Naarmate een samenleving voor haar dagelijks functioneren meer afhankelijk is van energiebronnen, wordt zij kwetsbaarder als de energievoorziening wordt onderbroken. Dit voor de hand liggende feit wordt genegeerd in de huidige strategieën om energiezekerheid te bereiken, waardoor ze contraproductief zijn.

Wat is energiezekerheid?

Wat betekent het voor een samenleving om “energiezekerheid” te hebben? Hoewel er meer dan veertig verschillende definities van het begrip bestaan, hebben die allemaal het fundamentele criterium gemeen dat het energieaanbod altijd aan de energievraag moet voldoen. Dit houdt ook in dat de energievoorziening constant moet zijn - er mogen geen onderbrekingen zijn in de dienstverlening. ¹²³⁴

Zo definieert het Internationaal Energieagentschap (IEA) energiezekerheid als “de ononderbroken beschikbaarheid van energiebronnen tegen een betaalbare prijs”. Het Amerikaanse Ministerie van Energie en Klimaatverandering (DECC) definieert het begrip als “de risico’s van onderbreking van de energievoorziening zijn gering”. De EU heeft het over “een stabiele en overvloedige energievoorziening”. ⁵⁶⁷

Historisch gezien werd energiezekerheid bereikt door de toegang tot bossen of veengebieden veilig te stellen voor thermische energie, en tot menselijke, dierlijke, wind- of waterkrachtbronnen voor mechanische energie. Met de komst van de industriële revolutie werd de energiezekerheid afhankelijk van de aanvoer van fossiele brandstoffen.

Als theoretisch concept houdt energiezekerheid het nauwst verband met de oliecrisissen van de jaren 1970, toen door embargo’s en prijsmanipulaties de olietoevoer naar de westerse landen werd beperkt. Als gevolg daarvan leggen de meeste geïndustrialiseerde samenlevingen nog steeds olievoorraden aan die overeenkomen met enkele maanden verbruik.

Hoewel olie voor industriële economieën nog steeds even essentieel is als in de jaren zeventig, vooral voor vervoer en landbouw, wordt nu erkend dat energiezekerheid in moderne samenlevingen ook afhangt van andere infrastructuren, zoals die voor de levering van gas, elektriciteit en recenter ook data.

Bovendien zijn deze infrastructuren in toenemende mate onderling verbonden en afhankelijk van elkaar. Gas is bijvoorbeeld een belangrijke brandstof voor de elektriciteitsproductie, terwijl het elektriciteitsnet nodig is om gaspijpleidingen te laten werken. Stroomnetwerken zijn nodig om datanetwerken te laten functioneren, en datanetwerken zijn nu nodig om stroomnetwerken te laten functioneren.

Stroomnetten zijn nodig om datanetwerken te laten werken, en datanetwerken zijn nodig om stroomnetten te laten werken.

Dit artikel onderzoekt het concept van energiezekerheid door te focussen op het elektriciteitsnet, dat even essentieel is geworden voor industriële samenlevingen als olie. Bovendien wordt elektrificatie gezien als een manier om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen - denk aan elektrische voertuigen, warmtepompen en windturbines.

De “veiligheid” of “betrouwbaarheid” van een elektriciteitsnet kan nauwkeurig worden gemeten aan de hand van continuïteitsindicatoren zoals de “Loss-of-Load Probability” (LOLP), en de “System Average Interruption Duration Index” (SAIDI). Uit deze indicatoren kan alleen maar worden geconcludeerd dat de elektriciteitsnetten in industriële samenlevingen zeer betrouwbaar zijn.

In Duitsland bijvoorbeeld is stroom gedurende 99,996% van de tijd beschikbaar, wat overeenkomt met een onderbreking van minder dan een half uur per klant per jaar. ⁸ Zelfs de slechtst presterende landen in Europa (Letland, Polen, Litouwen) hebben een voorzieningstekort van slechts acht uur per klant per jaar, wat overeenkomt met een betrouwbaarheid van 99,90%. ⁸ Het Amerikaanse elektriciteitsnet zit tussen deze waarden in, met onderbrekingen in de bevoorrading van minder dan vier uur per klant per jaar (99,96% betrouwbaarheid). ⁹

Hoe betrouwbaar is een netwerk voor hernieuwbare energie?

