Een grijze winterdag waarop nauwelijks een zuchtje wind staat, lijkt weinig bijzonders. Toch kan precies dat weer de elektriciteitsvoorziening in grote delen van Europa voor een uitdaging stellen. Wanneer zonnepanelen amper stroom leveren en windturbines vrijwel stilstaan, ontstaat een verschijnsel dat bekendstaat als Dunkelflaute. Vooral tijdens koude winterdagen, wanneer de vraag naar elektriciteit hoog is, kan die combinatie lastig worden. Wat zich buiten afspeelt als een onschuldige periode van rustig winterweer, kan achter de schermen grote gevolgen hebben voor onze energievoorziening.
Op een koude winteravond branden de lichten in de huiskamer, draait de verwarming en staat het avondeten op het fornuis. Buiten hangt een grijze lucht boven de huizen en de bomen bewegen nauwelijks. Het lijkt een gewone winterdag, maar voor de elektriciteitsvoorziening kan zo'n weersituatie bijzonder lastig zijn. Zonnepanelen leveren nauwelijks stroom en ook windturbines produceren veel minder elektriciteit dan gebruikelijk. Terwijl de vraag naar energie hoog blijft, vallen twee belangrijke bronnen van hernieuwbare elektriciteit grotendeels weg. In de energiesector bestaat voor deze samenloop van omstandigheden een Duitse term die ook buiten Duitsland steeds vaker opduikt: Dunkelflaute.
Het woord klinkt bijna poëtisch, maar beschrijft een heel concreet probleem. Een Dunkelflaute is een periode waarin zowel de productie van zonne-energie als die van windenergie uitzonderlijk laag ligt. Dat kan enkele uren duren, maar ook meerdere dagen aanhouden. Vooral tijdens de herfst en winter kunnen zulke omstandigheden de elektriciteitsvoorziening onder druk zetten. Naarmate Europese landen meer afhankelijk worden van windmolens en zonnepanelen, groeit ook de aandacht voor deze meteorologische uitdaging.
Wanneer het weer de elektriciteitsproductie bepaalt
De Duitse benaming is samengesteld uit Dunkel, wat donker betekent, en Flaute, een periode met weinig of geen wind. Die combinatie vat de essentie samen. Wanneer een hogedrukgebied zich boven een groot deel van Europa nestelt, kan de atmosfeer dagenlang opvallend rustig blijven. De lucht beweegt nauwelijks, waardoor windturbines weinig elektriciteit opwekken. Tegelijk kunnen hardnekkige wolkenvelden, mist en de korte winterdagen de opbrengst van zonnepanelen sterk beperken.
Opmerkelijk genoeg gaat het niet noodzakelijk om bijzonder slecht weer. Een Dunkelflaute kan zich voordoen tijdens rustige winterdagen waarop nauwelijks neerslag valt. Het probleem is juist dat de weersomstandigheden langdurig weinig veranderen. Een uitgestrekt hogedrukgebied kan de gebruikelijke afwisseling van windrijke en windstille perioden tijdelijk onderbreken.
Daarbij speelt de geografische omvang een belangrijke rol. Wanneer het in België nauwelijks waait, kunnen windparken op de Noordzee of in andere Europese landen soms nog voldoende elektriciteit produceren. Maar wanneer dezelfde atmosferische omstandigheden zich over een groot deel van Noordwest-Europa uitstrekken, neemt ook die mogelijkheid af. Elektriciteit invoeren uit buurlanden wordt dan moeilijker, omdat verschillende landen tegelijk met een beperkte productie kampen.
Wetenschappers bestuderen deze situaties met historische weergegevens en modellen van de elektriciteitsproductie. Daarbij blijkt dat er geen universele grens bestaat vanaf wanneer een periode officieel een Dunkelflaute heet. Sommige onderzoeken kijken naar het aantal opeenvolgende uren met een bijzonder lage productie, andere naar de verhouding tussen hernieuwbare elektriciteitsproductie en de verwachte vraag. Daardoor kunnen cijfers over de frequentie en duur van Dunkelflautes verschillen naargelang de gebruikte definitie.
Waarom vooral de winter kwetsbaar is
De winter maakt de combinatie van weinig zon en wind extra uitdagend. In december en januari zijn de dagen kort, staat de zon laag en is de hoeveelheid beschikbare zonne-energie beperkt. Zelfs bij een heldere hemel leveren zonnepanelen minder elektriciteit dan op een zonnige zomerdag. Wanneer daar een langdurige periode met weinig wind bovenop komt, kan de gezamenlijke productie sterk terugvallen.
Tegelijk stijgt tijdens koude perioden vaak de elektriciteitsvraag. Mensen brengen meer tijd binnenshuis door, verlichting blijft langer branden en elektrische verwarmingssystemen moeten harder werken. Vooral warmtepompen kunnen bij lage buitentemperaturen meer elektriciteit nodig hebben om gebouwen op temperatuur te houden. Ook bedrijven, datacenters en industriële installaties blijven stroom verbruiken, ongeacht hoeveel wind of zon beschikbaar is.
Die gelijktijdigheid maakt een Dunkelflaute ingewikkelder dan een gewone productiedaling. Het elektriciteitsnet moet voortdurend in evenwicht blijven. Op elk moment moet de geproduceerde en ingevoerde elektriciteit, rekening houdend met opslag en netverliezen, overeenkomen met het verbruik. Wanneer wind- en zonneparken plots veel minder leveren, moeten andere bronnen dat verschil opvangen.
Dat betekent overigens niet dat een Dunkelflaute automatisch tot stroomonderbrekingen leidt. Elektriciteitssystemen beschikken over verschillende mogelijkheden om schommelingen op te vangen. Kerncentrales, gascentrales, waterkrachtcentrales, batterijen en internationale verbindingen kunnen allemaal bijdragen aan het evenwicht. De werkelijke gevolgen hangen af van de beschikbare productiecapaciteit, de omvang van het elektriciteitsverbruik en de duur van de weersituatie.
Een uitdaging die verder reikt dan Duitsland
Hoewel de term uit Duitsland afkomstig is, speelt het verschijnsel in vrijwel alle Europese landen die sterk inzetten op wind- en zonne-energie. Duitsland is een interessant voorbeeld omdat het land de afgelopen decennia een omvangrijk park van hernieuwbare elektriciteitsinstallaties heeft uitgebouwd. Wanneer die installaties tijdens windstille, donkere perioden minder produceren, moeten andere elektriciteitsbronnen tijdelijk een groter aandeel leveren.
Ook België krijgt met zulke omstandigheden te maken. Het land beschikt over windparken op zee, windturbines op land en een groeiend aantal zonnepanelen. Die installaties leveren samen een belangrijke bijdrage aan de elektriciteitsproductie, maar hun opbrengst blijft afhankelijk van het weer.
Tijdens een Dunkelflaute kan België meer elektriciteit uit andere landen nodig hebben of sterker terugvallen op binnenlandse regelbare productie. De Belgische situatie wordt bovendien beïnvloed door de beschikbare nucleaire capaciteit, gascentrales en internationale hoogspanningsverbindingen. Het gaat dus niet uitsluitend om de hoeveelheid hernieuwbare energie die geïnstalleerd is, maar om de samenstelling en flexibiliteit van het volledige elektriciteitssysteem.
Een belangrijke les uit Europese analyses is dat landen niet alleen naar hun eigen weersomstandigheden mogen kijken. Een elektriciteitsnet dat sterk verbonden is met de buurlanden biedt veel voordelen, maar langdurige perioden met weinig wind kunnen meerdere elektriciteitsmarkten tegelijk treffen. Internationale samenwerking blijft noodzakelijk, al kan ze niet alle tekorten oplossen wanneer de productie in een groot gebied gelijktijdig terugvalt.
Waarom batterijen alleen niet volstaan
De groei van batterijopslag lijkt op het eerste gezicht een logische oplossing. Wanneer zonnepanelen overdag meer elektriciteit produceren dan nodig is, kan die energie worden opgeslagen en later opnieuw worden gebruikt. Ook windenergie kan tijdelijk in batterijen worden bewaard. Op die manier worden schommelingen tussen productie en verbruik afgevlakt.
Voor verschillen van enkele uren werkt dat bijzonder goed. Een batterij kan bijvoorbeeld overdag overtollige zonnestroom opslaan en die tijdens de avondpiek terugleveren. Maar een Dunkelflaute die meerdere dagen duurt, stelt heel andere eisen. De hoeveelheid energie die moet worden opgeslagen, wordt dan veel groter.
Het onderscheid tussen vermogen en energie is daarbij essentieel. Een batterij kan voldoende vermogen hebben om op een bepaald moment veel elektriciteit te leveren, maar toch na enkele uren leeg zijn. Om een land dagenlang van stroom te voorzien, zijn enorme opslaghoeveelheden nodig. Batterijen worden daardoor niet overbodig, maar vormen slechts één onderdeel van een bredere oplossing.
Andere technologieën kunnen een aanvullende rol spelen. Waterkrachtcentrales met pompaccumulatie kunnen energie opslaan door water naar een hoger gelegen reservoir te pompen. Waterstof kan worden geproduceerd wanneer veel hernieuwbare elektriciteit beschikbaar is en later opnieuw als energiedrager worden gebruikt. Bij die omzettingen gaat wel energie verloren, waardoor waterstof voor elektriciteitsopslag minder efficiënt is dan batterijen.
