State of the art studie techniekontwikkeling voor de elektriciteitsvoorziening

40560104-TDC 06-55631A

State of the art studie techniekontwikkeling voor de elektriciteitsvoorziening

10 februari 2006

auteurs N. Bolt, F.M. Combrink, P.T.M. Vaessen KEMA T&D Consulting

In opdracht van SenterNovem

auteurs: N. Bolt, F.M. Combrink, P.T.M. Vaessen

beoordeeld:

B

goedgekeurd: J. Knijp

55 blz.

- bijl.

JEH

KEMA Nederland B.V. Utrechtseweg 310, 6812 AR Arnhem Postbus 9035, 6800 ET Arnhem T (026) 3 56 91 11 F (026) 3 89 24 77 [email protected] www.kema.com Handelsregister Arnhem 09080262

© KEMA Nederland B.V., Arnhem, Nederland. Alle rechten voorbehouden. KEMA Nederland B.V. en/of de met haar gelieerde maatschappijen zijn niet aansprakelijk voor enige directe, indirecte, bijkomstige of gevolgschade ontstaan door of bij het gebruik van de informatie of gegevens uit dit document, of door de onmogelijkheid die informatie of gegevens te gebruiken. De inhoud van dit rapport mag aan derden niet anders dan als één geheel worden ontsloten, voorzien van bovengenoemde aanduidingen met betrekking tot auteursrechten en aansprakelijkheid.

-3-

40560104-TDC 06-55631A

INHOUD Blz 1

Achtergrond en probleemstelling

5

2

Aanpak

6

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.6

Inventarisatie van het speelveld Inleiding Tendensen Het huidige elektriciteitsnet De huidige opwekportfolio Kolen/biomassa productie Aardgas/Hoogovengas-eenheden Decentraal vermogen Zicht op de elektriciteitsproductie portfolio in 2015 Zicht op de elektriciteitsproductie portfolio in 2030

7 7 8 10 11 12 13 13 14 14

4 4.1 4.2 4.3

Inventarisatie van technologieen Opwekking Transport en Distributie Eindgebruik

16 16 27 31

5 5.1 5.2 5.3

Ontwikkelingen mogelijke technische innovaties Opwekking Transport en Distributie Eindgebruik

33 33 35 37

6 6.1 6.2 6.3

Waardering kwalitatief effect technologie op duurzaamheid, betrouwbaarheid en betaalbaarheid Duurzaamheid Betrouwbaarheid Betaalbaarheid

38 38 38 40

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Internationale spelers en kennisinfrastructuur in Nederland Budgetten wereldwijd Internationale spelers: multinationals Internationale spelers: producenten en netbeheerders Internationale spelers: uitvoerders en kennisinstituten Internationale spelers: overzicht per technologiegroep

43 43 44 45 46 47

-4-

40560104-TDC 06-55631A

7.6

Onderzoeksprogramma’s

51

8 8.1 8.2

Beperkte SWOT-analyse Nederland Partijen en bedrijven Kansen voor Nederland

53 53 54

-5-

1

40560104-TDC 06-55631A

ACHTERGROND EN PROBLEEMSTELLING

Deze state of the art studie naar de techniekontwikkeling voor de elektriciteitsvoorziening legt met de state of the art studie naar de marktontwikkeling voor de elektriciteitsvoorziening (PWC) een basis voor het te ontwikkelen werkplan van een Transitieplatform Duurzame Elektriciteitsvoorziening. EZ is recent gestart met de voorbereidingen voor dit transitieplatform waarin marktpartijen, maatschappelijke organisaties en de overheid samenwerken aan de transitie naar een duurzame energievoorziening binnen 50 jaar. Achtergrondinformatie over Energietransitie is te vinden op www.energietransitie.nl Het doel van de studie state of the art techniekontwikkeling is om inzicht te krijgen in het type techniek – markt combinaties die in de Nederlandse markt succesvol kunnen zijn en of deze kunnen bijdragen aan de belangrijkste kenmerken van de Nederlandse elektriciteitsvoorziening die EZ zich tot doel heeft gesteld: •

Betrouwbaar (levering- en voorzieningszekerheid).

•

Betaalbaar.

•

Duurzaam.

-6-

2

40560104-TDC 06-55631A

AANPAK

De studie biedt inzicht in de technische innovaties die in de komende jaren mogelijk beschikbaar komen en welke (kwalitatieve) effecten deze hebben op de betrouwbaarheid, betaalbaarheid en duurzaamheid van de elektriciteitsvoorziening. Er is informatie verzameld van onder meer: het IOP-EMVT, het EOS- en PREGO programma, de Electricity Technology Roadmap, de DOE Grid 2030 vision, EPRI, CERT-IEA, de EU Technology Platforms Electricity Networks of the Future and Zero Emission Power Generation, Internationale koepelorganisaties, zoals IERE, EPPSA, VGB PowerTech e.V., EREC, individuele aanbieders van grootschalige centrale productie units (Siemens, Alsthom, Mitsui Babcock), Aanbieders van kleinschalige decentrale productie units, zoals (bio-)WKK, windturbines, stadsverwarming, micro WKK en PV-systemen. De, op basis van het Pareto-principe verzamelde, informatie van mogelijke toekomstige innovaties bij respectievelijk opwekking, transport en distributie en verbruiksbeïnvloeding is in hoofdstuk 4 in een aantal (hoofd)technologieën geordend samengevat en beschreven waarbij trends, gevolgen en (potentiële) impact zijn opgenomen. Van de besproken technologieën is in hoofdstuk 5 een overzicht van de te verwachtte marktvolumes en ontwikkeltijden gegeven. Een kwalitatieve waardering van het effect van de technologie op duurzaamheid, betrouwbaarheid en betaalbaarheid van de elektriciteitsvoorzieningen hoofdstuk 6 met een beknopt overzicht van de mondiale en nationale spelers in hoofdstuk 7 geeft met de beperkte SWOT in hoofdstuk 8 kansen voor Nederland. Een beperkte draagvlaktoetsing binnen de energiesector was onderdeel van deze studie, bestaande uit het voorleggen aan een groep van 6 productiebedrijven in december vertegenwoordigers van 4 netbeheerders en Gasunie in januari 2006.

2005

en

-7-

3

INVENTARISATIE VAN HET SPEELVELD

3.1

Inleiding

40560104-TDC 06-55631A

De elektriciteitsvoorziening van vandaag is een zeer groot ingewikkeld complex systeem dat historisch en organisch is gegroeid. Het wordt nog steeds in het algemeen gekenmerkt door grootschalige opwekking, gekoppeld aan de hoogste spanningsniveaus en van daaruit wordt de energie gedistribueerd naar de gebruikers. In toenemende mate vindt ook opwekking plaats op de lagere spanningsniveaus door middel van warmtekracht installaties en duurzame fluctuerende bronnen. Alle toekomstvisies voorspellen een toenemend aandeel van elektriciteit in de totale energiegebruik (substitutie van primaire bronnen) en daarnaast een stijging van het verbruik door meer elektrische apparatuur. Voor Nederland bedraagt deze stijging gemiddeld rond 2% per jaar. Dit leidt nagenoeg tot een verdubbeling van de hoeveel gebruikte elektriciteit in 30 jaar. De liberalisering van de markt zorgt voor een aantal grote veranderingen. Door een groeiend maatschappelijk milieubesef ontstaat een marktaandeel voor duurzame (kleinschalige) opwekking. Daarnaast ontstaan er meer transporten en op distributieniveau tweerichtingsstromen. Bij de planning van het elektriciteitsvoorzieningsysteem is de integrale afstemming tussen opwekking en netten verdwenen. Producenten zijn commercieel en de gereguleerde netbedrijven zijn faciliterend. Een kenmerk is dat alle marktpartijen opereren in een markt met toenemende onzekerheid. Wat moet het elektriciteitsvoorzieningsysteem kunnen in Nederland? Er moet een “vergroening” plaatsvinden, in feite is deze ontwikkeling vooral bepalend voor de verduurzaming van de toekomstige elektriciteitsopwekking. Door de komst van duurzame fluctuerende bronnen wordt het aanbod grilliger en minder voorspelbaar. Ook treedt er een verschuiving naar het westen op, hierbij wordt gedacht aan opwekking op zee door middel van windparken en de toenemende behoefte aan koelwater voor de grotere opwekeenheden om de gewenste vergroening door o.a. CO2 afvanginstallaties te realiseren. Het netwerk heeft te maken met grotere stromen (verdubbeling verwacht) waardoor de benutting toeneemt van de huidige 50 tot 60% in het transmissienet en de 60 tot 70% (schatting) in het distributienet. Naast de toenemende belasting zullen de netverliezen toenemen wat in feite een negatieve invloed heeft op de verduurzaming. Daarnaast is het belangrijkste effect dat door het “krapper” en ouder worden van het net en de hierop aangesloten veelheid van componenten de betrouwbaarheid (leveringszekerheid) langzaam erodeert en met name de nieuwe technologie in de netten (ICT, stuur- en regelmogelijkheden, opslag en

-8-

40560104-TDC 06-55631A

vermogenselektronica, decentrale opwekking) er voor moet zorgen dat deze negatieve effecten van toenemende benutting en fluctuerende stromen wordt gecompenseerd, waardoor de betrouwbaarheid op het huidige hoge niveau gehandhaafd kan blijven en gedifferentieerd en ontwikkeld kan worden naar klantenwens. Een groot probleem hierbij is de onzekerheid m.b.t. de terugverdientijd van de investeringen in de netten en de verschuiving naar afgewogen risico-investeringen en contracten (Service Level Agreements).

Jaarlijkse uitvalduur bij een laagspanningsklant [min./jaar] 40 30 HS MS

20

LS 10 0 1995

Figuur 1

3.2

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Jaarlijkse uitvalduur bij een laagspanningsklant ten gevolge van hoogspanning (HS), middenspanning (MS) en laagspanning (LS) storingen.

Tendensen

De technieken voor eindgebruik, betere efficiency en besparingen door middel van o.a. technologieverbetering voor industriële processen maar ook verbetering van de efficiency van apparatuur in huis en kantoor is essentieel voor verduurzaming omdat als deze besparing niet gerealiseerd wordt de groei in elektriciteitsgebruik (veel) hoger uitkomt dan de geschatte 2% met alle gevolgen van dien voor de benodigde groei van het productiepark waardoor de vergroening moeilijker. Ook de leveringszekerheid staat dan meer onder druk want het net moet sneller meer en grotere stromen faciliteren. Een sleutelelement bij eindgebruik technologieën is daarom ook het opnemen van de eindgebruiker in de (terugkoppel)lus van de elektriciteitsvoorziening, door o.a. Het beschikbaar komen van “realtime” prijs informatie en geautomatiseerde mogelijkheden om op basis van prijzen extra stroom te gebruiken als deze goedkoop is, voor later gebruik door middel van opslag

-9-

40560104-TDC 06-55631A

(elektrisch of thermisch) en/of tijdelijk afschakelen van belastingen zoals diepvriezers en verwarmingsprocessen in geval van hoge prijzen. Maatschappelijke tendensen •

Druk op duurzame elektriciteit (vergroening).

•

Opkomst van kleinschalige (duurzame) opwekking dicht bij de gebruiker.

•

Groeiende transporten door Europa.

•

Vraag naar hogere betrouwbaarheid van levering én hogere spanningskwaliteit.

•

Leidende financiële overwegingen.

De maatschappelijke tendensen analyserend is de meest waarschijnlijke ontwikkeling dat de elektriciteitsvoorziening over 30 jaar nog steeds “min-of-meer” lijkt op de huidige met grootschalige, zeer milieuvriendelijke opwekking (kolen, gas, biomassa, nucleair? En grootschalig wind), grote marktgedreven ook grensoverschrijdende energietransporten aangevuld met een veelheid in soort en aantal op distributieniveau gekoppelde decentrale (duurzame) opwekkers die - min of meer zelfverzorgend - een klein vraaggebied verzorgen en uitwisseling hebben met het hoger gelegen net. Met name de besturing en samenwerking van de “intelligent” gemaakte componenten zal verschillen met de huidige situatie en daarnaast zullen en nieuwe componenten worden opgenomen voor gerichte vermogensturing, kwaliteitsdifferentiatie, vraag-aanbod ondersteuning en stabiliteit en betrouwbaarheid verhoging. Met name de opwektechnologieën zullen zorgdragen voor de vergroening (duurzaamheid). Bij transport en distributie (T&D) is de betrouwbaarheid (leveringszekerheid) dominant en bij eindgebruik speelt de combinatie: besparing, groen, betrouwbaar en goedkoop. T&D is de bepalende factor voor de betrouwbaarheid (leveringszekerheid) en de klant speelt een cruciale rol bij zowel vergroening als betrouwbaarheid door enerzijds besparingen en efficiencyverbeteringen waardoor het minder kost en er een minder snelle groei vereist is van de opwekking en de belasting van het T&D net minder snel toeneemt. Daarnaast levert hij een bijdrage, door gebruik van kleinschalige opwek en wellicht opslagtechnologie, aan de betrouwbaarheid van de levering. Wat de betaalbaarheid (investeringen) betreft, zal met name bij de grootschalige opwekking, dit door commerciële partijen worden gedragen. Hierbij speelt het probleem dat de benodigde investeringen groot tot zeer groot zijn en er met name onzekerheid bestaat over het kunnen terugverdienen. Men zal zeker in combinatie met (industriële) eindgebruikers daarnaast ook zoeken naar business mogelijkheden om

