TDC A

-1-

40010378-TDC 02-24457A

-2-

40010376-TDC 02-24457A

VOORWOORD Voor U ligt de “Electricity Technology Roadmap”, kortweg de Roadmap. Het is een technologieanalyse voor de elektriciteitsvoorziening van Nederland in een N-W Europees perspectief. Een Roadmap is een landkaart met daarop een net van wegen die naar een doel kunnen leiden. Een landkaart bepaalt niet waar we heengaan, het geeft hooguit een aantal wegen waarlangs we er zouden kunnen komen. President Roosevelt heeft midden dertiger jaren in de VS een Roadmap laten maken. Daarin was alles voorzien behalve zaken als radar, lasers, transistor, microprocessor, magnetron en dergelijke. Kortom, alle zaken die vandaag de dag zo’n grote invloed op ons dagelijks leven uitoefenen. Dit maakt het aannemelijk dat ook een “Electricity Technology Roadmap” het gehalte zal hebben van een wereldkaart van Columbus. Een vaag idee van de contouren van continenten. Niettemin is de bewustwording van het bestaan van continenten al een wezenlijke stap in het bewustzijn dat naar nieuwe wegen voor de toekomst kan leiden. Net als de wereldkaart van Columbus is dus ook deze Roadmap niet compleet en in meerdere opzichten interpretabel. Maar het document geeft wel een overzicht van de verwachtingen en de kennis van de deelnemers van dit moment. Evenals een wegenkaart in het dagelijks gebruik, heeft ook deze Roadmap onderhoud nodig. Er worden nieuwe wegen aangelegd en oude wegen verdwijnen. Kunstwerken worden gebouwd, rondwegen worden geprojecteerd. Zo krijgen ook nieuwe technologische ontwikkelingen een andere impact in een nieuwe tijd. De deelnemers adviseren de Roadmap met een afgesproken regelmaat kritisch tegen het licht te houden en na te gaan of hij geactualiseerd dient te worden. Dit eerste exemplaar zal moeten groeien in bruikbaarheid en toepasbaarheid. De enige manier om dit te realiseren is de Roadmap te gebruiken en te bekritiseren zodat het volgende exemplaar een hogere betrouwbaarheid en bruikbaarheid gaat krijgen.

Electricity Technology Roadmap

-3-

40010376-TDC 02-24457A

INHOUD

blz. AANBEVELING VOOR ZEVEN CONCRETE INITIATIEVEN

4

SAMENVATTING

7

1

Inleiding

19

2

Uitdagingen voor de energie infrastructuur

21

bouwen aan een netwerk voor de digitale maatschappij 3

Elektriciteitsproductie in de geliberaliseerde markt

45

naar een evenwichtig portfolio 4

De duurzame energievoorziening

65

over strategie en technologie voor de toekomst 5

Biomassa en technologie voor een duurzame samenleving

77

op weg naar een duurzamere samenleving 6

Het vraagstuk van de demografie in Europa

87

het beheersen van de vergrijzing van de samenleving 7

Het transportvraagstuk en de logistieke modellen het beheersen van de transport- en logistieke ketens

8

Overige relevante zaken voor de samenleving

97

111

beheersing van sociale en milieuaspecten in de digitale samenleving Bijlage A Bijlage B Bijlage C Bijlage D

Roadmap deelnemers Alternatieve Toekomst Scenario’s LTVE: een vertaling Omzetten van ideeën in business Literatuur

Wie in de toekomst lezen wil moet in het verleden bladeren. (Andre Malraux)


-4-

40010376-TDC 02-24457A

AANBEVELING VOOR ZEVEN CONCRETE INITIATIEVEN De aankomende digitale kenniseconomie is een elektriciteitseconomie. Elektriciteit is dermate cruciaal voor onze toekomstige economische positie, dat de ontwikkeling van een betrouwbare, hoog efficiënte en duurzame elektriciteitsvoorziening bijzondere aandacht verdient. Een significant en aanhoudend patroon van investering in zowel RD&D voor elektriciteit als in de elektriciteitsinfrastructuur is noodzakelijk voor de regionale en mondiale lange termijn economie, welvaart en welzijn, de kwaliteit van het milieu en de veiligheid. Er is immers een vrijwel lineair verband tussen het elektriciteitsgebruik en het bruto nationaal product per hoofd van de bevolking, als in onderstaande figuur voor Nederland voor de periode 1945-2000 is weergegeven.

kWh per hoofd van de

bevolking

6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0

5000

10000

15000

20000

25000

BNP/hoofd (euro's)

Gebaseerd op de voorstellen van de Roadmap deelnemers en de visie van de experts zijn daarom een aantal (strategische) initiatieven en speerpunten geformuleerd, welke hieronder zijn weergegeven en die aan die doelstelling moeten bijdragen. Daarnaast adviseren de Roadmap deelnemers om bij de invulling van de EnergieOnderzoekStrategie (het EOS document van het Ministerie van Economische Zaken) van de voorstellen en ideeën in deze Roadmap gebruik te maken.


-5-

40010376-TDC 02-24457A

Nationale speerpunten -

Factor 4 initiatief , bedoeld voor comfortverhoging en energiebesparing van gebouwen, kantoren en woningen door intelligente energievoorziening. Landelijk initiatief om in 7 jaar tijd de hoeveelheid energie en de emissies voor een standaard huis of gebouw te verlagen met een factor 4 door toepassing van nieuwe technologieën. Bijvoorbeeld decentraal geïnstalleerde trigeneratie met 60% rendement en elektrische warmtepompen met een COP >6 voor klimaatregeling of andere nieuwe technologieën zoals energieopslag en terugwinning.

-

Het kringloop-sluiten initiatief, bedoeld om afval te transformeren in schone energie. Landelijk initiatief om in 2025 de afvalkringloop te sluiten door het ontwikkelen van een geïntegreerd masterplan, gevolgd door 3 demonstratieprojecten in 2010. Dit project moet erin resulteren dat op termijn 50% van de kolen in de huidige centrales wordt vervangen door afval en dat schone biomassa centrales met hoog rendement worden gerealiseerd.

-

Het “source-to service” initiatief, bedoeld om in 20 jaar tijd bij een verdubbeling van de eindgebruikervraag naar energie de elektrificatiegraad in Nederland van 15% op 60% te brengen bij gelijkblijvend primair energieverbruik en afnemende CO2 emissie door integratie van de energie-infrastructuur en verschuiving naar elektrische eindenergiediensten.

Internationale speerpunten -

Het nucleaire Brayton initiatief, bedoeld om een inherent veilige, modulair bouwbare reactor met gasturbines te realiseren zonder afvalprobleem. Initiatief op wereldschaal om een tweetal typen gasgekoelde nucleaire reactoren in de 20-100 MW range te ontwerpen en te evalueren, geschikt om te bedrijven in de vrije markt en met een elektrisch rendement van meer dan 50%.

-

Het MEGA-netwerk initiatief, bedoeld om de kenniseconomie sterk te stimuleren door aanbieden van “intellectric” diensten. Europees initiatief om in 10 jaar tijd een geïntegreerd elektriciteit-/informatienetwerk te creëren dat grote hoeveelheden elektriciteit en informatie gelijktijdig kan verwerken en dat volledig elektronisch gestuurd en beheerst kan worden door elektromagnetische vermogenstechnologie, elektronica en “Wide Area Control and Protection“ technologie.


-6-

40010376-TDC 02-24457A

- Het Noordzee Windfestival, bedoeld om de mogelijkheden van offshore windenergie uit te baten en tot realisatie te brengen. Noord-West Europees initiatief voor offshore windparken met gestandaardiseerde windturbines en funderingen in de 10+ MW range voor minder dan 500 Euro per kWe met gespecificeerde betrouwbaarheid, beschikbaarheid en onderhoudbaarheid. Opslagsystemen en elektriciteitsnetwerken moeten de geproduceerde elektriciteit geschikt maken voor integratie in het slimme Europese net, dat tevens via de nieuwe energie-eilanden naar de Noordzee moet worden uitgebreid.

Strategisch wereldwijd initiatief -

Het Sol-Alamos initiatief , bedoeld om in 5 jaar tijd doorbraaktechnologieën op het gebied van zonne-energie te realiseren en tot economisch aantrekkelijke producten om te zetten. Doel is om leidende experts en kenniscentra te integreren in een (virtueel) netwerk en een speerpuntprogramma te definiëren met realisatie binnen 5 jaar van enerzijds hoogefficiënte zonnecellen met een rendement van 40% (bijvoorbeeld voor mobiele toepassing) met een kostprijs van 0,50 Euro per Watt en anderzijds de ontwikkeling van een productietechnieken voor stationaire zonnepanelen met een integrale kostprijs van 0,05 Euro per geleverde kWh.


-7-

40010376-TDC 02-24457A

SAMENVATTING Dit rapport is een samenvatting van een gezamenlijk onderzoek, uitgevoerd door KEMA en de Nederlandse Elektriciteitssector: “The Electricity Technology Roadmap” of kortweg de Roadmap. Met ondersteuning van ongeveer 100 deelnemers uit toonaangevende industrieen, instituten, universiteiten en relevante belangengroepen uit de samenleving wordt in de Roadmap getracht om een toekomstvisie te schetsen. Doel is te komen tot een energetisch efficiëntere samenleving en het creëren van optimale kansen voor een duurzamere kenniseconomie. De Roadmap tracht die visie te vertalen in een beperkt aantal doelen en de R&D wegen om die doelen te bereiken. KEMA, met behulp van EPRI, coördineert het proces van de ontwikkeling en de activiteiten voor de Roadmap. Het is een continu proces met een zo breed mogelijke participatie - ter stimulering van publieke en private investeringen in de R&D voor de elektriciteitsinfrastructuur - en in innovaties die elektriciteitstoepassingen mogelijk maken. Economie en Elektriciteit. In de vorige eeuw is de rol van elektrische energie steeds verder gegroeid in omvang en importantie. Was het gebruik van elektrische energie aan het begin van de vorige eeuw vrijwel nihil, thans is het ongeveer 15 % van alle energie welke gebruikt wordt in Nederland. Dit percentage is laag in vergelijking met de meeste EU-lidstaten en ontwikkelde landen. Dit lage percentage is ontstaan doordat in Nederland zeer veel energiesystemen zijn gebaseerd op decentrale, relatief inefficiënte verbranding van aardgas. Aardgas is een diamant, waar we door conversie naar elektriciteit een briljant van kunnen maken. Door elektronen in plaats van moleculen te exporteren, kan er een sterk toegevoegde waarde worden gecreëerd. Elektrificatie van de samenleving begint nu steeds meer bij te dragen aan een efficiënter gebruik van de primaire energiedragers als aardgas en aan een beter milieu. Op elektriciteit gebaseerde innovaties – van plasma tot microprocessoren – zijn essentieel voor een duurzame economische groei in de 21ste eeuw. Nieuwe ontwikkelingen moeten de kenniseconomie voeden en onze welvaart verzekeren en versterken in de komende decennia. Ontwikkelingen in sleutel technologieën, zoals motoren, computers en telecommunicatie hebben ons leven voortdurend veranderd alsook de economische productiviteit verhoogd. Het elektrische systeem is thans aan het uitgroeien tot een infrastructuur die gedurende lange tijd een kritische succesfactor zal blijken te zijn in de economische ontwikkeling. Want het gebruik van elektrische energie zal steeds verder toenemen door de introductie van efficiëntere en intelligente processen in de industrie, in het huishouden en voor het transport.


-8-

40010376-TDC 02-24457A

Het Roadmap Initiatief De behoefte aan een lange termijn energie visie voor Nederland in een Noordwest Europees perspectief is het primaire motief voor dit Roadmap Initiatief. Het is van belang om strategische ontwikkelingen te onderkennen (en daarop te anticiperen) in het transitieproces naar een duurzame, energie-efficiënte kenniseconomie. Daarbij rekening houdend met een aantal mondiale economische wereldmodellen, te weten Vrijhandel, Isolatie, Solidariteit en Ecologie, zie Appendix B. De economische mogelijkheden wanneer de juiste technologische ontwikkelingen worden gekozen bij deze transitie reiken veel verder dan bijvoorbeeld de marginale kostenbesparingen van deregulering. Elektrificatie kan zeer grote meerwaarde creëren. Het Roadmap proces is gestart om een gestructureerd en bruikbaar document aan te reiken aan een grote, diverse groep van belanghebbenden en technische experts om de mogelijkheden en kansen te onderzoeken voor op elektriciteit gebaseerde innovaties. Dit eerste Roadmap-proces heeft een aantal onderling samenhangende doelen of “bestemmingen” geïdentificeerd. De 6 belangrijkste Roadmap bestemmingen zijn: • Modernisering van de elektriciteitstransport en -distributie infrastructuur om een grote hoeveelheid niet stuurbare decentrale elektriciteitsopwekking op te kunnen nemen en tegelijkertijd te voldoen aan de eisen voor betrouwbaarheid en beschikbaarheid van de digitale kenniseconomie en van de informatiemaatschappij. Ook moet de infrastructuur voldoen aan de eis dat bulkhoeveelheden elektriciteit kunnen worden getransporteerd in de open markt op elk moment en naar elke plaats. Import en export zullen grotere eisen dan nu voorstelbaar gaan stellen aan de capaciteit van transportnetten. Het net zal moeten gaan voldoen aan de eisen van aanbieders en afnemers door geavanceerde besturings- en communicatiesystemen. Tijdspad: 2003 - 2008 • Ontwikkeling van netwerken voor klantgestuurde dienstverlening voor interactieve, geïntegreerde energie- en communicatieafhankelijke diensten. Directe communicatie tussen de dienstverlener en de klant zal leiden tot grote hoeveelheden communicatie en realtime dienstverlening. Door microprocessor ontwikkelingen kan intelligentie op elk punt van het netwerk worden ingebracht en komt kunstmatige intelligentie beschikbaar voor elke gebruiker. Deze getransformeerde netwerken kunnen een groot aantal nieuwe intelligente elektrische eindenergiediensten realiseren, de zogenaamde "intellectrics", welke nieuwe niveaus van comfort, gemak, snelheid, efficiency en intelligentie binnen ieders bereik kunnen brengen. Een “intelligent” huis met een koelkast welke aangesloten is op het internet, kan bijvoorbeeld zelf over de stroomleveringvoorwaarden onderhandelen, reparaties of


-9-

40010376-TDC 02-24457A

onderhoud afroepen of inkopen doen bij de supermarkt. In de nieuwe digitale wereld, zijn “real-time” informatie en de elektriciteitstechnologie kernelementen geworden. Tijdspad: 2005 -2010 •

Verhoging van de economische productiviteit en welvaart door de ontwikkeling van innovatieve elektrotechnologieën welke in staat zijn om de digitale kenniseconomie op een meer duurzame wijze te helpen ontwikkelen. In continentaal verband kan een nieuwe MEGA-infrastructuur voor de elektriciteit en communicatie dienen als stimulans voor het versnellen van de introductie van op elektriciteit gebaseerde innovatie in de economie en voor het koppelen van industriële processen aan nieuwe en efficiëntere methoden. In de krachtig concurrerende wereldeconomie van deze eeuw, zal de Europese Unie veel meer moeten kunnen bouwen op superieure innovatie voor concurrentie voordeel, welvaart en welzijn. Tijdspad 2008-2015.

•

Verbeteringen in de transportinfrastructuur en systemen door gebruik van nieuwe transportsystemen en nieuwe op elektriciteit gebaseerde technologie voor een efficiënter gebruik van infrastructuren en de reductie van de effecten op het milieu. De uitdaging voor mondiale transport en logistieke modellen in een digitale samenleving is bijvoorbeeld een minimalisatie van het aantal verplaatsingen bij de behandelingen en de grondstoffen en de processen die leiden tot de eindproducten in de specifieke ketens. In de aluminiumindustrie van vandaag is de verplaatsing van de grondstof aluinaarde 40.000 tonkilometer voor het maken van 1 ton aluminium. Optimalisatie van de logistieke modellen van fabricage, assemblage en distributie van consumentenartikelen met gebruik van een intelligent inzamelings- en distributieconcept en Internet in combinatie met elektrificatie van het vervoer zijn een sleutel voor efficiënter, schoner en stiller vervoer. Tijdspad 2010-2020.

•

Oplossing van de energiegerelateerde CO2 problematiek door het op de meest efficiente en economische wijze aanpakken en het beheersen van de uitstoot van de broeikasgassen. De belangrijkste troef is het continu verbeteren van de energie efficiëntie van bron tot dienst door integratie van de energieketens (“exergiematching”) en elektrificatie van de eindenergiediensten. De strategie moet ook de verdere ontwikkeling van de historische trend van het de-carboniseren van energiesystemen versnellen en een brede portfolio aan opwekopties realiseren. Dit geeft flexibiliteit en vermindert de afhankelijkheid van bepaalde primaire energiebronnen. Uiteindelijk wordt verwacht, dat de energie portfoliostrategie zal resulteren in twee dominante energiesystemen: elektrische energie en waterstof, welke in staat zijn om voldoende schone en goedkope energie te leveren. Aan de groei van de energievraag moet in steeds sterkere mate worden voldaan met nietfossiele brandstoffen als waterstof en duurzame energiebronnen met hoge rendementen


-10-

40010376-TDC 02-24457A

als biomassa, windenergie en zonne-energie De kerngedachte dat elke natie hoe dan ook zijn eigen “vervuiling” moet opruimen is voor CO2 niet steekhoudend. Hier zou een integrale wereldaanpak moeten gelden waarbij de goedkoopste techniek waar dan ook ter wereld voor reductiecompensatie van eigen vermogen mag gelden. Op deze wijze wordt een sterke “incentive” geschapen voor technologiedistributie wereldwijd en dat is een noodzaak voor het bereiken van de laatste Roadmap bestemming: een duurzame samenleving. Tijdspad: 2015 - 2025 •

Realisatie van een mondiale duurzamere samenleving door te voorzien in de behoefte van de groeiende wereldbevolking aan schone, efficiënte energie en de kansen te verbeteren voor de kwaliteit van het leven. De rol van elektriciteit is het aanreiken van een essentieel instrument met een topkwaliteit (exergiewaarde 1), met een groot verbeteringenpotentieel voor de ketenefficiency en effectievere exploratie van de hulpbronnen. Mondiale elektrificatie kan het gebruik van de hulpbronnen met circa 50% in het jaar 2050 reduceren en is de meest efficiënte strategie voor een meer duurzame structuur van de energievoorziening. Enige additionele duurzaamheidkansen die het biedt zijn grootschalige regionale en locale elektrificatie door gebruik van een portfolio van goedkope (de)centrale elektriciteitopwek opties, milieuvriendelijkere methoden voor gebruik van vaste brandstoffen en biomassa, vooral in de ontwikkelingslanden, elektrotechnologie voor verbeteringen van de efficiency in landbouw en het watergebruik en elektriciteitstransport in combinatie met een service infrastructuur voor continentaal, regionaal en interstedelijk gebruik. Tijdspad 2025-2050.