Bij de huidige werking van infrastructuren is het paradigma dat consumenten toegang kunnen en moeten hebben tot zoveel elektriciteit, gas, olie, data of water als ze willen, wanneer ze het willen, zolang ze het willen. De enige vereiste is dat zij de rekening betalen. Wat de energiesector betreft, is deze visie op energiezekerheid om verschillende redenen problematisch.

Ten eerste zijn de meeste energiebronnen waaruit elektriciteit wordt gemaakt eindig - en het is onmogelijk om een constante aanvoer te handhaven van iets dat eindig is. Op de lange termijn is de strategie om de energievoorziening veilig te stellen gedoemd te mislukken. Op kortere termijn kan zij het klimaat verstoren en gewapende conflicten uitlokken.

Het Internationaal Energieagentschap (IEA), dat werd opgericht na de eerste oliecrisis in het begin van de jaren zeventig, moedigt het gebruik van hernieuwbare energiebronnen aan om de energievoorziening te diversifiëren en de energiezekerheid op lange termijn te verbeteren. Een systeem van hernieuwbare energie is niet afhankelijk van de invoer van buitenlandse energie en is evenmin kwetsbaar voor manipulaties van de brandstofprijzen - de grootste zorgen in een energie-infrastructuur die grotendeels op fossiele brandstoffen is gebaseerd.

Natuurlijk hebben zonnepanelen en windturbines een beperkte levensduur en moeten ze worden geproduceerd, waarvoor ook grondstoffen nodig zijn die uit het buitenland kunnen komen of die uitgeput kunnen raken. Maar zodra ze geïnstalleerd zijn, zijn systemen voor hernieuwbare energie “betrouwbaar” op een manier en voor een periode die fossiele brandstoffen (en atoomenergie) niet zijn.

Hernieuwbare energiebronnen vormen fundamentele uitdagingen voor het huidige begrip van energiezekerheid

Voorts bieden zonne- en windenergie meer zekerheid wat fysieke defecten of sabotage betreft, des te meer wanneer de productie van hernieuwbare energie gedecentraliseerd is. Hernieuwbare energiecentrales hebben ook een lagere CO2-uitstoot, en de extreme weersomstandigheden ten gevolge van de klimaatverandering vormen eveneens een risico voor de energiezekerheid.

Ondanks al deze voordelen vormen hernieuwbare energiebronnen echter fundamentele uitdagingen voor het huidige begrip van energiezekerheid. Het belangrijkste is dat de hernieuwbare energiebronnen met het grootste potentieel - zon en wind - afhankelijk zijn van het weer en de seizoenen. Dit betekent dat zonne- en windenergie niet voldoen aan het criterium dat in alle definities van energiezekerheid als essentieel wordt beschouwd: de behoefte aan een ononderbroken, onbeperkte toevoer van stroom.

De betrouwbaarheid van een elektriciteitsnet met een hoog aandeel zonne- en windenergie zou aanzienlijk lager zijn dan de huidige normen voor continuïteit van de dienstverlening. ^1011121314 In een dergelijk hernieuwbaar elektriciteitsnet kan een 24/7 elektriciteitsvoorziening alleen tegen zeer hoge kosten worden gehandhaafd, omdat daarvoor een uitgebreide infrastructuur voor energieopslag, elektriciteitstransmissie en overtollige opwekkingscapaciteit nodig is.

Deze extra infrastructuur dreigt een hernieuwbaar elektriciteitsnet contraproductief te maken, omdat boven een bepaalde drempel de fossiele energie die nodig is voor het bouwen, installeren en onderhouden van deze infrastructuur hoger wordt dan de fossiele energie die wordt bespaard door de zonnepanelen en de windturbines.

Hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon hebben ook voordelen die in de huidige definities van energiezekerheid niet aan bod komen

Een wisselend energieaanbod is niet het enige nadeel van hernieuwbare energiebronnen. Hoewel veel media en milieuorganisaties een beeld hebben geschetst van zonne- en windenergie als overvloedige energiebronnen (“De zon levert in een uur meer energie aan de aarde dan de wereld in een jaar verbruikt”), is de werkelijkheid complexer.

Het aanbod van zonne- (en windenergie) is inderdaad enorm. Maar om deze energie in een bruikbare vorm om te zetten, vereisen zonnepanelen en windturbines door hun zeer lage vermogensdichtheid veel meer ruimte en materialen in vergelijking met thermische energiecentrales - zelfs als de winning en distributie van fossiele brandstoffen wordt meegerekend. ¹⁵ Daarom kan een netwerk voor hernieuwbare energie niet garanderen dat de consumenten toegang hebben tot zoveel elektriciteit als zij willen, zelfs als de weersomstandigheden optimaal zijn.

Hoe betrouwbaar is een autonoom stroomsysteem?

Het huidige energiebeleid met betrekking tot elektriciteit probeert drie doelstellingen met elkaar te verzoenen: een ononderbroken en onbeperkte stroomvoorziening, betaalbaarheid van de elektriciteitsprijzen, en milieuduurzaamheid.

Een elektriciteitsnet dat hoofdzakelijk gebaseerd is op fossiele brandstoffen en atoomenergie kan de doelstelling van milieuduurzaamheid niet verwezenlijken, en het kan de andere doelstellingen alleen verwezenlijken zolang buitenlandse leveranciers de leveringen niet stopzetten of de energieprijzen niet verhogen (of zolang de nationale of internationale reserves niet uitgeput raken).

Een netwerk voor hernieuwbare energie kan deze drie doelstellingen echter evenmin met elkaar verzoenen. Om een onbeperkte 24/7 stroomvoorziening te bereiken, moet de infrastructuur overgedimensioneerd zijn, wat contraproductief werkt. Zonder die infrastructuur zou een netwerk voor hernieuwbare energie betaalbaar en duurzaam kunnen zijn, maar het zou nooit een onbeperkte 24/7-levering van energie kunnen bieden.

Als we dus een betaalbare en duurzame energie-infrastructuur willen, moeten we het concept energiezekerheid herdefiniëren - en het criterium van een onbeperkte en ononderbroken energievoorziening in vraag stellen.

Als we verder kijken dan de typische grootschalige centrale infrastructuren in industriële samenlevingen, wordt het duidelijk dat niet alle voorzieningssystemen een onbeperkte toevoer van hulpbronnen bieden. Microgeneratie - de lokale productie en opslag van elektriciteit met behulp van batterijen en fotovoltaïsche panelen - is hiervan een voorbeeld.

In principe kunnen off-the-grid-systemen zo worden gedimensioneerd dat zij het aanbod altijd kan voldoen aan de vraag. Dit kan gebeuren door de “slechtste-maand-methode” te volgen, waarbij de opwekkings- en opslagcapaciteit zo wordt overgedimensioneerd dat het aanbod zelfs tijdens de kortste en donkerste dagen van het jaar aan de vraag kan voldoen.

Het op elk moment afstemmen van het aanbod op de vraag maakt een autonoom systeem zeer duur, vooral in een klimaat met een hoog seizoensgebonden karakter

Maar net als in een denkbeeldig grootschalig hernieuwbaar elektriciteitsnet maakt het afstemmen van het aanbod op de vraag op elk moment een off-the-grid systeem zeer duur, vooral in een klimaat met een hoog seizoensgebonden karakter. ¹⁶¹⁷¹⁸ Daarom worden de meeste off-the-grid systemen gedimensioneerd volgens een methode die streeft naar een compromis tussen betrouwbaarheid, economische kosten en duurzaamheid. De “loss-of-load probability sizing method” specificeert een aantal dagen per jaar dat het aanbod niet overeenkomt met de vraag. ¹⁹²⁰²¹ Met andere woorden, de dimensionering van het systeem is niet alleen gebaseerd op de verwachte energiebehoefte, maar ook op het beschikbare budget en/of de beschikbare ruimte.

