Capaciteitsfactor
Stel je hebt een auto die op de snelweg 180 kilometer per uur kan rijden. Dat is zijn maximale vermogen. In de praktijk rijd je vooral 50 kilometer per uur door de stad, sta je weleens in de file en staat de auto 's nachts stil op de oprit. Deel je de gemiddelde snelheid door de topsnelheid, dan krijg je een percentage dat laat zien hoeveel van het maximale vermogen daadwerkelijk wordt gebruikt. Bij energiecentrales en windmolens heet dit percentage de capaciteitsfactor.
Een windturbine met een nominaal vermogen (het maximale vermogen dat op het typeplaatje staat) van 5 megawatt zou in een jaar van 8760 uur theoretisch 43.800 megawattuur aan stroom kunnen leveren, als hij continu op volle kracht zou draaien. In werkelijkheid waait het niet altijd hard genoeg, soms staat de turbine stil voor onderhoud, en soms is er te weinig vraag. Een gemiddelde Nederlandse windturbine op zee produceert daardoor eerder rond de 15.000 tot 20.000 megawattuur per jaar: een capaciteitsfactor van ruwweg 35 tot 45 procent. Dat getal is een van de belangrijkste manieren om te beoordelen hoe goed een energiebron in de praktijk presteert, los van de indrukwekkende getallen op de folder.
Wat is het precies?
De capaciteitsfactor wordt berekend met een simpele formule: de werkelijk geleverde energie in een bepaalde periode, gedeeld door de energie die zou zijn geleverd als de installatie in diezelfde periode continu op volle nominale capaciteit had gedraaid. Het resultaat wordt meestal uitgedrukt in een percentage.
Een capaciteitsfactor van 100 procent bestaat in de praktijk niet. Elke installatie heeft onderhoud nodig, elke turbine of centrale valt weleens uit, en bij zon en wind is er simpelweg niet altijd genoeg 'brandstof' beschikbaar. Zelfs kerncentrales, die het hoogst scoren van alle grote energiebronnen, halen doorgaans niet meer dan 90 tot 93 procent, onder meer door periodieke splijtstofwissels en veiligheidsinspecties.
Het is belangrijk de capaciteitsfactor niet te verwarren met de beschikbaarheid van een installatie. Beschikbaarheid geeft aan hoeveel procent van de tijd een centrale technisch gezien kán draaien; capaciteitsfactor geeft aan hoeveel er werkelijk geproduceerd wordt. Een gascentrale kan bijvoorbeeld 95 procent van de tijd beschikbaar zijn, maar toch maar 15 procent capaciteitsfactor halen omdat ze alleen wordt ingezet als piekvermogen, op momenten dat andere bronnen tekortschieten.
De uitkomst hangt sterk af van de energiebron. Zonnepanelen in Nederland halen door het beperkte aantal zonuren en de lage zonnestand in de winter een capaciteitsfactor van ongeveer 10 tot 13 procent; in zonnige streken zoals Zuid-Spanje of het zuidwesten van de Verenigde Staten loopt dat op tot 20 à 25 procent. Windenergie op land zit doorgaans tussen 25 en 35 procent, windenergie op zee tussen 40 en 55 procent omdat het daar harder en constanter waait. Kolencentrales halen tegenwoordig, nu ze vaker worden teruggeregeld voor duurzame stroom, meestal 40 tot 60 procent, en kerncentrales zoals gezegd rond de 90 procent.
Wat wil men ermee bereiken?
Het draait vooral om eerlijk vergelijken. Als je alleen naar het nominale vermogen kijkt, lijkt een windpark van 1000 megawatt net zo krachtig als een kerncentrale van 1000 megawatt. Maar omdat de kerncentrale bijna continu draait en het windpark afhankelijk is van de wind, levert de kerncentrale in een jaar tijd twee tot drie keer zoveel stroom. De capaciteitsfactor maakt dat verschil zichtbaar en voorkomt dat beleidsmakers, investeerders en journalisten appels met peren vergelijken.
Voor investeerders en energiebedrijven is de capaciteitsfactor direct verbonden aan de portemonnee: hoe hoger de capaciteitsfactor, hoe meer stroom er per geïnvesteerde euro aan installatiekosten wordt geproduceerd, en hoe sneller een project zich terugverdient. Dit getal is daarom een centraal onderdeel van de zogeheten LCOE (levelized cost of energy, de gemiddelde kostprijs per geproduceerde kilowattuur over de hele levensduur van een installatie), een maatstaf die veel wordt gebruikt om energiebronnen financieel te vergelijken.
Netbeheerders hebben er weer een ander belang bij: zij moeten op elk moment vraag en aanbod van elektriciteit in balans houden. Bronnen met een lage en onvoorspelbare capaciteitsfactor, zoals zon en wind, vragen om meer back-upvermogen, opslag of flexibiliteit in het net. Een hogere en stabielere capaciteitsfactor betekent minder hoofdpijn bij het beheren van het elektriciteitsnet.