- 10 -

40560104-TDC 06-55631A

zogenaamde ancillary services te kunnen verlenen aan de netbeheerders, hierbij kan onder meer gedacht worden aan regel- en reserve vermogen, afschakelbaar vermogen en reactief vermogen, in het algemeen ondersteuning van de spanningshuishouding en stabiliteit, maar ook wellicht uitstel van investeringen in netten door gebruik te maken van strategisch geplaatste opwekking (en opslag). Bij de benodigde grote investeringen in de netten speelt ook het probleem van de onzekerheid m.b.t. het terug kunnen verdienen van de gemaakte investeringen door middel van de gereguleerde transport (en aansluitvergoedingen). In het tussengebied tussen grootschalige opwekking en (lokale) eindgebruik speelt in de midden- en laagspanningsnetten het probleem van de gedeelde verantwoordelijkheid, wie is voor wat precies verantwoordelijk en draagt wat bij en heeft hoeveel voordeel aan de gedane investeringen door publieke en private partijen. Dit probleem wordt steeds actueler omdat de ontwikkeling gaande is dat een (aanzienlijk) deel van de benodigde elektrische energie en de gehele warmtevraag lokaal gegenereerd wordt, op industrieterreinen, kantorenparken, wijk en huisniveau door het in voldoende mate beschikbaar komen van (goedkope) lokale opslagfaciliteiten voor elektriciteit en warmte. Het elektriciteitsnet bestaat uit een grootschalige hoofdstructuur waarmee bulk-power transporten over grote afstanden worden gerealiseerd. Deze grootschalige hoofdstructuur is via het regionale (middenspannings)net gekoppeld met de “min-of-meer” zelfvoorzienende lokale netdelen. Er zijn veel (kleinschalige) duurzame bronnen met een fluctuerende opwekkarakter aangesloten op deze lokale midden- en laagspanningsnetten. Daarnaast zijn (offshore) wind- en (bijstook)biomassa centrales gemeengoed geworden. Een dergelijk beeld van het net van de toekomst wordt onderschreven in diverse nationale en internationale studies. Uiteraard kunnen er lokaal grote afwijkingen zijn van dit algemene beeld. Wel moeten we realistisch blijven, de geschiedenis leert dat we in het algemeen de effecten van technologie onderschatten (we kunnen ons vaak gewoonweg niet voorstellen wat er kan) maar het beschikbaar komen ervan erg optimistisch inschatten (vaak komt dit veel en veel later).

3.3

Het huidige elektriciteitsnet

Het Nederlandse elektriciteitsnet bestaat uit een landelijk hoogspanningsnet dat de regionale netten en een deel van de elektriciteitscentrales met elkaar verbindt. Het landelijk hoogspanningsnet heeft ook verbindingen naar het buitenland, België en Duitsland. Er wordt gewerkt aan een interconnector (kabel) naar Noorwegen en Engeland. De spanningsniveau van het landelijk net zijn 380 en 220 kV. Op de lagere spanningsniveaus van 150, 110 en 50

- 11 -

40560104-TDC 06-55631A

kV wordt de elektriciteit naar en binnen de regio’s getransporteerd, hierop is eveneens een deel van de elektriciteitscentrales aangesloten. Op middenspanningsniveau – 3 tm 30 kV – wordt elektriciteit aan grootverbruikers geleverd en verder gedistribueerd naar de laagspanningsnetten van 230/400 V waarop huishoudens en klein zakelijke verbruikers zijn aangesloten. Op midden en (in mindere mate) laagspanningsniveaus decentrale opwekkers zoals WKK’s, gasmotoren en individuele windturbines aangesloten. Het hoogspanningsnet in nagenoeg geheel bovengronds en heeft een totale lengte van 12.000 km en is het algemeen dubbel uitgevoerd (redundant). Enkelvoudige storingen leiden daarom meestal niet tot onderbrekingen. Op de spanningsniveaus van 380 en 220 kV komen onderbrekingen vrijwel nooit voor. Onderbrekingen op lagere spanningsniveaus in het hoogspanningsnet ontstaan als twee of meer componenten onafhankelijk van elkaar falen of de “tweede route” wegens onderhoud niet beschikbaar is. Stroomstoringen in het hoogspanningsnet treffen doorgaans duizenden klanten maar kunnen meestal snel worden opgelost door middel van (automatische) omschakelmogelijkheden. Het middenspanningsnet heeft een totale lengte van ruim 100.000 km en is geheel ondergronds uitgevoerd. De netten zijn meestal uitgevoerd in ringen; vrijwel alle overgangen naar het laagspanningsnet zijn zo van twee kanten bereikbaar, waardoor er omleidingmogelijkheden zijn bij storingen. Omschakeling in de middenspanningsnetten is meestal handmatig en vindt op locatie plaats. Bij een onderbreking worden al snel enkele honderden klanten getroffen. Middenspanningsstoringen hebben de grootste invloed op de jaarlijkse uitvalduur. Het laagspanningsnet heeft een totale lengte van 150.000 km en is nagenoeg geheel ondergronds. De netten zijn meestal enkelvoudig uitgevoerd, dat wil zeggen dat een storing in het algemeen direct leidt tot een onderbreking van de elektriciteitslevering. In geval van een storing moet eerst de plek van de storing worden gelokaliseerd en vervolgens geïsoleerd. Daarna kan de levering aan de meeste klanten worden hervat. De enkele klanten die op het geïsoleerde gedeelte zijn aangesloten kunnen pas na reparatie weer van stroom worden voorzien.

3.4

De huidige opwekportfolio

De huidige opwekportfolio en het zicht in de komende decennia heeft het volgende beeld. In 2004 werd 106 TWh netto in Nederland geconsumeerd. Hiervan werd 15% geïmporteerd, 58% opgewekt in de grootschalige centrales en 27% in industriële decentrale productieeenheden. De duurzaamheid van de huidige productieportfolio laat zich karakteriseren door de netto CO2-emissie waarin het meestoken van biomassa is verdisconteerd.

- 12 -

40560104-TDC 06-55631A

In onderstaande paragrafen wordt een overzicht gegeven van de verdeling van het huidige productievermogen over de verschillende technologieën.

3.4.1

Kolen/biomassa productie

In Nederland is ongeveer 4000 MWe aan kolenvermogen opgesteld waarin gemiddeld meer dan 10% biomassa wordt meegestookt. Het gaat om de volgende conversietechnologieën: SuperCritical-eenheden (hoogrendement eenheden met superkritische stoomcondities; Amer 9 en Hemweg 8). Rendement ruim 43%; CO2-emissie 800 gram/kWh; Load Factor ruim 80%; biomassameestook gemiddeld ca 12%; netto , CO2-emissie 6,7 Mt/jaar. T

SC

MWe

Rendement [%]

1250

43

SubCritical-eenheden(SubC), stoomcondities T

SubC

CO2 [g/kWh)]

de

MWe

Rendement [%]

2700

39,5

800

wat

Load factor

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

0,85

7,44

10

6,7

9,3

oudere

CO2 [g/kWh)] 870

koleneenheden

met

subkritische

Load factor

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

0,73

15,05

7

14

17,3

Integrated coal Gasification Combined Cycle (IGCC). Een voorbeeld van een IGCC-centrale is de Willem Alexander Centrale in Buggenum. T

IGCC

MWe

Rendement [%]

250

43

CO2 [g/kWh)] 800

Load factor

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

0,63

1,12

20

0,90

1,4

Fluidised Bed-eenheden (FB), met name de Bio Energie Centrale Cuijk. T

FB

MWe

25

Rendement [%]

CO2 [g/kWh)]

Load factor 0,65

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

100

0

0,14

- 13 -

3.4.2

40560104-TDC 06-55631A

Aardgas/Hoogovengas-eenheden

In Nederland staat ongeveer 4300 MWe aan moderne hoogrendement gasturbine/stoomturbine combinaties (STEG). Daarnaast ca 6100 MWe aan grote oudere gaseenheden waar veelal een gasturbine aan is voorgeschakeld waardoor het rendement verbeterd is (combi-eenheden), verder gaseenheden gekoppeld aan stadsverwarming en pieklastgasturbines. T

3.4.3

MWe

Rendement [%]

CO2 [g/kWh)]

Load factor

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

STEG

4300

52

400

0,6

8,8

0

8,8

22,6

Rest

6100

42

500

0,35

9,4

1,5

9,2

18,7

Decentraal vermogen

In Nederland staat ongeveer 5000 MWe decentraal vermogen, onderverdeeld in industriële gas(turbine)/stoomturbine-eenheden als warmtekrachtkoppeling (WKK) (in de range van 10100 MWe) en grote aantallen gasmotoren (GM) (range:0,5-3 MWe). Daarnaast de eerste Virtual Power Plant (VPP) in het Westland, waarbij een 30-tal gasmotoren van tuinders centraal aangestuurd wordt. En verder de afvalverbrandingsinstallaties en on-shore windturbinecapaciteit (ruim 1000MWe).

MWe

Rendement [%]

CO2 [g/kWh)]

Load factor

CO2 [Mt/jaar]

Biomassameestook [-%]

CO2 [Mt/jaar]

TWh

WKK

1750

33

650

0.5

5,0

-

5,0

11,5

GM

1750

25

800

0.4

5,0

-

5,0

10,8

VPP

25

25

800

0,8

0,1

-

0,1

0,2

AVI

450

21

1200

0.65

3,1

50

1,6

2,6

T

Zero-emissie technologie De zero-emissie elektriciteitsproductie technologie betreft het windturbine park in Nederland, de kleine waterkracht eenheden in de rivieren, het fotovoltaïsch vermogen en het nucleair vermogen.

- 14 -

T Wind

40560104-TDC 06-55631A

MWe

CO2 [g/kWh]

Load factor

TWh

1000

0

0.2

1,8

Water

0

0,07

Zon

0

0,03

Nucl.

450

0

0.9

3,3

Duurzaamheid van de productieportfolio In de huidige productieportfolio komt de CO2 uitstoot per geproduceerde kWh uit op 500-600 g/kWh.

3.5

Zicht op de elektriciteitsproductie portfolio in 2015

Elektriciteitsproductie is een groeimarkt, met een groeisnelheid van 1,5-2% per jaar. Afgaand op de aangekondigde investeringsplannen wordt er gewerkt aan levensduurverlenging van het bestaand kolen, gas en nucleair vermogen, wordt op bestaande sites en aan bestaande eenheden het gasvermogen geüpgrade (voorbeelden: de Flevocentrale en de Clauscentrale) en wordt nieuwbouwcapaciteit voorbereid (voorbeelden: 1200 MWe IGCC, 800 MWe biomassa-koleneenheid op de Maasvlakte, 800 MWe STEG-vermogen in Zeeland). Nieuw kolenvermogen zal naar verwachting “CO2-capture ready” ontworpen zijn. De eerste USCeenheid met meer dan 50% rendement kan rond 2015 commercieel in bedrijf zijn. Bij de decentrale opwekking zullen een aantal industriële WKK-eenheden nog in bedrijf en vervangen zijn, evenals een deel van het gasmotorenpark. Uitbreiding van het windvermogen met enkele honderden MWe off-shore farms is dan gerealiseerd en een optie vormt de geslaagde introductie van mikro-wkk op woningniveau. Rekening houdend met verbeterde conversierendementen en maximalisering van biomassa-inzet (ook in b.v. een 500 MWe Fluidised Bed eenheid), daalt de CO2-uitstoot per geproduceerde kWh van dit vergrootte productiepark ten opzichte van het niveau 2005 met ca 25%.

3.6

Zicht op de elektriciteitsproductie portfolio in 2030

Ondanks energiebesparing is de verwachting dat de elektriciteitsconsumptie blijft toenemen. Off-shore wind, biomassa+afval en wellicht een nucleaire eenheid vormen substantiële onderdelen van de opwekportfolio, waar fossiele brandstof gestookte eenheden nog steeds de hoofdmoot in blijven vormen. Maar dan gaat het wel om hoogrendement zero-emissie

- 15 -

40560104-TDC 06-55631A

kolen eenheden (en ook zogenaamde. “below-zero-emission”-eenheden) naast een mix van hoogrendement STEG-eenheden met en zonder CO2-afvangst. Meer dan 20% van de elektriciteit zal op basis van biobrandstoffen opgewekt worden in speciaal ontworpen mee- of bijstookeenheden, in enkele grootschalige 100% biomassa-conversie-eenheden en in decentraal stand-alone biomassavermogen. Alle huidige subkritische koleneenheden en laagrendementsgaseenheden zijn dan uit bedrijf genomen. In een dergelijk scenario daalt de CO2 emissie per kWh naar 100-200 gram CO2/kWh.

- 16 -

4

40560104-TDC 06-55631A

INVENTARISATIE VAN TECHNOLOGIEEN

Bij de inventarisatie van de technologieën die de komende tijd een rol kunnen gaan spelen is een indeling in drie groepen gemaakt, volgens de klassieke verdeling tussen opwekking, transport & distributie (T&D) en eindgebruik in de elektriciteitsketen.

Opwekking

Figuur 2

Transport & Distributie

Eindgebruik

Indeling in drie categorieën, conform elektriciteitsketen.

Hieronder volgt het overzicht van de meest veelbelovende technische innovaties, onderverdeeld in opwekking, transport en distributie en eindgebruik, waarbij trends, gevolgen en (potentiële) impact zijn opgenomen. Bij opwekking is ook nucleaire opwektechnologie meegenomen.

