Power-to-gas is de toekomst. Waarmee houden regulatoren het best rekening?

Kernideeën

  • PTG kan verspilling van hernieuwbare elektriciteit voorkomen, omdat het een opslagoplossing op lange termijn biedt door gebruik te maken van de bestaande gasinfrastructuur.
  • Een mathematisch model dat verschillende scenario’s simuleert, maakt het mogelijk de prijseffecten in de elektriciteits- en gasmarkt te bestuderen als PTG wordt uitgerold, en verkeerd afgestemde incentives te identificeren door een vergelijking van de optimale geïnstalleerde capaciteit van PTG voor sectorgebonden en totale welfare en de verdeling van welfare over de sectoren.
  • Het is het eerste model dat focust op sectorkoppeling en hoe die de marktdynamiek verandert. 

De resultaten van een eerste studie gefinancierd door de Fluxys-leerstoel werden gepubliceerd als werkdocument, en enthousiast onthaald door vakgenoten tijdens de voorstelling op de 42ste jaarlijkse conferentie van de International Association for Energy Economics (IAEE) in Montreal en aan een al even kritisch publiek van gaseconomen in Parijs. Doctoraal onderzoeker Martin Roach ontwikkelde een economisch model voor power-to-gas (PTG)1 dat inspeelt op de nakende Europese en Belgische regulering van de sectorkoppeling. “Het model is een van de eerste dat rekening houdt met de marktdynamiek en levert waardevolle input voor het debat, en dat precies op het goede moment”, zegt professor Leonardo Meeus trots.

Verspilling

“Wind- en zonne-installaties wekken vooral overdag energie op, terwijl de vraag ’s avonds het grootst is. Meer energie opwekken met hernieuwbare bronnen zal vroeg of laat tot verspilling leiden, omdat vraag en aanbod niet op elkaar afgestemd zijn”, legt Leonardo uit. “Sommige landen, zoals Duitsland, ondervinden dat nu al. Uiteraard kan het overschot aan elektriciteit opgeslagen worden in batterijen, maar die zijn nog relatief duur en vooral geschikt voor kortetermijntoepassingen. In plaats van te investeren in nieuwe batterijen kan bijvoorbeeld gebruikgemaakt worden van de bestaande gasinfrastructuur. Die biedt momenteel meer opslagcapaciteit en is geschikt voor opslag over een lange periode. Ideaal om tijdelijke pieken op te vangen.”

Zijn er gedeelde belangen?

“PTG is een van de opkomende technologieën in het paradigma van de sectorkoppeling”, knikt Martin. “Maar zal de doorbraak er komen? Zowel de elektriciteits- als de gassector is betrokken partij, maar scharen ze zich allebei in dezelfde mate achter deze nieuwe technologie? Als PTG een negatieve impact heeft op een van de twee sectoren komen de investeringen er misschien nooit.” En daar voegt hij aan toe: “Onze studie analyseert of er sprake zal zijn van gedeelde belangen bij de uitbouw van PTG als het aandeel van hernieuwbare elektriciteit in de toekomst blijft groeien. Welke impact zal PTG hebben op de globale welfare én de welfare van de consumenten in de twee sectoren?”

Optimalisatieprobleem

Om die vraag te beantwoorden, ontwikkelde Martin een economisch evenwichtsmodel. Dat simuleert de impact van PTG in verschillende scenario’s die de investeringskosten in PTG en RES-doelstellingen (renewable energy sources of hernieuwbare energiebronnen) combineren. De gestileerde elektriciteitsmarkt bestaat uit twee conventionele generatoren die gebruikmaken van gascentrales en één duurzame generator op basis van windenergie. De gasmarkt gaat uit van hernieuwbaar gas afkomstig van waterstof via PTG en conventioneel aardgas via langlopende contracten. De PTG-investeerder maakt gebruik van arbitrage tussen deze twee markten. Alleen de elektriciteitsmarkt wordt verondersteld de RES-doelstellingen te halen.

