Expert Talk: Hoe ziet het energiesysteem van de toekomst eruit? 

Naar een fossielvrij Europa

Het behalen van de vastgelegde doelstellingen van het Klimaatakkoord van Parijs uit 2015 om de temperatuurstijging te beperken tot minder dan 2 graden tegen het einde van de eeuw staat, zacht uitgedrukt, onder druk. Een recent rapport van het IPCC (Intergouvernementele Werkgroep inzake Klimaatverandering) waarschuwt dat bij ongewijzigde broeikasgasemissies de temperatuurstijging tot wel 4°C kan oplopen. Hierin schuilt de kern van de wereldwijde energie-uitdaging: hoe kunnen we snel en doeltreffend ‘defossiliseren’ om deze cruciale klimaatdoelen alsnog te behalen? 

De EU-ambities voor 2030 en 2050 zijn hiertoe aangescherpt via de Green Deal, het “Fit-for-55”-programma, en het “REpowerEU”-plan, met als ultieme doel om tegen 2050 volledig ‘klimaatneutraal’ te zijn. Samen met andere lidstaten staat België dus voor de uitdaging van drie duurzaamheidspijlers: i) minder broeikasgasemissies, ii) meer hernieuwbare energie, en iii) meer energie-efficiëntie. De noodzaak om deze doelen te bereiken is wetenschappelijk onbetwistbaar, de technologie is voorhanden, en de kosten van niet-handelen zijn aanzienlijk hoger dan de investeringen die nodig zijn voor een duurzame en betaalbare energietoekomst voor iedereen. 

De drie D’s van verandering: Defossilisatie, Decentralisatie en Digitalisering

Om deze ambitieuze doelen te bereiken, moeten we de manier waarop we energie produceren en gebruiken herdefiniëren. Hoe ziet die paradigmashift eruit? 3D, volgens Deconinck: “Decentraal, Datagestuurd Defossiliseren is onze weg naar een klimaatneutrale samenleving.” Hieronder volgt een overzicht wat deze drie pijlers concreet inhouden. 

De sleutel tot ‘Defossilisatie’ is elektrisch en hernieuwbaar

Een cruciaal aspect naar klimaatneutraalheid is ‘defossilisering’ – het verminderen van onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen om zo de CO2-uitstoot in te perken. (De term is volgens Deconinck te verkiezen boven het gangbare decarboniseren. Biobrandstoffen (zoals voor transport) of biomassa (o.a. voor elektriciteits- of warmteopwekking) bevatten immers eveneens koolstofverbindingen). Hiervoor moeten we massaal inzetten op elektriciteit als de primaire energiedrager in onze gebouwde omgeving, mobiliteit en industrie. Deze omslag is reeds begonnen, met niet alleen lagere broeikasgasemissies als resultaat, maar vaak ook een efficiëntere energiebenutting. Warmtepompen en elektrische voertuigen tonen bijvoorbeeld significant lagere energiebehoeften vergeleken met hun fossiele tegenhangers. 

Echter, deze stroom moet ook uit hernieuwbare bronnen komen (of “groen” zijn): Europa streeft ernaar elektriciteit volledig groen te produceren tegen 2040. De verschuiving van fossiele naar groene stroom is reeds gestart, mede door de explosieve prijsdaling van zonne- en windenergie. In 2023 was schone energie verantwoordelijk voor meer dan twee derde van de elektriciteitsproductie in de EU, het dubbele van fossiele opwekking. Maar deze cijfers liggen veel lager voor verwarming of transport. Met de toenemende elektrificatie door middel van warmtepompen en elektrische voertuigen, moeten hernieuwbare bronnen dus gelijke tred houden om de vereiste emissiereducties te realiseren. 

Europe heeft zich recentelijk in Oostende gecommitteerd om van de Noordzee de grootste groene energiecentrale ter wereld te maken. Dankzij de sterke, snelle en consistente winden op zee kunnen aanzienlijke hoeveelheden duurzame energie worden geproduceerd. Dergelijke initiatieven zijn essentieel om de ambities van de EU-plannen (o.a. tegen 2030 55% van alle energievectoren uit hernieuwbare bronnen te krijgen, het dubbel van 2023) te verwezenlijken. Bovendien kan door het overschrijden van landsgrenzen bij het opzetten van een optimaal transmissie- en distributienet, centraal opgewekte groene stroom tegen een laag tarief bij de eindgebruiker komen. 

Een gedecentraliseerde energiemarkt: de opkomst van energiegemeenschappen

Naast hoe en wat we als stroom gebruiken, zal ook de locatie van zijn productie veranderen. Historisch gezien zijn grote, centrale elektriciteitscentrales de spil van ons energiesysteem, dewelke nu verder ondersteund worden via Europese initiatieven (zoals bovenvermelde windturbineparken). Daarnaast zien we tegenwoordig ook windturbines langs snelwegen en zonnepanelen op onbenutte daken. Dergelijke lokale initiatieven zullen een parallelle verschuiving naar een gedecentraliseerd energiesysteem verder stimuleren op stads- of zelfs wijk- of woningniveau. 

