Springtij Masterclass Energie
Inzichten in energiesystemen en hernieuwbare energietechnieken Erik Lysen
Driebergen-Rijsenburg, 20 mei 2015
De zon als bron Zonnestraling: o Energiebron: fusie waterstof => helium o Massa wordt omgezet in energie (E = m.c2 ) o Massaverlies: 4,2 miljard kg per seconde o Universum “smijt” met energie: 0,5 miljardste deel straling bereikt onze dampkring (1,73 * 1017 W)
NASA: Solar Dynamics Observatory
Zonne-energie op de aarde Zonne-energie: o Op aardoppervlak: 0,8 * 1017 W (NB: 1 watt = 1 joule/sec) o Per uur: 300 * 1018 joule (= 300 EJ per uur) o Wereld energieverbruik : 500 EJ/jaar o Zonne-energie op Nederland: 3600 - 4000 MJ/m2/jaar 1000 - 1100 kWh/m2/jaar (vgl: op Sahara: 2500 kWh/m2/jaar)
Zonnestraling in Nederland
Zonnestraling: drijvende kracht vrijwel alle energiebronnen • Zonne-energie, windenergie, waterkracht, golfenergie, bio-energie • Fossiele zonne-energie bronnen: – Kolen: planten – Olie en gas: zeedieren
• Behalve: – getijden (maan-aarde) – aardwarmte (nucl. verval)
Windkaart Nederland (100 m)
SenterNovem 2005
Basisbegrippen: energie en vermogen Hoe langer een bepaald vermogen wordt aangehouden, hoe meer energie er wordt geleverd:
energie = vermogen x tijd 1 joule = 1 watt x 1 seconde 1 wattseconde (Ws) = 1 joule (J) 1 wattuur (Wh) = 60*60 J = 3600 J (1 watt, een uur lang) 1 kilowattuur (kWh) = 1000*60*60 = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Energie gebruiken = energie omzetten (energie gaat nooit verloren)
Hoge kwaliteit energie (gas, elektriciteit) wordt na alle omzettingen uiteindelijk gedegradeerd tot lage temperatuur warmte (“Eindeloze Energie”, Erik Lysen, Aula 600, 1977)
Mens als energie-omzetter • 2000 kcal/dag nodig om ons warm te houden • Mens in rust “is kacheltje van 100 watt” *) (daarom wordt een volle concertzaal gekoeld) • Fietsen met 20 km/u vraagt 100 W vermogen • Een uur fietsen kost 500 Wh aan “brandstof” (rendement “mens als motor”: ~20%) • 500 Wh = 1800 kJ = 430 kcal (1 ons koekjes) • Afslanken: deze 430 kcal kan worden geleverd door slechts 46 gram vet te “verbranden” … *) 2000 kcal * 4,187 kJ/kcal = 8375 kJ 8375 kJ / (24*60*60) = 97 watt warmte stroom
Waar wordt energie voor gebruikt in Nederland? • Primaire energie: 3255 PJ/jaar • Finale energie: 2185 PJ/jaar (2013)
Bijdrage hernieuwbare energie 2013
“Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014
Biomassa: mix vele bronnen
“Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014
Schatting bijdrage HE 2023
Bron: Duurzame Energie Koepel, 2014
Verschillen wind en zon-PV • Wind op zee: 4450 MW levert 60 PJ (16,7 TWh: dus 3750 MWh per MW) • Zon-PV: 6000 MW levert 19 PJ (5,2 TWh, dus 875 MWh per MW) • Wind: overdag + ’s nachts, hele jaar door, iets meer in winter dan in zomer • Zon-PV: overdag, vooral in zomer, weinig in winter • Dus: combinatie wind en zon vult elkaar aan
De ene megawatt is de andere niet Type centrale Theoretisch (24 uur x 365 dagen) Basislast (kolen, kern) Midden- en pieklast Waterkracht Windturbines op zee Windturbines op land Zon PV (Nederland) Ter vergelijking: Zon PV (Middellandse Zee gebied) Zon PV (Sahara)
Productie (MWh per MW) 8760 6000 - 8000 3000 - 4000 3000 - 4000 3000 - 4500 1800 - 2500 800 - 1000 1200 tot 1500 2000 tot 2500
