De energieketen van Nederland

De energieketen van Nederland

Op basis van een literatuurstudie een essay over: Nederland elektrisch, de toekomst?

Auteur:

ing. M. Flikkema

Afstudeerdocent: Antoine Stultjens Uitgave:

Examenopleiding energieconsulent

1 juli 2013

VOORWOORD We leven in een wereld die steeds sneller veranderd. Vanaf onze jaartelling, 2000 jaar geleden, groeit de wereldbevolking de laatste periode explosief. Van 3 miljard bewoners begin 20e eeuw naar 7 miljard bewoners sinds het begin van de 21e eeuw. Dat komt neer op meer dan een verdubbeling in de laatste 100 jaar. We gebruiken steeds meer van wat moeder aarde ons te bieden heeft. Schoon drinkwater, gezond voedsel en energie die we nodig hebben en gebruiken voor comfort en welvaart. Hoe staat het met de olie- en gasvoorraden? Wanneer raken deze uitgeput? Raken deze wel uitgeput? Moeten we fossiele brandstoffen blijven gebruiken, of gaan we meer doen met kernenergie? Gaat de aarde dit volhouden? Er wordt gezegd dat de CO2-uitstoot te veel toeneemt, dat de aarde snel gaat opwarmen en dat het klimaat binnen enkele decennia gaat veranderen. Wetenschappers betwisten elkaar hierover. Wat is waar en wat is niet waar? Het leven is wel afhankelijk van CO2. Zonder CO2 is er geen leven op aarde mogelijk en koelt de aarde af tot flink onder het vriespunt [1]. Allemaal berichten die ons aan het denken zetten en in beweging brengen. Ontwikkelingen die er toe leiden dat er meer duurzame toepassingen worden ingezet en gaan worden ingezet. Vooral in de energievoorziening, als onderdeel van de energieketen.

Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

2

INLEIDING ALGEMEEN Met de verzamelde kennis uit de literatuurstudie heb ik een visie ontwikkeld waarmee ik Nederland een spiegel voor wil houden over onze energieketen. De bedoeling is om een extra aanzet te geven naar een toekomst met een energieketen die gaat leiden tot een duurzame en ook gezondere leefomgeving tot in lengte van meerdere generaties. Met dit essay wil ik antwoord geven op de vraag of het binnen de energieketen, al in de nabije toekomst, mogelijk is veel meer over te schakelen op het gebruik van elektriciteit. In het bijzonder de elektriciteit als energievorm voor de gebruikers in de leefomgeving. DIEPERE BETEKENIS VAN HET WOORD TOEKOMST Om de bedoeling van mijn essay duidelijker te maken geef ik een korte toelichting op de titel. In het bijzonder op het woord 'toekomst'. Ten eerste, als we ons richten op de probleemstelling zoals verwoord in hoofdstuk 1 van dit essay, kunnen we ons voorstellen dat het voor de 'toekomst' van Nederland een oplossing kan zijn als wij meer gebruik gaan maken van elektriciteit als energievorm. Ten tweede moeten we ons de vraag stellen hoe de energieketen van Nederland er in de 'toekomst' dan uit zal zien. Hoe kunnen we in de benodigde energie blijven voorzien.


ing. M. Flikkema

3

INHOUDSOPGAVE 1

PROBLEEMSTELLING .............................................................................................. 6

2

SAMENVATTING .................................................................................................... 7

3

KETEN VAN ENERGIE .............................................................................................. 8

3.1

INLEIDING ....................................................................................................................... 8

3.2

DE ENERGIE INFRASTRUCTUUR ...................................................................................... 9 3.2.1 Algemeen................................................................................................... 9 3.2.2 Welke ontwikkelingen zijn van invloed op de energie infrastructuur.......... 10 3.2.3 Wat kunnen we veranderen aan de energie infrastructuur. ....................... 12

3.3

HET GEBRUIK VAN ENERGIE ......................................................................................... 13 3.3.1 Algemeen................................................................................................. 13 3.3.2 Wonen ..................................................................................................... 15 3.3.3 Werken en voorzieningen ......................................................................... 17 3.3.4 Transport ................................................................................................. 18 3.3.5 Wat gebeurt er als het gebruikspatroon niet veranderd. ........................... 18 3.3.6 Toekomstige ontwikkelingen .................................................................... 19

3.4

DE DISTRIBUTIE VAN ENERGIE ...................................................................................... 22 3.4.1 Inleiding ................................................................................................... 22 3.4.2 Aardgas- en elektriciteitsnetten ................................................................ 22 3.4.3 Toekomstige ontwikkelingen .................................................................... 23

3.5

VORMEN VAN ENERGIE ................................................................................................ 24 3.5.1 Algemeen................................................................................................. 24 3.5.2 Fossiele brandstoffen ............................................................................... 25 3.5.3 Duurzame technieken .............................................................................. 26 3.5.4 Toekomstige ontwikkelingen .................................................................... 29

3.6

DE ECONOMIE............................................................................................................... 29 3.6.1 Algemeen................................................................................................. 29 3.6.2 Het economisch landschap ....................................................................... 29 3.6.3 Doelstelling van de overheid .................................................................... 30 3.6.4 Toekomstige ontwikkeling ........................................................................ 31


ing. M. Flikkema

4

3.7

HET MILIEU ................................................................................................................... 32 3.7.1 Algemeen................................................................................................. 32 3.7.2 De emissies .............................................................................................. 33 3.7.3 Toekomstige ontwikkelingen .................................................................... 34

4

TOEKOMSTVISIE KETEN VAN ENERGIE .................................................................. 36

4.1

INLEIDING ..................................................................................................................... 36

4.2

DE ENERGIEKETEN ........................................................................................................ 37 4.2.1 Hoe zit het nu........................................................................................... 37 4.2.2 Hoe kan het worden ................................................................................. 38 4.2.3 De resultaten ........................................................................................... 38 4.2.4 De slotsom ............................................................................................... 41

4.3

ECONOMIE .................................................................................................................... 41 4.3.1 Ontwikkelingspotentieel .......................................................................... 41 4.3.2 Investeringsklimaat .................................................................................. 41

4.4

MILIEU........................................................................................................................... 42 4.4.1 Windmolens............................................................................................. 42 4.4.2 Schaliegas ................................................................................................ 42 4.4.3 Emissies ................................................................................................... 42 4.4.4 Waterstof ................................................................................................ 43

5

CONCLUSIE .......................................................................................................... 44

6

VERKLARINGEN ................................................................................................... 45

6.1

BEGRIPPEN .................................................................................................................... 45

6.2

OMREKENEN ................................................................................................................. 46

6.3

AFKORTINGEN............................................................................................................... 46

7

BRONNEN............................................................................................................ 48

7.1

LITERATUUR .................................................................................................................. 48

7.2

PUBLICATIES.................................................................................................................. 49


ing. M. Flikkema

5

1

PROBLEEMSTELLING In overeenstemming met de titel van dit essay is de probleemstelling als volgt te formuleren. Is het mogelijk om in Nederland het energiegebruik in de leefomgeving van wonen, werken en dienstverlening zo veel mogelijk te elektrificeren en kunnen we daarnaast ook het energiegebruik terugdringen. Gaat dit een bijdrage leveren aan de reductie van emissies en een schonere leefomgeving? Heeft Nederland geografisch gezien voldoende mogelijkheden om elektriciteit duurzaam te produceren? En wat is haalbaar in ons land met de gasproductie als belangrijke economische pijler?


ing. M. Flikkema

6

2

SAMENVATTING In dit essay gaat het over de mogelijkheden om met het energiegebruik in de leefomgeving zo veel mogelijk over te schakelen op elektriciteit. Het uitgangspunt is de energieketen die we nu in Nederland kennen. Energielevering (conversie en distributie) en energiegebruik zijn van elkaar afhankelijk. De mogelijkheden die er bij de energiegebruikers zijn hebben invloed op de energielevering. En andersom hebben de mogelijkheden in de energielevering invloed op de energiegebruikers. De energielevering en het energiegebruik vormen samen met winning de energieketen. Met de beschreven visie wil ik richting geven aan energieadvies, wat gaat leiden tot een energieketen met voldoende duurzaamheid (sustainability) en gaat zorgen voor een gezondere leefomgeving. De actuele ontwikkelingen op de energiemarkt en het politieke beleid spelen een belangrijke rol in de kansen van mogelijkheden. Aan de hand van feitenmateriaal uit literatuur en gepubliceerd onderzoek met betrekking tot energielevering en energiegebruik, zijn in dit essay de verschillende mogelijkheden om meer met elektriciteit te gaan doen nader belicht. Er is aangegeven hoe de mogelijkheden zich verhouden tot de gehele energieketen. Gedetailleerde energieanalyses blijven buiten beschouwing. Maar het is duidelijk dat specifieke mogelijkheden niet gerealiseerd kunnen worden zonder gedetailleerde energieanalyse, milieutoetsing en economische verdienmodellen. Energielevering en energiegebruik zijn tegen elkaar afgezet in eenheden van energiehoeveelheid per inwoner per dag. Er is gekeken naar de toekomstige beschikbaarheid van energiebronnen. Wat is er op en rondom ons land te realiseren met duurzame energie? Ook is gekeken naar de invloed van de verandering van onze energieketen op de belangrijkste emissies CO2 en NOx. Naast de duurzame toepassingsmogelijkheden met zon, wind en water is er ook ingegaan op de recente ontwikkelingen van schaliegas en de initiatieven met het aanwenden van waterstof. Over het geheel genomen is de conclusie dat het in Nederland mogelijk is om energiegebruik in de leefomgeving meer te elektrificeren. Met deze veranderingen van onze energieketen wordt ook reductie van CO2-uitstoot gerealiseerd. Zelfs als de voorgestelde maatregelen maar voor de helft uitgevoerd zouden worden, kan de regeringsdoelstelling van 14% reductie op CO2-uitstoot in 2020 theoretisch gehaald worden. Het zal leiden tot een schonere leefomgeving door reductie van het gebruik van fossiele brandstoffen in stedelijke gebieden. Voor de steden zal dit medio 2020 in beperkte mate te halen zijn. Het vergt namelijk meerdere decennia om de noodzakelijke aanpassingen in steden gerealiseerd te krijgen. De verandering van onze energieketen binnen gestelde termijnen is alleen haalbaar als er tijdig en voldoende geïnvesteerd wordt in het aanpassen van onze leefomgeving en het realiseren van duurzame energievoorzieningen. Hierbij zijn exergieanalyses essentieel om van te voren de efficiëntie van aanpassing aan energievoorzieningen vast te stellen.