4.1

Opwekking

Per opwektechnologie (kolen, biomassa, aardgas, decentraal, wind, water, CO2-vangst) wordt de status aangegeven en een beeld geschetst van de ontwikkelingen en trends. 1 Kolen/biomassa elektriciteitsproductie technologieën: bestaan uit koleneenheden waarbij biomassa wordt meegestookt variërend van 3 tot 20 procent. De status, ontwikkelingen en trends zijn: a. Superkritische eenheden (hoogrendement met superkritische stoomcondities). In Nederland gaat het om Amer 9 en Hemweg 8 met een rendement van ruim 43%. De ontwikkeling hierbij is gericht op hogere zogenaamde. ultra kritische stoomcondities (USC) : 275 bar en 600°C vanaf 2010 en 300 bar 700°C vanaf 2015. Dit heeft met name gevolgen voor het rendement (46% resp. >50%) en dus voor verdere CO2emissie-reductie. Hogere rendementen brengen CO2-verwijderingstechnologien dichter bij de markt. Parallel aan deze ontwikkeling verloopt de ontwikkeling van toenemend mee-/bij-stoken in bestaande eenheden (tot max 25% lijkt technisch mogelijk) en in ontwerpaanpassingen van nieuwe eenheden (35-50%). Samen met hogere rendementen en CO2-verwijdering leidt dit tot “below-zero-emissie”

- 17 -

40560104-TDC 06-55631A

CO2-emissions [kg/kWh]

concepten.

1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.25

Figuur 3

CO2 Emmision vs generation efficiency coal fired power plant

1995 No capture

2005 With capture

2015 2025

0.35

0.45 0.55 Efficiency [-]

0.65

0.75

CO2 emissie uitgezet tegen de efficientie

b. Subkritische eenheden (wat oudere koleneenheden met subkritische stoomcondities en rendementen van ca 39%). De ontwikkeling hierbij is levensduurverlenging (inclusief retrofit van moderne rookgasreinigingstechnologie) vaak tot na 2020. Dit heeft met name gevolgen voor een relatief hoge CO2 productie/kWh van deze categorie op termijn. c. IGCC (Integrated coal Gasification Combined Cycle). Een beperkt aantal commerciële kolenvergassers voor e-opwekking is momenteel in bedrijf met rendementen van 43-45% en vermogens van rond de 300 MWe. De ontwikkeling hierbij is dat door met name inzet van de nieuwe klasse hoogrendements gasturbines (met in STEG-mode 60% rendement) IGCC-eenheden met 50% rendement commercieel realiseerbaar worden. Dit heeft gevolgen voor het dichter bij de markt brengen van CO2-verwijdering geïntegreerd in het IGCC-ontwerp (pre-combustion). Meevergassen van biomassa tot 20% is vrijwel state-of-the-art. Met de WAC in Buggenum is hiermee uitgebreide bedrijfservaring opgedaan en tot 30% meevergassen lijkt realiseerbaar. Dit heeft als gevolg dat ook hier het “Below-zeroemissie” concept realiteit kan worden. d. Fluidized bed eenheden. Wervelbedeenheden in de vermogensrange van 20-300 MWe, geschikt voor kolen (Gardanne, 250 MWe) en voor kolen en biomassa (Alholmens Kraft, 240 MWe, 10% kolen, rest turf/biomassa) vormen state-of-the-art

- 18 -

40560104-TDC 06-55631A

technologie. In EU-verband word een 800 MWe eenheid ontwikkeld (CFB800) met USC stoomparameters (300 bar en 620°C) en een rendement van 45%. De ontwerpstudie hiervoor is in 2009 gereed. Met als gevolg dat USC-CFB met nageschakelde rookgasontzwaveling, ontworpen voor 80% meestook en met rendementen van 46-50% als serieuze kanshebbers voor het volgende decennium worden genoemd. 2

Aardgas eenheden, bestaande uit: a. Moderne hoog rendement stoom- en gasturbine eenheden (STEG) met 56-58% rendement en blok vermogens van 350 MWe (state-of-the-art). STEG blokken van ruim 500 MWe en 60% rendement worden momenteel op de markt geïntroduceerd (GE H-System in South Wales en Siemens bij de Irsching site van EON). De tendens van steeds lagere NOx-emissie zet door (GE 3ppm NOx-ontwerp). Gewerkt wordt aan een rendement van 65% te realiseren in 2025. De turbine-inlaattemperatuur zal dan 1470°C bedragen. Verbeteringen richten zich op materiaalontwikkeling, efficiëntere schoepkoeling en verhoging van de stoomparameters. Gasturbine-brandstofcelcombinaties bieden uitzicht op een rendement van 70%. Verwacht wordt (Siemens) dat niet voor 2035 grootschalige kosteneffectieve brandstofcellen beschikbaar zullen komen. Het gevolg is dat verhoogd rendement en lage CO2-emissies de mindere aantrekkelijkheid vanwege toegenomen gasprijzen tot op zekere hoogte compenseren. b. Piek- en mid-range gasvermogen. De huidige open elektriciteitsmarkt vraagt om flexibel piek-, mid-range en basislastvermogen. Door gebruik te maken van interkoelers bij de compressie van lucht wordt het rendement van een gasturbine aanzienlijk vergroot. Recent is een 100 MWe gasturbine gelanceerd met een simple cycle rendement van 46% (GE LMS100). Door afwezigheid van een stoom/watercircuit (en een dure stoomturbine) is deze machine uitermate geschikt voor piek- en mid-range belasting. c. Grote oudere gaseenheden vaak met voorgeschakelde gasturbine. De trend hier is deze langer in bedrijf te houden onder aankoppeling van pieklast turbines en verduurzaming via meestook van bio-olie.

3

Decentraal (gas) vermogen, bestaande uit: a. Industriële WKK in de range van 10 – 100 MW en rendementen van 30-35% zijn state-of-the-art. De ontwikkeling ligt in een geleidelijke vervanging door moderne WKK-eenheden.

- 19 -

40560104-TDC 06-55631A

b. Gasmotoren in de range van 0,5 – 3 MW en met een rendement van 25% zijn in Nederland veel in gebruik (>1000). Moderne gasmotoren hebben een enigszins beter rendement en een verbeterde NOx-emissie. Kleinschalige industriële opwekking (200 kW range) lijkt een opkomende (niche-)trend te worden. Hier komen microgasturbines (30-300kW met 25-30% rendement) in beeld. En wellicht vanaf 2015 brandstofcellen in de range van 1-300 kW met 30-50% rendement. c. De eerste Virtual Power Plant is sinds 2005 in het Westland gesitueerd, waarbij een 30-tal gasmotoren centraal wordt aangestuurd waarmee een “grotere eenheid” wordt gecreëerd met hoge beschikbaarheid en effectief kan worden ingespeeld op actuele prijsontwikkelingen. Er is een ontwikkeling op gang gebracht voor kleinschalige warmte-krachtopwekkers in de orde van 1-5 kWe. Bij de “thuiscentrales” van Gasunie gaat het om 1kWe/7kWth-units op basis van een Stirlingmotor. Vaillant test een brandstofcelsysteem en in Japan wordt een gasmotorsysteem vermarkt. Het Transitiepad mikro-wkk mikt op 150.000 kWe geïnstalleerd vermogen in 2020. d. Afvalverbranding met elektriciteitsopwekking wordt met 450 MWe ook tot het decentraal vermogen gerekend. Hoewel het rendement laag is (22%) wordt de helft van het afval als biomassa beschouwd, waardoor de bijdrage aan duurzame elektriciteit substantieel is. Trend is een geleidelijke verhoging van het rendement bij nieuwe installaties en omgevingsintegratie (groene stadsverwarming). 4

Windvermogen, bestaat uit: a. Kleine en middelgrote binnenlandse windparken met daarnaast individuele turbines. Het totaal windvermogen bedraagt 1000 MWe met een loadfactor van 18-22%. b. Off-shore windparken in voorbereiding. Off-shore windcapaciteit is op zich bewezen technologie met een generatorcapaciteit van 2,5 MWe. 5 MWe-capaciteit is in de testfase en voor het volgende decennium wordt 10 MWe generatorcapaciteit voorzien. Uitdagingen liggen vooral bij efficiëntieverhoging tijdens de bouw en onderhoud, regelmechanismen om het effect op de stabiliteit van het landnet te beperken en de toekomstige wijze van aankoppelen met het bestaande net. Momenteel zijn alle varianten (zoals via gelijkstroom, afzonderlijke AC kabels en via onderstations op zee) wel ergens gerealiseerd, voorkomen moet worden dat ook dit een organische groei en ontwikkeling gaat vertonen door o.a. na te denken over zaken als het uitbreiden van het hoogspanningstransportnet naar zee en hierbij tevens koppeling met offshore olie- en gasplatforms in te betrekken.

- 20 -

Onshore 30

40560104-TDC 06-55631A

Offshore

Bij 8-9 m/s gemiddelde windsnelheid

25 20 15 10 5

COE, ct/kWh

Figuur 4

5

2010

2008

2006

2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

1982

1980

0

Ontwikkeling kWh-prijs windenergie vergeleken met de conventionele elektriciteitsopwekkingskosten (COE); bron Shell.

Opslagtechnologieën. De behoefte hieraan neemt sterk toe door het in toenemende mate aankoppelen van grote hoeveelheden fluctuerende (duurzame) opwekking, met name wind grootschalige en later PV (kleinschalig) a. Grootschalige opslag zoals pompaccumulatie (via de DC-kabel naar Noorwegen) en luchtcompressie (CAES) in gasvelden nabij off-shore windparken lijken realistisch maar vraagt om een brede uitwerking b. Kleinschalige opslag biedt uitzicht via de verdergaande ontwikkeling van flowbatterijen. Ook hier is zicht op een sluitende business case voor een afzonderlijke gebruiker nog ver weg. NaS-batterijen worden in het buitenland momenteel in toenemende mate toegepast en de Li-ion technologie lijkt voor kleinschalige opslag een nabije oplossing.

6

Opwektechnologieën: laag in de distributienetten gesitueerd (op individueel afnemer niveau) zoals: a. Photovoltaïsche systemen: de huidig elektriciteitsproductie is gering (ca. 0,03 TWh). De ontwikkelingen zijn gericht op kostenreductie en integreerbaarheid in de gebouwde omgeving. Photovoltaïsche systemen bestaan uit de PV-module zelf en de BOS (balance-of-system) met daarin bekabeling, batterij, DC/AC-inverter. De dominante (>90% marktaandeel) technologie voor de PV module is gebaseerd op

- 21 -

40560104-TDC 06-55631A

kristallijn silicium. Dunne film technologie gebaseerd op amorf silicium en CIGS (Copper, Indium, Gallium-selenide/Sulfide) vormt een opkomende technologie die met name na 2010 doorbreekt. De prijs voor standaard PV-modules bedraagt 3 EUR/W en daalt naar verwachting tot 2 EUR/W in 2010, 1 EUR/W in 2020 en 0,5 EUR/W in 2030. De gemiddelde levensduur van het PV-paneel is 20 jaar, die van de inverter 10 jaar. De kosten zijn momenteel hoog: 300-600 EUR/MWh, maar komt daarmee wel in de buurt van de huidige consumentenprijs voor elektriciteit.

Figuur 5

Verloop kosten PV over de tijd

In Europa is ongeveer 600 MW PV capaciteit opgesteld, waarvan het grootste deel (400 MW) in Duitsland. Het gunstige Duitse invoedingstarief voor 20 jaar, dat afhankelijk van de installatiegrootte, varieert van 460-570 EUR/MWh heeft, naast een inbouwbonus, daar sterk aan bijgedragen. In Nederland bedraagt het invoedingstarief tarief 68 EUR/MWh en is het opgesteld vermogen ca. 50 MW groot. Verwacht wordt dat PV pas na 2020 substantieel gaat bijdragen aan de elektriciteitsproductie. PV systemen kunnen worden verdeeld in autonome PV-systemen en netgekoppelde systemen. i) Autonome PV-systemen worden met name gebruikt in afgelegen gebieden of een milieugevoelige omgeving, zoals nationale parken. In landelijke gebieden wordt PV vaak gebruikt voor agrarische toepassingen (drinkbakken in weilanden) en voor waterpompen voor vee. Enkele autonome PV-systemen worden gecombineerd met opslagsystemen, zodat de opgewekte energie ook ’s nachts

