Wat is een dunkelflaute? En hoe kunnen we dit tegengaan?

Dunkelflaute: geen zon, geen wind

Er bestaat geen echt allesomvattende en gestandaardiseerde definitie van het begrip dunkelflaute. Algemeen wordt hiermee een langere periode bedoeld waarin de zon niet schijnt en er geen wind waait. Het is dan dus donker en windstil weer.

Voor de voeding van energie uit hernieuwbare bronnen betekent dit, dat zonnepanelen en windturbines geen output hebben. In de verdere causaliteit zou de dunkelflaute dus leiden tot een merkbare terugval in de toevoer van stroom. Dit stelt een samenleving die op duurzame wijze met hernieuwbare bronnen in haar energiebehoeften wil voorzien voor bepaalde uitdagingen.

Hoe vaak komen dunkelflauten voor en hoe lang duren ze eigenlijk?

Vooral in de wintertijd is de kans groter dat vraag en aanbod van elektriciteit ver uit elkaar liggen. De energiebehoefte in koude en donkere maanden is hoog door de extra verwarming en verlichting. Tegelijkertijd zijn de dagen ook korter. Als gevolg daarvan neemt de beschikbaarheid van zonlicht af. Als daar nog zwakke windfasen bijkomen, dan is dit volgens het Duitse Umweltbundesamt een 'koude dunkelflaute'.

Interessant genoeg komen deze koude, donkere periodes volgens informatie van de milieu-instantie in een duidelijk afgebakend tijdsvenster voor. In de hoogste frequentie beslaat dit slechts een periode van twee weken, van 23 januari tot 6 februari. Dit was het resultaat van metingen tussen 2006 en 2016 – zoals blijkt uit het gebruik van conventionele energiecentrales om aan de toegenomen vraag naar energie te voldoen. Volgens Deutschlandfunk meldt het in Keulen gevestigde Science Media Centre dat er tussen 2015 en 2020 drie langdurige stromflauten waren.

Waarom zijn energiebuffers zo belangrijk om dunkelflauten tegen te gaan?

Batterijen en accu's behoren tot de bekendste vormen van energiebuffers. Er zijn echter andere manieren om elektrische energie te bewaren. Alle vormen van opslag zijn gebaseerd op het principe van omzetting van een energievorm op zo'n manier dat deze opgeslagen kan worden, zodat de energie op verschillende momenten bruikbaar is. Hier wordt bijvoorbeeld vluchtige stroom omgezet in chemische energie.

Bekende voorbeelden hiervan zijn verschillende batterijvormen en het brede gebied van Power-to-X met de elektrochemische elektrolyse van water tot waterstof en zuurstof. Energiebuffers kunnen ook gebruik maken van positie-energie en kinetische energie als actief principe – bijvoorbeeld in de vorm van pompaccumulatiecentrales, persluchtbuffers of massabuffers met roterend vliegwiel. Ook thermische eenheden zoals ijsbuffers worden steeds belangrijker in de loop van een elektrische warmtetransitie.

Meer over Power-to-X

Windturbines, energiebuffers en gastank bij zonsondergang

Wat kunnen batterijen doen om een dunkelflaute tegen te gaan?

Wanneer windparken worden gecombineerd met een industriële accuopslag, krijgen de turbines een functionele booster om een dunkelflaute tegen te gaan. Hierbij neemt de energiebuffer de opgewekte energie op die overblijft als het waait en er meer stroom wordt geproduceerd dan nodig is.

Bij een dunkelflaute kan er stroom vanuit de energiebuffer worden toegevoerd. Batterijen fungeren daarom als buffer en zijn waardevol voor de netstabiliteit – ook als er geen dunkelflaute is. Deze opbouw is vooral interessant voor oudere windparken die niet in aanmerking komen voor overheidssubsidies. Hetzelfde werkingsprincipe geldt ook voor de combinatie met PV-installaties. Als de opbrengst uit het zonlicht groter is dan de vraag, wordt het opgeslagen. Bij bewolking voedt de energiebuffer het elektriciteitsnet op een gerichte manier.

Wat heeft de dunkelflaute gemeen met belastingsmanagement?

De technische mogelijkheden voor het beperken van de effecten van een dunkelflaute op de voedingszekerheid zijn vergelijkbaar met de mogelijkheden waarop momenteel wordt gefocust in gebouwbeheer en fabrieksautomatisering onder de noemer belastingsmanagement resp. management van de piekbelasting of piekscheren.

Belastingspieken zijn duur en belasten het voedingsnet. Energiebuffers kunnen worden gebruikt om piekverbruik af te vlakken – met andere woorden, om pieken in de vraag naar elektriciteit af te vlakken. Hier komt de term 'piekscheren' vandaan. Energiebuffers zijn daarom een goede manier om harmonie in het elektriciteitsnet te creëren. Het geheel wordt nog effectiever als de opwekking en het verbruik van stroom worden geharmoniseerd door sectorkoppeling.

Wat doet sectorkoppeling in een All Electric Society tijdens een dunkelflaute?

Met de koppeling van sectoren, bijvoorbeeld door een energetische en gegevenstechnische aansluiting van gebouwen, productie-installaties, energiebuffers en PV-systemen, kan een effectieve energiecombinatie worden gecreëerd. Op deze manier is het mogelijk om energiestromen binnen een smart-micro-grid te verschuiven.

De nauwe verbinding tussen energieconsumenten en -producenten zorgt voor evenwicht. Het geheel kan worden vergeleken met een zelfnivellerend systeem. Bovendien maakt sectorkoppeling het mogelijk om hele systemen met hun vele dwarsverbindingen en afhankelijkheden aan te kunnen sturen. Sectorkoppeling is de sleutel om de weg te effenen naar een All Electric Society – en ook een effectief middel tegen de dunkelflaute.

Meer over sectorkoppeling

Conclusie

Dunkelflauten hebben een natuurlijke oorsprong en kunnen daarom niet worden voorkomen. Studies tonen aan dat langere fases zonder zon en wind slechts zelden voorkomen in de loop van een jaar. Maar met intelligent gekoppelde sectoren, digitale manieren om informatie te verkrijgen en vooral het gebruik van energiebuffers kunnen de effecten van dunkelflauten effectief worden beheerd met standaardtechniek die nu al beschikbaar is.