ing. M. Flikkema

7

3

KETEN VAN ENERGIE

3.1

INLEIDING In het leven van vandaag maakt de mens voor veel zaken gebruik van energie. In je eigen woonomgeving voor het koken van eten, het verwarmen van je huis en het rijden van je auto of scooter. Voor het laten werken van de ventilatie en alle elektrische en elektronische apparaten die we vandaag de dag in huis hebben en gebruiken. De opkomst van de elektrische fiets vraagt ook gebruik van energie. In dit laatste schuilt één van de sleutels tot de oplossing naar een meer elektrische leefomgeving. We gebruiken ook energie om te kunnen reizen. Is het niet met de trein of de boot, dan is het wel met de eigen auto of het vliegtuig. En dan hebben we de faciliteiten rondom ons heen waar we kunnen werken, verpleegd of verzorgd worden, de dagelijkse boodschappen kunnen doen en waar we ons kunnen vermaken en laten verwennen. Om al deze 'normaalste' zaken van onze welvarende wereld in stand te houden is energie nodig. Het is duidelijk dat het gaat over het welvarende deel van onze wereld. Er zijn andere delen van de wereld waar de welvaart niet hoog is. Daar is het energiegebruik per bewoner duidelijk anders. In dit essay richt ik mij op de energieketen in ons eigen welvarende land. Het gaat om de probleemstelling met betrekking tot de energieketen in Nederland. De verschillende vormen van energie doorlopen een keten alvorens bij de gebruiker aan te komen. Om energie te kunnen gebruiken zal het eerst op de plaats van bestemming moeten zijn gebracht. Daar wordt in voorzien via de verschillende energie distributienetten. De distributienetten worden gevoed vanuit de energieconversie locaties. Daar wordt elektriciteit en warmte geproduceerd uit fossiele brandstoffen en met duurzame energiebronnen zoals de zon en de wind. De elektriciteit voor de gebruiker wordt op verschillende manieren in centrale conversieprocessen geproduceerd met behulp van verschillende soorten energiedragers. De warmte voor de gebruikers wordt lokaal aangeleverd vanuit de cv-ketel of centraal aangeleverd als extern product uit de conversieprocessen van elektriciteitscentrales, afvalcentrales en industriële processen. De (fossiele) brandstoffen voor eindgebruik worden gewonnen, bewerkt, geschikt gemaakt voor gebruik en aangeboden via distributienetten, in opslagtanks of in containers. Hierbij is er onderscheid in vloeibare, gasvormige en vaste brandstoffen. Met de keten van energie in dit essay wordt bedoeld: de winning, de opwerking, de opslag, de conversie, het transport en het gebruik van de energie. [19]


ing. M. Flikkema

8

3.2

DE ENERGIE INFRASTRUCTUUR

3.2.1

Algemeen

Hoe ziet de energie infrastructuur er in Nederland uit. Onderstaand schema van de energiestromen geeft een grafische voorstelling van de aanvoer, uitvoer, bunkers en verbruik van de energiedragers aardolie, aardgas, steenkool, elektriciteit en 'overige energiedragers'. Op deze bladzijde is de weergave opgenomen van de energiedragerbalans in Nederland anno 2010. [9]


ing. M. Flikkema

9

De blokken in het midden van de grafiek op de vorige bladzijde geven de omzettingsprocessen van de energiebedrijven weer: aardolieraffinage, elektriciteitscentrales, cokesfabrieken en kleinere decentrale elektriciteit- en warmteproductie. De waarden in het diagram zijn uitgedrukt in Petajoule. Voor elektriciteit is hier de energieinhoud van de elektriciteit en het verlies bij opwekking zichtbaar gemaakt.

Aanvoer van energiedragers De aanvoer van energie gebeurt door winning, invoer en voorraadonttrekking van energiedragers. In ons land wordt vooral aardgas gewonnen. De invoer van energiedragers betreft vooral ruwe aardolie, aardolieproducten, aardgas en steenkool. [5]

Onttrekking van energiedragers Het totale energiegebruik inclusief verliezen in Nederland in 2010 was 3.181 PJ. Het binnenlands gebruik omvatte slechts een derde deel van de totale toevoer. De gewonnen en ingevoerde energiedragers werden niet geheel in Nederland gebruikt. Er is een belangrijke doorvoer van ruwe aardolie en aardolieproducten. [5]

Bunkers Bunkers worden niet tot het Nederlandse energiegebruik gerekend. Het betreft de levering van brandstof aan schepen en vliegtuigen op Nederlands grondgebied, bestemd voor eigen voortstuwing in het grensoverschrijdend verkeer naar het buitenland. [5] 3.2.2

Welke ontwikkelingen zijn van invloed op de energie infrastructuur

De gasproductie en schaliegas

[12] Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

10

In Nederland hebben we sinds eind jaren vijftig onze aardgasbronnen als economische peiler. Deze zijn sterk van invloed op het energiebeleid. Verwacht wordt dat de productie uit deze gasvelden in de toekomst af gaat nemen. De voorraden zijn eindig. De grafiek op de vorige bladzijde geeft het beeld van dit scenario. Over een kleine 30 jaar zou van de Nederlandse aardgasproductie niet meer dan een kwart zijn overgebleven. Daar tegenover staan nieuwe ontwikkelingen waar rekening mee gehouden moet worden. Recent in opkomst is het delven van aardgas uit andere en meer verdichte aardlagen. Meer bekend onder de naam: schaliegas. Huidige schattingen van zowel TNO als EBN van de hoeveelheid winbaar schaliegas in Nederland variëren tussen 200 en 500 miljard kubieke meter gas. Dit zijn nog niet aangetoonde reserves. De hoogte van de schatting wordt niet alleen bepaald door de hoeveelheid aanwezig gas in de schalielaag, maar is in sterke mate afhankelijk van hoeveel gas er uit het gesteente kan worden gewonnen [6]. Om een idee te geven van de omvang gaan we uit van een gemiddeld huishouden met een aardgasgebruik van 2000 m3n/a. Als we spreken over 7 miljoen Nederlandse huishoudens dan zou schaliegas bij geschikte samenstelling goed zijn voor een extra energiereserve voor de komende 15 tot 35 jaar.

Stand van zaken warmtenetten De afgelopen jaren is warmte uit elektriciteitscentrales en afvalverwerkingsbedrijven sterk in opkomst geweest. Het succes van deze energetisch laagwaardige warmtelevering afkomstig van gasgestookte energiecentrales is sterk afhankelijk van de sparkspread. Deze heeft invloed op de tarieven van het leveren van warmte. Voor warmtelevering uit afvalverbrandingcentrales zijn de ontwikkelingen van de recycle-industrie van invloed. Door de verwachte afname van de afvalstromen neemt ook de leveringszekerheid aan warmtenetten af. Om deze warmtenetten rendabel te kunnen houden moeten we deze bijvoorbeeld koppelen aan decentrale energiecentrales. Lokale input van warmte in een gesloten distributienet, zoals bijvoorbeeld van WK-installaties. Om distributieverliezen te beperken moeten deze warmtenetten naar laagtemperatuur trajecten (beneden de 55°C).

Maatregelen energiebeleid Stimuleringsmaatregelen van de overheid zijn mede van invloed op de keuzes voor de toekomst. En dan vooral op het economische vlak. Een aantal voorbeelden van recente beleidsmaatregelen uit het energierapport 2011 van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw & Innovatie ter illustratie zijn: [11]  Uitbreiden van het aandeel hernieuwbare energie om de Europese doelstellingen zo goedkoop mogelijk te realiseren. Via de SDE+ stimuleert het kabinet de productie van de meest efficiënte hernieuwbare energieopties. In aanvulling op de SDE+ moet verplicht bijen meestook van biomassa in kolencentrales gaan plaatsvinden. Over de vormgeving vindt overleg plaats met de energiesector. Daarbij wordt tevens eventuele invoering en vormgeving van een leveranciersverplichting voor hernieuwbare energie meegenomen.


ing. M. Flikkema

11



Ruimte bieden aan alle energieopties voor een betrouwbare energievoorziening. Zo ontstaat een evenwichtige energiemix van grijs en groen. Kernenergie is daarbij een belangrijke overbrugging naar een duurzame energiehuishouding. (Hierbij de kanttekening met verwijzing naar paragraaf 3.2.3)  Stimuleren van energiebesparing en decentrale duurzame energieopwekking door een Green Deal voor energie met de samenleving af te sluiten. De Green Deal voor energie maakt onderdeel uit van een bredere Green Deal met de samenleving. Het beleid moet zijn gebaseerd op lange termijn visie. Het toepassen van exergetisch gunstiger technieken, gericht op het beter benutten van de energiedragers in gasvormige, vloeibare of vaste vorm. Met de behaalde thermische energierendementen van laagwaardige warmte zijn we de 100 % bijna genaderd. Daar valt weinig verbetering uit te halen. Wel is er ruimte voor verbetering van het exergetisch rendement in bestaande en nieuw te realiseren processen. [1] De groei van de wereldbevolking is een onzekere basis om daar via extrapolatie een stabiel energiebeleid op te bepalen. Ondanks de invloed van politieke, economische en maatschappelijke aspecten, stuit het op een technische wijze stabiliseren van de bevolkingsgroei vaak op onoverbrugbare bezwaren. [1] 3.2.3

Wat kunnen we veranderen aan de energie infrastructuur. Zoals in de vorige paragraaf 3.2.2 genoemd wordt de Nederlandse energie infrastructuur sterk gedomineerd door de aardgasnetten. Daarnaast kennen we de infrastructuur van de elektriciteitsvoorzieningen vanuit de verschillende elektriciteitscentrales. Deze centrales worden hoofdzakelijk gestookt op kolen, aardgas en biomassa. Ook hebben we voor elektriciteitscentrales de beschikking over kernenergie. Deze vorm van energieconversie staat recent politiek weer onder zware druk, naar aanleiding van het drama met de kerncentrales in het Japanse Fukushima.

[8]


ing. M. Flikkema

12

In de grafiek op de vorige bladzijde is een afspiegeling gegeven van een beoogd wereldwijd scenario in een veranderende balans tussen de verschillende energiebronnen voor de nabije toekomst. Hier wordt een scenario geschetst, dat medio 2050 vrijwel geen fossiele energiebronnen meer gebruikt worden of beschikbaar zijn. Dan kijk ik naar kernenergie, kolen, aardgas en olie. De smalle strook die voor aardgas overblijft heeft betrekking op het Nederlandse en Russische aardgasnet met Nederland als gasrotonde.

3.3

HET GEBRUIK VAN ENERGIE

3.3.1

Algemeen In dit essay richt ik mij onder andere op het gebruik van energie bij de afnemers. Wat kan het toekomstbeeld voor Nederland zijn als de gebruikers zoveel mogelijk op elektrische energie over zouden gaan? De gebruikers zitten aan het eindpunt van de energieketen. Er is in de volgende hoofdstukken voor gekozen om de energieketen in omgekeerde volgorde te behandelen. Te beginnen met de energiehuishouding zoals die er bij de gebruiker nu uit ziet. En tenslotte hoe de energieketen er in de toekomst uit kan gaan zien. Via de energierekening krijgt de gebruiker een beeld van de hoeveelheid gebruikte energie over een bepaalde periode. In de woonomgeving, de particuliere klanten als kleingebruiker, komt dat via de jaarrekening. Voor de andere omgevingen zoals werk en industrie, de grootgebruikers, komt dat via de maandelijkse rekening. Voor het opzetten van energievergelijkingen is de energierekening niet handig, als we aan de hand daarvan het effect van het wijzigen van energiegebruik willen toekennen aan een specifieke aanwending van energie. In energierekeningen staan alleen de totalen aan gebruikte energiehoeveelheden van gas, elektriciteit en warmte. Een voorbeeld is het gebruik van aardgas. Naast het verwarmen van je woning wordt er met het aardgas ook eten gekookt en wordt het gebruikt voor het bereiden van warmtapwater. Om een goed beeld te kunnen krijgen waar mogelijkheden zijn om verandering in energiegebruik door te voeren zal dit gericht moeten zijn op de specifieke aanwending. Het boek 'Sustainable Energy without the hot air' van David JC Mackay bevat de relevante informatie over specifieke aanwending van energie. Deze informatie heeft betrekking op de situatie van het Britse Koninkrijk, maar is gezien de vergelijkbare maatschappelijke welvaart ook goed toe te passen op de energiehuishouding van ons eigen land. Daarbij is het van belang vast te kunnen stellen dat de verdeling van het gebruik van de verschillende soorten energie in Nederland overeenkomsten vertoont met dat van het Britse Koninkrijk. In de grafiek op de volgende bladzijde is dat duidelijk te zien. Alhoewel per hoofd van de bevolking in Nederland meer energie wordt gebruikt dan in Groot-Brittannië, heeft de verhouding tussen de verschillende soorten energie in Nederland een grote overeenkomst met de verhouding van de energiesoorten bij de gebruikers in Groot-Brittannië.