- 22 -

40560104-TDC 06-55631A

kan worden vrijgegeven. In andere gevallen wordt er met hybride systemen gewerkt: hierbij wordt PV gecombineerd met additionele stroombronnen, zoals wind of diesel. Andere toepassingen waar sprake is van een ontwikkelende markt zijn: verlichting van bushaltes, afgelegen parkeerplaatsen en verkeerssignalering. Ook op het gebied van cathodische protectie, metingen, detectie, communicatie en informatie wordt er steeds meer gebruik gemaakt van PV. De reden om te kiezen voor PV is te vinden in het gebruiksgemak en/of vanuit kostenoogpunt. De voornaamste knelpunten op de PV-markt voor autonome toepassingen worden gevormd door onbekendheid met de technologie, de relatief hoge initiële investering en de angst voor vandalisme. ii) Netgekoppelde systemen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: kleine interactieve systemen en grootschalige PV-systemen. Kleine interactieve PV-systemen kunnen door private gebruikers voor eigen consumptie worden gebruikt. Het overschot aan energie wordt teruggeleid naar het elektriciteitsnet, terwijl in geval van tekorten, er gebruik wordt gemaakt van het achterliggende elektriciteitsnet. De grootschalige systemen worden door de elektriciteitsproducenten op een gelijke wijze behandeld als de overige opweksystemen. Alle DC output van de PV-installatie, vaak van MWe orde, wordt omgezet naar AC en vervolgens ingevoed in het elektriciteitsnet, waarna het wordt gedistribueerd naar de klanten. In een netgekoppeld PV systeem werkt het elektriciteitsnet als een batterij met een ongelimiteerde opslagcapaciteit. Daardoor wordt de totale efficiëntie van een netgekoppeld PV-systeem groter dan een stand-alone systeem: er zijn ongelimiteerde opslagmogelijkheden, het opgewekte vermogen wordt altijd opgeslagen. Bij stand-alone systemen zijn de batterijen soms volledig vol, met als gevolg dat extra opgewekt vermogen niet gebruikt kan worden. b. Mikro warmte krachtkoppeling. Momenteel in een demonstratiefase. Wordt gestimuleerd via het transitiepad gas (mikro-wkk introductie). c. Mikro-windturbines. Eerste pilots worden gelanceerd. d. Hybride (FC) auto’s met in de toekomst mogelijkheid van “off-duty” netkoppeling. De ontwikkelingen vinden vooral in de VS plaats. Daarnaast zijn alle grote automobielfabrikanten bezig met brandstofcelontwikkelingen 7

Water (golfslag, getijde, stroming, zoet-/zout-mengzone) opwektechnologieën verkeren in verschillende fasen van ontwikkeling: a. De golfslagtechnologie “Wave Dragon” lijkt een kanshebber voor Nederland, want ontwikkeld voor de wat rustigere condities van de Noordzeegolven (24kw/m). Het

- 23 -

40560104-TDC 06-55631A

bestaat uit een eenvoudige drijvende constructie waarin de turbines de enige bewegende delen vormen. Een prototype heeft recent meer dan 15.000 operationele testuren gemaakt nabij Denemarken en een 7 MW-unit is in voorbereiding. Commerciële introductie in het volgend decennium.

Figuur 6

Illustratie ontwikkeling golfslag opwektechnologieën

b. Blue Energy. Typisch voor de Nederlandse situatie is de uitstroom van zoetwater in zout water. In het Blue Energy concept wordt het potentiaalverschil tussen zoet en zoutwater benut via membranen. Een program is opgezet om de kosten van deze membranen aanzienlijk te reduceren om daarmee Blue energy concurrerend te maken. Het theoretisch potentieel in Nederland bedraagt ca. 3000 MWe, benutting van enkele honderden MWe’s lijkt in de praktijk realiseerbaar. 8

CO2-afvangst technologieën. Er zijn drie gangbare technologieën om CO2 af te vangen: a. Post-combustion CO2 verwijdering (CO2 afscheiding uit de rookgassen) bij kolenvermogen staat in de kinderschoenen, met name SO2 uit het rookgas reageert met de amines! In 2006 wordt een 1 t CO2/h pilot in Esbjerg opgestart, voor een Nederlandse demo gaan de gedachten uit naar een 40-voudige opschaling. Ontwikkelingen gaan vrij snel: het afvangstproces wordt steeds energie-efficiënter, de solvent steeds verder geoptimaliseerd en daarnaast neemt het unit-rendement toe. Dit heeft tot gevolg dat de rond 2015 koleneenheden met 43,5 rendement ontworpen kunnen worden inclusief 90% CO2-verwijdering. CO2-verwijdering via postcombustion is een nog niet bewezen technologie, alleen de postcombustion CO2verwijdering uit rookgas van een STEG via mine-scrubbers, gericht op CO2-gebruik in de food-industrie, is state-of-the-art (300 Mwe STEG van FPL). b. Pre-combustion (CO2-afscheiding voor verbranding in de gasturbine) nadert de commerciële toepassingsfase; in North Dakota draait een kolenvergasser (voor SNG productie) waar via het methanol-fysisch solvent proces 3,3 Mt CO2/j wordt

- 24 -

40560104-TDC 06-55631A

afgevangen en voor EOR wordt ingezet. Kritieke punten vormen de water/gas shift reactie (kat), de verbranding van H2 in de gasturbine en goedkopere luchtscheiding en CO2/H2-scheiding (via membranen). c. Oxyfueltoepassing (verbranding met zuurstof, recirculatie en afvangst van geconcentreerde CO2 uit het rookgas) ligt enigszins achter in ontwikkeling, maar komt snel langszij met de aangekondigde demo-fabriek van Vattenfall (30 MWth) die in 2008 opgestart wordt. De vooruitzichten voor de eerste demonstratie en commerciële inzet voor de verschillende technologieën zijn respectievelijk: •

Post combustion: 2008 en 2015

•

Pre combustion: 2010 en 2020

•

Oxyfuel: 2014 en 2020.

Figuur 7

Implementatietijd CO2 afvangtechnologieën

Transport en opslag zijn in feite de kritische factoren die voor de Nederlandse situatie verder ontwikkeld moeten worden. De potentiële opslagcapaciteit in Nederland is 1560 Mt in aquifiers en 8300 Mt in gasvelden. 9

CO2-verwijdering via geïntegreerde doorbraaktechnologieën. a. Nieuwe concepten zijn in ontwikkeling waarbij integraal CO2 verwijderd wordt. Bij het AZEP-proces wordt in de verbrandingskamer lucht gescheiden via de geleidend membraan technologie. De ontwikkelaars, Siemens en Norsk Hydro, mikken op 30%

- 25 -

40560104-TDC 06-55631A

kostenreductie vergeleken met een conventionele STEG met CO2-verwijdering. De lancering van dit type STEG is in het 2e decennium van deze eeuw voorzien. b. In de chemical looping technology wordt direct contact tussen brandstof en lucht vermeden door metaaloxydes als zuurstoftransporteur in te zetten. Een 10 kWsysteem met 2 wervelbedden is gedurende 100 uur getest. Eventuele commerciële toepassing wordt niet voor 2020 voorzien. c. Bij de CES technologie wordt zuiver methaan met zuurstof verbrand onder water injectie; de resulterende verbrandingsproducten (stoom met CO2) expanderen in een (speciale) turbine, waarna het condensaat afgescheiden wordt. Een 20 MWth eenheid heeft succesvolle tests gedurende 3 minuten laten zien. Het rendement van het proces wordt op 32-44% geschat. Ook hier is een lang ontwikkeltraject voorzien voor kosteffectieve commercialisering. 10 Nucleaire opwektechnologieën: hebben en krijgen van doen met open marktcondities. Investeringskosten, investeringsrisico’s en bedrijfsvoeringkosten worden steeds verder teruggebracht door standaardisering van eenheden, door vereenvoudiging van ontwerpen, door toepassing van bewezen componenten, door ontwerpharmonisering (via de European Utility Requirements) van nieuwe licht-water reactoren, door verhoogde rendementen en door meer keus in eenheidsgrootte. Voor de korte termijn nieuwbouw en vervangingsmarkt zijn de Europese EPR , de Britse AP1000 en de Japanse ABWR toonaangevend; de zogenaamde “Generation III”ontwerpen. De EPR is ontwikkeld door Framatome, Siemens, EdF, E.ON, EnWB en RWE, en heeft een typische eenheidgrootte van 1500 Mwe en een technische levensduur van 60 jaar. De hoofdbeveiligingssystemen zijn viervoudig redundant uitgelegd en hebben een beschikbaarheid van 92%. In Finland komt in 2009 de 1600 MWe EPR als Olkiluoto 3 in bedrijf en EdF heeft Flamanville geselecteerd voor de bouw van de volgende EPR. De AP1000 (Advanced Passive design) van Westinghouse kreeg recent het Design Certificaat voor de USA, heeft een typische capaciteit van 1100 MWe, heeft een passief veiligheidssysteem (gebaseerd op natuurlijke krachten zoals zwaartekracht, natuurlijke circulatie en gecomprimeerd gas) en heeft een bouwtijd van 60 maanden voor een nieuwe eenheid en 48 maanden voor vervolgeenheden. Toshiba heeft de ABWR (Advanced Boiling Water Reactor) ontwikkeld en claimt slechts 21 maanden nodig te hebben als constructietijd.

- 26 -

40560104-TDC 06-55631A

Figuur 8 Overzicht van de evolutie van nucleaire opwektechnologieën Vanaf 2010 -2015 zullen kleinere eenheden op de markt komen, te beginnen bij de Pebble Bed Modular Reactor. De 165 MWe reactor is helium gekoeld en wordt met grafiet gemodereerd. Karakteristiek zijn de brandstof bolletjes (“pebbles”) bestaande uit uranium dioxide ingebed in grafiet en omgeven door grafiet ter grootte van een tennisbal en met een hoge integriteit onder ongevaltemperatuuromstandigheden. Innovatief in het ontwerp is de directe koppeling van het hoge temperatuur reactor systeem met de gasturbine, waardoor de dure en meer complexe stoomkringloop achterwege blijft. Voor de bouw in 2007 en de in bedrijfstelling in 2010 in Zuid-Afrika is eind 2005 een engineering, inkoop en constructiemanagement contract opgedragen door PBMR Ltd aan SNC-Lavalin (Canada) en Murray&Robberts (SAF). Een tweede kortere termijn ontwikkeling betreft de IRIS (International Reactor Innovative and Secure) licht water gekoelde reactor met een capaciteit van 335 MWe. Kenmerkend is het integrale reactorhuis dat zowel de reactor core als de koelsysteemcomponenten bevat, de langere brandstofstandtijd (4 jaar) en een constructietijd van 2-3 jaar. Een pre-licensing review in de US is gaande. Ook Toshiba werkt aan een kleine eenheid, de 4S (Super Safe Small & Simple) met een capaciteit vanaf 50 MWe, natrium gekoeld, met een passieve shut down en een lange (>10 jaar) brandstofstandtijd, die tussen 2010 en 2015 op de mark moet komen. In de Technology Roadmap voor Generation IV systemen zijn 6 concepten uitgewerkt die tussen 2020 en 2030 gereed voor toepassing moeten zijn. De Very High Temperature Reactor (VHTR) is een concept waarbij koeltemperaturen bereikt worden

- 27 -

40560104-TDC 06-55631A

van meer dan 1000°C en is daarmee een leverancier van proceswarmte voor de energie-intensieve procesindustrie, maar ook een kandidaat voor de thermo-chemische productie van waterstof. De ontwerpen richten zich op passieve en actieve beveiliging, transmutatie van langlevend naar kort levend radioactief afval en op faciliteiten in het nucleaire systeem tegen terroristische activiteiten.

4.2

Transport en Distributie

Technieken die gebruikt worden om de betrouwbaarheid (leveringszekerheid) te verhogen of te differentiëren naar klantenwensen. Een groot aantal van deze technieken maken een efficiëntere benutting en flexibilisering van de bestaande T&D infrastructuur op de gebieden planning, bedrijfsvoering, beheer en onderhoud (assetmanagement) mogelijk waardoor de tarieven lager kunnen of meestal minder snel hoger worden. 1 Integratie van sensoren en intelligentie in bestaande componenten, zoals transformatoren, schakelaars, lijnen en kabels waarmee een betere actuele bedrijfstoestand kan worden bepaald en hiermee de bedrijfsvoering efficiënter en daarnaast wordt hiermee de commerciële inzetbaarheid vergroot. a. Diagnose en monitoring, o.a. het vinden van zwakke plekken in kabelnetten, het bewaken van transformatoren en schakelaars en voor het invoeren van dynamische (tijdelijke) overbelasting door gebruik te maken van de grote thermische tijdconstantes van kabels en transformatoren. Voor transformatoren wordt dit al langer toegepast, voor kabels en lijnen zijn er in Nederland pilots. De gehanteerde modellen zijn o.a. beschreven in PREGO-projecten. Internationaal punten van aandacht zijn de door de sensoren geïntroduceerde extra kans op storingen (foutieve signalen) en de risicobeperking door de hogere belastingsgraad van het netwerk. Voor de uitwisseling van gegevens op een gestandaardiseerde manier, ook voor decentrale opwekkers, lijkt het erop dat de internationale standaard voor stationsautomatisering IEC 61850 wordt gebruikt, waar Nederland een sturende rol in speelt. b. Inbouwen van intelligentie, in met name het distributienet door stuur en regelinrichtingen in netten te introduceren waardoor meer en in toenemende mate automatische (om)schakelingen kunnen worden verricht, spanningsregelingen en apparatuur die wordt ingezet om de bedrijfsvoering te optimaliseren. Modellen en systemen voor gecoördineerde samenwerking van opwekeenheden (VPP) en lokale vraag-aanbod “matchers” zijn op diverse plaatsen in ontwikkeling en in testfase. Een probleem is de “testbaarheid” van de door deze ingebouwde intelligentie en integrale

- 28 -

40560104-TDC 06-55631A

samenwerking van componenten nieuw ontstane “gedistribueerde systemen. Integraal testen (inclusief ICT en regeling) van systemen is bij de bestaande labs in de wereld moeilijk vandaar ook de bewegingen om deze in deze richting te ontwikkelen (o.a. KEMA) en de samenwerking op bijvoorbeeld internationale en Europese schaal te bevorderen. Een voorbeeld van dit laatste is het Europese netwerk of excellence DER-lab (www.der-lab.net) 2

