Global system value of tidal stream energy for cost-effective decarbonisation

De wereld raast naar een toekomst waarin elektriciteit bijna volledig uit de zon en de wind komt. Deze verschuiving is essentieel om klimaatverandering te stoppen, maar brengt een lastig probleem met zich mee: de zon schijnt niet altijd en de wind waait niet altijd. Wanneer het weer kalm is, kunnen elektriciteitsnetten tekorten krijgen, waardoor ingenieurs enorme hoeveelheden batterijopslag moeten bouwen om energie voor later vast te houden. Deze batterijen zijn duur en vereisen enorme hoeveelheden zeldzame materialen om te bouwen. Wetenschappers weten al lang dat de getijden een andere vorm van energie bieden. In tegen tegenstelling tot wind en zon, wordt het opkomende en afgaande van de oceaan gedreven door de zwaartekracht van de maan en de zon, wat het perfect voorspelbaar en volledig onafhankelijk van het weer maakt. De grote vraag is altijd geweest of deze betrouwbare energie de hoge prijs van het bouwen van onderwaterturbines waard is, of dat het slechts een niche-curiositeit is.

Een nieuwe studie door onderzoekers van de Universiteit van Oxford en de Universiteit van Plymouth heeft die vraag eindelijk beantwoord door naar het gehele elektriciteitssysteem te kijken, in plaats van alleen naar de kosten van een enkele elektriciteitscentrale. Ze gebruikten een geavanceerd computermodel om te simuleren hoe elektriciteitsnetten zouden werken in twintig verschillende locaties over de hele wereld, variërend van de winderige kusten van Schotland tot de zonnige eilanden van Indonesië. In deze simulaties testten ze hoe het toevoegen van getijdenstroomenergie—energie gegenereerd door onderwaterturbines die meedraaien met de stroom—de totale kosten en het ontwerp van een netto-nul elektriciteitssysteem veranderde. De resultaten laten zien dat getijdenenergie veel waardevoller is dan voorheen gedacht, niet omdat het goedkoop is om te bouwen, maar omdat het een perfecte partner is voor wind en zon, waardoor het hele systeem kan draaien met veel minder dure batterijopslag en minder totale middelen.

De onderzoekers ontdekten dat de waarde van getijdenenergie sterk afhangt van welke andere energiebronnen er al beschikbaar zijn in een regio. In plaatsen waar de wind de belangrijkste bron van hernieuwbare energie is, creëert het toevoegen van getijdenenergie een krachtige combinatie. Omdat de wind voor dagen achter elkaar onvoorspelbaar kan zijn, moeten netten meestal enorme hoeveelheden extra windturbines en batterijen bouwen om ervoor te zorgen dat er altijd genoeg vermogen is. De getijden volgen echter een strikt, voorspelbaar schema, waarbij het water twee keer per dag opkomt en afgaat met korte pauzes tussendoor. Wanneer dit voorspelbare ritme aan een winderig systeem wordt toegevoegd, vult het de gaten die de wind achterlaat. De studie laat zien dat in deze windrijke regio's het toevoegen van getijdenenergie de totale kosten van het elektriciteitssysteem met meer dan 20 procent kan verlagen. Dit doet het door de noodzaak voor batterijopslag drastisch te verminderen, wat vaak het duurste onderdeel van een groen net is. Sterker nog, de hoeveelheid benodigde batterijcapaciteit daalde in deze simulaties met tussen de 20 en 55 procent.

In regio's waar zonne-energie de dominante hernieuwbare bron is, is het verhaal iets anders maar nog steeds positief. Zonnepanelen produceren vermogen tijdens de dag en stoppen 's nachts, een patroon dat zeer regelmatig is. Het toevoegen van getijdenenergie helpt hier ook, maar de besparingen zijn bescheidener en verlagen de systeemkosten over het algemeen met minder dan 15 procent. Dit komt omdat zon en batterijen al vrij goed zijn in het afhandelen van de dagelijkse cyclus van dag en nacht. Echter, zelfs in deze zonnige regio's speelde getijdenenergie nog steeds een cruciale rol. Het verminderde de behoefte aan batterijopslag met ongeveer 15 procent en hielp de levering van elektriciteit te stabiliseren, wat bewijst dat het een plek heeft in bijna elke mix van hernieuwbare energie. De studie suggereert dat de unieke timing van de getijden een andere vorm van stabiliteit biedt die wind en zon niet uit zichzelf kunnen bieden.

