In dit rapport wordt de plaats die waterstof kan innemen in het toekomstige Belgische energiesysteem tegen 2050 onder de loep genomen. Dit rapport richt zich in feite op twee uiteenlopende evoluties van het (eind)energieverbruik: enerzijds een verregaande elektrificatie van het finaal energieverbruik en anderzijds een voortgezet en groter gebruik van gas voor vervoer, (industriële) warmte en elektriciteitsopwekking. Verschillende uitkomsten van de twee toekomstvisies worden beschreven zoals de vereiste investeringen in infrastructuur (interconnecties, elektrolysers, opslag).
In een periode waarin we grip proberen te krijgen op de sanitaire en economische gevolgen van de coronapandemie, zijn verschillende herstelplannen aangekondigd die fiscale stimulansen bevatten om een verdere economische catastrofe te vermijden. Dit gebeurt zowel op nationaal als op supranationaal niveau. Een oplossing die vaak wordt aangehaald om uit de recessie te geraken is de opbouw van de waterstofeconomie. Met het oog daarop heeft de Europese Commissie een waterstofstrategie geformuleerd die streeft naar een elektrolysecapaciteit op basis van hernieuwbare waterstof van 40 GW tegen 2030. België heeft zijn waterstofambitie al vermeld in zijn langetermijnstrategie, die in februari 2020 aan de Europese Commissie werd overhandigd.
In dit rapport wil het Federaal Planbureau de plaats die waterstof kan innemen in het toekomstige Belgische energiesysteem tegen 2050 onder de loep nemen. Dit rapport richt zich in feite op twee uiteenlopende evoluties van het (eind)energieverbruik: enerzijds een verregaande elektrificatie van het finaal energieverbruik en anderzijds een voortgezet en groter gebruik van gas voor vervoer, (industriële) warmte en elektriciteitsopwekking. Deze verschillende toekomsttrajecten vormen de basis voor de definitie van twee uiteenlopende scenario's: ‘Deep Electrification’ en ‘Diversified Energy Supply’.
Beide scenario’s respecteren en zijn verenigbaar met een maximale temperatuurstijging van 1,5°C, zoals vastgelegd in de Overeenkomst van Parijs van 2015: ze zijn allebei gericht op een volledig koolstofarme economie (een netto nuluitstoot van broeikasgassen) tegen 2050. Om die doelstelling te behalen, wordt verondersteld dat de directe en indirecte elektrificatie (een doorbraak kennen en) sterk stijgen. Directe elektrificatie houdt in dat fossiele brandstoffen die worden aangewend voor een bepaalde finale energievraag (zoals bv. vervoer en verwarming) worden vervangen door elektriciteit: dit is wat er gebeurt bij de aankoop van een elektrische auto of het installeren van een elektrische warmtepomp. Indirecte elektrificatie betekent dat elektriciteit wordt gebruikt als input in (een) industriële proces(sen) en dus wordt omgezet in iets anders zoals waterstof of ammoniak. De laatste twee kunnen dan worden gebruikt om aan de energievraag van de consument te voldoen, of het nu gaat om vervoer, verwarming, industriële processen of elektriciteitsopwekking.
Hoewel beide scenario's (in)directe elektrificatie integreren, verschilt de mate waarin dit gebeurt. Het scenario ‘Deep Electrification’ is voornamelijk gebaseerd op directe elektrificatie, terwijl ‘Diversified Energy Supply’ meer indirecte elektrificatie integreert.
Deze analyse bevat een selectie van indicatoren (KPI’s of Key Performance Indicators) om de impact van toenemende (in)directe elektrificatie op het toekomstige Belgische elektriciteitssysteem te bestuderen. Algemeen genomen stijgt de totale elektriciteitsvraag in 2050 sterk in beide scenario's ten opzichte van het huidige niveau: de vraag is tot drie keer hoger dan in 2018. Bovendien blijkt de gedeeltelijke flexibilisering van de elektriciteitsvraag een belangrijk hulpmiddel te zijn in de ondersteuning van de werking van het toekomstige energiesysteem.
In 2050 is het elektriciteitsaanbod een combinatie van binnenlandse productie (88 %) en netto-invoer (12 %). De binnenlandse productie is gebaseerd op een hoofdzakelijk hernieuwbaar-energiesysteem: het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in de elektriciteitsproductiemix ligt tussen 67 en 68 %. Dit betekent echter niet dat gaseenheden binnenkort hun zwanenzang zingen. Gas, dat bestaat uit e-gas, biogas en een klein deeltje resterend aardgas dat wordt verbrand in thermische eenheden die zijn uitgerust met koolstofafvang en -opslag, vertegenwoordigt een derde (32 tot 33 %) van de toekomstige elektriciteitsmix.
België blijft een netto-invoerder van elektriciteit in 2050: de invoer is hoger dan de uitvoer. De nettoinvoer bedraagt gemiddeld 29 TWh. Een koude winter, zoals gesimuleerd in een van de onderzochte klimaatjaren, vermindert de binnenlandse productie van elektriciteit (en van waterstof) en verhoogt de netto-invoer. Niettemin exporteert (en voert) België elektriciteit (door). De belangrijkste afnemers zijn Frankrijk en het Verenigd Koninkrijk, die beide kernenergie in hun capaciteitsmix hebben. België importeert vooral uit Nederland, gevolgd door Duitsland.
Stroombeperkingen (curtailment) zijn in beide scenario’s erg laag en de toereikendheid van de elektriciteitsvoorziening kan worden gewaarborgd, zelfs tijdens vrij strenge winters (zoals de winter van 2010), volgens de huidige wettelijke (dubbele) criteria. De marginale systeemkosten, een maatstaf voor de groothandelsprijzen voor elektriciteit, zijn gemiddeld genomen vergelijkbaar tussen beide scenario's.