ing. M. Flikkema

13

[10] Verder is er voor het verzamelen van gegevens over de Nederlandse energiehuishouding gebruik gemaakt van openbare gegevensbronnen, zoals het CBS. [5] Het boek 'Sustainable energie - without the hot air' geeft voor de verschillende doeleinden inzicht in de balans tussen de energievoorziening aan de ene kant en het energiegebruik aan de andere kant. Daaruit zijn vergelijkingen opgesteld van de energiestromen van beide kanten. En er is gebruik gemaakt van een specifieke samengestelde eenheid. In dit boek hanteert de auteur daarvoor de samengestelde eenheid van kWh/d per inwoner van het land. [2] Om vast te stellen wat het gemiddelde energiegebruik in kWh/d per inwoner is, is de grafiek op de volgende bladzijde gehanteerd. Deze grafiek vertegenwoordigt het energiegebruik voor het dagelijks leven van de mens, inclusief de reisbewegingen. Nederland komt daar uit naar voren als een gemiddeld scorend land. Deze grafiek geeft ook informatie over de CO2 uitstoot van een groot aantal landen of gebieden op de wereld. Uit de grafiek valt daarbij ook af te lezen dat bij het produceren van elektriciteit met aardgas de CO2-uitstoot lager is dan bij het produceren met kolen. Het is interessant om te zien dat een land als Noorwegen in vergelijking met Nederland per inwoner ongeveer anderhalf keer zoveel energie gebruikt, met daar tegenover een wat lagere CO2-uitstoot per inwoner. Eén van de oorzaken is dat in Noorwegen de elektriciteit voor een groot deel met behulp van waterkracht wordt geproduceerd. In Frankrijk wordt in verhouding tot het energiegebruik per inwoner ruim 50% minder CO2 uitgestoten dan in ons land. De oorzaak daarvan is de grootschalige inzet van kernenergie in Frankrijk voor de productie van elektriciteit.


ing. M. Flikkema

14

[2] 3.3.2

Wonen Wonen herbergt de primaire levensbehoeften van de mens. We willen ons beschermen tegen de omgevingsfactoren, zoals de invloed van het buitenklimaat. Verder willen we voldoende schoon drinkwater hebben, onszelf warm kunnen houden en, als laatste maar niet de minste, voldoende en gezond eten voorhanden hebben. De belasting van het milieu door ons dagelijkse doen en laten moeten we daarbij niet vergeten! Onze huishoudens gebruiken de benodigde energie voor de invulling van deze levensbehoeften. In onderstaande tabel staan een aantal kerncijfers over de Nederlandse huishoudens, waaronder ook het energiegebruik. En in de taartpuntgrafiek op de volgende bladzijde is te zien hoe het zit met de verdeling van het huishoudelijk energiegebruik.


ing. M. Flikkema

15

[9] Uit de tabel op de vorige bladzijde valt op te maken dat het gasgebruik anno 2010 ten opzichte van het jaar 2000 een daling vertoont van bijna 20%. Van invloed hierop waren en zijn de ontwikkelingen van nieuwe woongebieden (zoals de zogenaamde vinex locaties) met woningen die duidelijk minder energie gebruiken voor verwarming. Er is anno 2013 nog steeds veel verbetering op dit gebied mogelijk. Met name in de achtergebleven oudere woonwijken. Het is dan ook te verwachten dat deze trend zal doorzetten. We hebben tegenwoordig de nodige huishoudelijke apparatuur, verlichting en elektronica. Denk maar aan de wasmachine, wasdroger, stofzuiger, grasmaaier, bladblazer, elektrisch gereedschap, audio/televisie, computer, communicatiemiddelen, haardroger enzovoort. Uit de tabel op de vorige bladzijde lezen we een toename van het elektriciteitsgebruik. In de taartpuntgrafiek op deze bladzijde valt op dat het gebruik van elektrische apparatuur 26 % van ons energiegebruik vertegenwoordigd. Versobering van het gebruik van elektrische apparaten en energiezuinigere producten kunnen bijdragen aan een daling van energiegebruik.


ing. M. Flikkema

16

In de staafdiagram op de vorige bladzijde zien we dat het energiegebruik in onze woonomgeving momenteel voor een groot deel is gebaseerd op locale conversie met behulp van fossiele brandstoffen. Het gaat daarbij om het verwarmen van de woning en het produceren van warmtapwater met de combiketel. En het gaat om het gebruik van de auto met verbrandingsmotor. 3.3.3

Werken en voorzieningen In de tabel hieronder is het energiegebruik weergegeven in de werkomgeving, de dienstensector en de industriële bedrijven in Nederland.

[9] In de grafiek hieronder is te zien hoe het zit met de verdeling van de verschillende energiedragers binnen deze werkomgeving. Hier valt op dat voor het overgrote deel gebruik gemaakt wordt van fossiele brandstoffen. Er is een trend te bespeuren in toename van het energiegebruik van een kleine 1800 PJ in 1995 naar ruim 2000 PJ in 2010. De stijging zit vooral in het toegenomen gebruik van fossiele brandstoffen, terwijl het gebruik van elektriciteit nagenoeg gelijk is gebleven. Een trend die niet een beperking maar juist een toename van het gebruik van de eindige voorraden aan fossiele brandstoffen laat zien.


ing. M. Flikkema

17

In onderstaande taartpuntgrafiek is de verdeling van het energiegebruik over de verschillende sectoren weergegeven. Een kwart van het gebruik gaat op aan de dienstensector. Driekwart van het energiegebruik gaat op aan de productie ten dienste van het in stand houden van onze levensstandaard in de woon- en werkomgeving, zeg maar onze welvaartstatus.

[9] De dienstensector maakt voor het overgrote deel gebruik van aardgas, elektriciteit en warmte, terwijl de productiebedrijven ook kolen, olie en biomassa gebruiken. 3.3.4

Transport Transport als vervoer van goederen over de weg blijft buiten beschouwing. Dit essay richt zich op het gebruik van energie in de leef- en werkomgeving en niet op de industriële omgeving en de transportsector.

3.3.5

Wat gebeurt er als het gebruikspatroon niet veranderd. Als het gebruikspatroon niet veranderd, dan zal het energiegebruik blijven toenemen zolang de bevolkingsgroei blijft aanhouden. De emissies per hoofd van bevolking nemen niet af. Sterker nog, deze zal alleen maar toenemen in met name de nieuwe opkomende economieën zoals China en in andere nu nog minder welvarende delen van de wereld. Ook de emissies zullen dan rechtevenredig met het energiegebruik blijven toenemen. Dit staat haaks op de doelstellingen tot reductie van vooral de uitstoot van CO2, als onderdeel van het overheidsbeleid en vanuit de mondiale zorg op dit punt.


ing. M. Flikkema

18

[12] Uit bovenstaande grafiek lezen we af dat het primaire energiegebruik al in 2035 met 100% zal zijn toegenomen ten opzicht van 1990. Dat is een spectaculaire verwachte toename in een tijdsbestek van minder dan een halve eeuw. Het toenemende energiegebruik in de komende decennia is wereldwijd een grote zorg. In de westerse werelddelen, zoals de Europese unie en Amerika is die toename er niet. De toename is vooral zichtbaar op de continenten China, het Midden-Oosten en de overige niet westerse delen van de wereld. Het is de trend die we tegemoet zullen zien als we de komende decennia geen veranderingen toestaan in de wereldwijde energieketen. Om tot ombuiging te kunnen komen zullen we als eerste het primaire energiegebruik moeten reduceren. Als we per bewoner minder energie gaan gebruiken zal er van de aarde minder gevraagd worden en blijft er voor de komende generaties, hopelijk meer dan, voldoende over om te benutten. De bijdrage van Nederland aan de CO2 uitstoot ten gevolge van menselijk handelen is in vergelijking met de rest van de wereld niet meer dan 1%. [1] Ondanks de geringe bijdrage van Nederland moeten we het ombuigen van deze trend zien als een maatschappelijke verantwoordelijkheid. Hierbij gaat het om het reduceren van energiegebruik, het aanwenden van duurzame energiebronnen voor de energievoorziening en de effectieve reductie van emissies, waaronder die van CO2. 3.3.6

Toekomstige ontwikkelingen

Vervoer Actueel zijn de ontwikkelingen van compacte en volledig elektrische automobielen in de autobranche. In de geïllustreerde tabel op de volgende bladzijde zie je feitenmateriaal over het energiegebruik van de elektrische auto ten opzichte van de brandstofauto. Een elektrische auto gebruikt momenteel gemiddeld 120 kWh per 1000 km.


ing. M. Flikkema

19

[9] Het rijden met elektrische auto's leidt tot een flinke reductie van de uitstoot van CO2 van 170 naar 75 gram per kilometer. De vermindering van emissies door meer met elektrische auto's te rijden leidt tot een schonere leefomgeving. Het verschil in aanschafkosten is echter nog steeds groot; drie keer zo duur. Dit zal economisch gezien het invoeren van elektrisch rijden belemmeren, zeker in deze tijden van crisis. Een andere belangrijke ontwikkeling is de opkomst van de auto op waterstof. Het eerste waterstof tankstation in Nederland is al te vinden langs de A15 in het Europoortgebied. Recent is in Nederland de eerste testrit uitgevoerd met een waterstofauto. Met de energie uit de waterstofcel wordt elektriciteit geproduceerd die de auto aandrijft. Deze eerste waterstofauto in Nederland heeft met 6,5 kg waterstof een actieradius van 600 km. De emissie bestaat uitsluitend uit waterdamp. Deze is zelfs voor consumptie geschikt. Met deze ontwikkelingen kan het gebruik van de auto grotendeels elektrificeren. Volledig met oplaadbare accu's of een combinatie met waterstof. De combinatie met waterstof om de zorg van de beperkte actieradius bij volledig elektrisch rijden weg te kunnen nemen. Andere trends voor het terugdringen van autogebruik liggen op het economische vlak. Daarin spelen de hedendaagse mogelijkheden van de informatietechnologieën een nadrukkelijke rol. Het gaat dan om het werken en communiceren op afstand via de digitale snelweg en het meer selectief gebruiken van vervoermiddelen.

Wonen Het energiegebruik in de woonomgeving betreft hoofdzakelijk het gebruik van aardgas en elektriciteit. Het gemiddelde gasgebruik is de afgelopen decennia gestaag aan het afnemen. Zie paragraaf 3.3.2. en de grafiek op de volgende bladzijde. De komende jaren zal deze trend doorzetten, dankzij renovatie en vervangende nieuwbouw van de voorraad gedateerde woningen van 20 jaar en ouder.


ing. M. Flikkema

20

[9] Het energiegebruik in de woonomgeving moet zo veel mogelijk elektrisch gaan worden. Door te streven naar laag temperatuur verwarmen (lager dan 55°C) in alle woningen, op te nemen in renovatieprogramma's, kan de benodigde warmte ook worden geproduceerd met een elektrische warmtepomp. De vervanger van de gasgestookte (combi)ketel. Voor warmtapwater zal meer gebruik gemaakt moeten gaan worden van de zonnewarmte met elektrische naverwarming. Het gasgebruik in de woonomgeving zal hiermee sterk teruggebracht kunnen worden en daarmee ook de reductie van emissies in de leefomgeving. Een andere optie voor woningverwarming is de koppeling met decentrale gasgestookte WKcentrales voor de productie van elektriciteit. Naast de elektriciteit levert een WK-centrale ook warmte. Deze warmte kan via laagtemperatuur (lager dan 55°C) warmtenetten aan de omliggende woongebieden worden geleverd. Met de lage transporttemperaturen zal het energieverlies in deze distributienetten beperkt blijven. Hetzelfde is mogelijk met warmtelevering uit aftapwarmte van de grote elektriciteitscentrales en de warmte afkomstig van centrale afvalverwerking. Hiermee worden ook de emissies uit de woonomgeving meer verplaatst naar centrale locaties en biedt dit mogelijkheden om deze emissies voor ander doeleinden te gebruiken. Bijvoorbeeld voor CO2 levering aan de landen tuinbouw.