Een van de meest verrassende bevindingen was hoeveel getijdenenergie de fysieke voetafdruk van de energietransitie kon verkleinen. Het bouwen van een wereld met netto nul emissies vereist enorme hoeveelheden land voor zonneparken en windparken, evenals enorme hoeveelheden kritieke materialen zoals lithium voor batterijen. De simulaties toonden aan dat door getijdenenergie op te nemen, de totale oppervlakte die nodig is voor ontwikkeling in veel winddominante locaties met meer dan 30 procent kan worden verminderd. Op dezelfde manier daalde de vraag naar lithium, dat nodig is om batterijen te maken, aanzienlijk. In sommige gevallen daalde de behoefte aan batterijcapaciteit met wel 80 procent. Dit betekent dat getijdenenergie kan helpen bij het oplossen van het probleem van waar al deze nieuwe centrales gebouwd moeten worden en waar de materialen vandaan moeten komen om ze te bouwen, wat de druk op het milieu en de wereldwijde toeleveringsketens verlicht.

De onderzoekers keken ook naar hoe de waarde van getijdenenergie verandert naarmate de wereld dichter bij nul koolstofemissies komt. In winddominante systemen groeit de waarde van getijdenenergie naarmate de koolstoflimieten strenger worden. Naarmate het net schoner wordt en minder afhankelijk is van fossiele brandstoffen, wordt de behoefte aan die voorspelbare, weer-onafhankelijke energie steeds kritischer. In contrast hiermee blijft de waarde in zon-dominante systemen stabiel, maar groeit deze niet zo dramatisch. De studie identificeerde dat de ratio tussen wind- en zonnemiddelen in een regio een goede voorspeller is van hoeveel getijdenenergie zal helpen. Als een locatie veel wind en minder zon heeft, zal getijdenenergie waarschijnlijk een grote kostenbesparing zijn. Als een locatie erg zonnig is, zal getijdenenergie nog steeds helpen, maar zal het een kleiner deel van de puzzel zijn.

Dit werk daagt de oude manier van denken over nieuwe technologieën uit. Lange tijd beoordeelden experts technologieën zoals getijdenenergie uitsluitend op hun eigen kosten per eenheid elektriciteit. Omdat onderwaterturbines momenteel duur zijn om te bouwen en te onderhouden, werden ze vaak als te kostbaar gezien om te concurreren met goedkope zonnepanelen. Dit nieuwe onderzoek betoogt dat dit een te nauwe kijk is. Het suggereert dat de ware waarde van een technologie ligt in hoe deze in het geheel past. Hoewel getijden-turbines duurder zijn om te bouwen dan zonnepanelen, besparen ze het systeem geld door de noodzaak voor andere dure componenten zoals batterijen en extra windturbines te verminderen. De studie concludeert dat getijdenstroomenergie niet slechts een lokale curiositeit is voor een paar specifieke kustlijnen, maar een globaal significante tool voor het bouwen van een goedkoper, efficiënter en veerkrachtiger netto-nul toekomst.

De onderzoekers waren zorgvuldig in het testen van hun bevindingen tegen verschillende scenario's, inclusief veranderingen in toekomstige technologische kosten en verschillende patronen van elektriciteitsvraag. Zelfs toen ze aannamen dat de kosten van batterijen of windturbines aanzienlijk zouden kunnen stijgen of dalen, bleef het voordeel van het toevoegen van getijdenenergie consistent. De simulaties toonden aan dat getijdenenergie het hele systeem robuuster maakt, wat betekent dat het minder snel uit balans wordt gebracht door onverwachte veranderingen in de kosten van andere technologieën. Deze veerkracht is een cruciaal onderdeel van de waarde. De studie merkte ook op dat hoewel de beste getijdenbronnen te vinden zijn op een paar specifieke locaties, zoals de Pentland Firth in Schotland en de Cook Strait in Nieuw-Zeeland, de voordelen niet beperkt zijn tot deze gigantische locaties. Kleinere locaties over de hele wereld, waaronder die in Japan en Indonesië, vertoonden ook significante systeembrede voordelen.

Uiteindelijk schetst het artikel een beeld van een toekomstig energiesysteem waarin de oceaan een centrale rol speelt. Door de voorspelbare ritmiek van de getijden te benutten, kunnen we elektriciteitsnetten bouwen die niet alleen schoner zijn, maar ook goedkoper en minder veeleisend voor de middelen van de planeet. Het onderzoek biedt een duidelijke routekaart voor waar en wanneer getijdenenergie moet worden ingezet, en suggereert dat het een essentieel ontbrekend puzzelstuk is in de wereldwijde decarbonisatie. Het is een herinnering aan het feit dat het oplossen van de klimaatcrisis een diverse mix van technologieën vereist, waarbij elke technologie speelt op haar unieke sterktes, in plaats van te vertrouwen op één enkele oplossing. De getijden, met hun eeuwenoude en onveranderlijke ritme, bieden een vaste hand om de overgang naar een duurzame wereld te begeleiden.