Het op deze manier dimensioneren van een autonoom energiesysteem levert aanzienlijke kostenbesparingen op, zelfs als de “betrouwbaarheid” maar een klein beetje afneemt. Een berekening voor een off-the-grid huis in Spanje laat bijvoorbeeld zien dat het verlagen van de betrouwbaarheid van 99,75% naar 99,00% een kostenreductie van 60% oplevert, met vergelijkbare voordelen voor duurzaamheid. De levering zou 87,6 uur per jaar worden onderbroken, vergeleken met 22 uur in het systeem met de hogere betrouwbaarheid. ¹⁶

Volgens het huidige begrip van energiezekerheid zijn off-the-grid energiesystemen die op deze manier zijn gedimensioneerd een mislukking: het energieaanbod voldoet niet altijd aan de energievraag. De gebruikers van die systemen lijken echter niet te klagen over een gebrek aan energiezekerheid, integendeel. Daar is een eenvoudige reden voor: ze passen hun energievraag aan een beperkt en wisselend stroomaanbod aan.

In het boek Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life (2015) documenteren Phillip Vannini en Jonathan Taggart hun reis door Canada waarbij ze de leden van ongeveer 100 off-the-grid huishoudens interviewen. ²² Hun belangrijkste observaties zijn dat deze mensen over het algemeen minder elektriciteit gebruiken, en dat ze routinematig hun energievraag aanpassen aan het weer en de seizoenen.

De gebruikers van autonome energiesystemen gebruiken over het algemeen minder elektriciteit en passen hun energiebehoefte aan het weer en de seizoenen aan.

Wasmachines, stofzuigers, elektrisch gereedschap, broodroosters of videogameconsoles worden bijvoorbeeld helemaal niet gebruikt, of ze worden alleen gebruikt tijdens perioden van overvloedige energie, wanneer de batterijen vol zijn. Als het bewolkt is, passen off-gridders hun gedrag aan om minder stroom te verbruiken en wat meer over te houden voor de volgende dag.

Vannini en Taggart merken ook op dat vrijwillige off-gridders tevreden lijken te zijn met niveaus van verlichting of verwarming die afwijken van de normen die velen in de westerse wereld nu evident vinden. Vaak uit zich dat in het concentreren van activiteiten rond meer lokale warmte- en lichtbronnen. ²²

Vergelijkbare waarnemingen kunnen worden gedaan op plaatsen waar mensen - onvrijwillig - afhankelijk zijn van infrastructuren die niet altijd werken. Als er in minder geïndustrialiseerde landen gecentraliseerde water-, elektriciteits- en datanetwerken aanwezig zijn, worden deze vaak gekenmerkt door regelmatige en onregelmatige onderbrekingen in de toevoer. ²³²⁴²⁵ Ondanks de zeer geringe betrouwbaarheid van deze infrastructuren - volgens de gangbare indicatoren van continuïteit - gaat het leven echter gewoon door.

De dagelijkse gang van zaken in het huishouden wordt bepaald door onderbrekingen van de voorziening, die worden geaccepteerd als onderdeel van het leven. Als elektriciteit, water of internet bijvoorbeeld alleen op bepaalde tijdstippen van de dag beschikbaar zijn, worden de huishoudelijke taken of andere activiteiten dienovereenkomstig gepland. Mensen gebruiken ook minder energie in het algemeen: de infrastructuur laat eenvoudigweg geen levensstijl toe die veel energie verbruikt. ²³

Meer betrouwbaarheid, minder zekerheid?

