Elementen voor een CO 2 neutraal 2050 Onderbouwingen en varianten B. Den Ouden 22 juni 2016 Verbindingsbijeenkomst Energiedialoog 2016
Een mogelijk stukje van de puzzel voor een CO 2 vrije toekomst 2
Inhoud Studies ter ondersteuning en uitwerking van scenarioschetsen Kosten van de Gasunie Verkenning 2050 Kostenberekeningen van het energiesysteem in de door Gasunie opgestelde Verkenning 2050 http://www.berenschot.nl/publish/pages/5341/kosten_van_de_gasunie_verkenning_2050.pdf Verkenning CO2-neutrale gastoekomst Verkenning van twee specifiek opties voor een CO2-neutraal toekomstbeeld in 2050: - groen gas (uit biomassa) - gas-ccs (carbon capture in industrie en gascentrales) http://nieuws.berenschot.nl/verkenning-co2-neutrale-gastoekomst
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 In 2050 kan de ambitie van een CO 2 neutrale energievoorziening worden gehaald 700 600 500 400 300 200 100 696 5 101 207 1 382 Primaire en secundaire energetische energiedragers: 2012 vs 2050 in TWh -40% 419 45 58 133 148 347 45 26 143 98 Daling van de finale energievraag van ongeveer 40%. Een energievoorziening met voornamelijk duurzame energiebronnen, zoals wind, zon-pv en groen gas 0 Primair 2012 Geothermie Zon Biofuels Wind Kolen Olie Biomassa Aardgas* 35 Primair 2050 35 Secundair 2050 Hernieuwbare elektriciteit Hernieuwbaar gas Door CCTS wordt in 2050 een volledig CO 2 - neutrale energievoorziening bereikt. * Door de inzet van CCTS in de industrie en bij de productie van hernieuwbaar gas zijn er in 2050 netto geen CO2-emissies meer. 5
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 De Gasunie verkenning 2050 ligt qua kostenbeeld iets hoger dan het RLI 95% scenario, en iets lager dan business-as-usual (huidige mix) 64,7 4,7 34,9 Vergelijking met andere scenario s; kosten 2050 versus 2012 (in mrd) 53,7 6,0 7,2 51,5 6,1 56,3 0,8 8,2 4,7 6,8 Vergelijking met het scenario dat Quintel heeft opgesteld in opdracht van RLI. (ook CO 2 neutraal). Kosten vallen iets hoger dan in het RLI scenario. 27,2 4,7 8,1 6,9 7,5 11,1 14,0 19,6 21,0 22,2 22,4 18,6 18,1 Kosten zijn echter lager dan het business as usual scenario. 2012 referentie 2050 business as usual* 2050: RLI 95% scenario 2050: RLI 95% scenario met Gasunie prijsverwachtingen 2050: Gasunie Groene Verkenning CCS Netwerk Mobiliteit Elektriciteit Warmte * In dit scenario zijn géén kosten voor emissierechten opgenomen. Wanneer deze kosten worden meegenomen, kunnen de totaalkosten oplopen tot 77 mrd (bij een prijs 6
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 In 2050 bedragen de kosten voor ons energiesysteem op basis van de Gasunie Verkenning 56 miljard/jaar TOTALE KOSTEN EINDPRODUCTIE WARMTE Brandstoffen Overig* Groen gas P2G en P2H Warmtepompen Geothermie Isolatie Overig* TOTALE KOSTEN ELEKTRICITEITSPRODUCTIE EN AFGELEIDEN** Brandstoffen Centrales Overig* Wind Zon PV Groen gas Centrales Overig* 2012 7,5 mrd 2050 18,1 mrd 2012 6,9 mrd 2050 22,4 mrd TOTALE KOSTEN NETWERK Elektriciteit Gas Warmte Elektriciteit Gas Warmte Brandstoffen ENERGIEKOSTEN MOBILITEIT Brandstoffen Meerkosten elektrische auto s 2012 4,7 mrd 2050 8,2 mrd 2012 8,1 mrd 2050 6,8 mrd Totale kosten voor het Nederlandse energiesysteem: 2012 vs. 2050 2012 7,5 6,9 8,1 4,7 27,2 Warmte Elektriciteit Mobiliteit Netwerk CCS 2050 18,1 22,4 6,8 8,2 56,3 * Onder overig vallen bij warmte o.a. gasgestookte en elekt. verwarmingen, elekt. boilers en thermische zonnecollectoren. Bij elektriciteit gaat het o.a. om waterkracht, WKK s en overige brandstoffen. * * Onder afgeleiden vallen ook de elektriciteitskosten die als input voor warmte worden gebruikt, zoals bij Power2Gas, Power2Heat en centrales. 7
