Duurzame energie
Een wenked perspectief? Deel II: zonne-energie © 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Hernieuwbare Energiebronnen •
Oorsprong: Kernfusie in de zon •
• •
Benutting “Indirect” • Drukverschillen in de atmosfeer: wind • Windenergie • Verdamping / neerslag • Waterkracht • Biomassa • (fossiele grondstoffen) • Energieteelt (bijvoorbeeld: palmolie, maïs, wilgentenen, algen) • Afval- en reststoffen (afvalverbranding, biogas)
Oorsprong: Zwaartekracht (getijde-energie) Afkoeling van de aarde (aardwarmte / geothermie)
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Hernieuwbare Energiebronnen • Oorsprong: Kernfusie in de zon • Benutting “direct”: • zon-fotovoltaïsch • zon-thermisch • warmteabsorptie (warmtepompen) • warmte/koude opslag (kassen, gebouwde omgeving)
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Hernieuwbare Energiebronnen “Willen is kunnen” (?) • 54,4 x 1020 [kJ/jaar] … op aarde • 16,3 x 1020 [kJ/jaar] … teruggereflecteerd • 3,7 x 1017 [kJ/jaar] … verbruikt door alle mensen • 8,36 x 1018 [kJ/jaar] … voor fotosynthese • 1,09 x 1019 [kJ/jaar] … windenergie • > let op de grootte-ordes! © 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Hoeveel is het? Nederland •
“In 2005 was 2,4 procent van het totale binnenlandse energieverbruik uit duurzame binnenlandse bronnen afkomstig. In 2004 was dat nog 1,8 procent.
•
Deze toename wordt vooral veroorzaakt door de verdubbeling van het meestoken van biomassa in elektriciteitscentrales. Van die 2,4 is 1,8 procent afkomstig van biomassa. • Windmolens zijn goed voor 0,5 procent • Waterkracht zorgt voor 0,02 procent • Zonne-energie tot slot voor 0,03 procent.”
http://www.vrom.nl/pagina.html?id=7561#a1 (accessed 17-03-2008)
• Doelstelling • (3e Energienota (1996): 10% duurzaam in 2020 • Balkenende IV: 20% duurzaam in 2020 • Rutte : 14% duurzaam in 2020 © 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zonne - energie •
Instraling wereld is 600 - 800 x groter dan het totale energiegebruik
•
Zonlicht per [m2] 190 [kg/jaar] steenkool • reken dit eens na met Steenkool = 28 [MJ/kg]
•
Zonlicht is diffuus en niet altijd aanwezig (dag/nacht opslag)
•
Instraling Nederland: • 950 – 1100 [kWh/ m2 /Jaar]
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zonne - energie •
Al heel lang gebruik met “passieve” systemen • “warmtemuur” • Energieneutrale woning
•
Energiebalans nodig voor berekeningen ter justificering van dure (?) technologie (“energieterugverdientijd; financieel terugverdienen):
•
Beschikbaar: • Photovoltaïsche Zonnecellen • Zonneboilers • Zonnecentrales (“Concentrated Solar Power”)
•
Toekomst (?) • Processen op zonne-energie (industriële fotochemie)
http://www.edos.be
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zonneboiler (zon-thermisch systeem) • • •
Warm water
•
naar keuken of badkamer
Actief systeem Warm (tapwater) voorziening Integratie met C.V. systeem Nefit solar line • A = 2.37 m2 • opbrengst 3.5 [GJ/jaar]
Koud water
Pomp Zonneboiler - gedeelte
• Indirect systeem: • medium • warm water
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zon-Photo Voltaic (PV) • PV – cellen zijn halfgeleiders
• Spiro blz. 81: • elektronen bevinden zich in de valentieband of geleidingsband • als een foton met voldoende energie wordt ingevangen, gaat een elektron over • terugvallen produceert warmte
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zon-Photo Voltaic (PV) • halfgeleider Si doteren • n-type halfgeleider • p-type halfgeleider • combinatie n- en p-type levert asymmetrische ladingsverdeling in een PV-cel • valt er zonlicht op, dan ontstaat er spanningsverschil en kan er een stroom gaan lopen
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zon-Photo Voltaic (PV)
“Historic summary of champion cell efficiencies for various PV technologies” (NREL, 2009)
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zon-Photo Voltaic (PV) • Theoretisch maximaal rendement: 50% • Praktisch rendement: • Geavanceerd (o.a. Nuna) 25% • Polymere cellen, amorf Silicium < 20% • Commercieel +/- 16%
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Zon-PV (en Zonneboiler) • directe relatie met (ontwikkeling) woningbouw • zonnedaken, gevels, ontwerp • invloed op het elektriciteitsnet
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Concentrated Solar Power • “Thermal Solar Electricity” • Met spiegels zonlicht concentreren en water of ander medium opwarmen • Vervolgens: “thermische centrale” • Verschillende typen • Meestal grootschalig (10-200MW) © 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Concentrated Solar Power 4 typen • Parabolic trough • Parabolic dish • Solar Tower • Linear Freshnel mirror
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Concentrated Solar Power - Desertec
Bron: Desertec
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Waterkracht (Hydropower) • energie die wordt ontleend aan water dat naar een lager niveau vloeit • al 3000 jaar geleden benut in Midden-Oosten • 3de eeuw n.C. watermolens in het Romeinse Rijk • wereldwijd opgesteld vermogen : • 675 000 [MW] • geschat potentieel aan waterkracht in de wereld: • 2 800 000 [MW]
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Waterkrachtcentrale
• Itaipu dam, Brazilië
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Waterkracht - Milieuaspecten
• • • •
woongebieden, landbouwgebieden, bos onder water wateroppervlak verdamping waterhuishouding effecten op flora en fauna zuurstofhuishouding / beluchting rivieren verstoord
• migratie van vis belemmerd of onmogelijk • afzetting van slib • upstream: capaciteit stuwmeer, werking stuwdam • downsteam: slib niet meer t.b.v. landbouwgronden
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Waterkrachtcentrale Wat is het vermogen van deze centrale?
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Waterkracht • Wet van Bernoulli voor een stromende vloeistof:
½ ρ v2 + ρ g h
+ p = constant
kinetisch potentieel druk
energie
• Waterkrachtcentrale: • te benutten energie is maximaal φm g (h2 – h1) • dus óf veel water óf veel hoogteverschil
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
Vraagstuk Waterkracht • Kies systeemgrens bij het oppervlak van het meer • Dan geldt: v= 0 m/s; en het niveau voor het bepalen van de potentiële energie is constant (veranderingen zijn verwaarloosbaar) • In buis wordt pot. energie omgezet in kin. energie. Hoe is niet belangrijk (voor de analyse!) • In de centrale wordt kin. energie omgezet in elektrische energie • Systeembalans: • pot. energie = elektrische energie + kinetische energie uit.
© 2003-2011 G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde
