwoorden, gebruikte het team echte gegevens van meer dan 1.200 huishoudens in Opper-Oostenrijk, waarbij het elektriciteitsverbruik elke vijftien minuten werd geregistreerd. Ze bouwden computermodellen om te projecteren hoe deze buurt er in de toekomst uit zou zien onder verschillende scenario's van de adoptie van elektrische voertuigen en zonnepanelen. Vervolgens introduceerden ze een voorspellend element, waarbij ze erkenden dat we de toekomst in de echte wereld niet met perfecte nauwkeurigheid kunnen voorspellen. Het model moest raden wanneer een piek zou optreden, en soms zou het ernaast zitten. De onderzoekers volgden twee soorten fouten: het missen van een piek volledig, wat betekent dat het net nog steeds overbelast raakt, en het voorspellen van een piek die nooit plaatsvindt, wat betekent dat mensen worden betaald om hun verbruik te verschuiven zonder dat daar een reden voor is. Door deze simulaties uit te voeren, konden ze precies berekenen hoeveel netcapaciteit vermeden kon worden en die besparing vertalen naar een maximaal budget voor het betalen van consumenten voor hun flexibiliteit.

De resultaten van hun simulaties bieden een nuchter maar duidelijk beeld. De onderzoekers ontdekten dat de economische waarde van flexibiliteit verrassend laag is wanneer men deze bekijkt vanuit de lens van de kosten voor netuitbreiding. Zelfs in een scenario waarin het voorspellingssysteem perfect is en elke piekgebeurtenis vooraf voorspelt, is het maximale bedrag dat gerechtvaardigd kan worden om één kilowatt aan vermogen te verschuiven slechts ongeveer drie cent. In meer realistische scenario's, waarbij de voorspelling niet perfect is en sommige pieken worden gemist, daalt de gerechtvaardigde betaling tot minder dan één cent per verschoven kilowatt. Dit suggereert dat hoewel flexibiliteit een nuttig instrument is, het geen wondermiddel is dat de noodzaak voor netinvesteringen volledig kan vervangen. De onderzoekers stellen dat omdat het net nog steeds gebouwd moet worden om de enkele momenten op te vangen die de flexibiliteit mist, de totale besparingen beperkt zijn. Bijgevolg is ook het budget dat beschikbaar is om mensen te betalen voor hun flexibiliteit beperkt.

De studie daagt expliciet het idee uit dat flexibiliteit gewaardeerd kan worden op basis van het totale volume van de verschoven energie. In het verleden hebben sommige analyses wellicht gekeken naar hoeveel kilowatturen er van piekuren naar daluren werden verplaatst en ervan uitgegaan dat dit een hoge waarde had. Dit artikel betoogt dat een dergelijke aanpak misleidend is, omdat het elektriciteitsnet niet geeft om de totale energie; het geeft om de maximale druk die het op elk enkel moment ervaart. Als een flexibele verschuiving van de last er niet in slaagt de maximale druk te verminderen, heeft het de netbeheerder geen geld bespaard, ongeacht hoeveel energie er is verplaatst. De onderzoekers benadrukken dat onzekerheid hier de sleutelfactor is. Elke keer dat een voorspelling een piek niet voorspelt, moet de netbeheerder nog steeds de fysieke capaciteit installeren om deze op te vangen. Deze "resterende" behoefte aan capaciteit vermindert direct de hoeveelheid geld die bespaard kan worden, en daarmee ook het bedrag dat uitgekeerd kan worden als stimulans.

In hun analyse van het Oostenrijkse laagspanningsnet vonden het team dat op voorspellingen gebaseerde flexibiliteit de behoefte aan nieuwe positieve capaciteit met tussen de 2,3% en 19,6% kan verminderen, afhankelijk van hoe agressief het systeem zich op piekmomenten richt. Deze vermindering ging echter gepaard met een prijs: de stimulansen die nodig waren om dit te bereiken waren bescheiden. Onder realistische voorspellingsomstandigheden zou het jaarlijkse budget voor stimulansen ongeveer 5 tot 25 euro per huishouden bedragen. Zelfs onder het ideale scenario van perfecte voorspelling, waarbij elke piek wordt opgevangen en verschoven, zou de stimulans per huishouden stijgen naar tussen de 34 en 131 euro per jaar. Hoewel deze cijfers klein mogen lijken, merken de onderzoekers op dat zij de absolute bovengrens vertegenwoordigen van wat economisch te rechtvaardigen is. Als de werkelijke kosten voor het betalen van mensen om hun last te verschuiven deze cijfers overstijgen, is het voor de samenleving efficiënter om simpelweg de nieuwe netinfrastructuur te bouwen.

Het artikel concludeert dat flexibiliteit geëvalueerd moet worden met dezelfde capaciteitsgebaseerde logica die de beslissingen over netuitbreiding stuurt. Het is niet genoeg om te zeggen dat flexibiliteit goed is; het moet worden aangetoond dat het goedkoper is dan het alternatief. De studie toont aan dat hoewel flexibiliteit een rol speelt in een kostenefficiënte energietransitie, de waarde ervan strikt begrensd wordt door de fysieke realiteit van de piekvragen van het net. De onderzoekers suggereren dat voor flexibiliteit een levensvatbaar substituut voor netuitbreiding te zijn, de stimulansen die worden aangeboden in lijn moeten zijn met deze berekende limieten. Als beleidsmakers betalingen aanbieden die te hoog zijn, verspillen ze in feite geld dat aan noodzakelijke infrastructuur had kunnen worden besteed. Als ze betalingen aanbieden die te laag zijn, slagen ze er mogelijk niet in om de gedragsveranderingen teweeg te brengen die nodig zijn om het net te ontlasten. Het door het Linz-team ontwikkelde kader biedt een transparante manier om dit evenwicht te vinden, waardoor wordt gewaarborgd dat de transitie naar een schoner energiesysteem financieel houdbaar blijft.

Uiteindelijk verschuift het werk de discussie van hoeveel energie we kunnen verplaatsen naar hoeveel stress we uit het systeem kunnen halen. Het benadrukt dat de toekomst van het elektriciteitsnet niet zal worden opgelost door een enkele technologie of beleid, maar door een zorgvuldige berekening van kosten en risico's. Flexibiliteit is een waardevol instrument, maar het is geen vervanging voor de fysieke draden en transformatoren die het licht aanhouden. Door het precieze economische belang van het verschuiven van een last te begrijpen, kunnen toezichthouders stimulansprogramma's ontwerpen die zowel effectief als betaalbaar zijn, waardoor wordt gewaarborgd dat het elektriciteitsnet de eisen van een gedecarboniseerde toekomst kan aan kunnen zonder de bank te breken. De bevindingen dienen als een herinnering dat in de complexe wereld van energiesystemen de meest efficiënte oplossing vaak degene is die de fysieke grenzen van de infrastructuur respecteert en tegelijkertijd optimaal gebruikmaakt van menselijk gedrag.