Roadmap Bestemmingen: De Roadmap bestemmingen, zoals in figuur 1.1 in beeld gebracht, geven de belangrijkste doelen in de tijd gezien voor de elektriciteit- en energie-industrie in de 21-ste eeuw.


-11-

Figuur 1.1

40010376-TDC 02-24457A

Roadmap bestemmingen voor de komende 25 jaar

Op basis van deze Roadmap en van de aannames over bevolking- en economische groei is het mogelijk om een beeld te vormen van de mondiale energiesystemen en het milieu in de komende decennia. Deze schattingen zijn gemaakt met gegevens en scenario’s van de United Nations Development Project (UNDP) en de World Energy Council (WEC), maar werden aangepast naar aanleiding van de door de Roadmap deelnemers geïdentificeerde technologieën. Een geconcentreerde, wereldwijde inspanning tot verhoging van de efficiency, het omzetten van alle energievormen naar elektriciteit en reductie van de emissies naar het milieu van elektrische systemen is voorzien. Toch zal in de komende 50 jaar elke dag 500 MW aan verbeterde of duurzame nieuwe elektriciteit opwekcapaciteit in bedrijf moeten worden genomen om te komen tot een totaal benodigd vermogen van 10.000 GW voor de wereldbevolking in het jaar 2050.


-12-

40010376-TDC 02-24457A

Een enorme mondiale investering in menskracht en middelen zal noodzakelijk zijn om de Duurzame Mondiale Samenleving te bereiken. Hiervoor is het LTVE (Lange Termijn Visie Energievoorziening - 2000 tot 2050, zie Bijlage B) gebruikt als referentie voor de “Electricity Technology Roadmap”. Bestemmingen en Technologische Trends De kern van dit rapport concentreert zich op de manieren waarin technologische vooruitgang kan helpen in het realiseren van de Roadmap doelstellingen. Door het ontwikkelen van verbanden tussen technologieën en bestemmingen realiseerden de deelnemers zich dat zekere technologische trends en technologieontwikkelingen een sterke invloed hebben op meer dan een bestemming. De wetenschappelijke en technologische “drivers” die de sterkste invloed zouden kunnen hebben op de Roadmap bestemmingen zijn: • Vermogenselektronica dat de kwaliteit en betrouwbaarheid van transport- en distributie kan verbeteren en tegelijkertijd significante verhogingen in vermogensstromen en transacties op de energiemarkt kan afhandelen. • Op de microprocessor gebaseerde elektro-technologieën welke een grote sprong realiseren in de efficiency van elektriciteit (intelligente technologieën) • Decentrale opwekking dichter bij de eindgebruiker met een steeds hogere conversie efficiency; vervolgen van concepten die markttechnisch interessant zijn bij grote aantallen • Informatie technologie dat ons in staat stelt om steeds grotere distributie- en servicenetwerken op te bouwen ter herdefiniëren van de relatie tussen de gebruikers en de leveranciers. • Nieuwe materialen met verbeterde eigenschappen die ons in staat stellen om te werken aan, bijvoorbeeld, meer efficiënte vermogenselektronische apparaten en photovoltaïsche zonne-energie, hoge temperatuur materialen voor het onttrekken van arbeid uit hete gassen en stralingsbestendigheid bij nucleaire opwekinstallaties, recycling voor het terugbrengen van grondstoffengebruik en het reduceren van het energieverbruik. • Bio-technologische toepassingen voor productiviteitsverbetering (biologische computer systemen, biometrische processen) en bio-oplossingen voor de uitdaging van de duurzame groei (koolstof opslagmethoden, biomassa voor elektriciteitsopwekking, hogere agrarische productiviteit, bio-systemen voor het reinigen van verontreinigde plaatsen, etc.) • Snelle expansie van milieukennis in relatie tot de menselijke activiteiten op aarde, gereflecteerd in technologieën die negatieve consequenties minimaliseren voor de huidige en volgende generaties. • “Out-of-the-Box” denken in het ontwikkelen en toepassing van nieuwe technologieën en systemen in plaats van het toevoegen van verbeterde technologieën aan bestaande systemen.


-13-

40010376-TDC 02-24457A

Het synergetisch karakter van deze technologische “drivers” is in tabel 1.1 te zien. In deze tabel geven de (grote) rode cirkels aan, dat de noodzakelijke technologie vrijwel zeker een sterke invloed zal hebben op een specifieke Roadmap bestemming, terwijl de (kleine) blauwe cirkel aan geeft dat de invloed minder belangrijk maar toch significant zal zijn. Tabel 1-1 Bestemmingen en Technologische “Drivers”

Bestemmingen Electricity Technology Roadmap Wetenschap en Technolo- Modernisering gie van de elektriciteittransport en distributie infrastructuur “Drivers”

Realiseren van klantgedomineerde service netwerken

Verhogen van economische productiviteit in een digitale kennis economie

Beheersing van transport en logistieke ketens

Oplossen Beheersing van de CO2 van mondiale Duurzaamheid emissie problematiek

Decentrale Opwekking

Vermogenelektronica

Microprocessor gebaseerde Elektrotechnologie

Real-time Informatie Verwerkingstechnologie

Nieuwe Materialen

Biotechnologie

Milieukennis technologie

en

Milieu-


-14-

40010376-TDC 02-24457A

Tabel 1-2 is een samenvatting van de inschattingen, gemaakt door de deelnemers in Europa en de VS inzake mondiale energiesystemen en het milieu. Speciale aandacht wordt gevraagd voor het feit dat in de toekomst de bevolking, de productiviteit en de elektriciteitsgraad in de totale energieverbruik zullen toenemen, terwijl de energie intensiteit in het gebruik zal afnemen. De actuele trend in de opbouw van de opwekcapaciteit zal gevoelig zijn voor deze factoren, alsook voor toekomstige ontwikkelingen. Als voorbeeld, elektrificering van de transportsector zou het elektriciteitsverbruik kunnen verhogen tot ongeveer 15 % (10*1012 kWh) in 2050 met een gelijke reductie van de aardolie afhankelijkheid. Dit hoeft niet een overeenkomstige verhoging van de traditionele elektriciteitsopwekking te betekenen gelet op de verwachtte vooruitgang in mobiele elektriciteit opweksystemen en in opslagtechnologie. Deze schattingen zijn bedoeld om als beginpunt te worden gebruikt voor het specificeren van de mondiale energiebehoeften in 2020 en 2050.


-15-

Tabel 1-2

40010376-TDC 02-24457A

Voorlopige Schattingen voor de Mondiale Energie Systemen en het Milieu

Aanname

Jaar

2000

2020

2050

Bevolking (Miljard)

6,2

8

10

Bruto Nationaal Product, miljard Euro’s (1990)

32.000

50.000

100.000

Primair energiegebruik, Gtoe per jaar (Gtoe: gigatonnen olie equivalent)

10

13

17

Energie-intensiteit, Gtoe per 1000 miljard Euro

0,31

0,26

0,16

Elektriciteitsfractie van primaire energie

0,38

0,5

0,7

Energieconversie efficiency (Mondiaal gemiddeld)

0,32

0,4

0,5

Elektrische energie consumptie (1012 kWh per jaar)

13

28

60*

Elektriciteit opwekcapaciteit (Gigawatt)

3

5

10

Kosten voor mondiale service, 1990 EUR/kWh

0,14

0,11

0,06

Maximum koolstofemissie (Gton per jaar)

7

8

7-10

Overige Emissies

Omlaag

Minimaal

Minimaal

Afvalstromen

Omlaag

Minimaal

Minimaal

Energie Systemen Schattingen

Milieu Schattingen

* Inclusief 10x1012 kWh voor elektrische transportsystemen Bronnen : UNDP, WEC, DOE/EIA en EPRI-analyses

De technische prioriteiten De Roadmap probeert een inschatting te geven van een serie van technologieën welke kritische zijn voor het bereiken van de zes kritische bestemmingen. Het plaatje dat over de tijd ontstaat ziet er als volgt uit: Op korte termijn bijvoorbeeld in dit decennium, zal de focus moeten zijn op: • Brede toepassing van op silicium - en post-silicium- gebaseerde vermogens elektronica systemen voor bewaking en beheersing van elektriciteitstransport- en distributiesystemen.


-16-

40010376-TDC 02-24457A

• Integratie van decentrale opwekking en locale opslag in gemoderniseerde elektrische netten opererend in een concurrerende markt en een digitale kenniseconomie. • Creëren van nieuwe, interactieve, klantgestuurde dienstverleningsmogelijkheden. • Versnelde mondiale inzet van de schoonste en meest energie-efficiënte fossiele brandstoffen voor elektriciteitsproductie technologieën, inclusief afval, teneinde de kringlopen te sluiten. • Ontwikkeling en inzet van nieuwe milieuvriendelijke energiesystemen, ook betaalbaar voor ontwikkelingslanden met name in relatie met schoon water. • Versnelling van de RD&D op het gebied van potentiële doorbraken in duurzame en nucleaire elektriciteitsopweksystemen. • Versnelling van de RD&D op het gebied eindgebruikers energie-efficiency en productiviteit verbeterende technologieën, inclusief elektriciteitopslag op grotere schaal. Op middellange termijn, bijvoorbeeld de komende twee tot drie decennia, als vervolg op de opgezette basis zou gewerkt moeten worden aan: • Versnelling van de mondiale elektrificatie van de industrie en de transportsector, voor verbeterde efficiency, productiviteit en milieubescherming. • Implementatie van een nieuwe geïntegreerde energie-infrastructuur en sterke verschuiving naar elektrische eindenergiediensten. • Revitalisering van de optie van kernenergie door het introduceren van efficiënte, inherent veilige en op de gascyclus gebaseerde decentrale opwekcapaciteit en de introductie van goedkope duurzame opweksystemen die bijdragen aan de CO2-arme mondiale elektrificatie. • Inzet van robuuste elektriciteitsopslagsystemen – op netwerk niveau - ter handhaving van de betrouwbaarheid, flexibiliteit en kwaliteit van de elektriciteitslevering en de levering van elektriciteitsdiensten. • Efficiëntere, doelmatigere en goedkopere ontwerpen voor regionale dienstverleningsinfrastructuren voor energie, communicatie, transport, water en hygiëne (afvalbehandeling). Op lange termijn omstreeks 2050 en verder, zullen de doelstellingen moeten zijn: • Wereldwijde universele elektrificatie om een efficiënt gebruik van energie, land en water te realiseren; en verder minimalisering van de afvalstromen van de industrie, landbouw en steden om zodoende een duurzamere toekomst te creëren. • Mondiale ontwikkeling van hoog efficiënte productie- en distributiesystemen voor elektrische energie voor het reduceren van de kosten en het verder verbeteren van de milieuprestaties van de geïntegreerde energie-infrastructuur.


-17-

40010376-TDC 02-24457A

• Een steeds groter deel van de energie baseren op kernenergie en duurzame bronnen om koolstofemissies en de afhankelijkheid van niet duurzame bronnen te verminderen. Het faciliteren van de Initiële Roadmap RD&D Activiteiten Het zal duidelijk zijn dat voor het realiseren van de visie in de Roadmap de overheid en het bedrijfsleven beiden nodig zullen zijn. De Roadmap deelnemers zien een behoefte voor een gestructureerde lange termijn energiebeleid en de noodzaak voor een belangrijke vergroting van de investeringen in elektriciteitgerelateerde RD&D. In de komende jaren, verwachten de deelnemers een faciliterende overheid die zal komen met (strategische) initiatieven voor een energieprogramma met speerpunten conform deze Roadmap aanbevelingen. De betrokkenheid van de beleidsmakers moet een belangrijk deel blijven in het implementeren van de Roadmap. Onderwerpen die tevens aandacht vragen zijn de huidige inefficiënties van gefragmenteerde en ongecoördineerde RD&D initiatieven door versnippering van de instituten. Tevens is een beleid nodig om de herstructurering van de industrie in bepaalde gevallen te kunnen compenseren.

Belangrijk voor succes zal zijn het creëren van nieuwe financiële belangstelling voor participatie in publieke/private samenwerking op het gebied van RD&D initiatieven om zo de risico’s voor de ontwikkeling van strategische technologieën te kunnen delen. Overheidsinitiatieven zijn daarbij nodig en gewenst.

Naast goede regelingen zoals loonbelastingvoordelen bij investeringen in research via de WBSO kan gedacht worden aan innovatieve kapitaalsinvesteringen, productie en milieuverbeteringen, verbeterde intellectuele eigendomsbescherming, marktstimulering en aankoopbeleid en gestroomlijnde regelgeving ter facilitering van de nodige innovatie. Op het gebied van energie-efficiency en betrouwbaarheid van de elektriciteitssystemen is het ook gewenst om duidelijke (minimum) prestatiestandaards en specificaties vast te stellen. De overheid zou net als de industrie een bepaald percentage van haar “omzet” voor RD&D moeten reserveren.


-18-

40010376-TDC 02-24457A

De Roadmap verschaft informatie over de strategische research en technologie, nodig voor het bereiken van de bestemmingen. Deze informatie kan gebruikt worden voor het verschaffen van inzicht voor de noodzakelijke fondsen voor de RD&D programma’s. De Roadmap participanten hebben de stap naar de kwantificering van deze benodigde fondsen nog niet gemaakt. In veel gevallen is de ontwikkeling van technologieën al verder gevorderd dan de strategische RD&D die hierboven wordt geadresseerd. Het vertalen van de gewenste ontwikkelingen uit de Roadmap tot producten zal dan een zaak zijn voor toegepast onderzoek, ontwerp, engineering en productietechnologie. Dit zal vooral de taak zijn van de industrie. Het duidelijk en met commitment vaststellen van de strategische doelen zal dan ook in veel gevallen leiden tot initiatieven vanuit de industrie, zoals te zien is bij de ontwikkeling van bijvoorbeeld de off-shore windenergie, maar ook van microprocessoren en biomassa installaties.


-19-

1

40010376-TDC 02-24457A

INLEIDING

"Technologische verandering komt niet tot stand door een Roadmap, maar door een man, een plan en een ramp" De “Electricity Technology Roadmap” voor Nederland wordt ontwikkeld door KEMA als een gezamenlijk project van de Nederlandse en Europese experts uit de industrie, de universiteiten en de samenleving, ondersteund door de overheid. Doel is het onderzoeken van de mogelijkheden en bedreigingen voor innovaties op het gebied van elektrotechnologie voor de komende vijfentwintig jaar en het beheersen en faciliteren van de transitie naar een digitale kenniseconomie en duurzamer samenleving. Tot heden hebben circa 100 organisaties deelgenomen, met KEMA en haar sponsors, in het tot stand brengen van een visie en mogelijkheden voor het structureren van de kenniseconomie in de digitale samenleving met als basis de toename van de waarde van elektriciteit in de samenleving. Deze visie is vertaald in een set van technologische einddoelstellingen en wegen in research en technologische ontwikkelingen om die doelstellingen (mijlpalen) te bereiken. KEMA begeleidt het roadmapping proces, met ondersteuning van EPRI-USA, als een investering in de toekomst voor de Nederlandse kenniseconomie en als een richtlijn voor het structureren en vergroten van de waarde van publieke en private investeringen in research en ontwikkeling. Het “Electricity Technology Roadmap” Initiatief zoekt naar nieuwe wegen en technologieën in een periode van grote reguliere, politieke, technologische en institutionele veranderingen in de elektriciteitssector en de samenleving. De strategische keuzen die nu gemaakt worden kunnen verregaande consequenties hebben voor de toekomst van ondernemingen en van het land. De noodzaak om belangrijke beslissingen te nemen die zullen leiden tot wezenlijke veranderingen in onze samenleving is duidelijk waarneembaar. Dit versterkt de behoefte aan een toekomstvisie en geeft de reden aan voor het starten van de “Electricity Technology Roadmap”.


-20-

40010376-TDC 02-24457A


-21-

2

40010376-TDC 02-24457A

UITDAGINGEN VOOR DE ENERGIE INFRASTRUCTUUR Bouwen aan het netwerk voor de Digitale Maatschappij Uit de geschiedenis kunnen we leren dat over het algemeen technologie eerder onder- dan overschat wordt.

1

Huidige situatie

De essentie van het elektrische netwerk is het transporteren van elektriciteit vanuit de opwekkingspunten naar de plaats van gebruik. Dit wordt gedaan door een zeer complex systeem, dat voorziet in de momentane elektriciteitsvraag zonder gebruik te maken van opslagmogelijkheden. Sinds het ontstaan van het wisselstroomnet aan het begin van de 20e eeuw in West Europa heeft het meer dan 50 jaar geduurd om het huidige 400 kV UCTE interconnectie systeem te completeren. Het UCTE-netwerk strekt zich uit van West Europa tot het voormalige Oostblok met gelijkstroomverbindingen naar Groot-Brittannië, Scandinavië en Rusland. Er is een trend om de elektriciteitsnetwerken van het westen en het oosten sterker te koppelen, mogelijk via een HVDC-superstructuur als de ontwikkelingen in de vermogenselektronica snel genoeg gaan en de politieke wil er is. Deze zogenaamde “east-west power bridge” omspant drie tot vier tijdzones en koppelt diverse bronnen met een inherent laag CO2-gehalte zoals waterkracht, geothermische en nucleaire energie, maar ook kolenenergie op de plaats waar deze gevonden wordt. De elektriciteit wordt hierbij over afstanden van 5 à 6000 km getransporteerd wat mogelijk wordt geacht met een verlies van 2-3% per 1000 km en transmissiekosten van minder dan 1 eurocent per kWh per 1000 km. De totale opwekkingscapaciteit binnen het UCTE netwerk bedraagt meer dan 500.000 MW en het netwerk is sterk gekoppeld, dat wil zeggen dat de onderlinge afhankelijkheid groot is. De betrouwbaarheid van het Nederlandse elektriciteitsnet wordt daardoor in grote mate bepaald door de situatie in de rest van Europa, de elektriciteitsvoorziening in Nederland is niet geïsoleerd.