Werken en dienstverlening In deze omgeving geldt voor het energiegebruik hetzelfde als voor de woonomgeving. Ook hier moet meer gebruik gemaakt gaan worden van elektriciteit. Gebouwen zullen voor de verwarming over moeten gaan op laag temperatuur (lager dan 55°C) verwarming. De benodigde warmte voor de verwarming kan dan ook hier worden voorzien door middel van de elektrische warmtepomp. Of het gebouw aansluiten op externe warmtenetten voor levering van laag temperatuur warmte. Warmte afkomstig van elektriciteitscentrales, WKcentrales of afvalverwerking.


ing. M. Flikkema

21

Warmtapwater zal in dat geval moeten worden bereid door een combinatie van zonnewarmte en elektrische naverwarming. Voor de lichte industriële processen en de horeca in de sector dienstverlening en productie zal het gebruik van fossiele brandstoffen nog wel een rol blijven spelen. Maar in het geheel genomen zullen we de emissies, ook in deze omgeving van werken en dienstverlening, moeten kunnen reduceren.

3.4

DE DISTRIBUTIE VAN ENERGIE

3.4.1

Inleiding De energie infrastructuur van Nederland bestaat voor een groot deel uit het elektriciteitsnet en het gasleidingnet. Beide distributienetten hebben tevens vertakkingen met de Europese energienetten. Verder zijn er de warmtedistributienetten en de transportleidingen voor distributie van olie, olieproducten en biogas. Als laatste is er het bulktransport van kolen, uranium en biomassa.

3.4.2

Aardgas- en elektriciteitsnetten

In bovenstaande figuur is het huidige gasnet van Nederland in kaart gebracht. [9] Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

22

In onderstaande figuur is het huidige elektriciteitsnet van Nederland in kaart gebracht. [9]

3.4.3

Toekomstige ontwikkelingen Om in de omgeving van wonen, werken en dienstverlening zoveel mogelijk gebruik te kunnen gaan maken van elektriciteit, zal het nodig zijn om voor de productie en distributie van deze elektriciteit de infrastructuur aan te passen en uit te breiden. Bij het veranderen naar een meer duurzame energievoorziening voor Nederland moet het uitgangspunt zijn om zo veel mogelijk te investeren in de bestaande distributienetten. Zeker als het gaat om de infrastructuur tot aan de rand van de stedelijke gebieden. Deze moeten inhaken op het realiseren van decentrale elektriciteitscentrales, zoals de WK-centrales. Het gasnet verdwijnt daarmee voor een groot deel uit de stedelijke gebieden, maar verdwijnt niet uit de infrastructuur van Nederland. Hieronder volgt een citaat over de toekomst van onze energienetten in aansluitingen op de verduurzaming. [9] Gas- en elektriciteitsnetten zijn een belangrijke randvoorwaarde voor verduurzaming en energiebesparing. In het rapport ‘Net voor de Toekomst’ hebben de netbeheerders de op stapel staande veranderingen en de invloed daarvan op de netten in kaart gebracht.


ing. M. Flikkema

23

De netbeheerders gaan er in het Net voor de Toekomst vanuit dat over de periode tot 2050 nog tussen de 20 tot 70 miljard extra in de netten moeten worden geïnvesteerd. Dat is afhankelijk van de keuzes die marktpartijen maken en het beleid dat gevoerd wordt. Op dit moment investeren de netbeheerders in totaal ongeveer 1,5 miljard euro per jaar in energienetten. De extra kosten zijn afhankelijk van hoe energiebesparing en verduurzaming plaatsvinden. Het aardgasnet in Nederland blijft als functie van gasrotonde voor Europa een belangrijke rol spelen. Het is van groot economisch belang voor de schatkist van Nederland. In paragraaf 3.6.4 van dit essay wordt daar nader op ingegaan. Het elektriciteitsnet zal sterker moeten uitbreiden en meer verdichten. En het moet aansluiten op de nieuwe locaties van duurzame energie. Duurzame energie met bronnen zoals wind, zon en water in en rondom ons land. Ook de uitbreiding van de elektrische distributienetten tot in de territoriale wateren en het aansluiten van kleinschalige burgerinitiatieven in het produceren van elektriciteit is van belang. Een goed voorbeeld van kleinschalig burgerinitiatief is de elektriciteitsvoorziening op het Waddeneiland Texel. [16]

3.5

VORMEN VAN ENERGIE

3.5.1

Algemeen Energiebronnen komen in verschillende toestandsvormen en soorten voor. Het komt in toestandsvorm voor als gas, vloeistof en vaste stof. Als soort komt het voor als straling (zonne-energie), convectie (bodemwarmte), chemische reacties (kernenergie), verbranding (fossiele brandstoffen) of kinetische energie (wind-, getijde- en waterkracht). Op de volgende bladzijde is een grafiek opgenomen waarin de hedendaagse brandstofmix in ons land met de ons omringende landen is vergeleken. In deze grafiek is duidelijk zichtbaar dat het aandeel aardgas in ons land veel groter is dan in de meeste ons omringende landen. Een grote tegenpool van Nederland op het gebied van de brandstofmix is Frankrijk. Dat is een land waar veel elektriciteit door middel van kernenergie wordt geproduceerd. Ondanks de milieubezwaren en de gevolgen voor de volgende generaties. Daar tegenover is een land als Noorwegen al heel lang eigenlijk het schoolvoorbeeld van een energiehuishouding op basis van duurzame (hernieuwbare) energiebronnen. Dat komt door de gunstige geografische ligging en landschapskenmerken van Noorwegen. In het dichter bevolkte zuidelijke deel van dit land is er een mild klimaat en heeft het landschap uitgestrekte ketens van middelhoog gebergte. Er is daar het hele jaar door veel waterkracht beschikbaar.


ing. M. Flikkema

24

[9] 3.5.2

Fossiele brandstoffen Fossiele brandstoffen zijn energiedragers die onder toevoeging van zuurstof ontbranden en thermische energie leveren. Deze thermische energie is te benutten voor het produceren van stoom voor het aandrijven van generatoren waarmee elektriciteit wordt geproduceerd. Fossiele brandstoffen komen voor in vaste, vloeibare of gasvormige hoedanigheid. De hierna beschreven fossiele brandstoffen worden in Nederland in grote hoeveelheden gebruikt voor de energievoorziening.

Kolen en bruinkool Dit zijn fossiele brandstoffen in vaste vorm. Kolen en bruinkool worden gewonnen uit onderaardse lagen. Kolen komen uit steenachtige lagen. Bruinkool (ligniet) is meer van biologische aard en vormt zich uit de veenlagen die onder hogere druk en temperatuur aan watergehalte verliezen en aan koolstofgehalte winnen. Cijfermateriaal uit literatuur over kolen en bruinkool gestookte elektriciteitscentrales is [10]:  Per netto geleverde kWh aan elektriciteit wordt 0.64 kg CO2 uitgestoten.  45% van de huidige elektriciteitscentrales stookt op kolen en biomassa.

Aardgas Dit is een gasvormige brandstof. Deze brandstof wordt gewonnen uit poreuze aardlagen die aanwezig zijn op een diepte van 2 tot 3 kilometer onder het aardoppervlak. Dit aardgas staat onder hoge druk. Voorafgaand aan de distributie wordt de druk verlaagd en het gas in een speciale installatie behandeld om in gasvorm aan het distributienet aangeboden te worden. Het aardgas wordt onder andere gebruikt voor het produceren van stoom voor het aandrijven van de stoomturbines om elektriciteit te produceren. Cijfermateriaal uit literatuur over met gasgestookte elektriciteitscentrales is [10]:  Per netto geleverde kWh aan elektriciteit wordt 0.45 kg CO2 uitgestoten.  60% van de elektriciteitscentrales stookt op gas. Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

25

Olie De brandstof olie blijft als energiebron voor verwarming of de productie van elektriciteit buiten beschouwing, omdat deze tegenwoordig geen rol van betekenis meer speelt in de energieketen van de gebouwde omgeving in Nederland. Olie vormt wel de basis voor de brandstoffen waarvan het energiegebruik terugkomt in het dagelijks gebruik van de auto, motorfiets of scooter. Zie ook hoofdstuk 3.3 . 3.5.3

Duurzame technieken

Wind op zee De Nederlandse kustlijn is ongeveer 450 km lang. Stel dat er een windpark komt over de halve breedte van onze territoriale wateren van 22 km breedte. Dat komt neer op een park met een breedte van 11 km. De totale lengte van de kustlijn wordt daarbij voor 30 % onderbroken voor de scheepvaart de havens in en uit. Dit levert een offshore windpark op van 3.465 km2. Voor het leveren van elektrische energie aan de gebruiker via de productie met behulp van Offshore windenergie hanteer ik een opbrengst van 3 W/m2 zeewateroppervlakte.[2]. Dan komt dat neer op een capaciteit van in totaal 10,4 GW aan elektriciteitsproductie. In Nederland wonen ruim 16 miljoen mensen. De capaciteit van het offshore windpark levert hiermee voor de Nederlandse huishoudens een bijdrage aan elektriciteit op van 15,6 kWh/d per inwoner.

Wind op land Nederland helemaal vol zetten met windmolens is niet realistisch. Afgaand op de inrichting van ons land is een beter uitgangspunt maximaal 10% van de oppervlakte van Nederland wat effectief voor windmolenparken in aanmerking kan komen. Zonder teveel milieubezwaren, zoals gevaar voor de natuur, horizonvervuiling en geluidoverlast. Voor het leveren van elektrische energie aan de gebruiker via de productie met behulp van Onshore windenergie hanteer ik een opbrengst van 2 W/m2 landoppervlakte. [2] De oppervlakte van ons land is 37.350 km2 aan vasteland [5]. Als we maximaal weten te voorzien in windenergie op ons vaste land, binnen de 10% van de totale oppervlakte, dan komt dat neer op een capaciteit van 7,5 GW aan elektriciteitsproductie. In Nederland wonen ruim 16 miljoen mensen. De capaciteit van de onshore windparken leveren hiermee voor de Nederlandse huishoudens een bijdrage aan elektriciteit op van 11,2 kWh/d per inwoner.


ing. M. Flikkema

26

Water Golfbewegingsenergie levert in de regio van de Noordzee langs de Nederlandse kust een bijdrage op van niet meer dan 4 kW/m kustlijn. [2] Als we de lengte van de kustlijn van 450 km voor maximaal 70% benutten, dan komt dat neer op een capaciteit van 1.260 MW aan productie van elektriciteit. In Nederland wonen ruim 16 miljoen mensen. De capaciteit van de golfbewegingsenergie levert hiermee voor de Nederlandse huishoudens een bijdrage aan elektriciteit op van 1,9 kWh/d per inwoner.

Zon PV-zonnepanelen hebben een rendement van gemiddeld 20% om de zonlichtintensiteit om te zetten in elektriciteit [2]. Voor de zonlichtintensiteit in Nederland over een heel kalenderjaar reken ik gemiddeld op 110 W/m2 zonnepaneel. Als per huishouden, bestaande uit gemiddeld 2,2 personen [5], op de woning 7 m2 aan PVzonnepanelen wordt opgesteld, levert dit over het jaar een gemiddelde elektrische capaciteit op van 154 W. Dat komt neer op 1,7 kWh/d per inwoner. Thermische zonnepanelen kennen een rendement van gemiddeld 50% in het omzetten van de zonlichtintensiteit in warm water [2]. Als per huishouden, bestaande uit gemiddeld 2,2 personen [5], op het dak van de woning 3,5 m2 aan zonnepanelen worden opgesteld, levert dit over het jaar een gemiddelde verwarmingscapaciteit voor warm water op van 193 W. Dat komt neer op 2.1 kWh/d per inwoner. PV zonneparken zou je economisch gezien kunnen beschouwen als een toekomstig alternatief voor de landen tuinbouw sector. De zogenaamde zonneteelt boerderij. Volgens het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) is Nederland nog steeds een agrarisch land als we kijken naar het bodemgebruik. Boeren, akkerbouwers en tuinders gebruiken 55% van de totale oppervlakte van Nederland [5]. Als we ons voorstellen dat 5% van de agrarisch oppervlakte van Nederland daadwerkelijk benut gaat worden voor zonneparken, dan betekent dat ongeveer 1.050 km2 van ons land. We gaan wederom uit van een zonlichtintensiteit in Nederland van gemiddeld 110 W/m2 over een heel kalenderjaar en PV-zonnepanelen met een rendement van gemiddeld 20% om de zonlichtintensiteit om te zetten in elektriciteit [2]. Als we uitgaan van de 1.050 km2 aan zonneparken, levert dit gemiddeld over het jaar een elektrische capaciteit op van 23,1 GW. Dat komt neer op 34,6 kWh/d per inwoner.


ing. M. Flikkema

27

Biomassa Energie uit gewassen is economisch gezien een goed toekomstig alternatief in de landen tuinbouw sector. De zogenaamde biomassa boerderij. Bijkomend milieutechnisch voordeel is het benutten van af te vangen CO2 uit decentrale op biomassa gestookte energievoorziening. Er is eerder vastgesteld dat volgens het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) boeren, akkerbouwers en tuinders 55% van de totale oppervlakte van Nederland gebruiken. Als we ons voorstellen dat 10% van het agrarisch oppervlak van Nederland benut gaat worden voor biomassa productie, dan beslaat dat ongeveer 2.100 km2 van ons land. Biomassaproductie in de regio West Europa levert gemiddeld over het jaar een bijdrage aan energie op van ongeveer 0,5 W/m2 [2]. Als we uitgaan van de 2.100 km2, dan levert dat een capaciteit aan biomassa-energie op van 1.050 MW. Dat komt neer op 1,6 kWh/d per inwoner.