Vermogenselektronica: maakt een snelle ontwikkeling door in converters voor alle vermogensbereiken, wat betreft de groei van het vermogen per volume, efficiëntie, betrouwbaarheid en prijsdaling. Er wordt onderscheid gemaakt tussen transmissie en distributie toepassingen a. Transmissie, de introductie van vermogenselektronische elementen om vermogenstromen te sturen en het net te flexibiliseren, aangeduid met de verzamelnaam FACTS. Compensatoren (SVC) en inrichtingen voor spanningshuishouding en stabiliteit, maar ook gelijkstroom koppelingen (back-toback) om netdelen onafhankelijker van elkaar te maken en hiermee de betrouwbaarheid te vergroten doen (vooralsnog beperkt) hun intrede in het hoogspanningsnet. Grote fabrikanten zoals ABB, Siemens, Areva en GE doen ontwikkelwerk op het gebied van deze componenten, er wordt veel gedaan aan studies en simulaties bij universiteiten en kennisinstellingen maar de op grote schaal introductie in met name het Europese net laat nog op zich wachten, enerzijds omdat de noodzaak nog onvoldoende aanwezig is. Er is nog ruimte in het net, anders dan bijvoorbeeld in het Amerikaanse net, bovendien is het Europese net veel sterker en vermaasder. Anderzijds zijn met name de gevolgen voor de betrouwbaarheid onbekend – zwaardere belasting van het net – kans op storing van de nieuwe componenten met geringe historie waardoor Europese netbedrijven erg terughoudend zijn met experimenten. b. Distributie, de FACDS (flexible AC distribution systems) elektronica wordt gebruik als aanvulling en intelligentie in bijvoorbeeld transformatoren (smart-trafo) om de stabiliteit en regelbaarheid van distributienetten met veel fluctuerende opwekking te vergroten. Ook toepassingen om de Power Quality op het aansluitpunt te verbeteren worden toegepast. Daarnaast is de vermogenselektronica als onderdeel van de veelheid van netgekoppelde opwekkers en gebruikersapparatuur (o.a. aandrijvingen) aanwezig. De trend hierbij is meer vermogen in een kleiner volume, toenemende intelligentie en hogere rendementen. Veel van dit werk wordt in Nederland gedaan via het IOP EMVT en EOS LT programma waar wij een behoorlijke positie hebben opgebouwd. Niet zozeer de topologie van het apparaat of de afzonderlijke

- 29 -

40560104-TDC 06-55631A

halfgeleiders worden onderzocht maar juist de stuur- en regelaspecten, de inpassingsproblematiek en systeemaspecten welke historisch gezien een sterk punt zijn van Nederland, wij hebben tenslotte nog steeds een van de betrouwbaarste netten. Het terughoudend karakter van de netbedrijven speelt een rol bij de grootschalige introductie van deze technologie aangezien dit de betrouwbaarheid van de aangeslotenen raakt. De in ontwikkeling zijnde kwaliteitsregulering, waarbij deze technologie zeker een bijdrage kan leveren voor verbetering van de kwaliteit en differentiatie op het aansluitpunt biedt aanknopingspunten. Binnen PREGO en bij het IOP EMVT heeft vermogenselektronica in distributienetten (o.a. aanwezig in de verschillende inverters van aangekoppelde duurzame bronnen) ruime aandacht. Een van de huidige internationale researchtopics is of de gedistribueerd aanwezige intelligentie in de vorm van processorkracht ook voor andere dingen gebruikt worden. 3

Verkabeling: is een wereldwijde trend, zeker in dichtbevolkte gebieden met het oog op het vergroten van de betrouwbaarheid, betere controleerbaarheid en de toenemende bezwaren van het grote publiek inzake horizonvervuiling, plan- en natuurschade en de vermeende schadelijke effecten van EM-velden. a. Kunststofkabels, Nederland heeft hierin – als kabelland bij uitstek – een uitstekende internationale positie verworven. De internationale ontwikkelingen voor wisselspanningskabels zijn nadrukkelijk naar kunststofkabels voor hogere spanningen en met minder verliezen. De storingsoorzaak “graafwerkzaamheden” neemt wellicht toe en bovendien is verkabelen, zeker voor de hogere spanningen erg duur (ruwweg factor 10 vergeleken met bovengrondse lijnen) en heeft hogere verliezen. Wel speelt in toenemende mate het EMF probleem en het verminderde ruimtebeslag bij gebruik van kabels en de technologie van gestuurde boringen, zeker in de slappe Nederlandse bodem. Probleem is wel dat in Nederlandse bodem erg vol is. b. Gelijkstroomkabels (DC) voor het ontkoppelen van netdelen en ten behoeve van lange (zee) afstandverbindingen (met geringe verliezen) waardoor de interconnectie toeneemt, o.a. kabel naar Noorwegen en UK. c. Het toepassen van gelijkstroomkoppelingen (back to back) in zowel transport als distributienetten heeft een positief effect op de betrouwbaarheid omdat enerzijds gelijkstroom als ontkoppeling werkt waardoor het mogelijk is dat er twee wisselstroomgebieden met verschillende frequentie aan elkaar vast kunnen blijven zitten (dit is in gekoppelde toestand niet mogelijk) en daarnaast, zeker met

- 30 -

40560104-TDC 06-55631A

toepassing van moderne spanningsgestuurde converters, in staat zijn zogenaamde dode netdelen (zonder opwekking) overeind te houden. 4

Schakelaars, de traditionele functie van schakelaars in de elektriciteitsvoorziening is die van: veiligheid (afschakelen van kortsluitingen) en herconfigureren (rerouten) in geval van storingen en bij onderhoud. Beide functies zijn aan verandering onderhevig bij de veiligheidsfunctie wordt meer en intelligentie ingebakken en er is een ontwikkeling gaande, zeker voor de lagere spanningsniveaus, naar: a. solid state en zogenaamde hybride schakelaars als vervanging van de mechanische en hierdoor onderhoudsgevoelige schakelaars. De doorlaatverliezen zijn de beperkende factor. b. Een andere internationale ontwikkeling is die richting stroombegrenzing in plaats van stroom(onder)breking zodat de bestaande infrastructuur langer gebruikt kan worden omdat ontoelaatbaar hoge stromen niet bereikt worden bij groei van de belasting en opwekkking. Deze ontwikkeling komt nadrukkelijk de betrouwbaarheid ten goede.

5

Gas geïsoleerde Leidingen (GIL) en hoge temperatuur supergeleidende kabels (HTS). a. Op HTS wordt met name sterk ingezet door Amerikanen (EPRI, DOE) als technologie voor de toekomst waarbij met name gemikt wordt op het verminderen van verliezen (over zeer lange afstanden). HVDC is hiervoor een concurrerende technologie. Daarnaast speelt het vergroten van de capaciteit (van bottlenecks) veroorzaakt door bestaande kabels in bestaande kanalen/tunnels die niet uitbreidbaar is, door deze te vervangen door supergeleidende kabels. Voor Europese netten is deze ontwikkeling wellicht de eerste decennia wat minder interessant omdat a) de afstanden korter zijn en b) het net sterker vermaasd is en c) de opwekking, zeker vergeleken met USA, veel dichter bij de afname zit. In Europa wordt wel op bescheiden schaal geëxperimenteerd met zogenaamde b. Gas Geïsoleerde Leidingen waarbij in feite een bovengrondse hoogspanningslijn wordt vervangen door een geleidersysteem in een pijp met gasvulling (stikstof). Voordelen zijn het geringere grondbeslag en ongevoeligheid voor weersinvloeden. In Geneve (Zwitzerland) is een pilot installatie. Ook hier zijn de concurrenten DC kabel voor langere afstanden ( goedkoper) en voor de kortere afstand AC (kunststofkabel).

- 31 -

6

4.3

40560104-TDC 06-55631A

Modularisatie en standaardisatie: wordt gedreven door fabrikanten maar ook door de netwerkbedrijven. Drijfveren zijn kostenreductie, geringere voorraad en vereenvoudiging van de (complexiteit) van de werkzaamheden, eenvoudigere uitbreidbaarheid en een verhoging van de betrouwbaarheid door de grotere series. Het is een ontwikkeling die met name op de laag- en middenspanningsnetten zich beweegt richting plug and play.

Eindgebruik

Besparing en energie efficiency hebben een relatie en interferentie met betrouwbaarheid (leveringszekerheid) doordat de elektriciteitsvraag verandert van karakter door de komst van nieuwe elektrische apparaten zoals bijvoorbeeld airco’s en elektrische fietsen en de toename van bestaande elektrische apparatuur zoals computers. Soms gaan energiebesparende apparaten ook gepaard met een toename van het elektriciteitsgebruik. Een voorbeeld hiervan zijn de elektrische warmtepompen. Ook de aard van de vraag naar elektriciteit gaat veranderen. Er zullen steeds vaker hogere pieken voorkomen op het laagspanningsnet. Dit komt door de vele apparaten die hoge vermogens vragen gedurende relatief korte tijd zoals warmtepompen, waterkokers en moderne (senseo-achtige) koffiezetapparaten. Deze apparaten worden vaak rond dezelfde tijd gebruikt waardoor mogelijk de gelijktijdigheidsfactor toeneemt. Naast een toename van het gebruik van elektriciteit als energie in kWh’s neemt ook de vraag naar capaciteit (vermogen) in kW toe. Naast de toename van de energie- en capaciteitsvraag komen er steeds meer belastingen waarmee het net vervuild kan raken. Hierbij gaat het met name om nieuwe verlichtingsystemen gebaseerd op LED-technologie, en nieuwe technologieën voor audiovisuele apparatuur, zoals LCD, TFT en plasmaschermen. 1

2

Warmtepompen hebben een significant effect op besparing en het minder grillig gedrag van de belasting o.a. afname van de pieken. Daarnaast zorgt de gelijktijdigheid en de grootte van de stromen voor problemen met de inpassing in het net. Power Quality (PQ) en leveringszekerheid (voor industrie en consument verschillend) veranderd door toenemende afhankelijkheid van de economie van een ongestoorde stroomlevering maar ook door vergrijzing waardoor er een groter beroep wordt gedaan op kwaliteit van leven verbeterende hulpmiddelen en medische apparatuur. Als gevolg hiervan zal de klant zelf (een deel) van de maatregelen treffen om zijn betrouwbaarheid en PQ op het aansluitpunt aan te passen aan zijn wensen

- 32 -

3

4

40560104-TDC 06-55631A

het beschikbaar komen van real-time prijsinformatie door de toename van automatisering en ICT, in combinatie met smart metering, misschien zelfs energy saving en emissie trading. Real-time prijsinformatie biedt de mogelijkheid om financiële prikkels te geven aan de eindgebruikers waardoor deze een integraal deel gaat uitmaken van de terugkoppellus in de elektriciteitsketen en hiermee daadwerkelijk en direct invloed kan uitoefenen op het systeem. Nieuwe manieren van DSM, Demand Response (DR) waarbij de gebruiker incentives heeft om te besparen, af te schakelen en of over te stappen of efficiëntere technologie (zie o.a. EU green paper on energy efficiency), bijvoorbeeld door gebruik te maken van certificaten.

- 33 -

5

40560104-TDC 06-55631A

ONTWIKKELINGEN MOGELIJKE TECHNISCHE INNOVATIES

In dit hoofdstuk wordt een kwalitatieve inschatting van het effect van deze innovatie op de duurzaamheid, betaalbaarheid en betrouwbaarheid van de toekomstige Nederlandse energievoorziening meegenomen. In onderstaande tabellen wordt een overzicht gegeven van mogelijke technische innovaties. Op de horizontale en verticale as zijn respectievelijk het verwachte marktvolume (uitgedrukt in TWh) en de verwachte ontwikkeltijd (jaren) weergegeven. Het marktvolume is het verwachte volume van de gehele technologie. Indien van een kleine opwekker wordt verwacht dat er veel eenheden op de markt komen, is het marktvolume groot. Voor T&D innovaties is op basis van de geïnstalleerde capaciteit een schatting gegeven van de “doorgelaten” of gestuurde energie. De verwachte ontwikkeltijd is de tijd die nodig is om de desbetreffende technologie uit te laten groeien tot een volwassen product en significant in de markt te brengen.

5.1

Opwekking

In deze paragraaf wordt een overzicht gegeven van de verschillende opwektechnologieën, het verwachte marktvolume en de verwachte ontwikkeltijd in jaren. In Tabel 1 worden de verschillende opwektechnologieën weergegeven.