De zeer hoge “betrouwbaarheid” van de elektriciteitsnetten in industriële samenlevingen wordt gerechtvaardigd door de berekening van de “Value of Lost Load” (VOLL), waarbij het financiële verlies als gevolg van stroomtekorten wordt afgezet tegen de extra investeringskosten om deze tekorten te vermijden. ^11026272829 Deze waarde is echter sterk afhankelijk van de wijze waarop de samenleving is georganiseerd. Hoe meer zij afhankelijk is van elektriciteit, hoe hoger de financiële verliezen als gevolg van stroomtekorten zullen zijn.

In de huidige definities van energiezekerheid worden vraag en aanbod los van elkaar gezien, en ligt de nadruk bijna volledig op het veiligstellen van de energievoorziening (het aanbod). Alternatieve vormen van energie-infrastructuur zoals hierboven beschreven laten echter zien dat mensen zich aanpassen en hun verwachtingen afstemmen op een stroomvoorziening die beperkt is en niet altijd werkt. Met andere woorden, de energiezekerheid kan niet alleen worden verbeterd door de betrouwbaarheid van het aanbod te vergroten, maar ook door de afhankelijkheid van energie te verminderen.

Vraag en aanbod zijn ook in 24/7-elektriciteitssystemen met elkaar verbonden en beïnvloeden elkaar wederzijds - maar met het tegenovergestelde effect. Net zoals “onbetrouwbare” elektriciteitsinfrastructuren een levensstijl in de hand werken die minder afhankelijk is van elektriciteit, bevorderen “betrouwbare” infrastructuren een levensstijl die steeds afhankelijker wordt van elektriciteit.

Industriële samenlevingen met “betrouwbare” elektriciteitsnetten zijn in feite het zwakst en het meest kwetsbaar bij onderbrekingen in de toevoer.

In hun boek uit 2018, Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies, betogen Olivier Coutard en Elizabeth Shove dat een onbeperkte en ononderbroken stroomvoorziening mensen in industriële samenlevingen in staat heeft gesteld een veelheid aan stroomafhankelijke technologieën te gebruiken - zoals wasmachines, airconditioners, koelkasten, automatische deuren of 24/7 mobiele internettoegang - die “normaal” zijn geworden en centraal staan in het dagelijks leven.

Tegelijkertijd zijn alternatieve manieren om dingen te doen - zoals kleren wassen met de hand, voedsel bewaren zonder elektriciteit, koel blijven zonder airconditioning, of navigeren en communiceren zonder mobiele telefoons - vergeten, of bezig te verdwijnen. ³⁰

Het gevolg is dat de energiezekerheid in feite groter is in off-the-grid energiesystemen en “onbetrouwbare” centrale energie-infrastructuren, terwijl de industriële samenlevingen het zwakst en het kwetsbaarst zijn bij onderbrekingen van de voorziening. Wat algemeen wordt aangenomen als een bewijs van energiezekerheid - een onbeperkte en ononderbroken stroomvoorziening - maakt industriële samenlevingen juist kwetsbaarder voor onderbrekingen in de voorziening. Het ontbreekt de mensen steeds meer aan de vaardigheden en de technologie om te kunnen functioneren zonder een continue stroomvoorziening.

Een nieuwe definitie van energiezekerheid

Om tot een nauwkeuriger definitie van energiezekerheid te komen, moet het concept anders worden gedefinieerd. Niet in termen van kilowattuur elektriciteit, maar in termen van energiediensten, sociale praktijken, of basisbehoeften. ¹ Mensen hebben op zichzelf geen elektriciteit nodig. Wat zij nodig hebben, is manieren om voedsel te bewaren, kleding te wassen, deuren te openen en sluiten, met elkaar te communiceren, zich van de ene plaats naar de andere te begeven, te zien in het donker, enzovoort. Al deze dingen kunnen worden bereikt met of zonder elektriciteit, en in het eerste geval met meer of minder elektriciteit.