Waterstof Onderzoek van KEMA heeft duidelijk gemaakt dat aardgas met bijmenging van waterstof perspectief biedt. En het blijkt dat door de bijmenging het elektrisch rendement van de warmtekrachtkoppeling (WK) stijgt. Een ander effect is dat de CO2-emissie daalt, omdat waterstof niet uit een koolstofverbinding bestaat. [12] Er is geëxperimenteerd met het bijmengen van 5% tot 25% waterstofgas in aardgas voor huishoudelijk gebruik . Het experiment was onderdeel van Duurzaam Ameland en werd uitgevoerd in opdracht van Eneco en GasTerra. Een citaat hierover uit ‘Waterstof in aardgas op Ameland, GT-120093 10 april 2012: ‘Het project toont aan dat bijmenging van waterstof in aardgas geen aanwijsbare invloed heeft gehad op de gasdistributiematerialen, op de binnenhuisinstallaties en op de moderne toestellen die in de proef zijn opgenomen. Dit resultaat rechtvaardigt verder onderzoek naar de toepassing van waterstof in aardgas op onderwerpen die nog niet aan bod zijn gekomen, te weten: duurproeven van vier jaar en langer, testen van bestaande toestellen en van industriële installaties.’ ‘Uit de metingen blijkt dat zowel de CO2 emissies als de CO emissies afnemen door het toevoegen van waterstof.’ Aanvullend cijfermateriaal over waterstof(gas) op een rijtje is:  Het maken van 1 dm3 waterstofgas kost 237.14 kJ/mol x 0.0446 mol = 10.59 kJ.  Voor 1 dm3 waterstofgas is 0,80 ml water nodig (kan ook zeewater zijn).  Om 1 dm3 vloeibaar waterstof te maken is 1000 dm3 waterstofgas nodig.  Opslag van waterstofgas als vloeistof is onder 200 bar druk bij een temperatuur van minder dan 25 K. Het in deze conditie opgeslagen houden kost 1/3 deel van de energie inhoud van waterstof. Na twee weken opslag ontstaan er tevens verdampingsverliezen.  Bij het produceren van elektriciteit met waterstof komt zuiver water vrij.  De duidelijk lagere energiewaarde van waterstofgas van 10,8 MJ/m3 ten opzichte van de 31,65 MJ/m3 van aardgas. [18] Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

28

3.5.4

Toekomstige ontwikkelingen Duurzame vormen van energie, zoals wind zon en water, moeten de komende decennia inspelen op de te veranderen energieketen. Deze zal moeten veranderen als antwoord op de eindigheid van de huidige bekende voorraden aan fossiele brandstoffen, om emissies te reduceren en om de belasting van het milieu te verminderen. De technieken en daarbij horende kennis, die dit mogelijk moeten gaan maken, zijn in voorgaande paragrafen 3.5.2 en 3.5.3 in beschouwing genomen. Deze duurzame technieken zullen een vervangende en aanvullende bijdrage moeten kunnen leveren aan de energieketen, naast de al langere tijd gebruikte fossiele brandstoffen. Dit is nodig om de toekomstige energievoorziening met voldoende leveringszekerheid voor de komende generaties zeker te stellen.

3.6

DE ECONOMIE

3.6.1

Algemeen Keuzes die moeten worden gemaakt om de energieketen te kunnen veranderen zijn afhankelijk van economische ontwikkelingen in ons eigen land, in de Europese gemeenschap en op mondiaal niveau. In de periode dat ik dit essay aan het schrijven ben is de wereld in staat van een economische crisis. In veel sectoren ligt het investeringsklimaat nagenoeg stil. Desondanks wordt er door de Nederlandse overheid geïnvesteerd in stimulerende maatregelen voor duurzame energietoepassingen, zoals zonnepanelen. Aan de andere kant komt de regering terug op haar besluit om voor elk gebouw, of het nu een woning of een utiliteitsgebouw is, een energieprestatie verplicht vast te stellen aan de hand van een erkende toetsing met als resultaat het energielabel als keurmerk voor elk gebouw.

3.6.2

Het economisch landschap Het economisch landschap waar Nederland mee te maken heeft is op Europees niveau grensoverschrijdend opengebroken door onder andere het Schengenlanden verdrag. De drie afbeeldingen op de volgende bladzijde weerspiegelen de samenhang in de Europese infrastructuur van elektriciteit (linker afbeelding) en gas (rechter afbeelding) met de toegetreden Schengenlanden (middelste afbeelding). Met Rusland buiten beschouwing gelaten is er een duidelijke economisch binding tussen de Schengenlanden terug te vinden als het gaat om de energie infrastructuur.


ing. M. Flikkema

29

Een gebied zonder grenscontroles voor vrij handelsverkeer en grensoverschrijdende integratie tussen landelijke netbeheerders geeft de ruimte voor het ontwikkelen van een adequate energie-infrastructuur. Ontegenzeggelijk beter dan waar ik zelf toe in staat ben om dit met woorden kracht bij te zetten is met onderstaand citaat: In korte tijd zijn de energiemarkten veel dynamischer geworden. Markten zijn geliberaliseerd, de internationale verwevenheid is sterk toegenomen en de verduurzaming van de energiehuishouding vraagt om de inzet van (deels nog te ontwikkelen) nieuwe technologieën. Zulke turbulente omstandigheden stellen hoge eisen aan bedrijven, maar bieden ook grote kansen voor groei en export. Nederland beschikt over een sterke en omvangrijke energie-industrie met een output van zo’n 36 mrd euro - ruim 6% van het BBP - en een arbeidsvolume van meer dan 100.000 arbeidsjaren. In specifieke sectoren behoort Nederland tot de wereldtop. Zo heeft Nederland een innovatieve en krachtige gasindustrie en hebben de Nederlandse zeehavens een sterke positie in de overslag van fossiele brandstoffen en daaraan gerelateerde industriële activiteiten (raffinage, chemie, elektriciteitsproductie). Ook op het gebied van duurzame energietechnologie heeft Nederland specifieke sterktes. Nederland beschikt bijvoorbeeld in omzet gemeten over een bovengemiddeld aandeel in de Europese markt in de bioketen, offshore wind en zon-pv, onder andere door de aanwezigheid van traditioneel sterk aanpalende markten zoals de halfgeleiderindustrie (zon-pv), de agrosector (bioketen) en de offshore sector (wind). Verder heeft Nederland sterke industriële clusters, bijvoorbeeld Energy Valley in Groningen. [12] 3.6.3

Doelstelling van de overheid Voor het meest actuele nieuws, bepalend voor de doelstelling van het Nederlandse beleid in het kader van duurzame energiehuishouding, een fragment uit het verslag van de Energieraad van 22 februari 2013 van het ministerie van Economische Zaken. De hoogte van het Nederlandse doel voor hernieuwbare energie ten opzichte van de nationale doelen van andere landen heeft te maken met de geografische potentie voor hernieuwbare energie in Nederland. In vergelijking met Spanje en Griekenland heeft Nederland bijvoorbeeld weinig zonuren en in vergelijking met de Scandinavische landen heeft Nederland relatief weinig ruimte voor windenergie op land.


ing. M. Flikkema

30

Ten slotte, heb ik (w.g.) H.G.J. Kamp, conform mijn toezegging aan uw Kamer, tijdens de Raad aandacht gevraagd voor een goed functionerend emissiehandelssysteem dat zorgt voor minder CO2-uitstoot en leidt tot een snelle transitie naar een meer duurzame energiehuishouding. [14] Onderstaande grafiek geeft een overzicht van de nationale doelen voor duurzame energie per lidstaat van de EC en het gerealiseerde percentage tot in 2010.

Bron: Eurostat, juni 2012 en Richtlijn 2009/28/EC voor doelen Uit bovenstaande grafiek kunnen we vaststellen dat Nederland een lange weg te gaan heeft om haar doelstelling te halen. Je kunt zeggen dat het voor een land als Nederland, met in verhouding grote voorraden aan gasrijkdommen, politiek lastig is om voorbij te gaan aan de economische belangen hiervan. De recente maatregel van de regering, om de burger te binden, door een verhoging van de toegestane maximum snelheid met 20% tot 30% op veel snelwegen werkt ook niet mee. In een land met korte reisafstanden in vergelijking met de ons omringende landen wordt met deze maatregel het brandstofverbruik en de CO2-uitstoot per gereden kilometer duidelijk verhoogd. 3.6.4

Toekomstige ontwikkeling

Nederland als gasrotonde De staatsbedrijven Gasunie en EBN investeren tot 2014 € 8,2 miljard in binnen- en buitenland in de ontwikkeling van een ‘gasrotonde’, waarbij Nederland het knooppunt moet worden voor gastransport in Noordwest-Europa. De ambitie voor de gasrotonde is door het kabinet omschreven als ‘beleidsicoon’.


ing. M. Flikkema

31

Een citaat uit de reactie, gedateerd op 9 mei 2012, van de ministers van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie en Financiën, onder verantwoordelijkheid van toenmalig minister drs. M.J.M. Verhagen, toont de kwetsbaarheid van het gestelde icoon van het gasrotonde model. Aan de ene kant goed voor het bieden van toekomstige leveringszekerheid, maar door de gewenste marktwerking niet zeker te stellen voor eigen gebruik. [17] De Algemene Rekenkamer stelt dat de minister van EL&I tegenover de Tweede Kamer niet duidelijk heeft kunnen maken waarom de gasrotonde strategie de beste optie is om onze energievoorziening veilig te stellen: "Het eenmaal aangevoerde gas dat door Nederlandse pijpleidingen stroomt of wordt opgeslagen in de Nederlandse gasopslagen, is bestemd voor afnemers die hiervoor contracten hebben afgesloten, zowel binnen Nederland als daarbuiten. Het gas in de gasrotonde zal dus daarheen stromen waar de hoogste prijs wordt geboden. Dat de infrastructuur in de Nederlandse bodem ligt is een goede stap op weg naar meer zekerheid over de energievoorziening, maar betekent geen zekerheid dat het aangevoerde gas door afnemers in Nederland kan worden gebruikt".

