De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik

SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE


De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik. Kas Hemmes KIVI lezing 3 november 2014, Den Haag


Systeem Denken (Amory Lovins) System s Think ing: Optim izing Not Just P arts, But Entire System s • Designers and decision-makers too often

define problems narrowly, without identifying their causes or connections. This merely shifts or multiplies problems. • System s think ing —the opposite of that disintegrated approach—typically reveals lasting, elegantly frugal solutions with multiple benefits, which enable us to transcend ideological battles and unite all parties around shared goals. • … systems thinking also reveals interconnections between problems,

which often permits one solution to be leveraged to create many more.


• Het gaat om een andere manier van denken!!. • Dit is het doel van deze voordracht. • De (brandstofcel) voorbeelden dienen slechts ter illustratie daarvan.


Dwight Eisenhower 'If you can't solve a problem, enlarge it.‘


Systeem Integratie Opties.

KNAW rapport: ‘Duurzaam duurt het langst’ (2007) 1. Integratie van componenten tot systemen 2. Integratie van diverse energiebronnen (MultiSource Multi-Product systemen) 3. Integratie van hernieuwbare en fossiele energiebronnen 4. Integratie van nieuwe technologie in bestaande technologie 5. Integratie van sectoren 6. Integratie van functies 7. Integratie van duurzaamheid (Brundtland) in het ontwerp van energiesystemen.


1. Integratie van Componenten tot een Energie Systeem S Y

T

C

T

D

system boundary

Y = Yield; supply T = Transport C = Conversion S = Storage D = Demand

Φi,in(x,t)

C

Φj,out(x,t)

Φloss(x,t)


1. Opslag van elektriciteit:

S

S Y

T

C

T

D

C


Echter……. Systeem denken !!!


Multisource-multiproduct systemen (MSMP)


Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem E - power

E - power

CO / H2 NG heat


Vrijheidsgraden gebruiken voor optimalisatie • Hoeveel van welke input om optimaal aan alle benodigde output te voldoen ? • Welke randvoorwaarden ? • Welke optimalisatie criteria ? • Economisch optimaal ≠ energie optimaal


Conventional Solution for dealing with fluctuating renewable energy sources essentially is a complex storage device in a linear energy system.

E - power E - power

Storage


Opslag is het probleem geworden in plaats van de oplossing

E - power

Storage H2O

E - power

O2 FC

Electrolyser

H2

H2O

heat


Conventional Solution is ‘Island Thinking’ not ‘System Thinking’

Storage


MSMP voorbeeld: integratie van een interne reforming brandstofcel met windenergie

E - power

air IR-FC

NG

H2

N2

H2

Optional (NG/N2 ) heat


Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem E - power

E - power

IR-FC CO / H2 NG heat


M ode 1 – High efficiency m ode

Efficiency (%)

First we kept the input flow rate of NG constant. The fuel utilization is now decreased by decreasing the current density.

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Electric-Efficiency Gas Efficiency Total Efficiency

60

65

70

75

80

85

Fuel Utilization (%)

90

95


Hyperwind • Hyperwind = Superwind + HTelectrolyse electriciteit O2

H2O

H2 (warmte)


Hyperwind • Hyperwind = Superwind + electrolyse • + Optie: ‘Fuel assisted electrolysis’ electriciteit biogas

H2O + CO2

H2O

H2 (warmte)


Energieopslag • We hebben al opslag en we noemen dat:


Energieopslag • We hebben al opslag en we noemen dat:

•Slochteren!!

To store or not to store that’s the question. Electrical Sector

Conversion Conversion

Fuel/chemical

Alternative applications

Chemical Sector

Fuel/chemical

By coupling of two sectors and an overflow of energy from one sector to the other ‘virtual’ storage can be obtained.


4. Integratie van sectoren • •

Grotere systeemgrenzen Meerdere problemen tegelijk oplossen

Voorbeelden: 4.1 afvalverbranding 4.2 combi-ketel (warm tap water + ruimte verwarming) 4.3. V2G (vehicle to grid) 4.4 Energie sector en chemische sector 4.5 Offshore wind en scheepvaart


Wireless Windpark • • • •

Integratie van offshore wind en scheepvaart Wind – H2 – NH3 als ‘scheepsdiesel’ Geen kabel connectie met grid. Scheepvaart is tegelijk ‘transport’ en ‘demand side’ van de windenergie.


Conclusies Duurzame ontwikkeling vraagt • een brede kijk, • een andere manier van denken • (systeem) integratie op verschillende manieren en nivo’s • Meer ruimte voor creativiteit, lateraal denken en ‘2 photon processen’. • Tot slot…discussie


Is er een directe link tussen sustainablility en integratiedenken ?

Er zijn in ieder geval overeenkomsten 1. Brede systeem grenzen 2. Meerdere problemen tegelijk aanpakken 3. Doelstelling groot, abstract, ver weg maar wel duidelijk. (niet te snel subdoelen definiëren en daar te rigide aan vasthouden)


Kun je ook een link leggen naar de energietransitiepaden?

• Er is een grote groeiende vraag naar innovatie op energie gebied. (OK) • Opsplitsing in 6 kernthema’s (te weinig aandacht voor integratie) 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Groene grondstoffen Duurzame mobiliteit Keten efficiëntie; (lineair systeem denken) Nieuw gas, schoon fossiel Duurzame elektriciteit Gebouwde omgeving



Is sub-optimaliseren zelfs niet eens ‘buying time’, of toch wel? Groot gevaar voor lock-in: bijvoorbeeld kolen- en biomassa vergassing !!! Institutions

Technology

Markets

1 Operational Elements of an Energy System


voorbeeld 3.1: brandstofcellen in een aardgas mengstation E - power

E - power

air Air SEP

O2

IR-FC

FC H2

Low T heat

heat

NG

N2

H2 NG/N2 /(H2 )


Vervanging luchtscheider in een mengstation door een brandstofcel E - power

air IR-FC

Low-T FC

Low T heat NG

H2

N2

N2

NG/N2/(H2)

Het systeem produceert elektriciteit in plaats van elektriciteit te verbruiken !! (Orde enkele tientallen MW)


Voorbeeld 4.3: V2G (vehicle to grid) • • • •

NL: 6.000.000 cars à 50 kW = 300 GW. Dit is meer dan 10 x het geïnstalleerd vermogen slechts 10% van de auto’s zijn nodig of …??


analyse V2G (vehicle to grid) En worden twee denkstappen gemaakt: 1. Er is een inefficiëntie in het huidige systeem (auto’s staan stil) 2. Transportsector en energiesector worden gecombineerd Verder • Overcapaciteit gebruiken om thermodynamische limiet te benaderen • Accu’s geven < 6. 106 kWh=6 GWh (1 uurtje alle stroom voor NL)


6. Integratie van functies • industrieel ontwerpers passen dit dagelijks toe Voorbeelden:

5.1 zonnepanelen op het dak in plaats van dakpannen 5.2 windenergie in de gebouwde omgeving; Opm: hier liggen nog veel kansen; Welke functies kan de fundering voor off-shore windturbines nog meer vervullen?

De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik

Recommend Documents