Het model komt neer op een combinatie van optimalisatieproblemen voor de verschillende betrokken partijen. Zowel de gas- en elektriciteitsleveranciers als de PTG-investeerder streven immers naar maximale winst, terwijl de consumenten van elektriciteit en gas de kosten willen beperken. Over alle scenario’s heen bestudeerde Martin de prijseffecten in de elektriciteits- en gasmarkt als PTG wordt uitgerold, en de inkomsten uit arbitrage voor de PTG-investeerder. Voor elk scenario vergeleek hij de optimale geïnstalleerde capaciteit van PTG voor sectorgebonden en totale welfare – of met andere woorden de geïnstalleerde capaciteit die de welfare maximaliseert – en de verdeling van welfare om verkeerd afgestemde incentives te identificeren. Een gevoeligheidsanalyse belichtte de impact van verscheidene systeemparameters, wat het mogelijk maakte om de bevindingen in perspectief te plaatsen.

Samenwerken is logisch, maar …

Voor Martin zijn dit de belangrijkste conclusies van de simulaties:

  • De schaal waarop PTG uitgerold wordt heeft een impact op de elektriciteitsprijs bepaald door arbitrage tussen brandstoffen als de geïnstalleerde PTG-capaciteit volstaat om verspilling op te vangen”, vertelt hij. “Bij een toename van de geïnstalleerde capaciteit ziet de PTG-investeerder zijn inkomsten uit arbitrage stijgen, tot die een piek bereiken. Daarna brokkelen ze af.”

  • De elektriciteits- en gassector hebben wel degelijk een gemeenschappelijk belang in een samenwerking rond PTG, omdat elektriciteits- én gasconsumenten profiteren van lagere prijzen in scenario’s waarbij PTG rendabel is en de welfare verbetert. “PTG vangt verspilling dan op. Dat is in het voordeel van elektriciteitsconsumenten, omdat de RES-premie daalt. Tegelijkertijd profiteren gasconsumenten van PTG, omdat het zorgt voor een alternatieve gastoevoer. Daardoor neemt de afhankelijkheid van langlopende contracten af, en dat doet de gasprijzen dalen. Er lijkt kortom geen sprake te zijn van significant verkeerd afgestemde incentives tussen deze twee sectoren.”

  • Er is wél een probleem met verkeerd afgestemde incentives bij de PTG-investeerder: “Er zijn scenario’s waarbij de totale welfare maximaal is, terwijl de PTG-investeerder toch verlies maakt. Dat kan erop wijzen dat het een doordacht idee is om PTG te subsidiëren en de welfare zo te doen toenemen tot boven het niveau in een perfect competitieve markt. We moeten een evenwicht vinden tussen incentives en ondersteuning voor hernieuwbare energiebronnen en PTG”, besluit Martin.

Stof tot nadenken en voer voor debat

De meeste eerdere studies over sectorkoppeling analyseerden de elektriciteits- en gasmarkt afzonderlijk, en legden de nadruk op een van de twee. “Ons model gebruikt evenwichtige en toch gestileerde voorstellingen van die twee markten, en focust zo op de sectorkoppeling en hoe die de marktdynamiek verandert.” Leonardo benadrukt dat het model geen norm oplegt. “Het vertelt je niet wat je moet doen, maar geeft input voor het debat rond regelgeving voor sectorkoppeling, waarin heel diverse opties gepresenteerd worden. En ons model heeft de verdienste dat het een aantal ervan kwantificeert.” 

Perfecte timing

Niet alleen is het model het eerste in zijn soort, Leonardo wijst er ook op dat het precies op het goede moment komt. “Het pakket ‘Schone energie voor alle Europeanen’ bepaalt doelstellingen voor elektriciteitsopwekking uit hernieuwbare bronnen, maar een gelijkaardig pakket voor gas komt eraan. PTG is – zoals Martin al zei – een opkomende technologie, maar ook een opkomende industrie. De vraag is of die rendabel kan zijn of ondersteund moet worden via subsidies en/of nettarieven. Die kwestie komt zeker aan bod bij de gesprekken over het gaspakket. Sommigen opperden ook het idee van doelstellingen voor hernieuwbaar gas. Of dergelijke doelstellingen al dan niet zinvol zijn, wordt geanalyseerd in een tweede studie. Martin is er al mee bezig.”