- 34 -

Kolen/biomassa

40560104-TDC 06-55631A

Aardgas

1a1

SC+25% Biomassa

2a1

STEG 60%

1a2

USC+40% Biomassa

2a2

STEG 65%

1b

SubC+25%Biomassa +SCR

2a3

STEG 70% (+FC)

1c

IGCC+>20%Biomassa

2b

GT Simple Cycle +hoog rendement

1d

FB+80%Biomassa/ USC/ROI

2c

Oude gaseenheden +Biomassa

Decentraal

Windvermogen

3a

WKK / GM+biogas

4a

Wind onshore

3b1

Micro-GT >100kW

4b

Offshore 5+10 MW per eenheid

3b2

FC >100kW

Opslag

3c

VPP

5a

Grootschalig (CAES)

3d

AVI+Biomassa+>22% rendement

5b

Klein ion/flow)

(NaS/Li-

Eindgebruiker opwekkers

Water

6a

PV nieuwe generatie

7a

Golfslag

6b

mikro-wkk

7b

Membraanmengzone (Blue Energy)

6c

microwindturbines

6d

Off-duty brandstofcelauto’s

CO2 afvangst

CO2 doorbraaktechnologieën

8a

post-combustion

9a

AZEP

8b

pre-combustion

9b

Chemical Looping

8c

oxyfuel

9c

CES

Nucleair 10a

Vervangingsmarkt EPR/ AP1000/ ABWR

10b

PBMR/ IRIS/ 4S (100300 MWe)

10c

Generation IV

Tabel 1

Overzicht opwektechnologieën

- 35 -

40560104-TDC 06-55631A

Verwacht marktvolume (TWh)

Gemiddeld

2005

Klein

2b

3a

Groot

2c 1a1

Kort

3b1 6d

Middellang

6c

3c

6b

7a 5a

6a

7b

2a1 8a

1c 1d

4b

3d

1a2

4a

5b 10b

8c

9a

2a2

8b

9b 9c 10c

3b2

2a3

2050

Lang

Verwachte ontwikkeltijd (jaren)

1b

10a

Figuur 9

Impact opwektechnologieën in de tijd en in marktvolume

Legenda: de balken geven ontwikkelingstrajecten in de tijd aan tot aan commercieel product. De feitelijke duurzame technologieën zijn in groen weergegeven, de technologieën die bijdragen aan CO2-reductie in wit.

5.2

Transport en Distributie

In deze paragraaf wordt een overzicht gegeven van de verschillende transport en distributietechnologieën, het verwachte marktvolume en de verwachte ontwikkeltijd in jaren. In onderstaande tabel worden de verschillende technologieën weergegeven.

- 36 -

40560104-TDC 06-55631A

Integratie van sensoren en intelligentie

Vermogenselektronica

1a

diagnose en monitoring

2a

FACTS voor vermogenssturing in transmissienetten

1b

stuur en regelinrichtingen

2b

FACDS in distributienetten

Verkabeling

Schakelaars

3a

kunststofkabels voor 4a hogere spanningen

solid state hybride)

3b

gelijkstroomkabels

stroombegrenzer

3c

gelijkstroomkoppelin gen (back to back)

GIL en HTS

4b

Modularisatie en standaardisatie

5a

Gas geïsoleerde 6 leidingen

5b

HTS kabels

Tabel 2

Modularisatie standaardisatie

Overzicht transmissie en distributietechnologieën Verwacht marktvolume (TWh)

Gemiddeld

Groot

2005

Klein

1a

5a

3b 2a

1b

3c 3a

4

2

3

2b

6 4b

4a

Middellang

5b

2050

Lang

Verwachte ontwikkeltijd (jaren)

Kort

1

Figuur 10

(en

Impact T&D en eindgebruiktechnologieën in de tijd en in marktvolume

en

- 37 -

40560104-TDC 06-55631A

Legenda: de balken geven ontwikkelingstrajecten in de tijd aan tot aan commercieel product. T&D technologie die bijdraagt aan de betrouwbaarheid is in geel weergegeven. De eindgebruik technologieën zijn in groen weergegeven.

5.3

Eindgebruik

In deze paragraaf wordt een overzicht gegeven van de verschillende eindgebruik technologieën, het verwachte marktvolume en de verwachte ontwikkeltijd in jaren. In onderstaande tabel worden de verschillende technologieën weergegeven. Grafisch is de ontwikkeling van de verschillende technologieën weergegeven in Figuur 10 Eindgebruik 1

Warmtepompen

2

betrouwbaarheid en PQ middelen bij de klant

3

Real-time prijsinformatie

4

Nieuwe manieren van DSM, demand response

Tabel 3

Overzicht eindgebruik technologieën.

- 38 -

6

40560104-TDC 06-55631A

WAARDERING KWALITATIEF EFFECT TECHNOLOGIE OP DUURZAAMHEID, BETROUWBAARHEID EN BETAALBAARHEID

In de vorige hoofdstukken is een overzicht gegeven van de verschillende technologieën als zodanig. In dit hoofdstuk wordt een kwalitatieve inschatting gegeven van de technologische innovaties op betrouwbaarheid, betaalbaarheid en duurzaamheid.

6.1

Duurzaamheid

Het kwalitatief effect van technologie op duurzaamheid is in paragraaf 5.1 en 5.2 (zie Figuur 9 en Figuur 10) aangegeven. Hierbij valt met name op dat juist opwektechnologieën van grote invloed op duurzaamheid zijn, met name emissieloze opwekking (schoon fossiel, biomassa, wind, PV, water en nucleair) en emissiearme technologieën die gebruik maken van geavanceerde hoogrendements gas- en kolen technologie. T&D technologie draagt over het algemeen maar beperkt hieraan bij o.a. door vergrote efficiëntie en vermindering van (net)verliezen. Technieken voor eindgebruik (besparing en efficiencyverbetering) hebben over het algemeen een sterk positief effect op de duurzaamheid. Dit is ook de reden waarom in de grote nationale en internationale programma’s hiervoor veel budget wordt gereserveerd (zie o.a. EU green paper on energy efficiency).

6.2

Betrouwbaarheid

Een kwalitatieve inschatting van de technologieën op de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening als systeem gaat uit van de huidige relatieve positie die voor Nederland gekarakteriseerd kan worden door gemiddeld (met behoorlijke regionale verschillen) een uitval van 20 tot 30 minuten per jaar op het niveau van de laagspanningsaansluiting. Een mogelijk om het effect van technologie weer te geven op betrouwbaarheid is het ranken van de belangrijkheid van de bijdrage hierin. In het algemeen kan gesteld worden dat met name de T&D technologie bepalend is voor de betrouwbaarheid. Door het plaatsen van opwekking dicht bij de klant als eindgebruiker zal ook deze in toenemende mate een rol spelen voor het bepalen van de betrouwbaarheid, zeker ook omdat de betrouwbaarheid en kwaliteit op het aansluitpunt steeds meer in een contract wordt vastgelegd. Als we de betrouwbaarheid uitzetten tegen de tijd en we nemen geen maatregelen in het net dan zal deze geleidelijk afnemen door vraagtoename (dit leidt tot hogere belasting),

- 39 -

40560104-TDC 06-55631A

Betrouwbaarheid

veroudering van de infrastructuur (dit leidt tot een toename van het falen) en de toenemende complexiteit door meer en verschillende technologieën en opwekkers (onvoorziene interacties en grotere fluctuaties).

Technologieën

Tijd Figuur 11

Autonome ontwikkeling betrouwbaarheid en effect technologieën uitgezet tegen tijd

Door het vervangen en vernieuwen van componenten en (delen) van de bestaande infrastructuur en middels uitbreiding blijft de betrouwbaarheid op peil. Introductie van nieuwe technologie kan zowel een positief als negatief effect hebben op de betrouwbaarheid. Bijvoorbeeld door het introduceren van componenten voor vermogenssturing (dwarsregeltransformator, vermogenselektronisch FACTS-device) kan de belasting beter worden verdeeld en hiermee overbelasting voorkomen (dit is een positief effect) maar ook deze component kan falen en bovendien zal door toepassing hiervan het netwerk zwaarder worden belast (reductie van de marges) wat op zijn beurt weer de kans op storingen vergroot. Opslagtechnologie op de verschillende netvlakken heeft over het algemeen een positief effect op de (lokale) betrouwbaarheid. Dit geldt ook voor extra (stuurbare) opwekking. Als deze opwekking niet stuurbaar is en een intermitterend karakter heeft (zonPV, wind) kan het een negatief effect op de betrouwbaarheid van het systeem als geheel geven. Introductie van complexe regelsystemen (o.a. voor VPP-bedrijf) en gecoördineerde actie van regelaars kan enerzijds de betrouwbaarheid vergroten maar ook verslechteren; de hoeveelheid interacties en mogelijke combinaties die een ongewenst grote cascade stroring geven. In onderstaand diagram is een kwalitatieve inschatting gegeven van de belangrijkste verschillende individuele technologieën die invloed hebben op de betrouwbaarheid door middel van een balk rondom de referentiewaarde.

- 40 -

40560104-TDC 06-55631A

Referentielijn betrouwbaarheid Opslag Modularisatie en standaardisatie Gelijkstroomkoppeling Diagnose & monitoring Stroombegrenzers FACTS transmissienetten VPP-concepten Power Quality middelen bij klant FACTD distributienetten Nieuwe manieren DR en DSM Real time prijsinformatie Micro en mini WKK HTS kabels Wind Warmtepompen Zon-PV Kinderziekten

Negatief effect op betrouwbaarheid

Figuur 12

6.3

Positief effect op betrouwbaarheid

Effect van individuele technologieën op betrouwbaarheid.

Betaalbaarheid

De inschatting van de betaalbaarheid van technologieën is sterk afhankelijk van de prijs per eenheid (kWh). De kWh prijs voor de kleingebruiker bestaat in Nederland ruwweg uit drie (nagenoeg) even grote componenten, de brandstofkosten, netwerkkosten (voor transmissie en distributie) en belastingen (o.a. energiebelasting). Globaal kan gesteld worden dat bij introductie van nieuwe productietechnologieën de kWh-prijs vergeleken wordt met de huidige productiekosten van 3 tot 4 cent/kWh en met de opties van subsidie over de onrendabele top. Voor opwekking bij de eindgebruiker is vaak de hoogte van de investering en de terugverdientijd meer van belang dan de kWh prijs. In onderstaande figuur is voor een aantal opwektechnologieën de kWh-prijs indicatief aangegeven voor de komende vijf jaar. Voor biomassa lopen de kWh-prijzen sterk uiteen afhankelijk of van een kleine stand alone

- 41 -

40560104-TDC 06-55631A

installatie wordt uitgegaan of van veel goedkopere grootschalige meetstook. In dat laatste geval wordt de onrendabele top op 6-7 cent/kWh geschat. STEG Kolen CO2 capture

kWh- prijs

Wind (off-shore)

onzekerheid

Wind (on-shore) Nucleair PV

0 Figuur 13

2

4

6

8

30

50

kWh-prijs (Eurocent) voor verschillende opwektechnologieën over de komende 5 jaar. Onzekerheden betreffen de brandstof- en CO2prijsontwikkelingen en prijsdalingen ten gevolge van technologie en technologieproductie verbetering.

Voor de betaalbaarheid van technologieën in het transmissienet (in mindere mate voor het distributienet) speelt het probleem van terugverdientijd van de investering die in feite wordt omgeslagen tot een bijdrage in het transporttarief. Hierbij heeft het netbedrijf met een grote onzekerheid te maken omdat het zo maar mogelijk is dat een voorziening die is aangelegd op de verwachtte groei van een gebied tegen kan vallen of de klanten vroegtijdig vertrekken. Het netbedrijf kan de investering via de tarieven op deze manier onmogelijk terugkrijgen. Vaak speelt bij dergelijke beslissingen ook het probleem van de betrouwbaarheid, om deze op peil te houden is een netbeheerder eerder genegen om reeds bestaande technologie te gebruiken (is vaak al aanwezig en heeft bewezen prestaties) dan te “experimenteren” met nieuwe technologie die veelal (op papier) een betere performance heeft. Door de integratie met sensoren en communicatie wordt ook het functioneel testen van moderne (wellicht gedistribueerde) geïntegreerde systemen moeilijker. Vaak wordt het niet (volledig) testen ondervangen met contracten met boeteclausules, in feit is dit alleen maar het verplaatsen van het probleem naar de fabrikant die hierdoor meer risico loopt en daarom zijn producten duurder moet maken waardoor uiteindelijk de innovaties geremd worden. De huidige praktijk is dat de kosten voor vermogenselektronica op transmissieniveau nog een ordegrootte te duur is, de verliezen vaak hoger zijn dan bij de traditionele oplossingen en de ervaring met

- 42 -

40560104-TDC 06-55631A

dergelijke systemen beperkt is. Alleen als er andere beperkingen dan van financiële aard zijn, bijvoorbeeld als er geen vergunning meer worden verkregen voor een extra lijn of de “grond zit vol” dat zijn dit oplossingen die gekozen worden. Het hebben van de juiste risico, waarderings en businessmodellen voor investeringen in distributienetten is een vereiste om gefundeerde beslissingen te kunnen nemen. Op distributieniveau speelt niet zozeer het probleem van de grootte van de investering maar het feit dat er vaak meerdere partijen voordeel hebben bij een oplossing, bijvoorbeeld het plaatsen van een opslagsysteem bij een voedingskabel. De netbeheerder kan wellicht investeringen (verzwaringen) uitstellen en de klant heeft een verbeterde spanningskwaliteit, maar ook de andere klanten die op de voedingskabel zijn aangesloten (en er niet om gevraagd hebben). Hierbij worden de volgende vragen gesteld: wie moet welk gedeelte van de investering dragen en wie krijgt welke opbrengsten? Wie beheert en wie heeft de controle over de installatie? De hiervoor geschetste problematiek belemmert onder andere de invoering van nieuwe technologie in de distributienetten. Naast de hoogte van de initiële investering speelt bij een eindgebruiker ook vaak gemak en gedrag een doorslaggevende rol. Als gevolg hiervan heeft acceptatie van Demand Response technieken meer te maken met gedrag en het niet hoeven inleveren van gebruiksgemak dan de daadwerkelijk te realiseren besparing. Een mogelijkheid is dat dit uit handen wordt genomen door een slim geautomatiseerd systeem of een andere partij, waarbij in het laatste geval deze een deel van de bespaarde kosten incasseert. Voor invoering en acceptatie van technieken op distributieniveau en bij de eindgebruikers zijn wellicht transitie-experimenten nodig waarbij en techniek, en economie en gedrag een rol speelt.