Figuur 2.1 Het Nederlandse hoogspanningsnet


-22-

40010376-TDC 02-24457A

In Figuur 2.1 is het Nederlandse 400 kV net dat wordt beheerd door TenneT inclusief grensoverschrijdende verbindingen weergegeven. Het totale Nederlandse elektriciteitsverbruik bedraagt circa 100 TWh (dit is 15% van het totale Nederlandse energieverbruik), en kan ruwweg verdeeld worden in 35% industrieel verbruik, 25% huishoudelijk, 5% voor openbare infrastructuur (tractie, verlichting, polderbemaling en rioolafvoer), resterend zijn diensten en diverse afnemers, waaronder overige grootgebruikers zoals schiphol en het havenbedrijf Rotterdam. Elektriciteit wordt voor 60% geleverd door centrale opwekking, 25% door decentrale opwekking en 15% via import (situatie 2000). Ongeveer 40% van het decentraal geïnstalleerde vermogen is aangesloten op het net. In Nederland worden alleen voor de hoogste spanningsniveaus bovengrondse hoogspanningslijnen gebruikt. Voor de midden- en laagspanningsniveaus is een volledig ondergronds kabelnetwerk aangelegd. In Nederland bedraagt de lengte van het 0,4 kV laagspanningsdistributie netwerk ongeveer 140.000 kilometer. Het gemiddeld huishoudelijk verbruik in Nederland is 3.500 kWh per jaar, dit is tamelijk laag in vergelijking met Europese landen met een zelfde ontwikkelingsniveau. Dit wordt verklaard door het op grote schaal gebruiken van aardgas voor verwarming en koken sinds de jaren zestig.

2

Ontwikkelingen

De fundamentele opgave van het elektriciteitsnet is het handhaven van de balans tussen opwekking en vraag. Als de opwekking door wat voor reden ook beperkt wordt, is het waarschijnlijk dat ook de reservemarges afnemen. Afnemende betrouwbaarheid is hiermee een reële zorg in de toekomst. Een ander aspect is de toenemende benutting van het bestaande netwerk, dit leidt eveneens tot afnemende reservemarges. De genoemde effecten worden versterkt door de huidige praktijken waarin bedrijven steeds vaker besluiten nemen op basis van afgewogen risico's. Het kan bijvoorbeeld goedkoper zijn voor een producent een boete te betalen in plaats van elektriciteit te produceren tegen (te) lage prijzen. Tegenwoordig moet het elektriciteitsnetwerk een hoge mate van betrouwbaarheid handhaven ondanks alle mogelijke component- communicatie- en beveiligingsfouten, en dit alles in combinatie met onzekerheden in de vraag op de elektriciteitsmark. Het operationeel maken van nieuwe grootschalige opwekkingscapaciteit duurt meestal een aantal jaren, voornamelijk wegens lange aanvraagprocedures voor de vereiste vergunningen. In de tussentijd zullen er nieuwe beveiligings- en controlemaatregelen gebruikt moeten worden om een zo hoog mogelijke betrouwbaarheid te bereiken en verstoringen en onzekerheden zoveel mogelijk te voorkomen. Het is zeer moeilijk om in Nederland vergunningen voor nieuwe energiecentrales en hoogspanningslijnen te verkrijgen. Hergebruik van bestaande locaties en het recht op overpad voor hoogspanningslijnen is wel mogelijk. In onderstaande Tabel 2.1 is een overzicht opgenomen van de opwekkingscapaciteit en lengte van de hoogspanningslijnen gedurende de


-23-

40010376-TDC 02-24457A

afgelopen tien jaar. RD&D budgetten in de energie sector zijn laag (< 1%) vergeleken met andere industrieën, zoals de farmaceutica of de communicatie industrie (> 10%). De budgetten zijn zo laag omdat elektriciteit een “commodity” is, waarvoor minder productontwikkeling nodig is dan bijvoorbeeld medicijnen. Wereldwijd waarneembaar is echter een daling in de RD&D bestedingen door energiebedrijven. Zo ook in Nederland, waar de bestedingen binnen tien jaar met maar liefst 90% zijn afgenomen van meer dan 40 miljoen euro tot een magere 4 miljoen euro per jaar, zie tabel 2.2. Tabel 2.1

Ontwikkeling van de opwekkingscapaciteit en de lengte van het hoogspanningsnet in het afgelopen decennium

1991 1994 1997 1998

Opwekkingscapaciteit (GW) Centrale zelfopwekking opwekkers 14,9 2,8 15,0 3,7 14,6 5,7 14,0 6,1

Lengte hoogspanningslijnen (km) 380 en 150 en 110 kV 220 kV 2.489 5.626 2.408 5.561 2.625 6.457 2.625 6.457

Tabel 2.2 Investeringen in het openbare elektriciteitsnet en private RD&D gedurende het afgelopen decennium in miljoenen euro

1991 1994 1997 1998 1999 2000

Investeringen in het openbare elektriciteitsnet (exclusief zelfopwekkers) 1.200 1.400 760

Private RD&D investeringen 42 40 30 17 9 4

Deregulering en herstructurering van de elektriciteitsmarkt leiden er toe dat investeringen in opwekkingscapaciteit en hoogspanningslijnen worden uitgesteld. De focus van netwerkbedrijven is gericht op de optimale benutting van het net, waardoor investeringen in het netwerk langer uitgesteld kunnen worden. Netwerkbedrijven werken niet meer met elkaar, maar zijn elkaars concurrenten geworden. Van de technologische ontwikkelingen zullen met name de ontwikkelingen op het gebied van de vermogenselektronica en de elektromagnetische vermogenstechnologie (EMVT) van in-


-24-

40010376-TDC 02-24457A

vloed zijn op het elektriciteitsnet van de toekomst. Door deze ontwikkelingen is het mogelijk om het bestaande elektriciteitsnet beter te benutten door gerichte vermogenssturing en –beheersing, met veilige bedrijfsvoering tegen de capaciteitsgrens aan. Opslagsystemen zullen ook nadrukkelijk een rol gaan spelen in de afstemming tussen vraag en het aanbod, dit laatste krijgt ook in toenemende mate een “onvoorspelbaar” karakter. Daarnaast is de EMVT een sleuteltechnologie die het mogelijk maakt om het scala van nieuwe (duurzame) decentrale bronnen eenvoudig en veilig in te passen in het distributienet. De snelste en meest ingrijpende ontwikkelingen worden verwacht op het gebied van de vermogenselektronica voor vermogens tot enkele MVA’s en toegepast in de midden- en laagspanningsnetten omdat hier het marktpotentieel van de grote aantallen meespeelt. Een voorbeeld hiervan is “smartpower” waarbij de intelligentie (in de vorm van een programmeerbare microprocessor) is geïntegreerd in de schakelende vermogenselektronica chip.

Smart Power Chip 1200V, 60A In hoeverre de belofte van hoge temperatuur supergeleiding applicaties zoals kabels en transformatoren wordt waargemaakt en ook daadwerkelijk op grote schaal in de netten worden opgenomen is onzeker. Als bijvoorbeeld wordt besloten dat de grenzen gesteld aan de elektrische en magnetische velden, veroorzaakt door onder andere hoogspanningslijnen, drastisch naar beneden worden bijgesteld biedt dit kansen voor een ondergronds hoogspanningnet, misschien met supergeleidende kabels of “gas-insulated-lines” (GIL) als concurrerende technologie.


-25-

3

40010376-TDC 02-24457A

Zwakke plekken door het veranderende gebruik van het elektriciteitsnet

Oorspronkelijk is het Nederlandse 220 en 380 kV net gebouwd als een koppelnet om de betrouwbaarheid van het net te vergroten en de additioneel benodigde opwekkingscapaciteit minimaal te houden (draaiende reserve). De hoeveelheid bulk- power getransporteerd door dit netwerk is de afgelopen jaren toegenomen van “nul” in de jaren 80 naar ruim 18.000 GWh nu. In eerste instantie was de toename een gevolg van het sluiten van langjarige contracten waarbij de laatste jaren een additionele toename kwam als gevolg van de beginnende deregulering, zie grafiek 2.1.

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1980 1986 1991 1993 1995 1997 1998 1999 2000

Grafiek 2.1

Import van elektriciteit in Nederland.

Op dit moment wordt meer dan 15% van de gevraagde elektriciteit geïmporteerd uit het buitenland, waarvoor de capaciteit van de verbindingen van met name Duitsland is uitgebreid. In onderstaande Figuur 2.2 wordt een impressie gegeven van de grensoverschrijdende elektriciteitsstromen in Europa. De getransporteerde volumes zijn sterk gestegen in de afgelopen 5 jaar, en zullen blijven stijgen. De verbindingscapaciteit met België is (nog) voldoende. Afgezien van de algemene stijging in het elektriciteitsverbruik van 2 tot 3% per jaar, kunnen lokaal zeer sterke verbruikstoenames waargenomen worden. Dit is bijvoorbeeld het geval in de regio Amsterdam dat een belangrijk Europees internet knooppunt bevat, waardoor er een sterke vestigingsgroei is van internet gerelateerde bedrijven met een grote elektriciteitsvraag (switches en datahotels).


-26-

40010376-TDC 02-24457A

Figuur 2.2 Grensoverschrijdende elektriciteitsstromen in Europa in 2000 (GWh)

Figuur 2.3 Belangrijkste Europese internetknooppunten


-27-

40010376-TDC 02-24457A

De Californische elektriciteitscrisis van 2000 en 2001 heeft op alle vlakken aandacht getrokken, van media en overheid. Tekort aan opwekkingscapaciteit en knelpunten in de transportnetwerken veroorzaakten zogenaamde “rotating blackouts” en “rolling brownouts” om een grote regionale netwerkuitval te voorkomen. Een logisch gevolg van de Californische crisis is het stellen van de vraag: "Kan ditzelfde in Nederland en Europa gebeuren?" Het antwoord van de meeste deelnemers aan de Roadmap is "ja, dat kan." Om de aard en oorzaken van een dergelijke crisis (en de mogelijke oplossingen) te begrijpen is het nuttig om te onderzoeken hoe het gekoppelde elektriciteitsnetwerk zich hebben ontwikkeld en hoe de rol van verbindingen tussen netwerkbedrijven door de jaren heen is veranderd. Oorspronkelijk zijn de netwerken begonnen als eilanden. Ieder afzonderlijk systeem paste de opwekkingscapaciteit aan op de vraag, met daarnaast een inschatting van benodigde reservemarges, verwachte vraaggroei, beschikbare toekomstige opwekkingslocaties, benodigde transportcapaciteit en blindvermogenscapaciteit (nodig voor de spanningshuishouding) voor het systeem als geheel. Op deze manier wordt aan de klanten een ononderbroken elektriciteitsvoorziening gegarandeerd, zelfs in het geval van uitval van opwekkingsof transportcomponenten. Spoedig realiseerde men zich echter dat het onderling verbinden van de eilandsystemen grote voordelen bood voor alle individuele systemen. Tijdens noodgevallen in het ene systeem, zou reservecapaciteit vanuit een ander systeem betrokken kunnen worden. Het handhaven van de vaste frequentie van 50 Hz zou verdeeld kunnen worden onder de opwekkers binnen het totale systeem. Economisch aantrekkelijke transacties zouden mogelijk worden, door het afsluiten van lange termijncontracten wanneer in een naburig systeem opwekking goedkoper kan plaatsvinden. In het meer recente verleden, hebben milieukwesties en vergunnings- en regulatorische procedures het elektriciteitssysteem veranderd. Het systeem bevat vele opwekkers en transmissieverbindingen en regio's waar de elektriciteitsvraag zich concentreert. Zulke regio's vallen niet altijd binnen de “natuurlijke” grenzen van het systeem. Dit heeft er in geresulteerd, dat waar vroeger de verbindingen een middel waren om bij noodgevallen een beroep te kunnen doen op buursystemen, verbindingen tegenwoordig intern in het totale netsysteem zijn opgenomen en een onmisbaar onderdeel zijn geworden van het gehele vraag- en leveringsproces. De recente ontwikkeling van regulering waarbij vrije toegang tot de netwerken wordt beoogd, heeft het besturingsproblematiek van gekoppelde netten vergroot. In praktijk zouden opwekkers op ieder willekeurig punt in het netwerk geïnstalleerd kunnen worden, ook op plaatsen waar onvoldoende belasting of transportcapaciteit aanwezig of ingepland is. Zo zijn knelpunten in netwerken, vroeger zeldzaam, tegenwoordig gemeengoed geworden. De vrije toegang tot netwerken en de bestaande structuur hebben het openbaar maken van de beschik-


-28-

40010376-TDC 02-24457A

bare transportcapaciteit (Available Transfer Capability, ATC) noodzakelijk gemaakt, waarbij wederom marges in acht genomen moeten worden voor de onzekere factoren van de bedrijfsvoering van het netwerk.

4

Toekomstperspectieven

Het is waarschijnlijk dat in de komende 20 jaar een transitie plaats zal vinden naar een door elektriciteit gedomineerde energiemarkt. Er wordt een verschuiving voorzien van een realtime aanpassing tussen vraag en aanbod (het elektrische systeem van de 20e eeuw) naar een aanpassing op basis van kosteneffectieve opslagsystemen. Dit versterkt de roep om ontwikkeling en commercialisatie van zulke systemen en vereist nadere bepaling van de benodigde typen opslagsystemen, karakteristieken en locaties. Beperkende factoren die specifiek in Nederland spelen, zijn de limiet aan het landgebruik (beperkt beschikbaar oppervlak veroorzaakt door één van de hoogste bevolkingsdichtheden ter wereld) en het feit dat bijna half Nederland onder zeeniveau ligt. Nederland is een handels- en dienstverleningsland, met nicheactiviteiten in verzekeringen en banken, high-tech landbouw, distributie en logistiek. Om de gevolgen van de hiervoor geschetste ontwikkelingen in de elektriciteitswereld in te kunnen schatten, wordt als startpunt de vier lange termijn visie energievoorziening (LTVE) scenario's gebruikt die door het Ministerie van Economische Zaken zijn ontwikkeld. Deze scenario's beschrijven ieder een mogelijke invulling van de energievoorziening in Nederland in 2050. In Figuur 2.4 wordt een korte beschrijving per scenario gegeven.


-29-

40010376-TDC 02-24457A

Figuur 2.4 Kenschets van de vier LTVE scenario's


-30-

40010376-TDC 02-24457A

In alle scenario's groeit het elektriciteitsverbruik aanzienlijk, zowel in volume als percentueel. Gesteld kan worden dat in alle scenario's het elektriciteitsverbruik sterk groeit met 60 – 70% tot een niveau van ongeveer 170 TWh in 2025. Het gasnetwerk is in 2050 nog steeds in gebruik en biedt Nederland strategisch voordeel. Offshore windenergie is in 3 van de 4 scenario's op grote schaal doorgebroken, wel wegens verschillende redenen. Distributie van energie (producten en diensten) is belangrijk en energieopslag wordt gebruikt om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen. Voor de roadmap is een “vertaling” en aansluiting bij de wereldbeelden gemaakt van deze scenario’s op basis van “expert-judgement”, zonder onderbouwing met zware modelmatige studies. Hierdoor wordt het mogelijk een aantal gewenste technologische ontwikkelingen te onderkennen. Figuur 2.5 toont het elektriciteitsverbruik in 2025 en de bijdrage hierin van verschillende bronnen (import/export, centrale opwekking, decentrale opwekking, windenergie en fotovoltaïsche energie). In de weergegeven figuur is uitgegaan van het feit dat Nederland in 2025 nog steeds een netto-importeur van elektriciteit is.

120 100 Free trade

80

Ecology

60

Isolation Solidarity

40

Present

20 0

Figuur 2.5

Import

Central

DG

Wind

PV

Elektriciteitsvraag (in TWh) en het aandeel van de verschillende energiebronnen in 2025 hierin bij een “netto-import” voor de 4 scenario's, vergeleken met de huidige situatie

Om de technische consequenties voor het net te onderzoeken en de robuuste technologieën te identificeren is het aanbod van de diverse energiebronnen in figuur 2.5 omgerekend naar de benodigde opwekkingscapaciteit, rekening houdend met de capaciteitsfactor van de bronnen. De resultaten hiervan staan afgebeeld in Figuur 2.6. (zie ook Appendix B)


-31-

20000 15000

Free trade Ecology

10000

Isolation Solidarity

5000 0

Present Import Central

(a) Figuur 2.6

DG

Wind

PV

40010376-TDC 02-24457A

160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40

Free trade Ecology Isolation Solidarity Present

Import

Central

DG

Wind

PV

(b)

Opwekkingscapaciteit in MW voor verschillende bronnen in 2025 per scenario bij een “netto-import”(a), of “netto-export” (b) situatie

Uit Figuur 2.6 kan worden afgeleid dat vergeleken met de huidige situatie een toename van de grensoverschrijdende capaciteit met een factor 1,5 tot 2 noodzakelijk is voor drie van de vier scenario’s om de importen mogelijk te maken. Merk op dat als gevolg van ontwikkelingen in de elektriciteitsmarkt de productieovercapaciteit in het buitenland in de toekomst significant kan afnemen waardoor de voorziene import in met name het vrijhandelscenario onder druk komt te staan en zelfs kan omslaan in een export van elektriciteit vanuit Nederland wegens het beschikbaar hebben van goede locatie voor grote centrales inclusief de hiervoor benodigde logistieke voorzieningen. De aanwezige grensoverschrijdende capaciteit wordt dan gebruikt voor export. Voorzien wordt dat dan de centrale opwekkingscapaciteit, die bij netto-import op een vergelijkbaar of iets hoger niveau ligt dan het huidige, met 50% tot 200% zal toenemen. Decentrale opwekking (variërend van 1 kW tot 40 MW per eenheid) neemt in drie scenario's toe met een factor 2 tot 3. De drijvende kracht hierachter is de beschikbaarheid van gas, de benodigde technologie en de mogelijkheid tot fabricage in zeer grote aantallen. In het scenario "Vrijhandel" is import/export door centrale opwekking van stroom goedkoper dan produceren via decentrale opwekkers. Opvallend is verder in 3 van de 4 scenario's de 6 tot 10voudige toename van windenergie, voornamelijk bestaande uit offshore windparken in de Noordzee. Hoewel de geïnstalleerde hoeveelheid fotovoltaïsche energie exponentieel toeneemt in alle scenario's blijft de bijdrage hiervan aan een duurzame energievoorziening zeer beperkt.