Op de eerste rij

Hoewel het om een academische studie gaat, is ze voor Fluxys meteen praktisch relevant. “Het bedrijf ontwikkelt momenteel een PTG-project op industriële schaal om de haalbaarheid en economische levensvatbaarheid te evalueren en vertrouwd te raken met de technologie”, vertelt Martin. “Fluxys was al een van de voortrekkers van het Gas for Climate -consortium, een groep van zeven toonaangevende Europese gastransportbedrijven en twee associaties uit de sector van hernieuwbaar gas die streven naar een nul-uitstoot van broeikasgassen in de EU tegen 2050, en wil nu anticiperen op de toekomstige wetgeving die in het gaspakket vervat zal zitten. Dankzij deze studie over PTG zit Fluxys op de eerste rij.”

“We hebben veel geluk dat Fluxys het voordeel van degelijk academisch onderzoek inziet”, vult Leonardo enthousiast aan. “En dankzij dit bedrijf kunnen we ons werk ook op andere academische platformen voorstellen!”

1 Power-to-gas-technologie maakt het mogelijk om overtollige elektriciteit uit hernieuwbare bronnen op te slaan door die om te zetten in gas. Er zijn verschillende methodes, die allemaal eerst de elektrische energie gebruiken om waterstof (H2) te produceren door de elektrolyse van water. Afhankelijk van de methode wordt de H2 vervolgens gecombineerd met CO2 om die om te zetten in methaan (CH4). H2 en CH4 worden ofwel in het bestaande gasnet geïnjecteerd ofwel ondergronds opgeslagen, en vervolgens gebruikt om elektrische energie op te wekken in gascentrales of – in het geval van H2 – brandstofcellen.

Sectorkoppeling: een nieuwe hype
“Het is allemaal sectorkoppeling wat de klok slaat in de academische wereld en bij regulatoren, en toch heeft de term verschillende betekenissen voor verschillende mensen”, zegt Leonardo. “Eén ding staat vast: de energiesector mag niet meer beschouwd worden als een verzameling van afzonderlijke silo’s – kool, elektriciteit, gas, olie, hernieuwbare bronnen. Ruwweg kan je zeggen dat sectorkoppeling de energiesector en eindgebruikers wil verbinden om een steeds groter aandeel van de intermitterende hernieuwbare bronnen te integreren – wat uitgaat van interacties tussen de energiemarkt en eindgebruikers enerzijds en verschillende energiemarkten anderzijds. Zo illustreren elektrische voertuigen hoe mobiliteit en de elektriciteitsmarkt samenvallen en linken power-to-gasinstallaties de elektriciteits- en gasmarkt.” 

Bron: De paper ‘The Welfare and Price Effects of Sector Coupling with Power-to-Gas’ is gepubliceerd in een reeks werkdocumenten van het European University Institute, Robert Schuman Centre for Advanced Studies, Florence School of Regulation (RSCAS 2019/46). Een exemplaar aanvragen kan ook bij de auteurs.

Over de auteurs
Martin Roach is doctoraal onderzoeker bij het Vlerick Energy Centre. Leonardo Meeus is professor Nonmarket Strategy & Corporate Affairs aan Vlerick Business School en directeur van het Vlerick Energy Centre.

Ontdek onze expertise in energie

De energiesector zal in de komende 10 jaar aan meer veranderingen onderhevig zijn dan in de afgelopen 100. Nieuwe technologieën, organisatorische uitdagingen, regelgeving ... al deze factoren hebben een invloed op zowel bedrijven als klanten. Maar verandering betekent ook opportuniteiten, zelfs al zijn er geen gemakkelijke antwoorden. Het Vlerick Energy Centre helpt je om met die verandering om te gaan. We dagen je uit om vooruit te denken en nieuwe oplossingen te vinden voor de wereld van morgen.

Accreditaties
& rankings

Equis Association of MBAs AACSB Financial Times