- 43 -

7

40560104-TDC 06-55631A

INTERNATIONALE SPELERS EN KENNISINFRASTRUCTUUR IN NEDERLAND

7.1

Budgetten wereldwijd

Bij het analyseren van technologieontwikkeling en energieonderzoek wereldwijd kan een onderscheid gemaakt worden maken in verschillende groepen: financiers, uitvoerders en eindgebruikers. Financiers zijn meestal overheden, industrie en in geringere mate eindgebruikers. Het Department of Energy (Verenigde Staten) besteedt circa 2,5 miljard EUR per jaar aan hun energieprogramma. De EU heeft eveneens een groot budget beschikbaar. Het energieprogramma uit KP6 had een omvang van 0,5 miljard EUR per jaar en voor het energieprogramma in KP7 (2007-2013) komt naar verwachting 0,8 miljard EUR per jaar beschikbaar. In Japan is het energiebudget van NEDO 1,2 miljard EUR per jaar groot. Daarnaast hebben de lidstaten in Europa nog eigen nationale energietechnologieprogramma’s die variëren in omvang tussen 600 miljoen EUR (Frankrijk) en 130 miljoen EUR (Nederland) per jaar. Voor de EU-15 lidstaten is de omvang van de nationale programma’s samen meer dan 2 miljard EUR per jaar. Grote multinationals en fabrikanten financieren ook energieonderzoek, voeren dit voor een groot gedeelte zelf uit met budgetten die variëren van minder dan 0,1% (BP) tot 4% (ABB) van de omzet. Ruwweg is te stellen dat het private deel in energietechnologie van dezelfde orde van grootte is (vaak 1,52x groter) dan het publieke deel. Daarnaast hebben brancheorganisaties als VGB, Cogen en Eurelectric zelf ook nog (zeer) bescheiden energietechnologiebudgetten. Een groot gedeelte van de grote energieonderzoeksprogramma’s wordt uitgevoerd door kennisinstellingen zoals ECN, Fraunhofer, Risoe, Sintef, door de researchafdelingen van de grote industrieën zoals Siemens, Alsthom, Mitsui Babcock, Shell aangevuld met kleinere spelers zoals de (technische) universiteiten. Elektriciteitsproducenten en netbeheerders besteden als eindgebruikers ook budgetten voor innovatie en technologie. Deze zijn globaal genomen de laatste 10 jaar teruggelopen van 1% van de omzet naar 0,1 – 0,2 % met name in de Lidstaten waar de open markt al enige tijd functioneert.. In die situaties wordt ook in toenemende mate R&D uitbesteed bij fabrikanten en kennisinstellingen en universiteiten.

- 44 -

40560104-TDC 06-55631A

Belangrijkste thema's DOE programma 2005, budget 2,5 miljard US$ - energiebesparing - duurzame energiebronnen (niet gespecificeerd) - waterstof 228 miljoen - nieuw en geavanceerde kolentechnologie 447 miljoen - nucleair 410 miljoen - elektriciteit T&D systeem 91 miljoen

In de volgende paragrafen wordt van enkele internationale spelers kort de inspanningen op het gebied van energietechnologie gegeven.

7.2

Internationale spelers: multinationals

ABB besteed 5% van de omzet (kleine 50 miljoen EUR/jr) aan R&D op het gebied van Power Technologie in 4 programma’s: •

Power T&D applicaties met als aandachtsgebieden AC en DC oplossingen o.a. FACTS en HVDC light technologie, Utility IT, stationsautomatisering SCADA/EMS en asset management. Energie management applicaties (o.a. support voor handelssystemen) en systems engineering sterke focus op efficiënte engineering, standaardisatie en modularisatie

•

Power Device Technologies bevat het onderzoek naar o.a. schakelaars, isolatiematerialen, kabels en transformatoren inclusief testmethoden voor LV tot UHV AC en DC

•

Manufacturing Technologies richt zich op het introduceren van world class productieprocessen (snelheid, kwaliteit en geringe inventaris)

•

Power Electronics heeft als aandachtsgebieden converterconcepten voor transmissie, DG en motoraandrijvingen, integratie en “packaging”, nieuwe concepten voor motors en machines en aandrijvingen.

AREVA heeft in 2004 400 miljoen EUR aan R&D uitgegeven (51% nucleair, 30% T&D en 19% connectors), overeenkomend met 3,6% van de omzet. Toekomstrichtingen op het gebied van T&D liggen bij schakelaars en stroombegrenzers, DC vermogenselektronica o.a. FACTS, informatie systemen en digital controls, open informatie standaards zoals IEC61850.

- 45 -

40560104-TDC 06-55631A

Bij connectors vooral aandacht voor data transmissie, snelheid en integriteit en miniaturisatie van componenten.

Mitsui Babcock Mitsui Babcock is een wereldwijd opererende energietechnologie bedrijf, op het gebied van o.a. thermische en nucleaire opwekking. Op de R&D-afdelingen werken 250 medewerkers aan geavanceerde koleneenheden, CO2-afvang en opslag, brandstoftechnologie, geavanceerde lastechnologieën en nucleaire decommissioning. Mitsui Babcock besteedt 6% van de omzet aan R&D. Daarnaast zijn bedrijven als Alstom, Siemens, Foster Wheeler, GE, Shell, BP en Toshiba actief in elektriciteitstechnologie ontwikkeling.

7.3

Internationale spelers: producenten en netbeheerders

AEP (American Electric Power) met een omzet 14 miljard US$ in 2004, richt haar onderzoek op reguleringsactiviteiten en clean-coal technology (o.a. IGCC). EdF, met een omzet van 50 miljard EUR/jaar, besteed haar onderzoeksbudget van 400 miljoen EUR aan distributie- (23%) milieu- (7%) en vooral aan nucleaire items, binnen de eigen researchorganisatie van 2300 medewerkers. Focuspunten zijn: informatie technologie, decentrale opwekking (wind, biomassa, PV en getijdecentrales) en het ontwikkelen van nieuwe diensten en het verbeteren van bestaande. Op het gebied van netten (distributie) aandacht voor onderhoud en levensduurverlenging van componenten, economisch infrastructuur management en verbeterde methoden van kabels leggen. E.ON Energie richt de onderzoek focus op verbeterde efficiency van grootschalige opwekking, CO2 reductie en decentrale opwekking op basis van brandstofcellen tot 5kWe en zon-PV, naast de nucleaire activiteiten. Vattenfall is Eurpoa’s vijfde energiebedrijf met R&D activiteiten gericht op het reduceren van de impact op het milieu. Enkele grote projecten zijn: de CO2-vrije productie-eenheid, intelligente netwerken, thermische technologie en windenergie. De R&D uitgaven bedragen 0,5% van de omzet.

- 46 -

40560104-TDC 06-55631A

Daarnaast zijn bedrijven als ENEL, Electrabel en buiten Europa Hydro Quebec, Eskom en de Japanse energiebedrijven actieve spelers in technologieontwikkeling.

7.4

Internationale spelers: uitvoerders en kennisinstituten

CEA (F) heeft een jaarlijks research budget van ruim 3 miljard EUR waarvan 1,7 miljard EUR niet-nucleair. In het laboratory for innovation and new energy technology and nanomaterials (LITEN) werken 300 researchers op de gebieden waterstof, PV (silicium en organische) en energie management. Voor opslag ligt de focus op innovatieve batterijen (Li-ion). Battelle (hoofdkantoor Columbus US) is een internationaal wetenschap & technologie bedrijf dat technologie ontwikkelt en commercialiseert met een omzet van 1 miljard US$ per jaar. Batelle richt zich op de volgende (2010-) innovaties: • convergentie van infrastructuren (elektriciteit, telecom, gas en water), oliebedrijven worden energiebedrijven en ook automobielindustrieën gaan een rol spelen • hybride voertuigen • slimme energie management systemen • gedistribueerde opwekking (lokale productie en gebruik) • brandstof cellen • gas-to-liquid conversie voor het beschikbaar krijgen van verafgelegen gas reserves (eenvoudig te transporteren) • geavanceerde batterijen • energieboerderijen (bio-energie) • zonneenergie zowel passief als actief via zonnecellen • methaan hydraten ontginning. CRIEPI budget 2005 37 miljard Yen (800 FTE), richt zich op nucleaire onderwerpen, restlevensduur van o.a transformatoren, gasturbinebladen, op het effect van DG op het milieu (emissies), demonstratie van “loop-power” controllers, SiC power diodes, geavanceerde poederkoolconversie en biomassavergassing voor toepassing in brandstofcellen. EPRI omzet 270 miljoen US$, 740 medewerkers in 2004. Onderwerpen: • coal fleet for tomorrow, ontwikkeling IGCC en andere geavanceerde kolentechnologieën. Daarnaast aandacht voor kwikverwijdering

- 47 -

40560104-TDC 06-55631A

• intelligrid, architectuur van het toekomstige net met IT en regelsystemen, open standaard voor “plug and play” , autonome distributie systemen en asset vervanging • carbon management, o.a. efficiënte levering met WAMS, PE en energy efficiente componenten, CO2 management (o.a. credits) • nucleair program • grid security, o.a. voor terroristische aanvallen (hardware + software) • plant productivity, verbeteren van performance van bestaande powerplants CPES samenwerkingsverband tussen US universiteiten (o.a. VirginiaTech) dat samen met grote industriële partijen op het gebied van halfgeleiders en de energietechniek (o.a. ABB, Schneider, Eaton, Toshiba, GE) werkt aan elektromagnetische vermogenstechniek (EMVT) o.a. energie conversie systemen, geavanceerde halfgeleiders , integratie van materialen en integraal ontwerpen (elektrisch, mechanisch en thermisch). Daarnaast zijn uitvoerders kennisinstellingen en universiteiten als UK Energy Research Center, Fraunhofer-Gesellschaft, Risoe, Sintef, Katholieke universiteit Leuven en Technische Universiteit Aachen.

7.5

Internationale spelers: overzicht per technologiegroep

In onderstaande paragraaf wordt een overzicht gegeven van de parttijen die zich richten op de verschillende energieopwektechnologieën, de transmissie en distributietechnologieën en de eindgebruikerstechnologieën. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in researchomvang wereldwijd en nationaal: • Wereldwijd: gekeken is naar de EU, Verenigde Staten en Japan, multinationals en producenten en netbedrijven. Een kwalitatief beeld van de wereldwijde kennisontwikkeling wordt weergegeven inFiguur 14. In deze figuur geeft de grootte van de rechthoek een indicatie van de grootte van het onderzoeksbudget. • Nederland: overheid, energiebedrijven, industrie, kennisinstituten en universiteiten. Hierbij zijn de kennisinstituten, universiteiten en industriële researchafgdelingen de uitvoerders van het onderzoek, de overige partijen leveren in feite de middelen (zie tabellen 4, 5 en 6).

- 48 -

40560104-TDC 06-55631A

Industrie Eproducenten Branche

Figuur 14

Kennisinstituten + universiteiten

Netbeheer

Overheden: - nationaal - internationaal

Budgetindicatie wereldwijd voor de ontwikkeling van elektriciteitstechnologieën.

Ter illustratie wordt in onderstaande figuur een overzicht gegeven van de onderzoeksonderwerpen die in het onderzoeksprogramma van de Europese Unie aan bod komen. EU KP7 themas binnen energy - waterstof en brandstofcellen - duurzame elektriciteitsopwekking - duurzame brandstofproductie o.a. biofuels - duurzame bronnen voor verwarming en koeling - CO2 afvang en opslag voor de zero-emissie centrale - clean coal technologieën - slimme elektriciteitsnetwerken - energie efficientie en –besparing - kennisontwikkeling voor energy-policy

Figuur 15

Illustratie thema’s EU onderzoeksprogramma KP7.

- 49 -

40560104-TDC 06-55631A

In onderstaande tabellen wordt een overzicht gegeven van de verschillende opwek-, transport en distributie-, en eindgebruiktechnologieën. Per technologie wordt door gebruik te maken van verschillende kleuren aangegeven welke partijen veel of weinig budget ter beschikking stellen en welke partijen veel of weinig onderzoeksgeld voor een bepaalde technologie ontvangen. Een voorbeeld: Bij het onderzoek naar PV wordt door de overheid en door de Nederlandse industrie ongeveer evenveel geïnvesteerd. Het onderzoek naar de toepassingen van PV worden echter voornamelijk uitgevoerd door de kennisinstituten (donkere kleur) en in mindere mate door universiteiten. Indien een cel geen kleur heeft, is de hoeveelheid onderzoek in vergelijking tot het geheel verwaarloosbaar. De tabel is dusdanig opgezet dat de technologieën in verticale richting niet vergeleken kunnen worden. Het is echter wel zo dat de technologie waarbij de hoogste budgetten beschikbaar zijn, in de bovenste regels van de tabel terug te vinden zijn. Technologie

Financier Overheid

Energie- Industrie bedrijven

Uitvoering Kennisinstituten

Universiteiten

PV Kolen/biomassa Nucleair Windvermogen CO2-afvangst Aardgas CO2-doorbraak Decentraal vermogen Micro/mini wkk Opslagtechnologieën

Water Totaal Tabel 4

Researchomvang budget voor opwektechnologieën in Nederland

De tabel moet “horizontaal” worden gelezen zodat er in een oogopslag een beeld ontstaat van de inspanning die nationaal per technologie wordt verricht. Naarmate de kleur bij de financier donkerder is, wordt er meer geïnvesteerd. In de kolommen ‘kennisinstituten’ en

- 50 -

40560104-TDC 06-55631A

‘universiteiten’ wordt weergegeven in welke verhouding het budget dat de financiers ter beschikking stellen wordt besteed. Hoe donkerder de kleur, hoe meer van het budget door de desbetreffende partij wordt besteed. Bij ‘kennisinstituten’ zijn ook de researchafdelingen uit de industrie (Gasunie, Shell) ondergebracht.