-32-

40010376-TDC 02-24457A

T&D doelen voor 2025 Hoewel er grote verschillen bestaan tussen de manieren waarop voldaan kan worden aan de elektriciteitsvraag in 2025, kunnen er enkele algemene conclusies getrokken worden die naar RD&D doelen vertaald kunnen worden: - significante toename van grensoverschrijdende capaciteit - significante toename van windenergie (offshore) - integratie van grote aantallen kleine opwekkers in het netwerk. Sleuteltechnologieën om deze doelen te bereiken zijn vermogenselektronica/ EMVT (betere benutting van netwerken, beheersen van energiestromen, handhaven van netstabiliteit); opslagtechnologie (afstemmen van vraag en aanbod in een meer onberekenbare markt); en vanzelfsprekend intelligente communicatie, bemetering, beveiliging en controle (intelligentie in netten). De energieopbrengst uit hernieuwbare bronnen fluctueert over het algemeen. Dit houdt in dat de capaciteitsfactor meestal veel lager is dan 1, meestal 0,25 – 0,35 voor windparken en 0,10 voor fotovoltaïsche systemen. Hernieuwbare bronnen kunnen dus gedurende de dag in bepaalde periodes een veel hoger piekvermogen leveren. Het netwerk moet deze fluctuaties kunnen verwerken. Uit de meeste onderzoeken blijkt dat een bijdrage van 10 – 15% uit hernieuwbare bronnen eenvoudig opgenomen kan worden in het net. Inkoppeling van hogere percentages hernieuwbare bronnen vereist aanvullende controlemechanismen, opslag of andere methoden om de grote fluctuaties in energiestromen te kunnen verwerken. Andere energiebronnen die in de toekomst wellicht in grote mate in het elektriciteitsnet zullen worden geïntegreerd, zijn batterijsystemen, microturbines en hybride auto's. Zoals eerder is opgemerkt zal vermogenselektronica en EMVT hierin een sleutelrol vervullen. In de Figuren 2.7, 2.8 en 2.9 worden de belangrijke technologieën met betrekking tot de bovengenoemde 3 doelen weergegeven.


-33-

40010376-TDC 02-24457A

New super grid High Temperature Superconducting

DC technology

Further utilisation of the existing capacity

New materials

Storage Advanced measuring and control

Sea cable connections

Advanced power flow control

Significant increase of cross border capacity EMF issues Possible locations Construction of new lines Cables

Increase number of cross border transmission lines

?

Figuur 2.7 Doel: toename van grensoverschrijdende capaciteit

Land locations Locations

Off-shore locations New materials

Visual effects

DC technology Active PQ control Power electronic converters

Significant increase of windpower Control methods Tax incentives Regulatory incentives Green power

Customer behaviour

Storage for better grid utilisation

Network integration

Figuur 2.8 Doel: toename van offshore windenergie


-34-

40010376-TDC 02-24457A

Electric (hyper) cars 42 Volt technology

Connectors

Photo voltaic systems Smart interface Low voltage microgrids Control methods

Public acceptance

High efficiency converters

Network integration of large amounts of distributed generation Control methods Price developments Standardisation

Reliability

Price developments

Domestic micro turbines (< 5 kW)

Mini turbines / Fuel cell systems

Figuur 2.9

Storage for better utilisation

Doel: integratie in het net van grote aantallen kleine opwekkers

Betrouwbaarheid, beschikbaarheid en kwetsbaarheid In de digitale economie is elektriciteitsuitval het ergste wat een computer of netwerk kan overkomen. Ieder jaar gaan miljoenen euro's verloren aan schijnbaar onbetekenende stroomstoringen die tot gevolg hebben dat productielijnen stoppen, computers stilvallen, netwerken instorten en de handel stagneert. De afgelopen eeuw heeft de beschikbaarheid van het gemiddelde elektriciteitsnet ongeveer 99,9 % bedragen, "drie negens" in jargon. Dit cijfer varieert van land tot land. Het komt overeen met circa 9 uur uitval per jaar. Toen de economie opgebouwd was rondom gloeilampen en elektromotoren, voldeed dat niveau om de industriële groei aan te kunnen. In de moderne economie vereisen op microprocessoren gebaseerde processen en computernetwerken minstens 99,9999% beschikbaarheid, ofwel "zes negens" hetgeen overeenkomt met slechts 3 seconden toegestane uitval per jaar. Een dergelijk hoog “overall” niveau kan niet worden gerealiseerd met een openbaar elektriciteitsnet. De beschikbaarheid van bijvoorbeeld het Nederlandse net, één van de betrouwbaarste netten ter wereld, bedraagt 99,996%. In Figuur 2.10 is de benodigde investering in een openbaar net per te leveren kWh weergegeven, om een bepaald betrouwbaarheidsniveau te kunnen behalen. Uit de figuur blijkt dat een beschikbaarheid hoger dan 4 à 5 “negens”, te realiseren via een openbaar net, excessief duur


-35-

40010376-TDC 02-24457A

wordt. Waarschijnlijk is een betere oplossing het beperkt leveren van zeer hoge betrouwbaarheid, slechts in die netgedeelten waar het nodig is, omdat niet alle op het net aangesloten systemen en componenten een dergelijke hoge betrouwbaarheid vereisen. In die gedifferentieerde hogere betrouwbaarheid kan voorzien worden door middel van een combinatie van het bestaande elektriciteitsnet met decentrale opwekking aangesloten op het gasnet, batterijsystemen en/of oplossingen op het gebied van spanningskwaliteit afgestemd op het betreffende bedrijfsproces. 1000

Euro/kWh

100 10 1 0.1 0.01

3

4

5

6

number of nines Figuur 2.10

Investeringskosten in euro voor levering van 1 kWh via het openbare net bij een gegeven betrouwbaarheid uitgedrukt in het aantal negens.

Zoals eerder gezegd, is het elektriciteitsnet in Nederland één van de betrouwbaarste systemen ter wereld. De gemiddelde uitval bedraagt 27 minuten (in 2000) per jaar voor een eindverbruiker op laagspanningsniveau. De waargenomen trend van de laatste jaren is dat, hoewel de totale gemiddelde uitvalsduur gelijk blijft, het aantal storingen de laatste 10 jaar bijna verdubbeld is, zoals blijkt uit Figuur 2.11. Figuur 2.12 geeft als gemiddelde uitval iedere 5 jaar 85 minuten, opvallend zijn de grote verschillen met betrekking tot betrouwbaarheid in de verschillende regionale netwerkgebieden (vooral historisch en geografisch bepaald).


-36-

40010376-TDC 02-24457A

Figuur 2.11

Ontwikkeling van de uitvalsduur in Nederland (opmerking: in 1997 vond een grote storing in Utrecht plaats)

Figuur 2.12

Beschikbaarheid elektriciteit in Nederland voor verschillende regionale netwerkgebieden (stippen)

Deregulering van de elektriciteitsmarkt kan een (tijdelijk) negatief effect hebben op de betrouwbaarheid en beschikbaarheid van levering. Uit de meet- en regeltheorie is bekend dat iedere transitie vanuit een stabiele situatie (monopolie) naar een andere (dereguleerde markt) overgangsverschijnselen met zich meebrengt die kunnen leiden tot verminderde betrouwbaarheid. In Figuur 2.13 is de huidige situatie in Nederland weergegeven, met een leveringsbetrouwbaarheid van 99,996%. Daarnaast is er een nieuw technisch-economisch op-


-37-

40010376-TDC 02-24457A

timum weergegeven, een niveau dat voor de meeste elektriciteitsafnemers voldoende zal zijn. In een op kennis gebaseerde digitale economie vereisen sommige klanten echter een hogere betrouwbaarheid en een hoger niveau van "power quality". Het is onbekend welke parameters (en in welke mate) de duur van de transitieperiode beïnvloeden en wat de exacte vorm van de curve zal zijn. Bekend is wel dat onder een bepaald minimumniveau afnemers massaal zullen gaan klagen, en dat de situatie voor zeer kapitaalsintensieve systemen dan snel kan verergeren. Dit is op dit moment het geval met de Nederlandse Spoorwegen; de grenzen zijn hier bereikt door het toegenomen aantal passagiers, gebrek aan onderhoud, tekort aan materieel, etc..

Figuur 2.13

Betrouwbaarheidstransitie periode

Zoals de recente energiecrisis in Californië heeft laten zien, is de elektriciteitsvoorziening essentieel voor het functioneren van de moderne economie. Gezien de interconnectie problemen binnen Europa, is de vraag niet of er grote storingen op kunnen treden in Europa, maar wanneer! Een grote storing kan een domino effect van storingen en uitval veroorzaken. Of kunnen rampen voorkomen worden of beperkt blijven door isolatie zoals bij bosbranden? Afnemende betrouwbaarheid heeft verstrekkende gevolgen zoals verlies of schade aan elektronische data, verloren productie, herstelkosten, gestrand openbaar vervoer (trams, treinen) en totale chaos in winkels en banken. Stroomuitval in bedrijven waar wordt gewerkt met elektronische agenda's, e-mail, geautomatiseerde inkoop- en financiële systemen heeft onmiddellijk een pijnlijk grote impact op de dagelijkse gang van zaken. Nu al, ook in Europa, is groei zichtbaar in de verkoop van Uninterruptable Power Supply systemen (UPS), nobreak systemen, batterijsystemen en andere back-up systemen, zoals gasgevoede microturbines, om essentiële systemen werkend te houden tijdens een eventuele stroomuitval.


-38-

Figuur 2.14

40010376-TDC 02-24457A

Investeringen met risico kapitaal in de VS in technologie voor kleine zelfopwekkers (bron: The Economist)

Betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet is afhankelijk van het kunnen houden van de netspanning binnen nauwe gespecificeerde banden (voor laagspanning: 240V –6% +10%) en het te alle tijden kunnen handhaven van de vermogensbalans. In een “vluchtige” energiemarkt, waar afnemers constant op zoek zijn naar de beste (goedkoopste) contracten, resulteert dit in grote fysieke energiestromen over lange afstanden. Voor Nederland betekent dit concreet grote cross-border stromen (momenteel import) en stromen vanuit vooral het noorden van het land naar de regio Amsterdam. Om de impact van de vrije markt en technologische verandering op waarde te kunnen schatten, moet naar de elektrische infrastructuur gekeken worden als twee gekoppelde netten. Eén is het fysieke netwerk van energie opwekking, transmissie en distributie en eindgebruik, het andere is het telecommunicatie en data netwerk dat van kritiek belang is voor veilig en betrouwbaar gebruik en beheer van het systeem. Problemen kunnen in beide netten optreden en elkaar beïnvloeden. In beide gevallen leidt dit tot storingen. Tegenwoordig zijn deze systemen meer samenhangend dan ooit tevoren, en dit is een voordurende ontwikkeling. De situatie is te vergelijken met moderne auto's waar computers de meeste functies hebben overgenomen van de bestuurder voor bijvoorbeeld veiligheid en onderhoud. Vroeger konden auto's tamelijk eenvoudig gerepareerd worden, tegenwoordig kunnen alleen specialisten in computer elektronica reparaties uitvoeren. Ditzelfde geldt voor het elektriciteitsnet. Technische oplossingen kunnen gezocht worden in zowel het "technische" als het "informatie" deel van het netwerk. Het probleem in Nederland en veel andere ontwikkelde landen is de onaantrekkelijkheid van het technische deel van de elektriciteitsindustrie. Steeds minder jonge mensen volgen een studie op dit gebied en beginnen te werken in deze bedrijfstak. Gebrek aan specialisten is een mogelijk gevaar voor het waarborgen van de betrouwbaarheid van het elektriciteitssysteem in de toekomst.


-39-

40010376-TDC 02-24457A

Eerder is al beargumenteerd waarom het economisch onaantrekkelijk is om de beschikbaarheid van het openbare elektriciteitsnet te vergroten tot boven 4 a 5 “negens”. De betrouwbaarheidseisen verschillen ook sterk per klantengroep. Huishoudens en grote energiegebruikende industrieën nemen over het algemeen genoegen met een betrouwbaarheid van 99,9%. Zij zijn niet bereid veel meer te betalen per geleverde kWh met een hogere betrouwbaarheid. Aan de andere kant eisen de verzekeraars, banken en de hightech halfgeleidersindustrie een minimale betrouwbaarheid van 4 tot 5 negens, en zijn zij bereid om veel te investeren in verhoging van de betrouwbaarheid. Deze situaties zijn weergegeven in Figuur 2.15. Gegeven een bestaand net is het moeilijk om de betrouwbaarheid nog verder te verhogen. Grid #1 geeft de situatie in de VS weer, Grid #2 de Nederlandse situatie. Er wordt een verschuiving voorzien van beide nettypes naar een hybride type (Grid #3) met kleine zelfopwekkers enerzijds om de betrouwbaarheid te verhogen en klanten anderzijds die voor een vergoeding bereid zijn met een lagere beschikbaarheid genoegen te nemen.

Figuur 2.15

Relatie tussen netontwerp, betrouwbaarheid en bereidheid van klanten tot investeren

Een toename van de betrouwbaarheid in het gehele Nederlandse net naar een hoger niveau is onrealistisch en veel te duur. De oplossing ligt in differentiatie tussen klanten en klantgroepen, zelfs binnen diverse functies van één cliënt. Dit concept is weergegeven in de figuren 2.16a en 2.16b waar de relatie tussen de elektriciteitsvraag van klanten met een vereiste betrouwbaarheid is weergegeven. Duidelijk wordt bijvoorbeeld dat het merendeel geleverd wordt via een openbaar net met 99,9% of 99,99% betrouwbaarheid. Voor speciale klantgroepen wordt dit verbeterd tot “zes” negens in zogenaamde "premium power parcs". Voor specifieke processen van klanten kan dit verder verhoogd worden naar 9 “negens” betrouw-


-40-

40010376-TDC 02-24457A

baarheid. Dit kan gerealiseerd worden zonder excessieve kosten door het gebruik van de al eerder genoemde technologieën.

Figuur 2.16a Relatie tussen beschikbaarheid en klantengroepen, klanten en klantenprocessen

Figuur 2.16b Visualisatie gedifferentieerde betrouwbaarheid (in aantallen “negens”) voor een elektriciteitsvoorzieninggebied

De hieruit af te leiden doelen voor 2025 zijn: - stabiliteit van het net veilig stellen - de gewenste betrouwbaarheid voor verschillende klantgroepen vaststellen en hierin differentiatie mogelijk te maken.


-41-

Means of control Prediction methods

40010376-TDC 02-24457A

Mature regulation

Amount of dispersed generation

Room for innovations Advanced measuring and control

Fault and catastrophe tools

Adequate price mechanisms

Storage

Secure the stability of the grid Life time extension and renovation

Demand side management

Domotica Power quality

Customer behaviour

Figuur 2.17

Other incentives

Construction of new power plants

Keep a fair amount of central generation for grid support

Doel om de stabiliteit in het net veilig te stellen en differentiatie van betrouwbaarheid voor verschillende klantengroepen mogelijk te maken

Toekomstige ontwikkelingen Er bestaat onduidelijkheid over de positie van de utiliteitsbedrijven in de toekomst. In de gedereguleerde markt, zal het op Internet gebaseerde “Virtuele Elektriciteitsbedrijf”, bekend als het Energy-web, mogelijk een steeds belangrijkere rol in onze samenleving gaan spelen. De complexe economische modellen voor de nieuwe decentrale opwekking en energienetwerken moeten binnen korte tijd toepasbaar zijn. De belangrijkste vraag hier is, hoe men de complexiteit van de nieuwe energievoorzieningsystemen aan economen en de zakenwereld kan uitleggen waardoor het mogelijk wordt om nieuwe modellen te ontwikkelen die kunnen helpen bij het “managen” van de nieuwe energie systemen. Het is van groot belang om de werkelijke kosten aan de consument te presenteren waardor deze de waarde van de dienstverlening kan zien. In de gedereguleerde elektriciteit infrastructuren zal omstreeks 2015 een grote behoefte ontstaan aan elektriciteit- en energieopslagsystemen. De Energy-web bedrijven zullen zulke installaties nodig hebben in hun elektriciteits- en informatienetwerken. Even belangrijk zal het


-42-

40010376-TDC 02-24457A

zijn op de decentrale opwekking gereed te hebben om de kwaliteit van de levering door de Energy-web bedrijven op een betrouwbare wijze te garanderen. De transitie naar het net van de toekomstige gaat gepaard met de installatie van nieuwe technologieën, zoals vermogens elektronische regelingen en een groot aantal over het net verspreide (duurzame) opwekkers met hun specifieke kenmerken en eigenschappen. Een van de kwesties zal de aanwezigheid van een groot aantal relatief kleine generatoren, gebaseerd op hernieuwbare bronnen en bestaande gastechnologie, zijn die ongelijk verspreid zitten in het bestaande netwerk. Deze generatoren worden aangesloten op het laag- en middenspanning net. Het gevolg hiervan is dat het netwerk op dit niveau energiestromen in beide richtingen moet kunnen transporteren. In het hoogspanningsnet zal de opwekking plaatsvinden door grote elektriciteitscentrales, windturbineparken en grote CHP’s in eigendom van klanten. Het aantal grootschalige elektriciteitscentrales is beperkt en de vermogensstroom gaat via de 400 kV transmissielijnen en het 150 kV subtransmissie systeem naar het distributieniveau. Stabiliteit van het net en methoden voor vermogenssturing zijn de trefwoorden. De middenspannings- en laagspanningsystemen die stedelijke gebieden, kleine industrieën en kantoorparken voeden bevatten een groot aantal decentrale opwekkers die zich effectief gedragen als zelfvoorzienende subsystemen. Marktstudies in de Verenigde Staten wijzen uit dat distributed resources kunnen voldoen aan 5 - 40% van de belastingsgroei in de VS (14.000 MW in 1997) en bedrijven als ABB zijn al bezig met concepten om grote hoeveelheden kleine generatoren te kunnen koppelen en besturen (distributed power plant). Figuur 2.18 geeft een impressie van een toekomstige netstructuur.