3.7

HET MILIEU

3.7.1

Algemeen In het afgelopen decennium is er een duidelijk signaal afgegeven aangaande de zorg die de huidige generatie uitspreekt over de milieueffecten van onze aanwezigheid op deze planeet. Zorgen die worden uitgesproken zijn:  Door de toenemende uitstoot van de zogenoemde broeikasgassen zoals CO2 door menselijk handelen wordt door wetenschappers voorspeld dat de aardse atmosfeer zodanig sterk op gaat warmen dat dit een bedreiging gaat vormen voor ons voortbestaan.  Op meer lokale schaal produceren we een ongezond leefklimaat door geconcentreerde uitstoot van voor mens en natuur schadelijke stoffen uit verbranding van fossiele brandstoffen voor verwarming, vervoer en productie van voedsel en goederen.  Door de uitstoot van droge stofdeeltjes zoals zwaveldioxide (SO2) van kolengestookte energiecentrales en stikstofoxiden (NOx) uit verbranding van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales en gemotoriseerd verkeer treedt verzuring op van het milieu. Deze verzuring zorgt ervoor dat de bodem verzadigd raakt met een grote hoeveelheid schadelijke stoffen, waardoor bomen en planten niet goed meer kunnen groeien. Dit zorgt er weer voor dat het voor sommige dieren steeds lastiger wordt om te overleven. Ook eeuwenoude monumentale gebouwen, aanwezig in de stedelijke gebieden, worden hierdoor aangetast. Het zijn serieuze zorgen die effect hebben op het milieu en aansturen op veranderingen in ons gedrag, het gebruik van energie, te gebruiken energiebronnen en het vergroten van het aandeel van duurzame energie.


ing. M. Flikkema

32

3.7.2

De emissies

Energiecentrales Om een beeld te krijgen van de emissies van de huidige elektriciteitscentrales zijn op deze bladzijde grafieken opgenomen uit een recente rapportage van een groot energiebedrijf. [11] Voor een goede interpretatie van deze grafieken is het belangrijk om te weten dat de elektriciteitscentrale locatie Geertruidenberg als energiebron kolen/biomassa gebruikt en dat de locatie Moerdijk een warmtekrachtcentrale is met aardgas als energiebron. Beide centrales leveren warmte als laagwaardig bijproduct. De elektriciteitscentrale locatie Maasbracht gebruikt aardgas als energiebron, maar levert geen laagwaardige warmte als bijproduct.


ing. M. Flikkema

33

Voertuigen Bij voertuigen hebben we het over gemotoriseerd vervoer met de auto, de motorfiets en de scooter. Gemakshalve neem ik voor de emissies algemene acceptabele gemiddelden voor het hele cluster aan voertuigen. Deze waarden zijn:  CO2-uitoot: 170,0 g/km  NOx-uitstoot: 0,1 g/km ( 50% benzine en 50% diesel ) De gemiddelde energiewaarde van brandstof is 10 kWh per liter. [2] Om de relatie te leggen met de vergelijkingseenheid van kWh/d, hanteer ik per gereden kilometer een energiegebruik van 1 kWh. Dat is bij een gemiddeld verbruik van 1:10. Dan ziet het rijtje over de emissies er als volgt uit.  CO2-uitoot: 170,0 g/kWh  NOx-uitstoot: 0,1 g/kWh ( bij 50% op benzine en 50% op diesel )

Vliegtuigen Op basis van een Boeing 747-400 is de gemiddelde emissie met het gebruik van Kerosine als brandstof als volgt: [13]  CO2-uitoot: 3,1 kg/kg  NOx-uitstoot: 15,0 g/kg De energiewaarde van Kerosine voor vliegtuigen is gelijk te stellen aan die van de brandstoffen voor voertuigen en daarmee 10 kWh per liter [2]. De soortelijke massa van Kerosine is 0,8 kg per liter. Hieruit volgt:  CO2-uitoot: 250,0 g/kWh  NOx-uitstoot: 12,0 g/ kWh 3.7.3

Toekomstige ontwikkelingen In de grafiek op de volgende bladzijde zijn scenario's voor het terugdringen van de CO2uitstoot van een zevental organisaties uitgezet over een periode vanaf het jaar 2000 tot aan het jaar 2050. Dit zou volgens deze organisaties bereikt moeten kunnen worden door verduurzaming van de elektriciteitsproductie. Wat uit deze grafiek nadrukkelijk valt op te maken is dat alle organisaties streven naar ongeveer eenzelfde trend in het reduceren van de CO2-uitstoot en de daarmee gelijklopende reductie van andere emissies, zoals NOx.


ing. M. Flikkema

34

[9] Wereldwijd zijn er verschillende scenario's onderzocht en voorgedragen om tot een aantoonbare reductie van emissies te kunnen komen. Opvallend is dat milieuorganisaties en olie- en gas multinationals het grotendeels eens zijn over te bereiken reductie binnen een tijdsbestek van een halve eeuw. Al gaat Greenpeace als milieuorganisatie tot het maximaal haalbare en is ExxonMobil als multinational behoudender, de trend van beiden vertoont een sterke overeenkomst. Dat we ons ten doel moeten stellen om milieuschade naar de toekomst toe te beperken is daarmee een duidelijk verhaal. Halverwege deze eeuw hebben we hiermee hét ultieme ijkmoment als mijlpaal om vast te stellen waar we dan zullen staan. Dit is een beeld wat wij in Nederland serieus moeten nemen en moeten wij ons ten doel stellen om op z'n minst deze trend te volgen. De grafiek op deze bladzijde staat haaks op de verwachte toename van het energiegebruik uit paragraaf 3.3.5. Toename van energiegebruik zonder grootschalige verschuiving naar duurzame energievoorzieningen in de energieketen zal nimmer tot de gewenste reductie leiden. Dit betekent dat de wereld en ook Nederland zich ten doel moet stellen om op grote schaal duurzame energievoorzieningen toe te gaan passen. Volgens de zeven scenario's uit de grafiek op deze bladzijde moet het medio 2050 hebben geleid tot een reductie van de CO2uitstoot van maar liefst 90% ten opzichte van het jaar 2000.


ing. M. Flikkema

35

4

TOEKOMSTVISIE KETEN VAN ENERGIE

4.1

INLEIDING Een toekomstvisie voor het veranderen van de energieketen moet aansluiten op de probleemstelling uit hoofdstuk 1 en de toekomstige ontwikkelingen beschreven in paragraaf 3.3.6 van dit essay. In volgorde van de behandelde onderdelen van de keten van energie in hoofdstuk 3 leidt dit tot de hierna volgende resultaten. Hierin spelen naast energie, ook economie en milieu een duidelijke rol van betekenis. In paragraaf 3.6 en 3.7 was daar al op ingegaan.

Energie infrastructuur In Nederland zullen voor het produceren van elektriciteit op grote schaal duurzame energiebronnen gebruikt moeten gaan worden, zoals wind, zon en water. Ook moet gekeken worden naar de mogelijkheden van schaliegas en waterstof. De warmtenetten moeten efficiënter gemaakt worden door deze alleen in te zetten voor lage temperaturen (55°C en lager). Er zal aansluiting gevonden moeten worden met het regeringsbeleid ten aanzien van ons energievraagstuk gericht op de toekomst. Daarmee bedoel ik de gaspolitiek en de CO2reductiedoelstellingen.

Gebruik van energie Het primair energiegebruik moet worden teruggebracht. Te realiseren door betere energie efficiëntie. Het toepassen van energiesystemen met een hoger exergierendement en het beperken van energieverliezen in te gebruiken gebouwen en in de warmtenetten. Het overschakelen op elektrisch energiegebruik in plaats van het aanwenden van fossiele brandstoffen in de leefomgeving van wonen, werken en de dienstverlening. Dit geldt vooral voor de uitgebreide stedelijke gebieden van ons land. Daar zal het ook moeten leiden tot het realiseren van een schoner leefmilieu.

Distributie van energie De distributienetten voor gas, elektriciteit en warmte, die nu in Nederland aanwezig zijn, moeten we zoveel mogelijk blijven benutten. Hierin zijn investeringen gedaan die we uit economische overweging moeten blijven behouden. Het gaat dus om aanpassingen en uitbreidingen die moeten aansluiten op het veranderen van de energieketen.

Vormen van energie Naast het aanwenden van de fossiele brandstoffen en duurzame energiebronnen voor de centrale productie van elektriciteit zal lokaal, bij de gebruikers zelf, op duurzame wijze meer elektriciteit moeten worden geproduceerd. Alternatieve milieuvriendelijke vormen van energie. Ook de productie van warmte blijft hierin een rol spelen. Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

36

4.2

DE ENERGIEKETEN

4.2.1

Hoe zit het nu De energieketen van vandaag de dag in Nederland is in onderstaand schema eenvoudig weergegeven. De getallen die hierin worden genoemd gelden per inwoner van Nederland.

Energieschema 1: In een gesloten cirkel staat de bron van energie. In de onderbroken cirkel staat het integrale energiegebruik per inwoner per dag. In een wolkje staan de emissies. Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

37

4.2.2

Hoe kan het worden Verbetermogelijkheden liggen in het optimaliseren van de processen waar energie gebruikt wordt. Verbeteringen zullen aan de hand van gedegen en kundig uit te voeren exergieanalyses vastgesteld moeten worden. In combinatie met de in paragraaf 3.5.3 beschreven duurzame energievoorzieningen kan het leiden tot onderstaande energieketen in Nederland.

Energieschema 2: In een gesloten cirkel staat de bron van energie. In de onderbroken cirkel staat het integrale energiegebruik per inwoner per dag. In een wolkje staan de emissies.


ing. M. Flikkema

38

4.2.3

De resultaten

Inleiding In deze paragraaf ga ik nader in op de resultaten van het toekomstige scenario van de energieketen voor Nederland (energieschema 2). Het is er op gericht om meer gebruik te gaan maken van elektrische energie in de leefomgeving van wonen, werken en dienstverlening. Het is gespiegeld aan de huidige energieketen van Nederland (energieschema 1). Beide scenario's zijn op de vorige bladzijden visueel weergegeven in de vorm van de twee genoemde energieschema's. Hieronder volgen de nadere beschouwingen van deze hypothese, gericht op de mogelijkheden met het toekomstige scenario volgens energieschema 2.

Elektriciteit Het elektriciteitsgebruik binnen de leefomgeving zal toenemen van 21 kWh/d per inwoner naar 41 kWh/d. Dit is het geval bij het volledig elektrificeren van het personenvervoer, het toepassen van de elektrische warmtepompen voor alle verwarmingsinstallaties, het geheel elektrisch huishoudelijk koken en het bereiden van het warmtapwater met zonnepanelen op de woningen en gebouwen in combinatie met elektrische naverwarming. Voor het koken op elektriciteit, ter vervanging van koken op gas, is het uitgangspunt een vierpits gascomfort. Daarbij ben ik er vanuit gegaan dat deze gemiddeld genomen per dag een half uur op de volle capaciteit van 10 kW wordt gebruikt. Dat komt voor energieschema 2 dan neer op 5 kWh/d aan elektrisch energiegebruik voor het koken.

Warmte Het verwarmen van de gebouwen in energieschema 2 zal gebeuren met elektrische warmtepompen. De hiervoor beschikbare elektrische energie is de 41 kWh/d, vermindert met het oorspronkelijke elektriciteitsgebruik van 21 kWh/d uit energieschema 1. Het deel voor het volledig elektrisch koken is 5 kWh/d en het deel voor het elektrisch rijden is ook 5 kWh/d. Voor het elektrisch verwarmen blijft daarmee 10 kWh/d over. Het exergierendement bij laagtemperatuur verwarming met een elektrische warmtepomp installatie in combinatie met decentrale of centrale elektriciteitsproductie is over dit deel van de energieketen gerekend hoger dan bij direct gasgestookte verwarmingsketels. [1] De elektrische warmtepomp heeft een energetisch rendement (C.O.P.) van 2,9. Er is 10 kWh/d aan elektrische energie beschikbaar voor verwarming. Dan komt dat neer op een capaciteit van 2,9 x 10 is 29 kWh/d aan laagtemperatuur verwarming. Een tweede mogelijkheid voor laagtemperatuur verwarming van woningen en gebouwen is door gebruik te maken van externe warmte, geleverd via warmtenetten. Het benutten van de thermische energie afkomstig uit aftapwarmte van de grote elektriciteitcentrales, warmte van decentrale WK-installaties, warmte van afvalverbranding of locale industriële processen.


ing. M. Flikkema

39

Vervoer Het elektrisch vervoer komt neer op 5 kWh/d. Er is door mij vanuit gegaan dat de af te leggen afstanden niet kleiner, maar ook niet groter zullen worden ten opzichte van de situatie met de huidige energieketen van Nederland volgens energieschema 1.