Voorbeelden uit de praktijk
Hornsea 2, een offshore windpark van de Deense energiemaatschappij Ørsted voor de Britse oostkust, ging in 2022 in bedrijf met een vermogen van ongeveer 1,3 gigawatt en was destijds het grootste windpark op zee ter wereld. Moderne windparken op zee van dit formaat en met grote turbines halen doorgaans capaciteitsfactoren van 45 tot 55 procent, aanzienlijk hoger dan oudere, kleinere parken dichter bij de kust.
Borssele I en II, voor de Zeeuwse kust en eveneens gebouwd door Ørsted, zijn in 2020 en 2021 in gebruik genomen met een gezamenlijk vermogen van ongeveer 752 megawatt. Hollandse Kust Zuid, het eerste volledig subsidievrije offshore windpark ter wereld, werd in 2023 door het Zweedse Vattenfall voltooid met een vermogen van ongeveer 1,5 gigawatt.
Aan de andere kant van het spectrum staan de nieuwe kernreactoren Vogtle 3 en 4 in de Amerikaanse staat Georgia, gebouwd door Georgia Power en moederbedrijf Southern Company en respectievelijk in 2023 en 2024 in bedrijf genomen. Kernreactoren van dit type (AP1000-ontwerp) worden ontworpen om vrijwel continu op vol vermogen te draaien, met capaciteitsfactoren die doorgaans boven de 90 procent uitkomen, ten koste van een bouwtijd en kostenoverschrijding die jaren langer duurden dan gepland.
Ook in Nederland zelf illustreren zonneparken het verschil: een zonnepark in bijvoorbeeld Drenthe of Groningen haalt een capaciteitsfactor van rond de 11 procent, terwijl eenzelfde installatie in Zuid-Europa vrijwel dubbel zoveel stroom per megawatt aan vermogen zou opleveren.
Hoe ver is de techniek?
Capaciteitsfactor is zelf geen technologie maar een meetgetal, en dat getal is de afgelopen decennia flink gestegen doordat de onderliggende techniek verbeterde. Windturbines op zee zijn een goed voorbeeld: begin jaren 2000 hadden turbines een vermogen van ongeveer 2 megawatt, terwijl fabrikanten als GE (met de Haliade-X) en Vestas (met de V236) inmiddels turbines bouwen met een vermogen van 14 tot 15 megawatt per stuk. Grotere rotorbladen vangen meer wind, en nieuwe parken worden bovendien verder uit de kust gebouwd, waar het harder en constanter waait. Dat heeft de gemiddelde capaciteitsfactor van offshore wind in twintig jaar tijd met tientallen procenten laten stijgen.
Bij zonne-energie is de winst kleiner, omdat de hoeveelheid zonlicht op een gegeven locatie een harde natuurkundige grens stelt. Efficiëntere zonnepanelen, tweezijdige ('bifaciale') panelen die ook licht van de achterkant opvangen, en zonnevolgsystemen die met de zon meedraaien, verhogen de capaciteitsfactor met enkele procentpunten, maar een fundamentele doorbraak die zonne-energie in Nederland naar kernenergie-niveaus tilt, is niet te verwachten.
Een groeiend obstakel, vooral in Nederland, is netcongestie: het elektriciteitsnet kan de pieken van zonnige of winderige dagen soms niet meer aan, waardoor windparken en zonneparken gedwongen worden om af te schakelen. Dat verlaagt hun feitelijke capaciteitsfactor, ook al is de techniek zelf niet de beperkende factor. Batterijopslag en slimmere netten worden gezien als belangrijkste oplossingsrichting, maar de uitrol daarvan verloopt nog geleidelijk.
Wie werken eraan?
Het bijhouden en analyseren van capaciteitsfactoren gebeurt wereldwijd vooral bij statistiekbureaus en energieagentschappen. Het Internationaal Energieagentschap (IEA) publiceert jaarlijks uitgebreide cijfers per land en technologie. In de Verenigde Staten doet het National Renewable Energy Laboratory (NREL) onderzoek naar de prestaties van hernieuwbare energiebronnen, terwijl in Nederland het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) jaarlijks rapporteert over de productie en capaciteitsfactoren van Nederlandse energiecentrales en windparken.
Op het gebied van infrastructuur speelt netbeheerder TenneT, actief in Nederland en delen van Duitsland, een sleutelrol bij het inpassen van bronnen met wisselende capaciteitsfactoren in het elektriciteitsnet. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) organiseert namens de Nederlandse overheid de tenders voor nieuwe windparken op zee en stelt daarbij eisen aan verwachte prestaties.
Aan de bouwkant zijn energiebedrijven als het Deense Ørsted, het Zweedse Vattenfall en het Duitse RWE grote spelers in offshore windenergie, terwijl turbinefabrikanten als het Deense Vestas, het Duits-Spaanse Siemens Gamesa en het Amerikaanse GE Vernova voortdurend werken aan grotere en efficiëntere turbines om de capaciteitsfactor verder te verhogen. In Nederland doet ook TU Delft onderzoek naar windturbinetechniek en netintegratie van hernieuwbare energie.