Op deze manier gedefinieerd gaat energiezekerheid niet alleen over het veiligstellen van de elektriciteitsvoorziening, maar ook over het verbeteren van de veerkracht van de samenleving, zodat die minder afhankelijk wordt van een continue stroomtoevoer.

Dit omvat de veerkracht van mensen (hebben zij de vaardigheden om dingen te doen zonder elektriciteit?), de veerkracht van apparaten en technologische systemen (kunnen zij omgaan met een wisselende stroomvoorziening?), en de veerkracht van instellingen (is het legaal om een elektriciteitsnet te exploiteren dat niet altijd werkt?). Afhankelijk van de veerkracht van de samenleving kan een onderbreking van de stroomvoorziening al dan niet leiden tot een onderbreking van energiediensten of sociale praktijken.

Hoewel ons voedseldistributiesysteem bijvoorbeeld afhankelijk is van een koudeketen die een continue stroomtoevoer vereist, zijn er tal van alternatieven. We zouden koelkasten kunnen aanpassen aan een onregelmatige stroomvoorziening door ze veel beter te isoleren, we zouden koelkelders (die voedsel vers houden zonder elektriciteit) opnieuw kunnen introduceren, of we zouden oudere methoden van voedselopslag, zoals fermentatie, kunnen stimuleren.

We zouden ook de vaardigheden van mensen op het gebied van vers koken kunnen verbeteren, we zouden kunnen overschakelen op diëten die gebaseerd zijn op ingrediënten die niet gekoeld hoeven te worden bewaard, en we zouden mensen kunnen aanmoedigen om dagelijkse boodschappen te doen in de buurt in plaats van een wekelijkse rit naar de grote supermarkt.

Om de energiezekerheid te verbeteren, moeten we de infrastructuur minder betrouwbaar maken.

Als we de energiezekerheid op een meer holistische manier bekijken, waarbij we rekening houden met zowel vraag als aanbod, wordt het snel duidelijk dat de energiezekerheid in industriële samenlevingen blijft verslechteren. We blijven steeds meer taken delegeren aan machines, computers en grootschalige infrastructuren, waardoor onze afhankelijkheid van elektriciteit alleen maar toeneemt.

Bovendien wordt het internet net zo essentieel als het elektriciteitsnet, en trends zoals cloud computing, het Internet of Things en genetwerkte auto’s zijn allemaal gebaseerd op verschillende onderling verbonden lagen van continu werkende infrastructuren.

Omdat vraag en aanbod elkaar beïnvloeden, komen we tot een contra-intuïtieve conclusie: om de energiezekerheid te verbeteren, moeten we het elektriciteitsnet minder betrouwbaar maken. Dit zou veerkracht en substitutie aanmoedigen, en zo industriële samenlevingen minder kwetsbaar maken voor onderbrekingen in de voorziening.

Coutard en Shove stellen dat “het zinvol zou zijn meer aandacht te besteden aan innovatiekansen die ontstaan wanneer grote netwerksystemen worden verzwakt en verlaten, of wanneer ze minder betrouwbaar worden”. Zij voegen daaraan toe dat de ervaringen van vrijwillige off-gridders “enig inzicht verschaffen in de soorten configuraties waar het om gaat”. ³⁰

Pleiten voor een minder betrouwbare stroomvoorziening zal zeker controversieel zijn. “Het licht laten branden” is een uitdrukking die vaak wordt gebruikt om energiehervormingen te rechtvaardigen, zoals het bouwen van meer atoomcentrales, of het in bedrijf houden van deze centrales na hun geplande levensduur.

Om echte energiezekerheid te bereiken zou “het licht laten branden” vervangen moeten worden door uitdrukkingen als “een aantal lichten laten branden”, “welke lichten kunnen we nu uitdoen?”, of “wat is er mis met een beetje meer donker?”. ³¹

Uiteraard zou een minder betrouwbare energievoorziening fundamentele veranderingen in routines en technologieën.

Dit artikel is oorspronkelijk geschreven voor het UK Demand Centre.