De scenario's verschillen echter in de nood aan flexibiliteit en in hun (inzet van) flexibiliteitsinstrumenten. Flexibiliteit is cruciaal in toekomstige elektriciteitssystemen aangezien de penetratie van variabele hernieuwbare energiebronnen (wind en zon) hoog is: zij vertegenwoordigen 58 tot 60 % van de binnenlandse elektriciteitsproductie. Aangezien deze hernieuwbare energiebronnen weersafhankelijk zijn (ze produceren enkel elektriciteit wanneer er wind is en de zon schijnt), moeten andere opwekkings-, vraagsturings- en opslagunits de leemtes opvullen. Daarnaast draagt de vraagdynamiek (dagelijkse pieken, weekdag-weekend, seizoenspatronen) bij tot de flexibiliteitsnoden. De nood aan flexibiliteit is hoger in ‘Diversified Energy Supply’ en elektrolysers gecombineerd met gasgestookte elektriciteitscentrales zijn de voornaamste dagelijkse, wekelijkse en jaarlijkse aanbieders van flexibiliteit. In ‘Deep Electrification’ worden de elektriciteitsinvoer en elektrische voertuigen belangrijkere dagelijkse en wekelijkse aanbieders van flexibiliteit: ze compenseren de lagere geïnstalleerde elektrolysecapaciteit. Deze laatste dragen echter aanzienlijk bij tot het verlichten van de flexibiliteitsnoden, zelfs in ‘Deep Electrification’, waar ze de helft van de jaarlijkse flexibiliteitsnoden dekken.
Beide scenario’s gebruiken de (bestaande) gasinfrastructuur, maar ze verschillen in hoeveel ze daarvan gebruikmaken en het voornaamste doel ervan: in ‘Diversified Energy Supply’ wordt de gasinfrastructuur voornamelijk gebruikt om aan de finale energievraag te voldoen, terwijl het in ‘Deep Electrification’ een belangrijk flexibiliteitsinstrument is voor het elektriciteitssysteem.
Een andere interessante uitkomst is dat in ‘Deep Electrification’ meer elektriciteitshandel plaatsvindt: er wordt niet alleen meer ingevoerd, maar ook meer uitgevoerd. Daarvoor kunnen twee factoren worden aangehaald: 1) de enigszins hogere interconnectiecapaciteit, 2) het feit dat het scenario een grotere flexibele vraag heeft die kan worden ingewisseld wanneer zich interessante mogelijkheden op het gebied van elektriciteitsinvoer- en uitvoer voordoen.
De totale vraag naar waterstof (bestaande uit waterstof én waterstof dat ingezet wordt om synthetisch gas en vloeistoffen te maken) in België is aanzienlijk. Als België een (groot) deel van deze waterstof op zijn grondgebied wil produceren, dient het te beschikken over voldoende hernieuwbare energiebronnen (waaronder biogas). De binnenlandse productie van waterstof via elektrolyse kan oplopen tot 99 (80) TWh in ‘Diversified Energy Supply' (‘Deep Electrification’). Het importeren van waterstof is een andere mogelijkheid: als er weinig goedkope elektriciteit beschikbaar is in België en/of als de productieprijs (transportkosten inbegrepen) van waterstof in het buitenland aantrekkelijker is, wordt er meer geïmporteerd ('shipping the sunshine').
De exploitatiekosten van het elektriciteitssysteem lijken in ‘Deep Electrification’ enigszins lager te liggen in vergelijking met ‘Diversified Energy Supply'. Het verschil tussen beide scenario’s is evenwel klein, vooral wanneer een vergelijking wordt gemaakt met de totale energiesysteemkosten.
De exploitatiekosten omvatten evenwel niet de investeringskosten (of jaarlijkse afbetalingen) van de verschillende systemen, aangezien die alleen betrekking hebben op de kosten die worden veroorzaakt door de werking van het elektriciteitssysteem (productie, stroombeperking en loss of load). De investeringskosten (die in deze publicatie niet worden onderzocht) zullen aanzienlijk zijn, aangezien het toekomstige energiesysteem infrastructuurintensief (capex) is en tal van investeringen (nog) moeten worden gedaan of opgeschroefd. In 2050 rekenen beide scenario’s op een geïnstalleerde capaciteit van 39 GW aan zon-pv en 25 GW aan windenergie. De capaciteit van elektrolysers, interconnectoren en gasgestookte eenheden verschilt evenwel naargelang van het scenario. De eerste bedraagt 19,1 (10,6) GW in ‘Diversified Energy Supply’ (‘Deep electrification’), de tweede 14 (14,4) GW, terwijl de laatste 11,0 (15,8) GW bedraagt.
Om potentiële stakeholders te overhalen om kapitaal te investeren in de opbouw van een dergelijk systeem, is het uiterst belangrijk dat een stabiel regelgevend- en beleidskader wordt uitgewerkt. In dat opzicht zijn – naast de ambities in de Green Deal – het jongste voorstel van de Europese Commissie over de doelstelling met betrekking tot de totale broeikasgasemissiereducties voor 2030 en de nakende klimaatwet geen vrijblijvende aankondigingen, maar scheppen ze een kader waarbinnen nationale toekomstgerichte beleidsmaatregelen moeten worden verankerd.
Tot slot zouden bijkomende studies rond investeringskosten, potentiële risico’s voor marktpartijen of noodzakelijke aanpassingen aan het marktontwerp waardevolle aanvullingen vormen op dit rapport. Dat is evenwel stof voor andere publicaties.