Ook regelbare elektriciteitscentrales blijven belangrijk. Gascentrales kunnen relatief snel extra vermogen leveren, terwijl kerncentrales een grote hoeveelheid elektriciteit produceren die niet rechtstreeks afhankelijk is van het weer. De mogelijkheden verschillen per technologie en per land. De centrale uitdaging is een combinatie te vinden die voldoende betrouwbaar, betaalbaar en klimaatvriendelijk is.
Kan klimaatverandering Dunkelflautes beïnvloeden?
De relatie tussen klimaatverandering en langdurige perioden met weinig wind en zon is ingewikkelder dan vaak wordt aangenomen. Een warmere atmosfeer verandert de luchtcirculatie, wolkenvorming en verdeling van hogedrukgebieden. Daardoor kunnen ook de omstandigheden die Dunkelflautes veroorzaken veranderen.
Wetenschappelijke klimaatmodellen geven echter geen eenvoudig, algemeen antwoord op de vraag of zulke perioden overal vaker zullen voorkomen. De resultaten verschillen tussen regio's, seizoenen en gebruikte modellen. Bovendien kan klimaatverandering de elektriciteitsvraag beïnvloeden. Zachtere winters verminderen mogelijk de behoefte aan verwarming, terwijl warmere zomers juist meer elektriciteit voor koeling kunnen vragen.
Onderzoekers kijken daarom niet uitsluitend naar de toekomstige opbrengst van windturbines en zonnepanelen, maar ook naar de wisselwerking tussen weersomstandigheden, elektriciteitsverbruik en beschikbare opslag. Vooral langdurige combinaties van een hoge energievraag en een lage hernieuwbare productie verdienen aandacht.
Daarbij wordt steeds duidelijker dat historische weergegevens alleen niet volstaan om een toekomstig elektriciteitssysteem te beoordelen. Een netwerk met veel meer elektrische voertuigen, warmtepompen en geëlektrificeerde industrie zal anders reageren op dezelfde weersomstandigheden dan het elektriciteitsnet van vandaag.
De toekomst vraagt om meer flexibiliteit
De energietransitie maakt het elektriciteitssysteem niet noodzakelijk minder betrouwbaar, maar verandert wel de manier waarop betrouwbaarheid moet worden georganiseerd. Vroeger werd de productie grotendeels aangepast aan de vraag. Met een groter aandeel wind- en zonne-energie wordt het steeds belangrijker om ook het verbruik flexibel te maken.
Dat kan op verschillende manieren. Elektrische voertuigen hoeven niet allemaal onmiddellijk te worden opgeladen wanneer ze worden aangesloten. Industriële processen kunnen, waar technisch mogelijk, tijdelijk worden verschoven naar uren waarin voldoende elektriciteit beschikbaar is. Gebouwen met slimme verwarmingssystemen kunnen warmte bufferen en hun elektriciteitsverbruik aanpassen zonder dat bewoners onmiddellijk comfort verliezen.
Daarnaast kunnen elektriciteitsnetten worden versterkt en kunnen verschillende energiebronnen elkaar aanvullen. Windparken op zee hebben doorgaans andere productiepatronen dan zonnepanelen op daken. Ook de geografische spreiding van installaties kan helpen om lokale schommelingen op te vangen, al blijft een grootschalige Dunkelflaute een bijzondere uitdaging.
Recente energiesysteemanalyses benadrukken daarom het belang van een combinatie van oplossingen. Niet één technologie moet alle problemen oplossen. Kortdurende opslag, langdurige energiereserves, regelbare productie, internationale verbindingen en flexibel elektriciteitsverbruik vullen elkaar aan. Hoe die combinatie eruitziet, hangt af van de beschikbare infrastructuur, de kosten en de klimaatdoelstellingen.
Voor consumenten kan dat betekenen dat elektriciteitsprijzen in de toekomst sterker reageren op weersomstandigheden. Tijdens perioden met veel wind en zon kan stroom relatief goedkoop zijn, terwijl langdurige productietekorten de groothandelsprijzen kunnen opdrijven. Bij dynamische elektriciteitscontracten kunnen huishoudens die verschillen rechtstreeks merken. Voor andere consumenten hangt het effect af van hun tariefstructuur.
Uiteindelijk maakt een Dunkelflaute vooral duidelijk hoe sterk onze energievoorziening verbonden is met de atmosfeer boven Europa. De grijze, windstille winteravond waarmee het verhaal begon, blijft voor de meeste mensen een alledaags tafereel. Achter de schermen vraagt diezelfde avond echter om een zorgvuldig samenspel van elektriciteitscentrales, opslaginstallaties, hoogspanningsverbindingen en slimme systemen.
De vraag is dan ook niet of de zon altijd zal schijnen of de wind voortdurend zal waaien. Dat zullen ze nooit doen. De werkelijke uitdaging is een elektriciteitssysteem bouwen dat ook betrouwbaar blijft wanneer beide tegelijk een paar dagen nauwelijks iets van zich laten horen.