-43-

Figuur 2.18

40010376-TDC 02-24457A

Blik op het netwerk van de toekomst dat bestaat uit een 400 kV ringstructuur met grote generatoren, verbindingen met de rest van Europa en een aantal “zelfvoorzienende” gebieden.

In het boek ‘Transforming Electricity’ wordt beargumenteerd dat de prijscompetitie en technologie niet slechts bedreigend is voor de monopolistische vertikaal geïntegreerde voorziening maar voor het totaal gesynchroniseerde elektrische systeem, zoals we dit kennen sinds het begin van deze eeuw. Deze bedreiging is vergroot bij de deregulatie van de energiemarkt en door de komst van nieuwe technologieën. Geleidelijk aan wordt het moeilijker een complex netwerk te beheren vanuit een centraal bedieningsstation en wordt het steeds duidelijker dat het veel gemakkelijker is dit lokaal te regelen, veelal met een beter te voorspellen vraag en aanbod en eenvoudigere besturing. Het doel van de netoperators is het behouden van de best mogelijke veiligheid voor het netwerk met de beschikbare faciliteiten. Hiervoor zijn hulpmiddelen nodig voor het bepalen van de kwetsbaarheid van het net in onvoorziene situaties, implementatie van beveiligingen en besturingen die reageren op veranderingen in systeemcondities en daardoor de waarschijnlijkheid van het optreden van instabiliteiten en black-outs verminderen. Adaptief zelfherstellend door adequaat en snel te handelen bij een bepaalde mate van schade, vaststellen hoe snel een getroffen gebied zich uitbreidt en afgeschakeld kan worden, dit om het effect van de verstoring beperken. De overige delen van het netwerk kunnen dan misschien met een iets minder serviceniveau in bedrijf blijven.


-44-

40010376-TDC 02-24457A


-45-

3

40010376-TDC 02-24457A

ELEKTRICITEITSPRODUCTIE IN DE GELIBERALISEERDE MARKT naar een evenwichtig portfolio

Technologische oplossingen voor de toekomstige elektriciteitsproductie zijn als onderdeel van het toekomstig elektriciteitsleveringssysteem onderweg. De trend is naar kleinschalige decentrale multi-generatie eenheden, maar de waarde van grotere centrales wordt vaak onderschat. De waarde van deze eenheden is voor de stabiliteit van het net van primair belang en het is om die reden dat dit hoofdstuk in belangrijke mate aan de ontwikkeling van dit type productiemiddelen is gewijd. Liberalisering en de daarmee gepaard gaande concurrentie vormen, samen met de zich ontwikkelende digitale economie, de drijvende krachten die van doorslaggevende invloed zullen zijn op de toekomstige elektriciteitsinfrastructuur en technologie. Sommige nieuwe technologieën maken nu al hun opwachting voor deze nieuwe energie infrastructuur, zoals elektriciteitopslagsystemen (REGENESYS, SMES) en gedistribueerde warmtekracht opwekking (brandstofcellen, microturbines). Toekomstige elektriciteitsproductie technologie zal daarnaast ook sterk bepaald worden door het Europese beleid inzake de externe brandstofafhankelijkheid en de CO2-emissie bestrijding.

Figuur 3.1 Mogelijke energie-infrastructuur van de toekomst


-46-

40010376-TDC 02-24457A

Uitdagingen voor productie, als onderdeel van het toekomstige leveringssysteem In Nederland en Europa zal het aantal grensoverschrijdende bulk elektriciteitstransacties toenemen, zodanig dat een groeiend percentage van de opgewekte elektriciteit over steeds grotere afstanden wordt verkocht op de TWh-markt alvorens bij de klant afgeleverd te worden.

Investeringen in nieuwe centrales nemen af, vanwege de onzekerheden in de markt en de overcapaciteit in een aantal EU-lidstaten. In deze omstandigheden zullen de grensoverschrijdende transmissieverbindingen aan hoge eisen moeten voldoen om de eisen van de digitale maatschappij te kunnen vervullen. De toekomstige uitdagingen voor elektriciteitsproductie in Noord West-Europa en Nederland kunnen afgeleid worden uit Europese en Nederlandse scenario’s en doelstellingen. In dit hoofdstuk worden deze uitdagingen beschreven, samen met hun technologische oplossingen. EU energiescenario’s Green paper De Green Paper “Towards a European strategy for security of energy supply” (Europese Commissie, 29 november 2000), beschrijft een strategie waarbij de concepten voor zekerheid van levering, economische groei, liberalisering van de markt en bescherming van het milieu samen beschouwd worden. De toenemende externe brandstofafhankelijkheid is reden voor zorg; deze zal oplopen tot 70% in 2030 als er geen tegenmaatregelen worden genomen.


-47-

40010376-TDC 02-24457A

Toekomstige brandstofscenario’s zijn als volgt gekarakteriseerd: •

Kolen: een glorieus verleden. Er zijn geen strategische aanvoerproblemen, er is geen economische toekomst voor winning binnen de EU en het toekomstig kolengebruik blijft belangrijk en hangt af van de verlaging van zijn impact op het milieu

•

Olie: nog steeds favoriet. Externe afhankelijkheid kan oplopen tot 90% in 2020

•

Aardgas: naar een nieuwe afhankelijkheid. De EU bezit 2% van de wereldreserves vergelijkbaar met 20 jaar verbruik bij het huidige verbruikspatroon. Risico’s worden voorzien bij de langere termijn leveringen (met import uit Rusland en Algerije)

•

Nucleair: een energiebron voor duurzaamheid. Nucleair kan niet uitbreiden zonder politieke consensus. De EU moet zijn nucleaire technologie en expertise behouden.

•

Renewables: een politieke prioriteit. De EU-doelstelling voor duurzame energiebronnen in elektriciteitsproductie is 22% voor 2010. Financiële of belastingprikkels zullen worden ingezet.

De energiebron scenario’s voor elektriciteitsopwekking in de EU, laten een ander patroon zien (Energy in Europe-Energy to 2020):


-48-

40010376-TDC 02-24457A

100% Other

80%

Nuclear

60%

Gas

40%

Oil

20%

Solid fuels

0%

1995 2000 2005 2010 2015 2020 Figuur 3.2

Scenario’s voor de elektriciteitopwekking naar bron in de EU

In de Europese elektriciteitsproductie blijft voor kolen een belangrijke rol weggelegd en de bijdrage van aardgas zal substantieel toenemen (tot 40% in 2020). De al geringe bijdrage van olie aan elektriciteitsopwekking zal krimpen en voor de rol van kernenergie bestaan er verschillende opties. Volgens de huidige EU-prognose zal de bijdrage van nucleair EU-wijd afnemen van 35% nu tot 20% in 2020 EU-Productie capaciteit in 2020 De groei in de elektriciteitsvraag zal tot 2020 gelijk opgaan met de groei van het BNP binnen de EU. Het opgesteld vermogen zal vergeleken met de huidige 600 GWe tegen 2020 800900 GWe bedragen. Naast levensduurverlengende maatregelen bij bestaande eenheden zal ongeveer 300 GWe worden geïnstalleerd ter vervanging van ouder vermogen. Daarnaast zal 200-300 GWe nodig zijn om aan de toegenomen vraag te voldoen: in de komende 20 jaar zal ongeveer 25.000 - 30.000 MWe per jaar (=500 MWe/week) binnen de EU in bedrijf worden genomen . Naar een enkelvoudige energie markt in 2005 Door de Europese Commissie is een pakket maatregelen genomen om vanuit 15 open nationale markten tot één echte Europese markt voor gas en elektriciteit te komen. Het universele recht op energie is een publieke dienst. Sleutelelementen van deze universele dienst zijn: - het recht op netwerkaansluiting - het recht op elektriciteitlevering tegen betaalbare prijzen en hoge kwaliteit - het recht op hoog gekwalificeerde klanten service.


-49-

40010376-TDC 02-24457A

Bij een enkelvoudige energiemarkt horen ook enkelvoudige randvoorwaarden, zonder nationale specifieke regelgeving (level playing field). In een dergelijke markt daagt voor Nederland het perspectief van elektriciteitsproductieland vanwege de directe kolenoverslag bij de zeehavens en de korte transportlijnen van aardgas. De visie van EURELECTRIC Eurelectric, de Vereniging van de Europese Elektriciteit Industrie, ziet de zekerheid van levering, de klimaatverandering en de energiebehoeften als lange termijn onderwerpen die onderling verbonden zijn. Sleuteloplossingen zijn: - een maximale focus op markt gedreven oplossingen, inclusief Kyoto, naar duurzame energiebronnen en warmte/kracht eenheden - upstream concurrentie tussen bronnen en leveranciers van importbrandstoffen, waarbij een brede band aan brandstoffen wordt aangehouden binnen een gebalanceerde EUleveringsportfolio - een continue focus op lopend energieonderzoek, dat alle energie opties ondersteunt: hoog efficiënte productietechnologieën met lage- of nulemissies.

Energiescenario’s in Nederland NMP4 Het Nationaal Milieubeleidsplan 4, van juni 2001, beschrijft de energieopties voor Nederland in 2030. Een optie is de “status quo infrastructuur”: CO2 wordt op grote schaal afgevangen en opgeslagen in lege aardgasvelden, opwekking via PV en wind is breed ingevoerd. Een tweede optie is de transitie van CH4-land naar H2-land. Waterstof wordt grootschalig geproduceerd via duurzame, nucleaire en fossiele brandstof technologieën en de brandstofcel is de dominante conversietechnologie. De derde optie vormt de "all electric society", met centrale en decentrale opwekking (en met warmtepompen, WK en voertuigen met batterijen en brandstofcellen). In 2030 zal in Nederland een structurele CO2-reductie van 30% (=120 Mton CO2) moeten zijn gerealiseerd, vergeleken met het niveau van 1990. Hier zou een nationaal systeem van handel in CO2-emissies de richting van technologische oplossingen kunnen bepalen. Buiten Nederland zullen, overeenkomstig de Kyoto-mechanismen, aanvullende maatregelen worden geïmplementeerd, en ook hier zal de emissiehandel een sturende rol in de uiteindelijke technologische oplossingen spelen. Voor de binnenlandse reductie wordt kernenergie als optie vermeld (5.000-7.000 MW) maar alleen als de afval en veiligheidsproblemen zijn opgelost. Er wordt vanuit gegaan dat 3 principiële maatregelen volledig zijn geïmplementeerd: -

een efficiëntietoename in productie- en consumptieactiviteiten met 2%/jaar, schoon fossiel duurzame energiebronnen.


-50-

40010376-TDC 02-24457A

Opties voor de groei van duurzame bronnen in de Nederlandse elektriciteitsproductie worden beschreven in termen van meer dan 100 offshore windparken, en van een PVcapaciteitsgroei met een factor 1000. Biomassa zal in toenemende mate een rol gaan spelen in de elektriciteitsproductie en zal moeten worden geïmporteerd, wellicht in voorbehandelde vorm met een hoge energiedichtheid (vaste en vloeibare bio-brandstoffen). EOS De R&D strategie, om de transitie naar een duurzame energiesamenleving te bereiken, is in 2001 ontwikkeld binnen de Energie Onderzoek Strategie (EOS). Sleutelthema is de veranderende rol voor de overheid van speler tot regisseur en sleutelelementen zijn: - RES; in 2020 moet 10% van het energieverbruik gebaseerd zijn op RES - Schoon Fossiel met focus op 0-emissie technologieën en waterstofopties. Demonstraties van (niches) in 0-emissie technologieën (met bijvoorbeeld brandstofcellen), van CO2opslag en -gebruik vormen focuspunten voor ontwikkeling. - Energie-efficiënte. Voortzetting van lopende RD&D-activiteiten voor rendementsverhoging bij energieproductie en –gebruik. Lange Termijn Visie Energievoorziening In de studie Lange Termijn Visie Energievoorziening in 2050, van het Ministerie van EZ, zijn 4 wereldbeelden samengevat, gebaseerd op onzekerheden in trends zoals liberalisering, globalisering, technologieënwikkeling etc. De 4 wereldbeelden zijn: - Vrijhandel. Economische en financiële dominantie en geen nationale barrières. - Isolatie. Dominantie van winstbejag binnen de nationale grenzen. - Grote Solidariteit. Oplossing van wereldproblemen binnen een globale consensus. - Kleinschalige Ecologie. Oplossing van wereldproblemen op lokaal niveau. Karakteristieken van en onderlinge relaties tussen de 4 Wereldmodellen zijn:

Winst Vandaag Vrijhandel

Isolatie Lokaal Netwerk

Globale Instituties

Solidariteit

Ecologie Winst op Termijn


-51-

40010376-TDC 02-24457A

Een “Least Regret Strategy” voor stimulering van ontwikkelingswerk voor de Nederlandse energievoorziening, is afgeleid vanuit de overeenkomsten tussen de 4 Wereldbeelden: - de elektriciteitsconsumptie is in Nederland in 2050 toegenomen door de toegenomen welvaart maar ook ten opzichte van die in andere landen - de (aangepaste) gasinfrastructuur is in 2050 nog in bedrijf - offshore wind is doorgebroken - biomassa vormt een van de belangrijkste duurzame energiebronnen - energieopslag blijft een belangrijk onderwerp.

Technologie opties voor elektriciteitsproductie Biomassa bijstoken In de komende 10 jaar zal het direct- en indirect-(FBG/FBC) bijstoken van biomassa in bestaande koleneenheden worden geïmplementeerd. De technische beperkingen en grenzen voor de maximaal toelaatbare biomassa inzet moeten nog worden vastgesteld. Het Landelijk Afvalbeheer Plan ziet het gebruik van afval/biomassa toenemen van 54 PJ tot 120 PJ in 2020. Terwijl de totale RES dan 270 PJ bedragen. De huidige (rest-)biomassa/afval is voornamelijk afkomstig uit Nederland. In 2020 is circa 20 Mton biomassa/afval nodig, waarvan ongeveer 10 Mton zal moeten worden geïmporteerd, waarschijnlijk van binnen de (vergrote) EU. Biomassa Conversie

PJ biomassa in 2000

PJ biomassa in 2007

PJ biomassa in 2020

Afval verbranding

30

40

45

Bijstoken in koleneenheden

3

18

20

Decentrale opwekking

2

6

30

In principe wordt biomassa via de volgende routes bijgestookt: - Meestoken:de biomassa wordt rechtstreeks of via de kolentoevoer in de ketel gebracht en verbrand.

-

Bijstoken: de biomassa wordt eerst vergast of verbrand in een aparte eenheid. Het resulterende stookgas en/of de warmte wordt in de hoofdeenheid voor elektriciteitsopwekking gebruikt.


-52-

Figuur 3.3

40010376-TDC 02-24457A

Schema voor het bijstoken van een secundaire brandstof

Stand-alone biomassa-conversie Stand-alone biomassaconversie in kleinere eenheden heeft nog een ontwikkelingstraject te gaan waarbij met name het beschikbaar komen van een betrouwbare, kleinschalige en betaalbare gasreiniging de kritische succesfactor vormt. In de scenario’s voor 2020 is de optie voorzien van meer dan 1000 MWe aan gedecentraliseerde biomassa-eenheden. Hieronder zijn (stortgas-)vergassers op huishouden industrieel niveau. De groei in het huidige decennium zal zeer gering zijn. Veelbelovende concepten, zoals de toroidale wervelbedvergasser met lucht in plaats van zand, bevinden zich in een prematuur stadium en hebben verdere demonstratie nodig.

Figuur 3.4

Principeschema van het TORBED systeem


-53-

40010376-TDC 02-24457A

Biomassa-conversie naar stookgas Grootschalige biomassavergassing gevolgd door opmenging van het stookgas met aardgas voor elektriciteitsproductie in STEG-eenheden vormt een kosteneffectief perspectief. Een demo bij de Eemscentrale is in voorbereiding. Dit kan gezien worden als een tussenvorm in de richting van een duurzamere, op waterstof gebaseerde energiehuishouding. Clean Coal (“near-zero” emissie) et fossiele brandstofgebruik kan schoner en efficiënter gemaakt worden door het elektriciteit productieproces te verbeteren. Verschillende "clean coal" technologieën zijn momenteel in ontwikkeling, velen met ondersteuning van de EU. Van deze ontwikkelingen kan de elektriciteitsopwekking op basis van kolen als van biomassa profiteren. Het gaat onder meer om de volgende "clean coal" technologieën, die ieder in een verschillend stadium van ontwikkeling verkeren: - geavanceerde poederkooleenheden, zoals de Ultra Super Critical unit (USC) - geïntegreerde kolenvergassing met STEG (KV-STEG) -

geïntegreerde vergassing met brandstofcel (IGFC).