Overschot De optelsom van het maximum aan mogelijke duurzame energiebronnen met de energievoorziening van de centrale en decentrale elektriciteitcentrales, zoals in energieschema 2 weergegeven, resulteert in een overschot aan beschikbare elektriciteit. Het totaal aan geproduceerde elektriciteit volgens energieschema 2 is in theorie 81,4 kWh/d. Minus het te verwachten elektrische energiegebruik in de leefomgeving van 41 kWh/d is er sprake van een overschot bij maximale productie van elektriciteit van 40,4 kWh/d. Dit overschot aan elektrische energie is niet onbelangrijk. Het dient voor het onderhouden van de leveringszekerheid van duurzaam geproduceerde elektriciteit. Fossiele brandstoffen zoals gas, kolen en biomassa zijn in hun verschijningsvorm eenvoudig op te slaan om een buffer te vormen. Bij duurzame energievoorziening met zonne-energie en windenergie ligt dat anders. Deze energiebronnen kan je niet bufferen. Het waait of het waait niet. De zon schijnt intensief op heldere en onbewolkte dagen, maar bij bewolkt weer en regen is dat veel minder. De natuur kunnen we niet regelen. In perioden van een productieoverschot aan elektrische energie is het deel wat geleverd wordt met duurzame energie (water, wind en zon) te bufferen door het te gebruiken voor de productie van waterstofgas. Deze mogelijkheid staat nog in de kinderschoenen, maar komt er zeker aan. Zoals eerder verwoord in paragraaf 3.5.3 in het onderzoek dat is gedaan door KEMA en in de praktijk is getest op Ameland. Het produceren van waterstofgas met het volledige overschot aan duurzaam geproduceerde elektriciteit levert maximaal 39 m3/d op. Dit waterstofgas is te gebruiken als bijmengsel van aardgas in een maximum percentage van 25 %. Uit energieschema 2 volgt dat er 30 kWh/d aan elektriciteit geproduceerd wordt met aardgasgestookte energiecentrales. De daarvoor benodigde hoeveelheid gas is 3,41 m3/d (verbrandingswaarde aardgas 31,65 MJ/m3). Voor het bijmengen in een percentage van maximaal 25% met aardgas is daar 0,85 m3/d aan waterstofgas voor nodig. Het aandeel waterstofgas draagt 2,55 kWh/d bij aan extra energiecapaciteit dankzij de bijmenging met aardgas. Na het waterstofgas maximaal te hebben gebruikt als bijmengsel voor aardgas blijft er nog ruim 38 m3/d van over. Dit overschot is in de nabije toekomst mogelijk goed te gebruiken voor de in ontwikkeling zijnde rendabele en betaalbare waterstofauto. Een andere mogelijkheid is om het te gebruiken voor het produceren van zuiver drinkwater. Ook is er de mogelijkheid om het waterstofgas in poreuze bodemlagen op te slaan of in vloeibare vorm te bufferen. Een kanttekening bij het bufferen in vloeibare vorm en ook bij het vloeibaar maken voor gebruik in waterstofauto's is, dat ruim 30% van de beschikbare energiewaarde van waterstofgas hiermee verloren gaat. Zie ook paragraaf 3.5.3. [18]


ing. M. Flikkema

40

4.2.4

De slotsom Het aandeel duurzame energie bedroeg in 2010 nog 4% van het nationale energiegebruik. De Europese doelstelling voor duurzame energie voor Nederland is gesteld op minimaal 14% in 2020. [12] Met het scenario uit energieschema 2, zoals in deze paragraaf theoretisch geschetst, is een reductie van CO2-uitstoot van minimaal 14% ruimschoots haalbaar. Daarbij moet het energiegebruik in de leefomgeving bijna volledig elektrisch zijn geworden en moet er in Nederland optimaal en tijdig worden geïnvesteerd in duurzame energievoorzieningen. Het resultaat met de vergelijking van de huidige energieketen weergegeven in energieschema 1 met de theoretische veranderde energieketen volgens energieschema 2 levert een reductiemogelijkheid op voor de CO2-uitstoot van zeker 35%. Vanaf heden tot aan 2020 resteert ons nog een doorlooptijd van slechts 7 jaar voor het ontwikkelen en realiseren van plannen om tot gewenst resultaat te komen. Dan zal de energiesector al haar tandjes bij moeten zetten om de trend in gang te zetten, die er toe zal leiden dat de tussenstand van 14% reductie in 2020 daadwerkelijk zal worden gehaald.

4.3

ECONOMIE

4.3.1

Ontwikkelingspotentieel De ontwikkelingen naar duurzame energievoorzieningen, het decentraliseren van energievoorzieningen, het elektrificeren van de leefomgeving en de mogelijkheden voor veranderingen in de landen tuinbouwsector schept ruimte voor veel nieuwe economische ontwikkelingen in ons land. Ontwikkelingen zoals CO2 afvangen van decentrale WK-installaties en deze ruggelings in dezelfde omgeving aanwenden bij agrarische bedrijven. Kassenbouw is er dan niet meer alleen in het Westland. Het gaat daarbij om het produceren van bijvoorbeeld voedsel, biomassa en kweekhout. Nieuwe marktkansen zijn aanwezig. Om de bestaande verouderde woningvoorraad geschikt te maken voor lage temperatuur verwarming (minder dan 55°C) zal hier in geïnvesteerd moeten worden. Investeren in het verbeteren van de woningisolatie en investeringen in het vervangen van verwarmingsinstallaties voor systemen die geschikt zijn voor deze lage temperaturen.

4.3.2

Investeringsklimaat De investeringskosten voor duurzame energievoorzieningen zijn op dit moment nog zo hoog dat ze vaak alleen met overheidssteun tijdig terugverdiend kunnen worden. Marktpartijen hebben zonder subsidie geen prikkel om bij de huidige elektriciteitsprijzen te investeren in duurzame energie. Bij een hogere prijs van fossiele brandstoffen zullen investeringen in duurzame energie wel sneller rendabel worden. Duurzame energie wordt dan een interessanter alternatief voor fossiele brandstoffen. Dan wordt het voor marktpartijen ook aantrekkelijker om te investeren in deze alternatieve technologieën.


ing. M. Flikkema

41

De verwachting is dat de kosten van duurzame energie door de technologische ontwikkelingen de komende decennia geleidelijk zullen dalen. [12] Het kabinet wil vanaf 2015 jaarlijks € 1.4 miljard besteden aan het stimuleren van duurzame energie. Het kabinet beoogd daarmee een flinke stap te zetten richting het behalen van de doelstelling in 2020, verwoord in paragraaf 4.2.4. [12]

4.4

MILIEU

4.4.1

Windmolens De ruimte voor windmolens op zee en op land biedt goede kansen voor de productie van elektriciteit op een duurzame manier. Een andere kant van de medaille is dat deze duurzame energievoorzieningen bedreigingen vormen. Voor onze fauna, en dan vooral voor de vogels, blijken het levensgevaarlijke objecten te kunnen zijn. Een ander punt is de zogenoemde horizonvervuiling. De optimale windmolenconcepten komen uit op molens met een hoogte van 70 tot 100 meter en wiekspanwijdten van 50 tot 70 meter. Dat zijn, zeker op land, nadrukkelijk aanwezige objecten. Uitzicht hierop in combinatie met behoud van natuurlijk landschap staat elkaar in de weg. Het kan een argument zijn dat Nederland vanuit het verleden in verband met de droogleggingen en de strijd tegen water bij uitstek een windmolenland is. Maar windmolens van vroeger waren over het algemeen niet veel hoger dan zo'n 30 meter. Dat staat niet in verhouding tot onze moderne varianten.

4.4.2

Schaliegas Schaliegas is medio 2013 een veelbesproken nieuwe ontwikkeling nu onze voorraden in de goed toegankelijke ondergrondse poreuze lagen lijken op te raken. Er spelen serieuze milieubezwaren met het injecteren van chemicaliën om het 'nieuwe gas' uit hardere steenlagen op te kunnen halen. Deze lagen bevinden zich onder watervoerende lagen. In Nederland is onze drinkwatervoorziening voor een groot deel afhankelijk van deze bovenliggende watervoerende lagen. Om gas aan te boren moet men door deze watervoerende lagen heen boren. Dit geldt natuurlijk ook al voor het winnen van het aardgas uit de goed toegankelijk poreuze aardlagen. Maar de benodigde injectie van chemicaliën voor de winning van het schaliegas stuit op veel bezwaren. Met name het drinkwaterbedrijf Vitens sprak hier recent (medio april 2013) openlijk haar zorgen over uit. Er zijn risico's voor de volksgezondheid bij de winning van schaliegas.

4.4.3

Emissies Als er meer gebruik gemaakt gaat worden van elektrische energie voor bijvoorbeeld warmtepompen ten behoeve van verwarming, dan zijn er energieconcepten mogelijk met een hoger exergierendement. Daardoor zal er minder fossiele brandstof nodig zijn voor de energievoorziening. Daarnaast zal men met het verbeteren van de bebouwing het energiegebruik terugdringen en zal er ook minder brandstof voor de productie van warmte en elektriciteit nodig zijn. Voor lokaal vervoer kan meer gebruik gemaakt worden van elektriciteit. Er zal meer gebruik gemaakt worden van duurzame energie, zoals wind en zon.


ing. M. Flikkema

42

De optelsom hiervan, gericht op de toekomst, resulteert in een vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen. De emissies zullen daardoor verminderen. Dit past goed in de milieudoelstelling van de regeringen tot reductie van CO2-uitstoot en de reductie andere schadelijke emissies. Daarnaast wordt hiermee de vervuiling door emissies in de stedelijke gebieden sterk verminderd. Mede door het ontwikkelen van decentrale energievoorziening aan de randen van de leefomgeving. De emissies worden geconcentreerd buiten de verstedelijkte gebieden. Een deel van de CO2-uitstoot is daardoor beter te benutten door daar omheen te ontwikkelen agrarische bedrijvigheid. 4.4.4

Waterstof Het produceren van waterstofgas kost veel elektriciteit. Waterstofgas heeft een duidelijk lagere energiewaarde dan aardgas (zie paragraaf 3.5.3). Het produceren van waterstofgas heeft dan ook een laag exergierendement en levert in verhouding tot de opbrengst een hoge milieubelasting op als deze zou worden geproduceerd met door fossiele brandstoffen geproduceerde elektriciteit. In het licht van deze milieubezwaren bij waterstofgas heeft de productie hiervan alleen zin als dat met het overschot aan duurzame opgewekte elektriciteit gebeurt. Dit biedt ook reële kansen in het oplossen van het probleem van de opslag van elektrische energie. Het omzetten elektrische energie naar ander energievormen die makkelijker zijn op te slaan is dan een oplossing.