Financier

Technologie Overheid

Energie-

Uitvoering Industrie

Kennisinstituten

Universiteiten

bedrijven Smart sensors/ diagnostics/ communication Vermogenselectronica AC-kabels Schakelaars DC-kabels HTS-kabels Compact lijnen GIL-lijnen DC-lijnen

Tabel 5

Researchomvang budget transmissie en distributietechnologieën in Nederland

Technologie

Financier Overheid

Energie-

Uitvoering Industrie

Kennisinstituten

bedrijven DSM/ demand response/ energy efficiency Smart metering/ Customer in control UPS, power quality Warmtepompen

Tabel 6

Researchomvang budget eindgebruiktechnologieën in Nederland

Universiteiten

- 51 -

7.6

40560104-TDC 06-55631A

Onderzoeksprogramma’s

Een uitgebreid overzicht van het Nederlandse energieonderzoek is te vinden in het langetermijn EOS onderzoekprogramma. Biomassa Op het gebied van biomassa zijn de speerpunten: bioraffinage, elektriciteit en warmte en vergassing, gasreiniging, conditionering en syngasproduktie. De kennisinfrastructuur met een internationale reputatie bestaat uit TNO (nadruk op afval), ECN (ontwikkeling nieuwe technologieën), A&F (Wageningen, bioraffinage) en KEMA (mee-en bijstook). Daarnaast de drie technische universiteiten van Delft, Eindhoven en Twente en de universiteiten van Groningen en Utrecht. Diverse adviesbureaus hebben afdelingen waar specifiek bioenergieen biomassakennis wordt toegepast en ontwikkeld. Vanuit de industrie zijn met name de energiebedrijven en de afvalbedrijven sterke spelers. In vergelijking met het buitenland neemt biomassaonderzoek een kwalitatief hoogwaardige plaats in op gebieden als benutting van reststromen uit industrie / huishoudens / agrarische sector en voor de productie van elektriciteit. Nieuw gas / schoon fossiel Nieuw gas / schoon fossiel is een tweede gebied binnen EOS. Er zijn drie onderzoeksterreinen geïdentificeerd: CO2 (opslag en afscheiding), waterstof (brandstofcel en reforming) en geavanceerde conversie (kolenconversie met CO2 afscheiding, precombustion, oxyfuel en postcombustion CO2. De kennisinfrastructuur wordt gedomineerd door ECN (precombustion, brandstofcellen en reforming) TNO (postcombustion) Shell (gasreiniging), KEMA (integratie) en de universiteiten van Delft, Utrecht en Twente. Het onderdeel “schoon fossiel” heeft een sterke relatie met het programma CATO, gecoördineerd door UCE. Gebouwde omgeving In de gebouwde omgeving zijn de speerpunten de systeembenadering en lokale energieopwekking dmv microWKK en PV, zonconversie PV (multikristallijn-Si) en dunne film (anorganische en organische zonnecellen). De Kennisinfrastructuur bestaat uit onderzoeksinstituten (o.a. ECN, Ecofys, Technische Universiteiten en Wageningen Universiteit) en adviesbureaus actief in de gebouwde omgeving. Opwekking en netten Bij opwekking en netten zijn de speerpunten:

- 52 -

40560104-TDC 06-55631A

• windconversie offshore (relatie met het BSIK programma we@sea), • elektriciteitstransport, voorzieningszekerheid, netinpassing, vermogenselektronica en • elektriciteitsconversie, power quality, custom power, converters, EMC. De kennisinfrastructuur bestaat uit de Technische Universiteiten van Delft en Eindhoven, aangevuld met Universteit Twente en CWI, ECN, KEMA, TNO, netbedrijven en bedrijven als Philips, ASML, Smit Transformatoren en Eaton HOLEC. De internationale positie is goed door het inmiddels bijna 4 jaar lopende programma van het IOP-EMVT waardoor er een coherent onderzoekprogramma is ontstaan bij universiteiten en kennisinstellingen. ECN beschikt over een marktgericht en internationaal erkend modelinstrumentarium voor de analyse van ontwikkelingen in de Europese gas- en elektriciteitsmarkten, KEMA is bezig met de Nederlandse kennisinfrastructuur zijn unieke positie verder aan het uitbouwen als het grootste onafhankelijke test- en ontwikkelfaciliteiten met het EMVT-laboratorium. De kennis voor ontwerp van offshore windturbines en -parken is uitstekend en bij de offshore technologieontwikkeling en aanleg van grote parken is het NL bedrijfsleven betrokken. Nederlandse consortia zoals Shell/NUON, E-connection en Evelop ontwikkelen windturbineparken. Er is een uniek laboratorium (samenwerking ECN en TUDelft) voor het testen van windturbinebladen en materialen. De 4 geselecteerde terreinen zijn ontwerpkennis en inpassing (voor thema windconversie offshore) en technische transitie landnet en beheer en instandhouding (voor thema netten). In onderstaande figuur is een verdeling gegeven van het publiek gefinancierde energieonderzoek in Nederland in 2003 met een omvang van 120 miljoen EUR/jr, waarvan het merendeel van het Ministerie van Economische zaken afkomstig is. Het meeste geld ging naar de kennisinstellingen, gevolgd door bedrijfsleven en tenslotte universiteiten.

Figuur 16

Verdeling publiek energieonderzoek.

- 53 -

8

40560104-TDC 06-55631A

BEPERKTE SWOT-ANALYSE NEDERLAND

In dit hoofdstuk wordt een beperkte SWOT van de Nederlandse universiteiten, kennisinstellingen en industrie gegeven met betrekking tot ontwikkeling en kansen voor commercialisering van energietechnologie voor een duurzame elektriciteitsvoorziening.

8.1

Partijen en bedrijven

De spelers en de kennisinfrastructuur in Nederland op het gebied van opwektechnologieën, T&D en eindgebruik worden goed beschreven in het EOS lange termijn programma, aangevuld met het IOP EMVT dat met name een aanvulling geeft op de maakindustrie op het gebied van elektronica. Voor off-shore wind en CO2-afvangst bevatten de programma's we@sea en CATO een uitstekend overzicht van de aanvullende spelers. De kennisinfrastructuur op het gebied van energietechnologie bestaat uit: 1 Universiteiten: de Technische Universiteiten van Delft, Eindhoven en Twente, aangevuld met Universiteit Utrecht, Wageningen universiteit en bijbehorende researchcentra, Rijks Universiteit Groningen, 2 Kennisinstituten: Centrum voor wiskunde en informatica (CWI) TNO, ECN, Gasunie engineering en technology, KEMA, KIWA/gastec, Biomassa Technologie Group 3 Commerciële partijen: Nedstack, Prysmian en TKF, Smit transformatoren, Philips, SKF 4 Maakindustrie Eaton Holec, Exendis, Imtech, Siemens, Shell 5 Netbedrijven: TenneT, Continuon, Essent Netwerk en Eneco netbeheer 6 E-producenten: NUON, E.On Benelux, Essent, Electrabel Nederland, EPZ, DELTA, 7 Afvalverwerkingsindustrie (AVR, afval energiebedrijf Amsterdam), DOW en DSM 8 Samenwerkingsverbanden zoals de VGT uit de land en tuinbouw of via de Vereniging GasTurbines. Via dergelijke kanalen zijn ook allerlei adviesbureaus (Haskoning, Jacobs, Ecofys, Deerns), toeleveranciers, ICT bedrijven (KPN, ICT en installatiebedrijven (GTI, Kropman, HVL) actief. Daarnaast bestaat een sterk onderling netwerk via samenwerkingsverbanden als we@sea waarin naast kennisinstellingen en fabrikanten ook offshore bedrijven en projectontwikkelaars zitten, het programma Next Generation Infrastructures en via brancheverengingen als Cogas, TVVL en de vereniging EMVT, stichting bouwresearch, Nederlands platform warmtepompen, en de Nederlandse waterstof vereniging (NWV).

- 54 -

40560104-TDC 06-55631A

Een schatting van de omvang van de innovatie en R&D inspanning is rond de 400 miljoen EUR per jaar, uitgaand van een publieke R&D inspanning op energietechnologie van circa 120 Miljoen EUR per jaar en een industriële inspanning van 200 – 250 miljoen EUR per jaar

8.2

Kansen voor Nederland

Op basis van de speerpunten van EOS (en kennisimportthema's), en de identificatie van die technologieën die de grootste effecten hebben op duurzaamheid, betaalbaarheid en betrouwbaarheid is een beperkte SWOT uitgevoerd. Sterke punten van de groep universiteiten, instellingen en bedrijven rondom energietechnologie zijn met name hun kennispositie, hun goede onderlinge relatienetwerk en de inbedding in internationale projecten. Systeemintegratie (assemblage en samenbouw), logistiek en handel zijn goed ontwikkeld. Een zwakte is dat Nederland weinig (grote = krachtige) maakindustrie heeft en zich daarom met moet richten op handel transport en kennisexport. Een voorbeeld van dit laatste zouden business modellen voor de bevordering van duurzame elektriciteit kunnen zijn waarbij een gezamenlijke verantwoordelijkheid van meerdere partijen in het spel is of het ontwikkelen van een (blueprint) van het faciliterend net van de toekomst. Sterke sectoren zijn de krachtig ontwikkelde bio- en agrarische sector en de groep die actief is op het gebied van de ontwikkeling en productie van membranen en dunne films (nodig voor o.a. brandstofcellen, CO2 afvangst, gas- en vloeistofscheiders en zonnecellen). Door onze uitstekende positie op het gebied van systeemintegratie (en een fijn vermaasd elektriciteit en gasnetwerk) is Nederland bij uitstek geschikt voor het uitvoeren van studies en realisatie van energiezuinige woon en werkomgevingen met integrale efficiënte energieoplossingen waar bijvoorbeeld warmtepompen, micro wkk’s en zon-PV opwekking wordt gecombineerd met (kleinschalige) opslag, maar ook geavanceerde ICT voor comfort en gemaksverhoging, waarbij tevens de energiebesparing via DR- automatisch en zonder verlies van gemak en comfort geregeld wordt. Gebruik makend van de ervaring, kennis en kunde van onze offshore industrie moet het mogelijk zijn om de “trek naar het westen” (i.v.m. extra koelwater voor CO2 afvangst), mogelijk zelfs de zee in, van grootschalige energieopwekking (geavanceerde centrales, windparken en grootschalige opslagsystemen voor balanshandhaving) te kapitaliseren en hiermee een nieuwe bedrijfstak, die van de “energie-offshore” te ontwikkelen gebaseerd op

- 55 -

40560104-TDC 06-55631A

gas (waterstof o.d.d.) en schone kolentechnologie. Vertrekpunt is hierbij de bestaande bagger- en offshore industrie, gecombineerd met de kennis en expertise van Shell, bouwbedrijven en energieproducenten. Juist door deze trek naar het westen, zelfs de zee op zouden wij ook netten op zee kunnen gaan ontwikkelen die naast geschikt voor de handel, ook aankoppelbaar zijn met olie- en gasplatforms en windparken. Een heel ander terrein waar wij als Nederland een vooraanstaande positie hebben is die van efficiënte verwarmingsketels, aansluitend bij de ontwikkeling van de micro wkk (thuiscentrale) kunnen wij ook met name plug en play systemen ontwikkelen voor de aansturing van groepen van dergelijke ketels waarbij deze VPP optimaal kan worden ingezet. Deze technologie kan later ook toegepast worden op systemen bestaande uit vele decentraal geplaatste kleine opslagsystemen, brandstofcellen en zelfs auto’s die in de toekomst “netkoppelbaar” worden. Inspelend op de trend van ontwikkeling van een pan-Europees netwerk voor bulk power kunnen wij binnen Nederland ervaring opdoen en ons ontwikkelen als “draaischijf” voor energietransporten met bijbehorende handels- en logistieke systemen, dit kan met gas maar ook met elektriciteit. Voorwaarde is het versterken van onze grensoverschrijdende verbindingen, inclusief de DC verbindingen naar Noorwegen UK, en installaties voor vermogenssturing. De Nederlandse kolencentrales zijn koploper in mee-en bijstook van biomssa. De import van biomassa in Nederland (en omliggende landen) zal drastisch stijgen. De Nederlandse havens en de positie als distributieland bieden hierbij uitstekende kansen in de te ontwikkelen internationale biomassamarkt. Kansen voor Nederland: - systeemintegratie , logistiek en handel voor energie - ontwikkeling en productie van membranen en dunne film - ontwikkelen internationale biomassamarkt - energie-offshore - aansturingsconcepten voor VPP