De voordelen liggen bij de toegenomen opwekrendementen van meer dan 50% LHV (“Lower Heating Value”) en dientengevolge bij de reductie van (broeikasgas-)emissies. En daarnaast in de opties voor grootschalige efficiënte elektriciteitsproductie op basis van fossiele- en nietfossiele brandstof combinaties. Deze opties maken kolen attractiever als brandstof voor elektriciteitsopwekking en zijn in dat opzicht van belang voor de discussie over leveringszekerheid. Daarbuiten kunnen deze technologieën nieuwe markten in andere delen van de wereld ontsluiten voor de Europese industrie. Vanuit Nederland wordt de ontwikkeling van het USC-concept binnen een groot EU-consortium actief ondersteund sinds 1998. Het USCconcept biedt uitzicht op meer dan 56% rendement, bij gebruik van “Super Alloys” tegen 2020. Het niveau van de kolenprijs speelt hierbij een belangrijke rol. Gezien de ruime verkrijgbaarheid in een goed ontwikkelde wereldmarkt gedurende de komende 300 jaar, wordt een lage en stabiele kolenprijs verwacht. Dit ondersteunt het vertrouwen om dergelijke dure technologieën te onderzoeken en te ontwikkelen.


-54-

CO2-emissie (g/kWh) 1200 100% kolen

Gemiddelde huidige

1100

EU landen

1000

10% biomassa

900

20% biomassa

40010376-TDC 02-24457A

Gemiddelde EUlanden in 2010 Referentie unit Thermie Ultimo

700-Thermie

800 700 100% aardgas 600 500 400 300 25 Figuur 3.5

30

35

40 45 Netto rendement (%)

50

55

60

Relatie CO2-emissie en rendement voor koleneenheden met verschillend percentage bijstoken.

Verder zijn op het gebied van "clean coal" technologie, "hands-on" ervaringen opgedaan met de 253 MW “entrained flow” KV-STEG eenheid in Buggenum. De huidige eigenaar, Nuon Power, is van plan de eenheid te vergroenen door substantiële hoeveelheden biomassa bij te vergassen.


-55-

40010376-TDC 02-24457A

Schoon fossiel (“zero emissie”) Om aan de Kyoto- (en Bonn-) eisen te kunnen voldoen, vormt CO2-verwijdering en opslag – naast energiebesparing en RES - een derde optie. Deze optie wordt gezien als een tijdelijke oplossing in de overgang naar een koolstofneutrale energie maatschappij. CO2-verwijdering uit rookgassen van bestaande centrales is de meest nabije maar dure optie. Voor nieuwe eenheden bieden in de toekomst KV-STEG met H2-shift en grootschalige SOFC, beide met CO2 verwijdering, de meest kosteneffectieve perspectieven. Dure, laagrendement technologie voor koolstofverwijdering is commercieel in gebruik, voornamelijk voor de productie van zuiver CO2 voor levensmiddelen en bij verbeterde oliewinning. Onderzoek is gewenst naar goedkopere technologieën. Lege gasvelden en waarschijnlijk ook kolenmijnen, bieden de beste opties voor CO2-opslag in Nederland, echter voor een beperkte periode van 50 tot 200 jaar. Een stevig commitment van overheid en milieuorganisaties is hiertoe vereist. Voor koolstofverwijdering moet het complete logistieke- en veiligheidsconcept op korte termijn ontwikkeld en gedemonstreerd worden. In het licht van de groeiende internationale belangstelling voor dit onderwerp, lijkt het niet meer dan logisch internationale activiteiten te combineren en samen te werken bij de oplossing hiervan. Schoon fossiel doorbraak technologieën Een interessant strategisch concept is de fossiele brandstof gestookte "zero-emission power plant" (ZEPP), waar een hoogefficiënt turbine systeem gestookt wordt met methaan in een superkritische CO2 drager, en vloeibaar CO2 als bijproduct produceert. CES (Clean Energy Systems) bereidt een 10MW Zero Emission Steam Technology eenheid in California voor. De brandstof (biomassa, kolen of aardgas) wordt omgezet in zuivere C- en H- componenten. Het stookgas wordt met O2 verbrand tot CO2 en H2O. Meer water wordt geïnjecteerd en de daaruit ontwikkelde stoom gaat samen met de CO2 de hoge temperatuur stoomturbine in. In de condensor wordt de CO2 eenvoudig gescheiden van de H2O. Als hoge temperatuur turbines beschikbaar komen worden rendementen van meer dan 60% verwacht.


-56-

Figuur 3.6

40010376-TDC 02-24457A

“Zero Emission Steam Technology”

Een ander initiatief is van de Zero Emission Coal Alliance (ZECA), die uit internationale kolenproducenten en energieondernemingen bestaat, en een Zero Emission Coal concept heeft ontwikkeld met de intentie dit te demonstreren. De overall ZECA proces-input bestaat uit kolen, magnesiumsilicaat-rijke mineralen en lucht. Er wordt intern CaO en water gerecycleerd en elektriciteit, magnesium-carbonaat, silica-zand en water worden geproduceerd met een overall-rendementsperspectief van 70%. De sleuteltechnologieën vormen de hydrovergasser, de CaO-reformer , het calcineersysteem en de SOFC (“Slid Oxide Fuel Cell”). Alhoewel voorspelling van de kans op succes speculatief is, verdienen elk van deze potentiele doorbraaktechnologieën serieuze aandacht.

Figuur 3.7

“Het Zero Emission Coal Alliance Initiative”


-57-

40010376-TDC 02-24457A

Gasturbine technologie In het eerste decennium van deze eeuw zullen goedkope, aardgasgestookte turbines en STEG’s, met lage emissies, op de markt komen. Grote heavy-frame turbines uit de F/FA klasse met STEG rendementen van 55-58% zijn stand der techniek.

De vijf 9FA-STEG’s van de Eemscentrale (met 5x 335 MW en 55% rendement) Het ontwikkelingsaccent van de OEM (GE) ligt bij hogere verbrandingstemperaturen voor verhoogde (basislast-)rendementen. De H-klasse heeft als extra kenmerk zijn stoomkoeling in de eerste schoepenrij met een STEG-rendement van 60% . ABB heeft de GT26-machine geïntroduceerd met als kenmerk de verbranding in 2 stappen waarmee een toegenomen vermogen en rendement (60%) bereikt kan worden zonder dat de verbrandingstemperatuur dramatisch verhoogd is. Verdere vooruitgang van gasturbinetechnologie vraagt om ontwikkeling van nieuwe hoge temperatuur materialen: voor Thermal Barrier Coatings moet het toelaatbare temperatuurverschil tussen basismateriaal en TBC vergroot worden van 110K naar 170K. De temperatuurgrens voor oxidatiebestendige coatings moet verhoogd worden van 870 tot 1100ºC en voor de basislegering van de schoep van 870 tot 980ºC. Voor nog hogere bedrijfstemperaturen (1650ºC) dienen keramische composietschoepen ontwikkeld te worden. De rendementen van geavanceerde STEG’s kunnen verder verhoogd worden door combinatie met "bottom cycles" zoals de Kalina-cycle, waarmee laagwaardige afvalwarmte benut wordt voor ruimteverwarming of voor industriële processen. Hoewel momenteel niet kosteneffectief, kan hun belang in de nabije toekomst toenemen. Nog verder in de toekomst vor-


-58-

40010376-TDC 02-24457A

men de grootschalige hybride cycles een optie. Zoals de SOFC-GT cycle met een potentieel rendement van 70-80%. Overgang van Rankine naar Brayton cycles Naast deze ontwikkelingen is voorzien dat de grote eenheden gedeeltelijk vervangen zullen worden door decentrale WK-eenheden. Kleinere, goedkopere en meer simpele installaties zullen dan moeten worden gebouwd. Deze eenheden zullen niet louter Rankine cycles meer zijn maar steeds meer en meer uit Brayton cycles bestaan. Nieuwe, bevochtigde lucht "cycles" die de compressorarbeid aanzienlijk reduceren, zonder stoomturbines vormen potentiele opties. (HAT, CHAT and TOPHAT).

Flue Gas

District Heating

Fuel Gas Water

Air

G

Figuur 3.8

De TOPHAT® cycle voor aardgas in WK schakeling

Decentrale opwekking Er zijn een aantal argumenten te bedenken waarom decentrale opwekking een rol van betekenis speelt en blijft spelen. Sommige onderdelen van de digitale kenniseconomie zullen een betrouwbaarheid van elektriciteitslevering van minder dan 30s tot 30 ms uitval per jaar verlangen, ofwel 6-9 negens (99,9999999) in betrouwbaarheid. De huidige netwerken leveren 34 negens tegen een redelijke prijs (zie hoofdstuk 2). Decentraal vermogen kan in de vraag naar hogere betrouwbaarheid voorzien, maar heeft zijn prijs en zal nog een rendementsverbeteringstraject moeten doorlopen. Een tweede argument voor decentrale opwekking is de inpassing van duurzame energie bronnen als zon en windenergie. Een verduurzaming van


-59-

40010376-TDC 02-24457A

de samenleving en de E-voorziening is op handen en deze decentrale bronnen zullen in de huidige netwerkstructuren worden ingepast. Een derde argument is co- of trigeneratie van meerdere producten zoals kracht, warmte, water, CO2 en dergelijke. op locatie. Als de commerciële voorwaarden aanwezig zijn, heeft dit ecologische voordelen die aantrekkelijk zijn. In de komende 15 jaar is een revolutionaire vooruitgang bij decentrale opwekking waarschijnlijk. Decentrale opwekking wordt normaal gesproken dicht bij de eindgebruiker geplaatst en reduceert investeringen voor transport en distributie. Waarmee systeembeperkingen worden opgelost en lijnverliezen geëlimineerd. De meeste decentrale opwektechnologieën produceren tevens warmte, waardoor bij nuttig gebruik het overall rendement toeneemt.

Figuur 3.9

Schatting van de investeringskosten in $ per kW voor verschillende opwektechnologieën.

Figuur 3.9 laat prijs/vermogen van kleinschalige productieconcepten zien die binnen 1 decennium economisch aantrekkelijk kunnen worden. Opkomende technologieën voor locatiespecifieke power kwaliteit, voor leveringszekerheid, voor WK, voor transmissie/distributiesysteem ondersteuning en voor prijsrisico management zijn beschikbaar of marktrijp. Huidige en voortdurend zich verbeterende opties zijn: - de Aero-derivative GT’s (25-60 MW en 40+% rendement) - de kleine 1-5 MW industriële GT’s (~ 40% rendement) - de diesel en interne verbrandingsmotoren(0,3-2 MW, 36 %). Opkomende trends in midden- en kleinschalige opwekking: - de Hybride brandstofcel (0,4-20 MW en 65-70% efficiëntie)


-60-

40010376-TDC 02-24457A

-

de kleine Fuel Cell (1-300 kW en 30-50% efficiëntie)

-

de Microgasturbine (30-300 kW en 25-30% efficiëntie).

De nucleaire optie Over de rol van kernenergie bestaan verschillende meningen. Volgens de huidige EUprognoses zal de bijdrage van nucleair in de elektriciteitsproductie EU-breed afgenomen zijn van 35% tot 20% in 2020. Het NMP 4 voorziet evenwel als optie de inbedrijfname van 50007.000 MW nucleair vermogen in Nederland in de komende 30 jaar, mits de belangrijkste uitdagingen – veiligheid en kernafval – zijn opgelost. Nucleaire energie biedt een haalbare technologische optie, als het om lage CO2 emissie samenlevingen gaat. Nieuwe kleinschalige inherent veilige eenheden komen in de demonstratie fase, zoals bijvoorbeeld de “Pebble Bed Modular Reactor” van het ESKOM consortium. De optie om het thema van kernafval op te lossen vormt de transmutatie van langlevende radioactieve isotopen in kortlevende of stabiele isotopen.

ESKOM 110 MW PBMR

Nieuwe productietechnologie ontwikkelingen, aandachtspunten Aan nieuwe elektriciteit productietechnologieën worden eisen gesteld als hoogrendement, duurzaam, milieuvriendelijk en geschikt voor de open markt met zijn real time pricing . Productie -technologie behoeften. Met nadruk op Nederland De functionele specificaties voor de productietechnologie in Nederland tegen 2025 zijn min of meer bepaald door de gecombineerde overheidsdoelen en -scenario’s: •

De bijdrage van RES in het elektriciteitsgebruik zou in 2020 17% moeten bedragen.

•

De structurele CO2-reductie binnen Nederland moet 120 Mton in 2030 zijn (NMP4), met implementatie via een systeem van nationale emissiehandel. Er is nog geen sprake van een overheidsbesluit.


-61-

40010376-TDC 02-24457A

•

De bijdrage van biomassa bij de elektriciteitsproductie moet toenemen van 54 tot 120 PJ in 2020.

•

De toename in energierendement bij productie- en consumptieactiviteiten moet 2% per jaar zijn. (NMP4, geen overheidsbesluit). Het gemiddelde centrale opwekrendement bij de grote productiebedrijven in Nederland bedraagt nu 44% en zal naar verwachting toenemen richting 60% in 2025. Binnen het Benchmark convenant is afgesproken dat de gascentrales in 2012 een rendement van 55% zullen hebben en de koleneenheden 41%.

•

De consequenties uit de LTVE-scenarios.

In de LTVE-scenario’s (Lange Termijn Visie Energievoorziening) zijn, voor 2050, vier Wereldmodellen samengevat. Backcasting en kwantificering geven voor 2025 het volgende aan: - De decentrale opwekcapaciteit is toegenomen van de huidige 5.500 MW naar 6.00019.500 MW met een verschuiving van grotere eenheden naar een meer gebalanceerde portfolio met kleinschalige opwekkers. De centrale productiecapaciteit is relatief minder sterk gegroeid. - De biobrandstof conversiecapaciteit ligt in 2025 tussen 3.500-5.000 MW met een belang-

rijke toename in bijstoken bij (nieuwe) koleneenheden en in decentrale capaciteit. Het elektriciteitsverbruik is toegenomen met 60-70%.

Figuur 3.10

De elektriciteitsproductie in 2000 in Nederland: Centraal, Decentraal en Import

De hiervan afgeleide functionele technologiebehoeften voor elektriciteitsopwekking in 2025 in Nederland zijn: •

Decentraal: om de doelstellingen voor 2025 te halen, is tegen 2015 hoog efficiënte (65%), groene, concurrerende en bewezen conversietechnologie nodig in het capaciteitsbereik van 10-50 MW.

•

Centraal: om de doelstellingen voor 2025 te halen, zou tegen 2015 een hoog efficiënte (70%) mix van "near-zero" en zero-emissie conversietechnologieën nodig zijn in het ca-


-62-

40010376-TDC 02-24457A

paciteitsbereik van 350-700 MW met in geval van “netto-export” een significante uitbreiding van het opgesteld vermogen met 50 tot 200%.

Elektriciteit productietechnologie roadmap voor Nederland De relevante bouwstenen voor de gedefinieerde technologiebehoeften zijn in de “bestemmings“tabel op een rij gezet, de bestemmingen in de tijd aangegeven en volgens de Energie Onderzoek Strategie-benadering geclassificeerd:

Bijdrage aan een duurzame energiehuishouding

Geen bijdrage aan een duurzame energiehuishouding

Internationale toppositie

Speerpunten

Kennis-exportthema’s

Geen toppositie voor NL

Kennis-importthema’s

Niet relevante thema’s

EOS

De technologie thema’s zijn in 4 hoofdgebieden ondergebracht:

• • • •

Gas conversie Biomassa conversie Clean Coal/Schoon Fossiel Nucleair


-63-

Bestemming in 2025 Gas conversie technologie Centraal. Heavy frame STEG, 70%, NOx<3ppm, competitieve generator. Decentraal. Industriële GT 30100 MW, 65%, NOx near zero, competitieve generator. Dec.klein. Competitieve Hybriden, 65%, <1000 EUR/kW, bewezen levensduur >10 jaar Biomassa conversie-technologie Centraal. Implementatie bijstoken in 25% van het kolenvermogen in competitie Decentraal. 20 MW, 50% rendement, competitieve FBGhybride Kolen conversietechnologie Clean Coal (“near zero”). USC/KV-STEG-SOFC+25%biomassa, 55%, competitieve generator Schoon Fossiel (“zero emissie”) CO2-vangst implementatie in laagrendement units. Doorbraaktechnologie met 60% efficiëntie Nucleaire-optie technologie Lange termijn demonstratie van veilige en competitieve reactor Oplossing voor kernafval

40010376-TDC 02-24457A

Funding Verantwoordelijkheid

Positie van Nederland

Ontwikkelings thema’s

OEM

Operationele kennisimport

-

OEM, (Overheid)

Operationele kennisimport Operationele kennisimport

-

Geavanceerde schoepmaterialen Compressor koeling Demo 50Hz CHAT of TOPHAT turbine in EU/NL

-

Demo’s infrastructurele integratie

-

Fundamentele bijstook issues Teer,Fluid Air Bed Fouling/corrosie/ teer/Fluid Air Bed/ Comp.emissie tech

OEM, Gebruiker, Overheid

Speerpunt Biomassa

OEM, Gebruiker, Overheid

Speerpunt Biomassa

OEM,Overheid Gebruiker

Speerpunt Biomass

-

Overheid (OEM, Gebruiker)

Speerpunt Biomass

-

Overheid

Kennisimport

-

-

-

Vlam/vergassingsstabiliteit, gasreiniging, depositie chemie Haalbaarheidstudie, deelname in ZEPP demo’s

PBMR start-up en demo deelname Transmutatie beoordeling via deelname in ADS -project

Het Speerpunt Biomassa omvat: fundamentele bijstook-issues, ontwikkeling en demonstratie van een concurrerende kleinschalige conversietechnologie en deelname in Clean Coalen Schoon Fossiel-allianties, met nadruk op de biomassa thema’s.


-64-

40010376-TDC 02-24457A


-65-

4

40010376-TDC 02-24457A

DE DUURZAME ENERGIEVOORZIENING

Over strategie en technologie voor de toekomst

DUURZAME ENERGIE (Verenigde Naties): Ensuring adequate and affordable access to energy for present and future generations, in an environmentally sound, socially acceptable and economically viable way (UN: World Energy Assessment - Energy and the challenges of sustainability, 2001)

De kwaliteit van de energievorm als basis voor een meer duurzame samenleving Energie kan niet gemaakt worden of verloren gaan; het is ook niet terug te winnen. Het is oneindig, eeuwig en universeel. Het enige dat de mens kan doen is de verschillende energievormen omzetten in arbeid welke nuttig gebruikt kan worden voor het realiseren van orde (de “beschavingen”) op aarde. Daarom kan gesteld worden dat duurzame energie niet bestaat. Er is weliswaar altijd in het universum evenveel energie aanwezig, maar het kwaliteitsniveau van die energie daalt en daarmee het vermogen om de noodzakelijke arbeid voor onze samenleving eruit te onttrekken. Duurzame energie is een misvatting die is gaan leven in de opvattingen van sommige politici, wetenschappers of journalisten die daarmee een verkeerde voorstelling van zaken geven. De mens heeft ontdekt hoe de kwaliteit van de energievormen is om te zetten in nuttige arbeid voor (industriële) toepassingen. De fundamentele energiewetten worden daarbij in het algemeen genegeerd of ze zijn nooit goed begrepen. Het zijn ook moeilijke wetten, al was het maar omdat ze ontkennende geformuleerd zijn. Dergelijke wetten zijn niet bekend in andere vakgebieden. “Energie kan niet gemaakt worden en gaat niet verloren” en “Lage temperatuur warmte kan niet worden omgezet in hoge kwaliteit arbeid“. Het lijkt dus zinvol om, voor een betere begripsvorming, deze twee wetten van de thermodynamica als volgt te herformuleren: “De totale hoeveelheid energie is constant” en “Bij het gebruik van energie treedt altijd een degradatie van de kwaliteit op”. Voor een meer duurzame samenleving is het dus van groot belang dat bij aanvang het kwaliteitsniveau van de gebruikte energie zo hoog mogelijk wordt gekozen en dat alle verdere conversieprocessen in de energieomzettingsketen moeten plaatsvinden met een minimaal verlies aan kwaliteit (minimale exergieverliezen). Het is verder van belang dat alle processen voor een meer duurzame samenleving zodanig op elkaar afgestemd worden dat de wetten van de thermodynamica optimaal worden gevolgd.


-66-

40010376-TDC 02-24457A

Elektrische energie is de energievorm met de hoogste kwaliteit die daardoor heel goed voldoet aan de eisen die gesteld worden voor meer duurzaamheid. Daarom impliceert een duurzamere samenleving automatisch een veel grotere inzet van elektrische energie en elektrotechnologie bij de verdere ontwikkeling van de Nederlandse en mondiale economie. Elektrische energie kan omgezet worden in alle energievormen met een theoretisch rendement van 100 procent. Bij het transport van elektrische energie wordt weliswaar een deel van de hoeveelheid energie omgezet in laagwaardige warmte (“verloren”) maar de kwaliteit van de energie gaat niet verloren. Dit is de reden waarom te rechtvaardigen is om elektrische energie ook de meest “duurzame energie” te noemen. Waterstof komt op de tweede plaats na elektrische energie. Het voordeel van waterstof als energiedrager is, dat het vrij eenvoudig in grote hoeveelheden kan worden opgeslagen. Elektrische energie kan met de hedendaagse technologie slechts in relatief kleine hoeveelheden opgeslagen worden in supercondensatoren, vliegwielen, SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) systemen of batterijsystemen. Opslag als opgepompt water of gecomprimeerde lucht is een alternatief voor grootschaliger opslag. Bij waterstof treden er echter bij de omzetting in andere energievormen (bijvoorbeeld in een brandstofcel) wel kleine “verliezen” op als gevolg van het Carnot-rendement.

Figuur 4.1

Een duurzamere samenleving met gebruik van elektriciteit en waterstof.

Bovenstaande zienswijze geeft ons een beeld hoe in de nabije toekomst een duurzamere samenleving en structuur te realiseren is. Een toekomst waarin waterstof, brandstofcellen,


-67-

40010376-TDC 02-24457A

elektrische energie en (regeneratieve) energieopslagsystemen samenwerken en een belangrijke rol spelen. De “Electricity Technology Roadmap” is gebaseerd op de veronderstelling dat elektrische energie de meest duurzame energiedrager is, met in de nabije toekomst waterstof als meest waarschijnlijke energiedrager voor mobiele toepassingen. De ontwikkeling van modellen, methodes en technologieën welke in staat zullen zijn om alle mogelijke energiebronnen te integreren, grootschalig of kleinschalig, beperkt of duurzaam, en om te zetten in de elektriciteit is de allerbelangrijkste opdracht voor meer duurzaamheid. Vervolgens zal als tweede activiteit gestart moeten worden met pilotprojecten om aan te tonen dat de ontwikkelde methoden, systemen en componenten inderdaad samenwerken. Universiteiten, technologische instituten en de industrie zullen allen een bijdrage moeten leveren in deze activiteiten op basis van hun eigen of unieke expertise. Pas dan kan een fundamenteel en gestructureerd plan ontstaan hoe een meer duurzame samenleving te realiseren is. Dit gaat veel verder dan het afvangen en opslaan van CO2 of het installeren van windturbines. Strategie versus Technologie Om een meer duurzame samenleving te realiseren zijn een juiste strategie en de introductie van verbeterde en/of nieuwe technologieën belangrijk. In principe kan men duurzame doelstellingen realiseren door het hergebruik van alle materiaalstromen. De technologie welke nodig is voor de realisatie hiervan is aanwezig, maar vraagt vaak zelf veel energie. Deze energie op zijn beurt is niet recyclebaar en daar zit het probleem. Daarom is energievoorziening een soort bottleneck in de pogingen om een duurzamer scenario te ontwikkelen. Dit is dan ook de reden dat het gebruik van energie zo efficiënt mogelijk moet gebeuren, waarbij maximaal gebruik wordt gemaakt van het kwaliteitsniveau van de energie en van duurzame energiebronnen. Zowel strategie als technologie moeten een bijdrage leveren tot een meer duurzame samenleving in deze eeuw. Source-to-Service strategie Wanneer de totale energieketen wordt geanalyseerd en de beginselen van de thermodynamica worden toegepast, blijkt dat de toepassing van elektrische energie zeer significante potentiële energiebesparingen kan opleveren. De door KEMA uitgevoerde studie “from Source to Service" heeft aangetoond dat substantiële winsten – meer dan een factor 2 van de totale output bij bestaande technologie- kunnen worden gerealiseerd door integratie van de energieketens en een verschuiving naar elektrische eindgebruikertechnologie. Een computermodel werd ontwikkeld, waarin vele soorten integraties werden gemodelleerd (warmtekrachtkoppeling voor elektriciteit en warmte voor huizen en kassen, trigeneratie in raffinaderijen, elektrisch transport, invoegen van duurzame bronnen zoals zon en wind etc.). Het mo-


-68-

40010376-TDC 02-24457A

del toont aan dat in een gunstige economische groei (van 2,8% per jaar) in 25 jaar de vraag naar energie van de eindgebruikers zal verdubbelen, maar dat de behoefte aan primaire energie kan stabiliseren op het huidig niveau en zelf verminderen. Bovendien kan de totale emissie van broeikasgassen aanzienlijk verminderen. De resultaten worden getoond in Tabel 4.1, waarbij een drietal scenario’s voor 2020 zijn vergeleken.

Tabel 4.1 laat zien dat voor een meer duurzame samenleving niet alleen moet worden gekeken naar nieuwe technologieën, maar ook door een beter geïntegreerde energieinfrastructuur een juiste exergie afstemming moet worden gerealiseerd. Een soortgelijke analyse werd ook in de periode 1990-2000 uitgevoerd door de Samenwerkende Elektriciteit Productiebedrijven (SEP). Het resultaat van die analyse was dat een besparing van 30% in het primair energieverbruik mogelijk is wanneer al de benodigde lage temperatuurwarmte zou worden geproduceerd met de afvalwarmte van (de)centrale elektriciteitscentrales. Het surplus aan elektrische energie zou dan moeten worden gebruikt voor de aandrijving van warmtepompen en voor de transportsector. Deze analyses zijn van primair belang voor de energiehuishouding van een land. In de huidige situatie zijn de opbrengsten uit de verkoop van aardgas aan het buitenland aanzienlijk meer dan de kosten voor de aankoop van olie en kolen. In het jaar 2025 zal deze situatie totaal veranderd zijn als het huidig beleid met betrekking tot het inefficiënt gebruik van de eigen fossiele brandstoffen wordt voortgezet. Het verschil op de nationale balans zal van een positief resultaat van 1,5 miljard Euro nu veranderd zijn in een negatief resultaat van 10 miljard Euro in 2025. Het wordt nu noodzaak om de ontwikkeling en toepassing van alle kennis en researchmiddelen in dit vakgebied in stelling te brengen. Onderzoek naar de transitiekosten, naar optimalisatie


-69-

40010376-TDC 02-24457A

van de procedures en de economische- en ecologische randvoorwaarden moeten ertoe leiden dat een optimale integratie van alle energiebronnen en energieketens kan worden gerealiseerd. Demonstratieprojecten zullen gestart moeten worden om de voordelen aan te tonen. Dit kan een belangrijke spin-off hebben voor de verschillende belanghebbenden in het werkgebied van duurzame energie zoals: systeemfabrikanten, systeem ontwikkelaars en de faciliterende partijen. Voorbeelden van energieketens welke kunnen leiden tot substantiële energiebesparingen zijn het gebruik van de warmtepomp voor de verwarming in woningen in plaats van hoogrendement ketels, verdampingsprocessen met mechanische damp-recompressie, toepassen van nieuwe droogprocessen en hybride aangedreven transportsystemen. De theoretische potentie voor besparingen, welke bereikt kunnen worden door goed gebruik van de exergiewaarde van elektriciteit, zijn zeer groot. In de literatuur is aangegeven hoe groot de besparing in fossiele brandstoffen in 2020 (292 PJ energie) zou kunnen zijn bij toepassing van een andere technologie. Tabel 4.2 geeft de besparing in fossiele brandstoffen in 2020, vergeleken met het jaar 2000, door gebruik te maken van nieuwe eindgebruikers technologie en toepassing van lage CO2 emissie technologie voor elektriciteitsopwekking. Tabel 4.2 Besparing in Fossiele brandstoffen bij toepassing van andere technologie 2000

2020

Gewenste Groeifactor

Energiebesparing (PJ)

46

292

Warmtepompen

0.2

70

350

Zonne-energie

0.5

24

48

Windenergie

5.3

50

9.5

Biomassa Overig

14

67

4.8

Afvalverbranding

14

45

3.2

Overig

12

36

3

Uit tabel 4.2 is het heel duidelijk dat nieuwe technologie voor gebruik van lage temperatuur warmte gebruik (bijvoorbeeld warmtepompen en mechanische recompressie) de grootste potentie hebben voor het besparen van fossiele brandstoffen en de reductie van CO2 emissie.


-70-

40010376-TDC 02-24457A

Nieuwe technologieën De verwachting is dat in 2025 het overgrote deel van de energievoorziening (>80%) nog steeds zal zijn gebaseerd op het gebruik van fossiele energie, in casu koolwaterstoffen. Daarom is het goed om na te denken over verbeteringen in de omzetting van deze vorm van energie. Het is daarbij interessant om eens te bezien hoe de natuur dit heeft opgelost. Elk levend schepsel heeft min of meer dezelfde energie-infrastructuur en energieconversie systeem. De infrastructuur is relatief simpel: water (bloed) en gecombineerd elektriciteit + informatie (zenuwstelsel) zijn de twee basis structuren die door het gehele lichaam lopen. Energietoevoer en –conversie zijn gelokaliseerd, waarbij de verbanding op lage temperatuur plaatsvindt door zorgvuldige dosering van zuurstof, aangevoerd door reciproke compressoren (de longen). Het moleculair scheiden van de zuurstof en de dosering naar het voedsel geschiedt via het bloed. De afvoer van het afval is eveneens gelokaliseerd; het afval wordt gescheiden in een waterrijke stroom en een waterarme stroom. Vergeleken met levende organismen heeft de mens zijn maatschappij complex ingericht. Er bestaan vaak 7 vaste infrastructuren (gas, water, elektriciteit, riool, telefoon, kabel en verwarming) en met de afvoer van CO2 zou daar nog een achtste bijkomen. De natuur leert ons dat we dit sterk zouden moeten vereenvoudigen. Afval zou aan de bron moeten worden gescheiden in vast afval en water. Water zou ter plekke moeten worden gereinigd voor hergebruik, vast organisch afval zou ter plekke biologisch moeten worden omgezet in brandbaar gas voor energieopwekking en verwarming. Elektriciteit en informatie moeten worden samengevoegd tot een systeem. Aldus zou met slechts 3 infrastructuren kunnen worden volstaan, 1 meer dan bij de mens. Een tweede opmerkelijke zaak is dat de mens zijn verbranding en energieomzetting in warmte en elektriciteit weet te realiseren op circa 37°C. Technologisch is het nog vrijwel onmogelijk om de zuurstof voor de verbranding zodanig te doseren dat de verbrandingstemperatuur beperkt blijft. Via een overmaat lucht, inclusief alle daarin aanwezige stikstof, wordt bij verbranding een zeer hoge tempratuur bereikt van circa 2500°C. Dit is op zich nog geen probleem als de techniek in staat zou zijn alle arbeid op die hoge temperatuur ook aan het gas te onttrekken. Dit is met de huidige stand der techniek nog niet mogelijk, vandaar dat de grootste “verliezen” zitten in het temperatuurtraject van 2500 naar 1500°C. Eerst onder 1500° C zijn de componenten en materialen in staat om die arbeid te winnen. En dan moet in het algemeen de onttrekking van arbeid gecascadeerd verlopen via het inzetten van een serie werktuigen, elk specifiek opererend in zijn eigen temperatuurgebeid. Met dit voorbeeld is gelijk aangegeven waar nog een stuk technologische doorbraak noodzakelijk is de komende decennia. Een andere weg voor een duurzamer energievoorziening is echter om de natuurlijke processen technisch na te bootsen, ook hier ervoor zorgend dat de exergie-aanpassing (exergy


-71-

40010376-TDC 02-24457A

matching) van de deelprocessen maximaal is. Voor deze vorm van technologie moeten de brandstoffen op lage temperatuur voldoende reactief zijn en wat dit betreft is er een groot verschil tussen fossiele brandstoffen en voedingsstoffen. Vergelijk daartoe ethaan (C2H6) en hexaan (C6H12) met ethanol (C2H5OH) en glucose (C6H12O6) als voorbeelden van industrieel en biologisch voedsel. Koolwaterstoffen uit olie en aardgas zijn slecht oplosbaar in water en dat is een voorwaarde voor conversie via natuurlijke processen. Niettemin zou ook een direct contact van zuursof met glucose tot zeer hoge temperaturen leiden. Door lucht (zuurstof) goed te scheiden en molecuul voor molecuul toe te voeren kan de temperatuurstoename beperkt gehouden worden. Dit principe wordt momenteel in Japan uitgewerkt door de dosering van brandstof en zuurstof via koolstofcapillairen te laten plaatsvinden. Op deze wijze worden lage temperatuur brandstofcellen ontwikkeld welke zijn bedoeld voor de stroomvoorziening van laptops, mobiele telefoons en dergelijke. Een meer duurzame samenleving kan voorts worden bereikt door de ontwikkeling van nieuwe of verbeterde elektriciteitstechnologieën en de toepassing van meer duurzame energiebronnen. Het eerste voorbeeld dat in dit hoofdstuk wordt behandeld geeft de impact aan van technologische ontwikkelingen in combinatie met nieuwe concepten voor de verwarming van onze woningen. In Figuur 4.2a wordt een huidige hoogrendementsketel getoond waarin methaan als brandstof wordt gebruikt. Figuur 2b toont de bestaande, decentrale productie van elektrische energie en warmte in combinatie met een “State-of-the-Art” warmtepomp. De installatie in figuur 2b gebruikt slecht de helft van de brandstof voor de verwarming van dezelfde woning. Bij de toepassing van trigeneratie met hogere elektrische efficiency (60%) en warmtepompen met een hogere “Coefficient Of Performance” (COP= 5.5) kan een verbeteringfactor van 4 gerealiseerd worden in het energieverbruik en de emissies van broeikasgassen. Ook schoon water komt in beperkte hoeveelheden beschikbaar.

(a) Figuur 4.2

(b)

(c)

Een viervoudige reductie in energieverbruik voor de verwarming van woningen is mogelijk met trigeneratie in plaats van de hoogrendement ketel.


-72-

40010376-TDC 02-24457A

(a)

De hoogrendement ketel met gebruik van methaan (aardgas)

(b)

Warmtekracht installatie met een elektrisch rendement van 40% en de toepassing van een elektrische warmtepomp met een COP 3.5-waarde. Trigeneratie met een elektrische rendement van 60%, warmte en waterproductie en toepassing van een geavanceerde warmtepomp met een COP 5.5waarde.