ing. M. Flikkema

43

5

CONCLUSIE Uit de algehele conclusie volgt het antwoord op de oorspronkelijke vraagstelling in de titel van dit essay: Nederland elektrisch, de toekomst? In de voorgaande hoofdstukken zijn verschillende aspecten van de energieketen behandeld. Er is vastgesteld hoe deze keten in Nederland er nu uit ziet en wat de omvang van energielevering en energiegebruik is. Er is ingegaan op wat in Nederlandse met de huidige technieken haalbare mogelijkheden zijn voor duurzame energievoorzieningen. Ook is er gekeken naar de invloed van economie, politiek en milieu op keuzes die in de toekomst gemaakt moeten kunnen worden. De conclusie is dat er voor Nederland een reëel en geloofwaardig toekomstbeeld bestaat van een leefomgeving voor wonen, werken en dienstverlening die vrijwel geheel overgaat op het gebruik van elektrische energie. Voor de productie van de benodigde elektriciteit en warmte blijven fossiele brandstoffen de komende decennia nog wel een rol spelen in de centrale en te realiseren locale energiecentrales. Een bepalende factor is het economisch belang van ons aardgasnet met de monopoliepositie als gasrotonde in Europa. Verder zijn er de vooruitzichten van schaliegas en waterstof(gas) als aanvulling op de energiebronnen. Belangrijk onderdeel voor het elektrificeren van de leefomgeving is het verwarmen van gebouwen. Dit gebeurt nu in de meeste gevallen met aardgas. In de toekomst moet dat grotendeels naar elektrische warmtepompsystemen in combinatie met laagtemperatuur verwarmen. Hierin blijft ook restwarmte een rol spelen. Een ander onderdeel is elektrisch rijden, om in te kunnen haken op het veranderen van de energieketen vanwege de eindigheid van fossiele brandstoffen. Ook geldt het als bijdrage aan een schonere leefomgeving door het verminderen van de emissies in de geconcentreerde leefgebieden. Voor het afleggen van de grotere afstanden buiten de stedelijke gebieden zijn de hybride vervoersmiddelen een oplossing. Bijvoorbeeld een combinatie van elektrisch rijden met het gebruiken van het schone waterstof als brandstof. Alhoewel de transportsector in dit essay buiten beschouwing is gebleven is het belangrijk om vast te stellen dat de productie van waterstof als brandstof ook daar kansen biedt voor een schonere toekomst. Tot slot is er de conclusie dat het huidige energiegebruik per inwoner de komende jaren een duidelijke stap terug moet kunnen nemen. Dit is een realistisch streven als we een vergelijking maken met de ons omringende welvarende landen. Laten we beginnen met hier de eerste winst te halen. Dat is ook de aanleiding geweest om met het toekomstscenario van de energieketen volgens energieschema 2 (zie paragraaf 4.2.2) uit te gaan van een lager totaal energiegebruik per inwoner in de leefomgeving. Dit is te realiseren door het verbeteren van bestaande bebouwing en door meer bewust en slimmer om te gaan met het gebruik van energie. Het is wat mij betreft de uitdaging om in 2050 vast te kunnen stellen dat we nog meer op het energiegebruik hebben weten te bezuinigen.


ing. M. Flikkema

44

6

VERKLARINGEN In dit hoofdstuk worden specifieke begrippen en afkortingen uit dit essay toegelicht met de bijbehorende verklaring dan wel met de betekenis. Ik hoop het overzicht voldoende compleet te hebben gemaakt en een ieder aan de hand hiervan veel leesplezier te hebben kunnen geven over de energieketen met haar hedendaagse problematiek en de mogelijkheden voor de nabije toekomst. In de tekst van dit essay staan regelmatig verwijzingen naar literatuur of publicaties die op het onderwerp betrekking hebben. Dit is als volgt aangegeven: [1]. Het getal refereert aan het in de lijst van bronnen genoemde document (zie hoofdstuk 7).

6.1

BEGRIPPEN Aftapwarmte Bij de productie van elektrische energie met behulp van het conventionele stoomproces kan stoom worden afgetapt van de midden- en lagedrukstoomturbine. Deze methode wordt toegepast bij warmtelevering uit grote elektriciteitscentrales Het onttrekken van stoom reduceert het elektrisch rendement van de centrale. Het hiervoor benodigde extra brandstofgebruik wordt de bijstookfactor genoemd.

Duurzaam Een duurzame ontwikkeling is de ontwikkeling die voorziet in de behoeften van de huidige generatie zonder daarmee voor toekomstige generaties de mogelijkheid in gevaar te brengen om ook in hun behoeften te voorzien.

Exergie De exergie van een materiaal of energiedrager is de maximale hoeveelheid werk die uit dat materiaal of die energiedrager kan worden verkregen.

Keten van energie Met de keten van energie, of in één woord de energieketen, wordt in dit essay bedoeld de winning, de opwerking, het transport, de opslag, de transformatie en het eindgebruik van de energiedrager. De functie van energie is om te voorzien in de behoeften van de mens als resultaat van de menselijke activiteiten.

Sparkspread De sparkspread is het verschil tussen de opbrengsten van de geproduceerde elektriciteit en de kosten van gas en vermeden ketelstook. Hieruit moet ook onderhoud en afschrijving kunnen worden betaald.


ing. M. Flikkema

45

WK-installatie (WK-centrale) Een WK-installatie, voluit geschreven: Warmte Kracht, staat voor het gecombineerd produceren van warmte en kracht (elektriciteit). Het succes van het produceren van deze waarden is afhankelijk van de sparkspread. De warmte kan van verschillende warmtebronnen in de WK-installatie worden gebruikt. Van de tussenkoeler (30°-80°), de smeerolie (75°-95°), het koelwater (75°-120°) en de uitlaatgassen (400°-550°).

6.2

OMREKENEN In onderstaande matrix zijn de belangrijkste omrekenfactoren m.b.t. energie verzameld.

[9]

6.3

AFKORTINGEN barrel OE

159 liter ruwe olie.

BBP

Bruto Binnenlands Product.

Btu

British thermal unit.

CBS

Centraal Bureau voor de Statistieken.

CO 2

Kooldioxide.

C.O.P.

Coëfficiënt Of Performance.

EBN

Energie Beheer Nederland.


ing. M. Flikkema

46

EC

Europese Commissie.

EL&I

Economische Zaken, Landbouw en Innovatie.

GJ

Gigajoule; is duizend Megajoule.

GW

Gigawatt; is duizend Megawatt.

HBO

Huisbrandolie

kJ/mol

Kilojoule per mol aan materie.

kWh/d

Kilowattuur per dag.

m 3 n /a

Normaal kubieke meter per jaar.

MWh

Megawattuur; is duizend kilowattuur.

NO x

Stikstofoxyden.

OMA

Office for Metropolitain Architecture

PJ

Petajoule; is duizend Gigajoule.

PV

Photo Voltage.

SDE

Stimuleringsregeling Duurzame Energie.

TOE

Ton Olie Equivalent.

TSE

Ton Steenkolen Equivalent.

WK

Warmte Kracht.

W/m 2

Watt per vierkante meter.


ing. M. Flikkema

47

7

BRONNEN

7.1

LITERATUUR Om als auteur van dit essay tot een voldoende brede visie te kunnen komen met betrekking tot energievraagstukken is door mij literatuur bestudeerd binnen meerdere invalshoeken. Het doel was het opbouwen van kennis en achtergrondinformatie. De specifieke literatuur staat hierna genoemd, met in het kort een inhoudelijke toelichting op het betreffende boek. [1].

Willem van Gool, Exergie en Energie.

Een boek waarin op een beknopte wijze de exergie analyse van fysische en chemische processen wordt beschreven. Er wordt ingegaan op de 1e en 2e hoofdwet thermodynamica. Het leidt de weg naar de benadering op basis van energiewaardeanalyses om verbetermogelijkheden in bestaande en te ontwikkelen processen aan te kunnen tonen. Er wordt in deze literatuur ook vastgesteld welke maatregelen er toe doen. Verder geeft het boek richting aan en informatie over vorming van energiebeleid. Over het historisch verloop van het energiebeleid in Nederland en over het energiebeleid gericht op de toekomst op basis van lange termijn visie. [2].

David JC MacKay, Sustainable Energy - without the hot air.

Is literatuur met veel feitenmateriaal over de balans van energiegebruik ten opzichte van beschikbare energie en de specifieke verhoudingen daarin bij de verschillende maatschappelijke inpassingen en toepassingen. Van huishoudelijk gebruik tot aan defensiedoeleinden. Als allerbelangrijkste gaat het over de mogelijkheden van duurzame alternatieven in de energievoorziening, zonder gebruik te maken van fossiele brandstoffen. Uitgebreid onderbouwd met een groot aantal feiten en rekenvoorbeelden. [3].

Russel L. Ackoff, His Classic Writings on Management.

Is een Engelstalig boek waar je voor moet gaan zitten. Om het te doorgronden en vanwege de complexe grammaticale verhandelingen van de onderwerpen. Het is een uiterst interessant en ook belangrijk stuk literatuur. Het geeft een unieke kijk op het denken in en omgaan met systemen. Ook op het gebied van sociale systemen en hoe deze te temmen. Verder gaat dit boek op onnavolgbare wijze in op de fenomenen van het plannen, het leren en het samenstellen van sociale organisaties wat integraal moet leiden tot efficiënte systemen. Het boek schroomt niet om te wijzen op de valkuilen die deze met zich meebrengen. Een schrijver die weet te binden en je er toe zet meer van hem te gaan lezen. [4].

Roel Grit, Project management.

Dit is gewoon een heel toegankelijk boek met herkenbare literatuur over goed projectmanagement. Het gaat in op de basale theorie, schetst praktijkvoorbeelden ter illustratie en geeft handreikingen in de vorm van praktische opdrachten. Het zet je weer even met beide benen op de grond. Nederland elektrisch, de toekomst?

ing. M. Flikkema

48

7.2

PUBLICATIES [5].

CBS, Centraal Bureau voor de Statistieken te Heerlen.

[6].

Energieraad (Raad voor de Leefomgeving)

[7].

Gea-geologie.nl/informatie/tijdschrift/Gea/2012_02_schaliegas.html

[8].

THE ENERGY REPORT 100% RENEWABLE ENERGY BY 2050

[9].

Energy trends 2012, uitgave ECN Energie-Nederland en Netbeheer-Nederland

[10].

www.deconsult.nl/fr_en_verbruik.htm

[11].

www.essent.nl/content/Images/86028_Productie_en_emissieoverzicht_Essent.pdf

[12].

Energierapport 2011, Ministerie van Economische Zaken, Landbouw & Innovatie

[13].

Belastingen en heffingen in de luchtvaart Kennisinstituut voor Mobiliteitsbeleid Joost Kolkman November 2010. Ministerie van Infrastructuur en Milieu.

[14].

Verslag Energieraad 22 februari 2013 van het ministerie van Economische Zaken.

[15].

www.kennislink.nl/publicaties/koken-op-waterstofgas.

[16].

www.texelenergie.nl/zonne-energie.

[17].

Reactie ministers van EL&I en Financiën, kenmerk DGETM / 12054647.

[18].

www.milieuloket.nl.

[19].

Toegepaste Energietechniek, J. Ouwehand.


ing. M. Flikkema

49

SLOTWOORD Ik heb me verdiept in de mogelijkheden van het toepassen van duurzame energie. Ik heb literatuur bestudeerd over de aanpak van probleemstellingen en over het managementaspect in al haar facetten. Ook heb ik gelezen over het denken in systemen; deze systemen beheersen, in te passen als maatregel van beleid en hoe om te gaan met het inzetten van mensen en middelen. Als laatste aspect is literatuur bestudeerd over energieanalyses; het rekenen aan energieprocessen en energiesystemen op zoek naar mogelijke verbeteringen (het mooie Engelse woord: improvement). Tijdens de literatuurstudie kwam de gedachte in mij op om een concrete beschouwing op te stellen over de mogelijkheden om in de nabije toekomst veel meer gebruik te gaan maken van elektriciteit als energiedrager in de leefomgeving van Nederland en vast te stellen of dit een realistisch scenario is. Ik ben tot de conclusie gekomen dat dit op theoretische gronden, zoals beschreven in dit essay, haalbaar is. Nederland is en blijft wereldwijd een kleine speler met de effectiviteit van de beoogde veranderingen in de keten van energie van ons land. We moeten in ieder geval tenminste een trendvolger zijn, maar we mogen gerust ook een trendsetter worden. Ondanks de weerbarstigheid van het politieke beleid, de macht van multinationals en de invloed van de G8-landen op het internationale terrein van energievoorzieningen. Eén ding geef ik graag mee,........................................................................... ga voor duurzaam.


ing. M. Flikkema

50

Examenopleiding energieconsulent

Een essay over: Auteur:

Nederland elektrisch, de toekomst? ing. M. Flikkema

De energieketen van Nederland

Recommend Documents