Maar ook de sturing wordt decentraal. Je kunt nu bijvoorbeeld al kiezen om je wasmachine voornamelijk te laten draaien wanneer de zon schijnt op je eigen zonne-energie of overtollige energie op te slaan in een huishoudelijke batterij. Ook gezamenlijke investeringen en concepten als ‘energiedelen’ (je eigen opgewekte stroom door bijvoorbeeld familie laten gebruiken) dragen allemaal bij aan dit decentrale systeem. Op deze manier worden consumenten actieve deelnemers, in plaats van passieve afnemers, en kunnen zij profiteren van dynamische prijzen op de energiemarkt. 

Maar verder dan dat kan een bedrijventerrein met enkele windturbines ook slim samenwerken met huishoudens of andere eindgebruikers. Zulke ‘energiegemeenschappen’ bestaan nu al en worden alleen maar belangrijker. Wanneer de zon schijnt of de wind waait, zal naar gebouwen of regio’s met eigen energiebronnen minder centraal gegenereerde stroom gestuurd moeten worden. Het net herverdeelt deze lokale overschotten automatisch. 

Zulke bidirectionele stromen impliceren ook (en cruciaal) lokale sturing en maatregelen om de stabiliteit en veiligheid ervan te waarborgen. Het zou alleszins aanzienlijke voordelen bieden: een gedecentraliseerde aanpak biedt verminderde transportverliezen, verhoogde veerkracht tegen storingen en een grotere betrokkenheid van gemeenschappen in de energievoorziening. Kortom: efficiënter gebruik van hernieuwbare energiebronnen, waardoor de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verder afneemt. 

Digitalisering in de energie: van data naar duurzaamheid

Met dalende kosten van ICT-apparatuur heeft digitalisering alle aspecten van ons dagelijks leven doordrongen. In de energiesector vertaalt dit zich naar verbeterde planning, optimalisatie van groenestroomverbruik en voorspellingen van netproblemen en energiemarktprijzen. 

Data spelen een sleutelrol in dit gedigitaliseerde systeem. Dagelijkse elektriciteitsverbruiksgegevens, verzameld via digitale meters, zijn niet enkel nodig voor facturatie, maar bieden ook inzichten aan netbeheerders over het opsporen en oplossen van netproblemen. Daarnaast is het nuttig om deze te koppelen aan meteorologische gegevens, marktprijzen en gebruikersgedrag. 

Dankzij kunstmatige intelligentie kunnen deze enorme hoeveelheden data dan gebruikt worden om trends te ontdekken en het functioneren van het transmissie- en distributienet efficiënter, duurzamer en goedkoper te maken. Het is net daar waar de onderzoeksgroep van Geert Deconinck zich op toespitst binnen EnergyVille. Denk maar aan het gecoördineerd laden of ontladen van elektrische auto’s of op grotere schaal energie delen of verhandelen tussen energiegemeenschappen. De nabijheid van het Open Thor Living Lab biedt dan weer een levensechte testomgeving waar zulke strategieën, alvorens ze in de markt worden geïntroduceerd, kunnen getest worden.  

Voor het verder uitbreiden van zo een gedecentraliseerde energiemarkt zal het uitbreiden van ICT-infrastructuur essentieel zijn. Het blijft echter een grote uitdaging om systemen van verschillende leveranciers aan elkaar te koppelen. Daarom heeft de Europese Commissie een EU-actieplan gelanceerd, gericht op open datastromen, intelligente energienetten, consumentenparticipatie en cyberveiligheid.  

Dergelijke initiatieven geven consumenten bijvoorbeeld de kans om het meest voordelige energietarief te selecteren of klimaatbewuste burgers om de CO2-intensiteit van elektriciteitsproducties van hun eigen- of buurland te visualiseren. Terwijl we profiteren van de voordelen, moeten we ook aandacht hebben voor privacykwesties en cyberveiligheidsrisico’s. Europese richtlijnen, zoals de AVG (algemene verordening gegevensbescherming) en de NIS2-richtlijn over cyberrisico’s, spelen een leidende rol in het aanpakken van deze uitdagingen. 

Flexibiliteit in de focus

Naast duidelijke initiatieven in de 3D pijlers is het nauwgezet beheren van het verschil tussen vraag en aanbod essentieel om stroomstoringen te voorkomen. Met andere woorden: er is nood aan flexibiliteit in de overgang naar dit nieuwe energieparadigma. Zo legt Deconinck uit: “Stel je voor dat we de energievraag flexibel kunnen aanpassen aan de elektriciteitsopwekking, in plaats van omgekeerd – zoals nu het geval is. Flexibiliteit fungeert dan als een buffer, waardoor het systeem zich kan aanpassen aan onverwachte schommelingen in aanbod en vraag.” 