Zonnewarmte, -stroom, -brandstof 1. Zonnewarmte: – Passief (zon door de ramen) – Zonneboiler (warm water)
2. Zonnestroom: – Photo-Voltaisch (PV) – Concentrated Solar Power (CSP: stoom > electriciteit)
1. Zonne-brandstoffen (solar fuels)
Zonnewarmte in Nederland • Zonneboiler: bespaart 150 – 200 m3 gas (40% warm water van gezin) • Zwembaden: > 40% besparing • Ruimteverwarming: met seizoensopslag (bijv. op wijkniveau) kan deel vraag gedekt worden
Zoneiland Almere, Nuon
Bron: Wim Sinke SER werkconferentie 28jan13
Zonnestroomtechnologieën: Commerciële panelen Wafergebaseerd silicium (88%) - monokristallijn - multikristallijn (& quasi mono)
Modulerendementen 14 21% City of the Sun (NL)
Toyota
Dunne films (11%) - silicium - koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS) - cadmiumtelluride (CdTe)
Modulerendementen 6 14% Würth Solar
HyET Solar
First Solar FhGISE
Abengoa/Concentrix
Concentrator (<1%) - meerlaags III-V halfgeleiders - silicium
Modulerendementen 25 30%
Opbrengst zonnestroom systemen in Nederland (kWh/jaar per kWp geïnstalleerde capaciteit aan panelen)
Bijdrage zon PV: vooral zomer
Lysen, 2015
Wisselend per dag bij één installatie
Lysen, 2015
Voor heel land goed voorspelbaar: PV bijdrage in Duitsland (http://www.sma.de/unternehmen/pv-leistung-in-deutschland.html) 19 mei 2015
22
Duitsland: record dagen in 2014
“The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014”, Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015
23
Integratie hernieuwbaar in Duitsland
Source: Fraunhofer ISE (2014)
24
Hernieuwbare elektriciteit in Duitsland: 25.8% in 2014
“The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014”. Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015
25
Analyse effect intermitterende bronnen voor Duitsland
Kan de wereld / Europa volledig op hernieuwbare energie draaien? •
The Energy Report (WWF, Ecofys, 2011): “By 2050 we can get all the energy we need from renewable sources”
•
Roadmap 2050 (ECF, McKinsey, 2010): “By 2050, Europe could achieve an economy wide reduction of GHG emissions of at least 80%.This requires a nearly zero-carbon power supply”.
•
100% Renewable electricity (PWC, 2010): “Electricity in Europe can be 100% renewable in 2050”
•
[R]enewables 24/7 (EREC & Greenpeace, 2009): “with smart grids 90% of the electricity in Europe can be renewable, 24/7”.
JA dus, mits serieuze energiebesparing
Wat kunt u zelf doen? 1. Bewust worden 2. Kennis vergaren • •
Meten: hoeveel gebruik ik (mijn organisatie) aan gas, elektra, water? Standen opnemen, meters installeren Lezen: Tim Jackson, Naomi Klein, e.v.a.
3. Handelen • • • •
Thuis of op werk: investeren in isolatie, LED lampen, zonneboiler, zon PV systeem, … Vervoer: meer fiets en OV, minder auto en vliegen Voeding: meer vegetarisch en lokaal Gewoontes: minder kopen, meer muziek maken en sporten, duurzame producten en duurzame bank
Energieverbruiksmanager om “slimme meter” echt slim te maken
http://www.energieverbruiksmanagers.nl/
Wasmachine draaien op de zon
Lysen, 2015
Energie opslag •
“SunEdison Becomes First Renewable Energy Company To Offer Solar, Wind, And Energy Storage” (5 March 2015)
•
Rocky Mountain Institute: “The Economics of Grid Defection”, 2014
Breder perspectief
Tim Jackson 2009
Naomi Klein 2014
Paul Gilding 2011