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 De kosten voor elektriciteit zijn voor een groot deel afkomstig van Wind op Zee 14 12 10 8 6 4 2 0 13,3 Wind op Zee 4,7 Zon- PV Kosten voor elektriciteitsproductie en afgeleiden in 2050 (in mrd): uitgesplitst naar belangrijkste elementen 2,6 Brandstoffe n en centrales WKK Gascentrales Aardgas Groen gas 1,4 Wind op Land 0,4 Accu s 0,0 Hydro (rivieren ) Wind op Zee in 2050 grootste kostenpost ( 13,3 mrd.) Deze kosten per opgewekte eenheid vallen in dezelfde range als andere duurzame bronnen. Wind op Zee Gascentrales WKK Zon-PV Wind op Land Hydro Kosten voor elektriciteit per opgewekte eenheid (in /MWh) 111,5 369,1 165,3 78,1 97,9 121,3 De kosten voor gascentrales zijn per opgewekte eenheid relatief duur (enige nietintermitterende bron voor back-up ) 8
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 De kosten voor de eindproductie van warmte zijn divers; isolatiekosten nemen een groot deel in beslag Kosten voor eindproductie warmte in 2050 (in mrd): uitgesplitst naar belangrijkste elementen Isolatie* Brandstoffen Hern. gas Aardgas 3,3 Warmtepompen Geothermie Gasgestookt Power2Gas Power2Heat Zon-thermisch Elektrische boilers Elektriciteitskosten 0,3 0,0 0,0 0,8 0,4 1,4 1,9 2,4 9,0 Kosten voor hernieuwbaar gas: uitgesplitst in brandstofkosten en installatiekosten (in mrd) Biomassa Installaties Isolatiekosten zijn het hoogst. De brandstofkosten nemen een significant deel in beslag. (onderverdeeld in kosten voor hernieuwbaar gas en kosten voor aardgas.) De kosten voor warmte zijn vrij divers (warmtepompen en geothermie.) In deze grafiek worden ook kosten getoond voor de elektriciteit die nodig is als input voor elementen, zoals elektrische warmtepompen Kosten hernieuwbaar gas 1,51 0,36 1,87 * Isolatiekosten voor huishoudens zijn berekend op basis van gegevens over 2050 kosten van Ecofys (2015). Voor gebouwen is de beredenering van PBL (2014) gevolgd, waarin wordt gerekend met dezelfde isolatiekosten in per PJ bespaarde energie als voor woningen. 9
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 De toename van netwerkkosten is voornamelijk toe te schrijven aan het elektriciteitsnetwerk en het warmtenet 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Kosten voor het netwerk in 2050: uitgesplitst naar elektriciteit, gas en warmte (in mrd) +73% 4,7 0,8 2,1 1,8 201 2 Warmtenet Gasnet 8,2 2,4 1,6 4,2 205 0 Elektriciteitsnet De hogere kosten voornamelijk door verzwaringen van het elektriciteitsnet. Warmtenetten worden duurder vergeleken met 2012. (voornamelijk geothermie als bron) Kosten voor de gasinfrastructuur voor 2012 zijn vastgesteld op 2,14 mrd (kostendaling van 28% in 2050.) 10
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 Kosten voor flexibiliteitstechnieken om elektriciteitsoverschotten mee op te vangen zitten relatief gezien vooral in accu s 409 Kosten van overschottechnieken in 2050 (in mln) 263 Power to heat* Accu s Power to gas** Power 2 Gas, Power 2 Heat en accu s worden in het toekomstbeeld van 2050 gebruikt om overschotten van elektriciteit op te vangen. Accu s*** Power 2 Gas 392 Kosten van overschottechnieken in 2050 per MWh output (in /MWh) 12,40 39,19 In absolute zin liggen de kosten van de drie technieken dicht bij elkaar Deze grafieken geven alleen de totale kosten voor de technieken weer, niet de kosten voor het gebruik ervan. Power 2 Heat 10,53 * Voor zowel Power2Heat als Power2Gas geldt dat ook de noodzakelijke netverzwaringen in de prijs zitten. Deze zijn voor P2H echter hoger vanwege het decentrale aansluitniveau. **Uitgaande van SOEC techniek voor Power2Gas in 2050 *** Op basis van 200 cycli per jaar 11
Kostenramingen en inzichten bij de Gasunie Verkenning 2050 De gevoeligheidsanalyse laat zien dat voornamelijk de kosten van isolatie en wind op zee impact hebben op het totaalbeeld Gevoeligheidsanalyse m.b.t. kostenaannames 2050 in het Energietransitiemodel Kosten per jaar (in miljarden euro's) 46 50 54 58 62 Gasprijs (34 /MWh) 17 /MWh 51 /MWh Kosten Zon PV (571 /kw) 286 /kw 857 /kw Meerkosten elektrische auto's ( 6.000) 3.000 9.000 Biomassaprijs (115 /ton) 58 /ton 173 /ton Isolatiekosten 50% goedkoper 50% duurder Kosten Wind op Zee (2815 /kw) 1408 /kw 4223 /kw Bovenstaande grafiek laat het effect zien op de totaalkosten van het energiesysteem bij hogere en lagere kostenaannames voor 2050. Er is gerekend met een verschil van -50% en +50% voor vijf belangrijke aannames. Vooral de kostenaannames voor Wind op Zee hebben veel impact op de totaalkosten (tot 5 miljard/jaar bij bovenstaande aannames). 12
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst - groen gas (uit biomassa) - gas-ccs (carbon capture industrie en gascentrales)
Mln Nm³ groen gas Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Potentieel voor groen gas 2500 2000 1500 1000 500 Zeewier Stortgas Gras AWZI RWZI VGI Energiegewassen Kippenmest Varkensmest Rundermest GFT Biomassa potentieel van <0,5 BCM naar 2,4 BCM in 2030. Zeewier kan dit potentieel verruimen met 5 BCM Houtige biomassa voegt (slechts) 40 PJ toe zonder import. 0 2012 2020 2030 Bronnen: De Gemeynt et al. (2014), Reith (2006) 14
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst CO2-afvang: sommige technieken al toepasbaar of bijna marktrijp CCS techniek TRL* Eerste projecten vanaf Post-combustion 9 Heden Verbeterde post-combustion 5-7 2020 Pre-combustion 8 Heden Oxy-fuel 7 2020 Chemical looping combustion (CLC) 4 >2025 Brandstofcel (SOFC) 4 >2025 CO2-afvang kost extra energie, maar dat kan worden verminderd 60% 50% 46% 48% 55% 51% 59% TRL 9 TRL 8 TRL 7 TRL 5-7 TRL 4 TRL 4 Geen afvang Precombustion Postcombustion Oxyfuel Verbeterde postcombustion Chemical looping combustion Brandstofc el met afvang Rendement van een gasgestookte elektriciteitscentrale bij verschillende CCS technieken(% LHV)* 15
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Ontwikkelingen in Gas CCS/CCU Huidige techniek: Post Combustion CCS Grootschalige locaties, hoge bedrijfstijd nodig Relatief hoge energiekosten Voorbeeld ontwikkelingen: kleinschalig Bijv. CarbonOrO: benodigde temperatuur laag (<70 ºC); Gebruik restwarmte industrie minder extra energieverbruik Oplossingen voor CO2-afvang bij productie biogas negatieve emissies uit biomassa Pre-combustion CCS/CCU oplossing voor de toekomst Centraal scheiden brandstof in CO 2 (opslaan/util.) en H 2 H 2 distribueren via waterstofnet naar kleinere bedrijven Waterstofnet ook goede basis voor invoeding uit Power2Gas 16
per ton vermeden CO2 ten opzichte van aardgas Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Kosten voor vermeden CO 2 bij groen gas en CO 2 -afvang 500 400 2015-2020 2040-2050 300 200 100 0-100 -200
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Met behulp van het Energietransitiemodel is een scenario opgesteld met duurzaam en gas als primaire energiedragers 2500,00 Primair energetisch energieverbruik 2013 vs. 2050 (PJ) Uitgegaan van afname totaal primair energieverbruik tot 2050 van 13%. 2000,00 1500,00 1000,00 500,00 Groen gas Vloeibare biobrandstoffen LNG Hernieuwbare elektriciteit Afval Vaste biomassa Geïmporteerde elektriciteit Kolen Aardgas Aandeel aardgas lager, van 1400 PJ in 2013 tot 950 PJ in 2050. (versterkt met groen gas) Aandeel kolen en andere fossiele brandstoffen in 2050 vrijwel volledig vervangen. gas wordt ingezet ofwel als groen gas, ofwel als gas met CCS. 0,00 2013 2050 18