Deze flexibiliteit is essentieel om de betrouwbaarheid en stabiliteit van het energienetwerk te waarborgen. Grote hoeveelheden flexibiliteit zijn mogelijk slechts enkele uren per jaar nodig, terwijl kleinere hoeveelheden dagelijks kunnen worden ingezet via marktmechanismen. Transmissienetbeheerder Elia verwacht een toename van ongeveer 30% in het elektriciteitsgebruik in België in het komende decennium (voornamelijk door elektrificatie van industrie, verwarming en transport). Een potentieel vermogen van 1 à 2 GW aan flexibiliteit kan, indien goed ingezet, de noodzaak van nieuwe elektriciteitsopwekkingseenheden zelfs vermijden. 

Hoe ziet dit er in de praktijk uit? De thermische inertie van een woning (het vermogen om warmte op te slaan en terug af te geven door betere isolatie en voldoende massa) kan ervoor zorgen dat de verwarming of koeling tijdelijk afgesloten kan worden, zonder dat dit een voelbaar effect heeft. Elektrische auto’s – tegen 2030 naar schatting zo’n 40 miljoen in Europa – staan vaak lang stil, en voor de meerderheid hoeft de batterij ook maar tegen de volgende ochtend opgeladen te zijn. Deze vloot aan batterijen kan heel wat flexibiliteit aan het net bieden. Op grotere schaal kunnen bedrijven handelen in energie en flexibele stromen van energieverbruik verkopen, om zo de stabiliteit van het energienet te bevorderen. 

Ondanks de veelbelovende wetenschappelijke basis van deze nieuwe benadering, zijn er nog obstakels te overwinnen, met name in de praktische implementatie van flexibiliteit. Voldoende data en kennis zijn noodzakelijk om energieopbrengsten en noden te voorspellen en sturen – met de ‘energy yield’-modellering alvast een permanente onderzoeksactiviteit op EnergyVille. Op basis van deze voorspellingen kunnen dan weer strategieën uitgedacht worden om snel te reageren op veranderende omstandigheden, zoals zonnefluctuaties, waardoor de noodzaak voor reservevermogen afneemt en pieken vermeden kunnen worden. 

Het trage tempo van de uitrol van digitale meters en het beperkte aanbod van dynamische energietarieven worden door Deconinck aangewezen als belemmeringen. De digitale meter is namelijk niet enkel nuttig voor het bepalen van je energiefactuur, maar kan de netbeheerders ook een gedetailleerd beeld geven van de energienoden, cruciaal om het energienet te optimaliseren.  

“Innovaties zijn nodig om deze barrières te doorbreken,” benadrukt Deconinck. “De ontwikkeling van geavanceerde regeltechnieken en tariefstructuren die flexibiliteit aanmoedigen, vormen een belangrijk onderdeel van de wetenschappelijke agenda.” In Nederland en Vlaanderen zijn distributienetbeheerders al actief betrokken bij maatregelen om flexibiliteit te bevorderen en netbeperkingen op te leggen. De implementatie van capaciteitstarieven, zoals in Vlaanderen sinds 2023, opent alvast de deur voor individuele gebruikers om flexibiliteit te benutten en hun elektriciteitsrekening te optimaliseren.

Een gezamenlijke inspanning

Naast de technische aspecten van de energietransitie zijn de ambities voor Deconinck ook duidelijk een interdisciplinaire uitdaging. “Elk bestuursniveau moet zich inschrijven in deze visie en maatregelen nemen die de economie en samenleving op het pad naar klimaatneutraliteit houden.” Hij beklemtoont het belang van bewustwording, mentaliteitsverandering, en uiteindelijk gedragsverandering. Tot voor kort ging de gewone burger weinig bewust met zijn energie om. De kosten van niet-handelen zullen aanzienlijk zijn, en elke fractie van een graad minder opwarming zal levens redden. “In plaats van de energietransitie te zien als een onoverkomelijke kost, moeten we het bekijken als een investering in de toekomst. De voordelen zullen veel groter zijn dan de nodige investeringen,” concludeert Deconinck met optimisme.  

Over de auteur

Geert Deconinck is ingenieur en professor slimme energienetwerken aan de KU Leuven (ELECTA) en verbonden aan de onderzoekssamenwerking EnergyVille. 

Meer weten?

Dit artikel is gebaseerd op het hoofdstuk ‘3D-energievoorziening voor het volgende decennium. Decentraal datagestuurd defossiliseren’ van de KU Leuven cursustekst in Lessen voor de 21^ste eeuw 2023 – 2024. Deze lessen zijn vrij te volgen na inschrijving, op maandagavond via livestream of in de Pieter de Somer Aula. De opname van de lezing van professor Geert Deconinck is online beschikbaar.