Primair energieverbruik (PJ/jaar) Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst In dit scenario (zonder import van biomassa) kan de Nederlandse CO2-emissie dalen met 96% ten opzichte van 1990, optioneel 100%. 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Scenario 1: primair energetisch energieverbruik zonder import van biomassa : gasinzet voor 89% CO2-neutraal, 96% daling van CO2-emissie t.o.v. 1990) Landbouw Gebouwde omgeving In gebouwde omgeving en transport: aardgas/ccs gerelateerd aan elektriciteit uit gascentrales met CCS (op momenten zonder duurzaam) Industrie Overig Transport Groen gas Vloeibare biobrandstoffen LNG Hernieuwbare elektriciteit Afval Vaste biomassa Geïmporteerde elektriciteit Kolen Aardgas met CCS Aardgas zonder CCS Grootschalig post-combustion CCS opgevolgd door pre-combustion CCS met waterstofnet ook voor de kleinere industrie. Emissiedaling 96% ten opzichte van 1990. Volledig CO2-neutrale energievoorziening mogelijk met ofwel biomassa-import, aquatische biomassa, energiebesparing industrie.
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Inzet groen gas niet meer in CV s. maar hulpbrandstof voor warmte (hulpketel) en elektrificatie (hybride Warmtepomp) Rekenvoorbeeld waarbij er in 2050 (of veel eerder) geen mono-gas CV s meer bestaan. CV in bestaande woningen vervangen door Hybride Warmtepompen op groen gas (20% van de warmtevraag) en duurzame stroom (80%). Daarnaast all-electric warmtepompen (nieuwbouw en NOM renovatie) en warmtenetten (geconcentreerde bouw en tuinbouw). Mlrd m 3 gas eq./jaar 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Hybride WP All-electric 0,75 Groen gas: 1,0 Miljard m3 Warmte 0,25 Gas van hoofdbrandstof naar hulpbrandstof Hybride WP + groen gas + duurzame stroom: hele gebouwde omgeving in 2035 verduurzaamd, beperkte infrastructuur-impact Versnelling elektrificatie: laagdrempelig, goedkoper, minder aanpassing in de woning+ geen netverzwaring nodig 20
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Andere opties, verschillende infrastructureel gevolg Plaatje volgens warmtestudie CE Delft, 2015 Groen gas Mlrd m3 gas eq./jaar 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Groen gas CV 0,9 All-electric. Warmtenetten 0,4 Mlrd m3 gas eq./jaar Variant met vooral electrificatie (all-electric en hybride) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Hybride WP 1 All-electric Warmtenetten 0,03 Groen gas 21
Verkenning CO 2 -neutrale gastoekomst Verschillen en samenhangen Verschil met RLI 95% scenario : Veel minder import van biomassa Gasunie verkenning: idem, en minder Power2Gas (maar wel samenhang in infrastructuur) Pre-combustion gas-ccs + waterstofnet, ook voor Power2Gas later Andere potentiele variaties / samenhangen: Verduurzaming gebouwde omgeving kan flexibel, snel en met minder extra infrastructuur. Nader uitwerken wenselijk. Industrie: verkenning CO2-neutrale gastoekomst komt deels overeen met recente VEMW plan. Verduurzaming industrie grote opgave, kan met diverse opties aangepakt. Toekomst industrie behoeft aandacht. 22
Conclusies Algemene indruk Een volledige verduurzaming in 2050 is mogelijk Met onzekerheden per optie, maar de opties kunnen elkaar aanvullen (parallel en in de tijd) zodat totaalbeeld zeker is Juist goed om meerdere opties te hebben versatiliteit Kosten lijken beheersbaar. Capaciteitskosten blijven beperkt door opslagfunctie gas Slimme opbouw kan: versnellen en infrastructuur uitsparen. o Verduurzaming gebouwde omgeving mede via hybride route o Verduurzaming industrie via gas-ccs en/of Power2Gas Beperk retrofit; benut vooral de natuurlijke investeringscycli Aanbeveling: bekijk dit verder in samenhang hele systeem 23