(c)

De technologische verbeteringen, welke nodig zijn voor het realiseren van het concept in figuur 4.2c zijn binnen bereik. De brandstofcel moet in staat zijn om een elektrische efficiency van 60% te realiseren, een warmtepomp met een veel hogere COP-waarde is momenteel in ontwikkeling. De huidige warmtepompen hebben COP-waarden tussen 3 en 3.5 als gevolg van de beperkte efficiency (50%) van de asynchrone motor/compressor en de nogal hoge temperatuursval van 15 tot 25 graden Celsius over de warmtewisselaar. Vervanging van de aandrijving door een permanent magneetmotor ( met en rendement van 70%) die een “scroll compressor” aandrijft en een reductie van de temperatuursval in de warmtewisselaar van 5 graden Celsius door de toepassing van een geweven dunne koperen buizensysteem maken COP-waarden van 6 tot 7 mogelijk. In combinatie met warmteopslag kan dit systeem verder geoptimaliseerd worden. Bovendien kan de warmteflow van het systeem ook omgedraaid worden, waardoor koeling van huizen, warenhuizen of kassen in de zomerdagen mogelijk wordt. De (meer) duurzame energietechnologieën zijn een tweede belangrijke groep van technologieën in ontwikkeling die belangrijk kunnen bijdragen tot een duurzamer samenleving. Met uitzondering van de getijdenenergie zijn alle duurzame energievormen afgeleiden van fusieenergie in de zon welke via licht aan ons ter beschikking komt. Met een gemiddelde instraling van 9,6 MJ of 3 kWh per vierkante meter per dag ontvangt Nederland per jaar 4,1*1013 kWh aan stralingsenergie. Dit is ongeveer honderd maal het jaarlijkse nationaal gebruik van primaire energie. De exergie van zonlicht is 1 en dus gelijk aan het exergieniveau van elektrische energie. Aldus is zonlicht, hoewel diffuus, een excellente energiebron. De beste en meest efficiënte wijze van het omzetten van de photonenergie (zonlicht) in elektrische energie is door het gebruik van photovoltaïsche systemen. De toename van de gebruiksartikelen in de 12 Volt gelijkstroom klasse, bijvoorbeeld voor allerlei mobiele apparaten, maakt het erg aantrekkelijk om hoge efficiënte photovoltaïsche systemen te ontwikkelen voor directe conversie van zonlicht. Een zeer interessante doorbraak is de recent ontwikkelde “Triple-junction three-layered structure” zonnecel met een efficiency van 34%. Zulke apparaten hebben een efficiency dat hoger liggen dan de (totale) ketenefficiency van de meeste geavanceerde grootschalige energiecentrales.


-73-

40010376-TDC 02-24457A

Een andere doorbraak is de technologie voor het fabriceren van oprolbare stationaire zonnepanelen, bijvoorbeeld als toepassing voor dakbedekking. Een interessante ontwikkeling hier is opgepakt door AKZO samen met Shell. De zonnecel is een standaard amorf silicium microkristal dunne film halfgeleider materiaal, waarbij de transparante geleidende oxide bovenlaag gemaakt is van tinoxide die verzadigd is met fluoride in plaats van tinoxide met indium. Glazen panelen als grondlaag worden nu vervangen door een aluminiumfolie waarop de SnO2/F-laag wordt aangebracht. Dit proces voor de productie van flexibele zonnepanelen met een breedte van meer dan 1 meter kan de kostprijs voor zonnepanelen een factor 10 verlagen ten opzichte van de huidige dunne geleidende filmprocessen. De efficiency van dit type zonnecellen is beperkt tot 5 à 6% maar de ontwikkeling van deze goedkope zonnecel is niettemin heel interessant voor stationair toepassing. Uiteraard zal moeten worden uitgezocht hoe stabiel de cel op termijn is en wat de levensduur is. Alle overige van de zon afgeleide energievormen zoals wind, biomassa of waterkracht zijn in zekere mate minder efficiënte energiebronnen. Als voorbeeld biomassa. De zonnestraling in Nederland is circa 35.000 GJ/ha/jaar, rondom de evenaar circa 74,000 GJ/ha/jaar. Deze instraling wordt omgezet in 192 GJ/ha/jaar biomassa-energie, overeenkomend met een efficiency van 0,26 %. Het omzetten van biomassa naar elektrische energie leidt tot een energieopbrengst van slechts 52 GJ/ha/jaar. Dit komt overeen met een efficiency in de keten van slechts 0,07 %. Niettemin is biomassa een zeer belangrijke bron van meer duurzame energie, zie ook hoofdstuk 5, met name voor de CO2 kringloop. Figuur 4.3 geeft een beeld van de effecten van zonnestraling op land en op zee. Het resultaat is een groei van biomassa op land en het principe van de warmtestromen (thermo-siphon principe”) voor windenergie en waterkracht als gevolg van de verdamping en condensatie van de waterkringloop op aarde.


-74-

40010376-TDC 02-24457A

Figuur 4.3 Effect van zonnestraling op land en zee in relatie tot de verschillende opties voor het opwekken van elektrische energie.

Windenergie en waterkracht zijn afgeleide energievormen van zonne-energie welke ontstaan door verwarming van de aarde. Hun oorsprong is de verdamping- en het condensatieproces van water uit de oceanen in combinatie met de rotatie van aarde. Het voordeel is dat de zonnestraling kan worden ingevangen in een oppervlak vele malen groter dan Nederland. Nederland zou theoretisch in staat zijn om in de huidige eigen energievoorziening te voorzien door het installeren van 38.000 MW aan opwekcapaciteit met windturbines met een beschikbaarheidfactor van 0,3 zonder stand-by of geïnstalleerde reservecapaciteit. Voor deze installaties is schaalvergroting noodzakelijk om economisch aantrekkelijk te zijn. Elk jaar zou een verbetering van 7% in prijs/prestatie haalbaar kunnen zijn; derhalve moet deze ontwikkeling gestimuleerd worden. Windturbines van 5 MW kunnen nu reeds gemaakt worden en met 7600 installaties kan de 38.000 MWe gevraagd vermogen worden geleverd. Er wordt echter verwacht dat het gebruik van elektrische energie binnen 25 tot 30 jaar sterk zal toenemen. Het aantal benodigde windturbines dan wel hun capaciteit zal aanzienlijk moeten toenemen. Windturbines in de 10MWe+ range moeten daarom thans worden ontwikkeld. Er is ook een infrastructuur nodig om de geproduceerde elektriciteit naar de gebruikers te


-75-

40010376-TDC 02-24457A

transporteren; het lijkt daarom zinvol om te kiezen voor windparken. Gezien de verwachte ontwikkelingen zal het hoogspanningsnet uitgebouwd moeten worden in de richting van de Noordzee. Aanlandingsplaatsen zijn bij voorkeur de havensteden zoals Delfzijl, Maasvlakte, IJmuiden, Vlissingen/Borssele en dergelijke. Allereerst eindigt daar het hoogspanningsnet zodat doortrekking in zee van daaruit het eenvoudigst en goedkoopst is. Anderzijds gebruiken de havensteden en haventerreinen zeer veel energie en komt er dus minder fluctuerende energie vanuit de windparken het inlandse net in. Windenergie en waterkracht zullen veel aantrekkelijker worden als op Europese schaal wordt gedacht en de ontwikkeling en fabricage plaatsvindt in een Europees consortium. De windturbineparken zullen verspreid moeten staan over een groot gebied in (Noordwest) Europa waardoor de kans dat alle parken niet zou produceren minimaal wordt. Waterkracht is een natuurlijk partner voor opslag en distributie van elektrische energie. Nederland is te klein en te dicht bevolkt voor deze, meestal grote en slecht ogende windenergiesystemen. De zogenoemde NIMBY- (Not In My BackYard) en NIMEY-(Not In My Election Year) principes zijn van toepassing op de meeste landinstallaties of installaties dicht bij de kust. Het ziet er dan ook naar uit dat de grote doorbraak voor windenergie zal liggen in Offshore technologie waarbij de installaties verder in zee zijn geplaatst. Dit vraagt om significante investeringen in ontwikkelingsprogramma’s daar het ontwerp en onderhoud van deze installaties totaal anders zou kunnen zijn dan van de windturbines op land. Bovendien moeten nieuwe soorten fundaties voor de offshore windturbines ontwikkeld worden. De verwachting is dat de typen windturbines welke op land worden gebruikt als eerste op zee gebouwd zullen worden. De daarop volgende generaties windturbines zullen vrijwel zeker een veranderingsproces doormaken om te voldoen aan de condities op zee. De bouw en assemblage van deze installaties zal waarschijnlijk anders zijn als deze nieuwe (voor de zeelocaties) aangepaste concepten in bedrijf zullen komen. Tenslotte enkele woorden over de rol van biomassa. Biomassa is momenteel voor meer dan 80% verantwoordelijk voor het leveren van “duurzame” energie. Bedoeld wordt hier een energievorm met een CO2 arme emissie naar het milieu. Zowel de omvang van de biomassa als de dubbele rol in het leveren van energie in de koolstofketen als het absorberen van koolstof uit de lucht maakt biomassa heel bijzonder. Zo bijzonder zelfs dat hier in een apart hoofdstuk 5 uitvoeriger op zal worden ingegaan.


-76-

40010376-TDC 02-24457A


-77-

5

40010376-TDC 02-24457A

BIOMASSA EN TECHNOLOGIE VOOR EEN DUURZAME SAMENLEVING

Wat zal de energiebehoefte zijn voor expansie op verschillende gebieden in de wereld? Als resultaat van de bevolkingsgroei en de voorziene economische expansie geven de scenario’s van het WEC en andere internationale instituten aan dat de energiebehoefte van de wereld in het jaar 2050 zal toenemen met 50 tot 100%. Naar verwachting zal het elektriciteitsgebruik nog sneller groeien. De emissies van CO2 en andere broeikasgassen worden door vele internationale organisaties gezien als een bedreiging voor de planeet. In 2050 zal circa 85% van de wereldbevolking leven in de ontwikkelingslanden en die landen zullen het grootste deel van de broeikasgas emissies voor hun rekening nemen. Tenzij de ontwikkelde landen oplossingen ontwikkelen en helpen implementeren zoals versnelde elektrificatie en verbeterde efficiency voor de groeiende energiebehoeften in met name deze gebieden.

Over koolstof en CO2 De richtlijnen voor atmosferische concentraties koolstof van de VN “Framework Convention on Climate Change” (FCCC) vragen om een verschuiving naar laag- en emissievrije energieopwekking voor de 21ste eeuw. Voorts om toepassing van methoden voor het afvangen en opslaan van koolstof in deze overgangsperiode. Dit laatste kan elegant via de natuurlijke weg of via een technologische weg. Elektriciteit blijft een zeer praktische oplossing voor het versnellen van de de-carbonisatie van het mondiale energiesysteem. Het toepassen van “source to service” integratie van energie-infrastructuren en nieuwe technologie op het gebied van decentrale opwekking- zoals energie opslagsystemen en kleinschalige warmtekrachtkoppeling – kunnen een belangrijke bijdrage leveren bij het oplossen van de CO2 problematiek. Daarbij moet men zich realiseren dat thans de helft van de wereldbevolking leeft van enige honderden kWh per persoon per jaar. Verder hebben ongeveer 2 miljard mensen geen toegang, in welke vorm dan ook, tot commerciële energie. Dit houdt in dat het realiseren van mondiale elektrificatie rond het jaar 2050 vraagt om jaarlijks op zijn minst nog eens 100 miljoen mensen te voorzien van elektrische energie. Het huidig tempo is 40 miljoen mensen per jaar. Om dit te kunnen bereiken zal er omstreeks 2050 wereldwijd circa 10 miljoen MWe aan nieuw elektrisch vermogen bijgebouwd moeten worden. Dit komt overeen met het elke dag in bedrijf stellen van een middelgrote elektriciteitscentrale (500 MW) in de komende 50 jaar. Dit lijkt veel maar gelet op de dagproductie van automotoren (13.000 MW) is het gering. Van de nieuwe centrales zal een veel hogere efficiency vereist worden. Een steeds toenemend deel van de eenheden zal voorts emissiearm moeten zijn. Omstreeks 2050 zal dit aantal uitgegroeid moeten zijn tot circa 50% van het productiepark om te voldoen aan de milieueisen voor deze eeuw.


-78-

40010376-TDC 02-24457A

Dit is een ambitieus doel dat ook afgeleid kan worden van het “Solidariteit” wereldmodel, zie Appendix B. Het betekent dat er significante verbeteringen in de kwaliteit van het leven mogelijk gemaakt moeten worden op die plaatsen waar de bevolking het snelst groeit maar ook de minste kansen heeft. Een eerste orde benadering van het kapitaal dat nodig is om deze Roadmap aanbeveling te realiseren, is een jaarlijkse investering van 100 tot 150 miljard Euro op wereldschaal. Dit is redelijk consistent met de schatting van het “International Energy Agency” (IEA) van 1,7 triljard Euro aan investeringen, alleen al voor de ontwikkelingslanden, die nodig zijn voor nieuwe elektriciteitscentrales in de periode tussen 1995 en 2020.

De investeringen nodig voor de bouw van 10 miljoen MW aan nieuwe elektriciteitscentrales in de komende 50 jaar lijken extreem hoog, maar het is ongeveer dezelfde investering die de automobielindustrie in vijf jaar doet in het totale motorvermogen bij de mondiale productie van automobielen. De kosten voor de nieuwe energievoorziening van 100 tot 150 miljard Euro per jaar zijn ook minder dan wat de wereld jaarlijks uitgeeft aan de tabaksindustrie. En tabak is nota bene een vorm van biomassa die zinloos in rook op gaat.

Kan biomassa in onze energiebehoefte voorzien? Naar schatting wordt er onder invloed van zonnestraling op aarde per jaar 120 miljard ton biomassa geproduceerd op het land en 50 miljard ton in de oceanen. De op het land groeiende biomassa slaat per jaar circa 60 miljard ton koolstof op. Dit is meer dan 5 maal het totale wereldenergieverbruik! Biomassa is dus een zeer belangrijke bron van energie voor een duurzame samenleving, zowel gelet op het koolstof volume als op de CO2 kringloop. Naar schatting wordt in Nederland voor de voedselketen van mens en dier ruwweg 140 miljoen ton biomassa geproduceerd. Een zeer klein deel hiervan (enige procenten) wordt gebruikt voor de voeding van mens en dier. De rest is afval en excrementen. De hoeveelheden biomassa en de energie-inhoud zijn dus ook voor ons land beduidend. In Figuur 5.1 wordt


-79-

40010376-TDC 02-24457A

een analyse gegeven van de zoninstraling en de gebruikte energie-eenheden voor de productie van biomassa.

Figuur 5.1

Jaarlijkse zoninstraling in Nederland en de gebruikte energie voor biomassa in de voedselketen

Bossen als koolstofopslag De totale stroom van CO2 naar en van de biosfeer is ruwweg 10 maal groter dan de hoeveelheid CO2, geproduceerd door de gehele mensheid. Dit geldt ook voor CH4 en N2O. Dit betekent dat de mogelijkheden die de bossen en de vegetatie bieden in de opslag van CO2 vele malen groter zijn dan het effect van een doorgevoerde de-carbonisatie of rendementsverhoging van de elektriciteitsopwekking met fossiele brandstoffen. De in de vegetatie opgeslagen koolstof moet uiteraard na geruime tijd onder gecontroleerde condities worden verbrand dan wel zuurstofvrij ondergronds worden opgeslagen. De hoeveelheid koolstof waar het om gaat is zodanig groot dat biomassa een hele goede energiebron is die past in het diversificatiebeleid van primaire energie. De bossen in de wereld zijn de belangrijkste troef in het beheersen van het klimaatprobleem. Niet alleen vanwege de CO2 emissie en de koolstofinvangst waardoor ze een bron worden voor duurzamer energie, maar ook voor regulering van de waterstromen op aarde en de stabilisatie van de bodem. Berekend is dat 5*108 ha nieuw bos de CO2 concentratie in de atmosfeer kan stabiliseren. Op aarde is naar schatting 20 x 108 ha ontbost of onbeheerd land


-80-

40010376-TDC 02-24457A

beschikbaar voor herbebossing. Duurzame (her)bebossing is een prima, zei het tijdelijke oplossing voor de opslag van koolstof. Uiteraard moet voorkomen worden dat door rotting en lage temperatuur verbranding (broei) de afgevangen CO2 weer aan de omgeving wordt afgestaan. Maar door het bewust inzetten van deze biomassa voor de energieopwekking (in feite het uitgestelde gebruik van zonne-energie, net als de fossiele brandstoffen het uitgestelde verbruik van zonne-energie zijn) of het ondergronds zuurstofvrij opslaan kan het CO2 probleem worden beheerst. Er zijn dus in feite twee opties waarop biomassa past als antwoord op het klimaatprobleem. De eerste optie is het gebruik van biomassa als bron van opgeslagen zonne-energie, de tweede optie is als natuurlijk opslagmedium voor koolstof. De soort bebossing speelt daarbij een belangrijke rol. In tropische hardhoutbossen is de opbrengst ongeveer 150 ton/ha hout, voor spar of sequoia kan dit wel oplopen tot 1000 ton/ha. Nieuwe technieken en een beter bosmanagement zou op jaarbasis naar schatting een oogst van een kleine 20 miljard m3 per jaar kunnen realiseren. Daarbij zou de hoeveelheid opgeslagen koolstof met 40-60% per jaar kunnen stijgen. Hout, geoogst voor andere doelen dan de energievoorziening, houdt koolstof vast voor enkele maanden (krantenpapier) of enkele eeuwen (meubels) In Europa wordt per jaar al zo’n 80 miljoen m3 hout verzaagd voor allerlei doeleinden. Hierin zit minstens 15 miljoen ton koolstof opgeslagen. Na gebruik is dit een prima brandstof voor een duurzamer energieopwekking. In de context van bovenstaande overdenkingen is er een scala van maatregelen denkbaar en uitvoerbaar die het klimaatprobleem in relatie tot de energievoorziening kunnen aanpakken. In willekeurige volgorde zijn dit technologieën voor het afvangen en opslaan van gasvormig CO2, de-carbonisatie van de elektriciteitsvoorziening door het toepassen van waterstofrijkere bronnen alsmede een zorgvuldige inzet en beheer van de bossen wereldwijd. De elektriciteitsproducenten mikken in deze fase vooral op de efficiencyverhoging van de installaties en de verschuiving naar waterstofrijkere brandstof zoals aardgas of kolen gemengd met biomassa. Het zal, gelet op de overige cijfers in dit rapport, duidelijk zijn dat dit een marginale strategie is. Toch is het in lijn met een reeds lang lopende ontwikkeling waarbij de hoeveelheid koolstof in de brandstof geleidelijk afneemt. In figuur 5.2 wordt het verband getoond tussen de koolstofintensiteit in de brandstof als functie van de tijd. Een Roadmap doelstelling is om dit proces te versnellen van ca 1% per jaar naar 1,5% per jaar.


-81-

Figuur 5.2

40010376-TDC 02-24457A

Afname van de hoeveelheid koolstof in de brandstof als functie van de tijd.

Koolstofopslag De natuur heeft via de vegetatie een perfecte manier om koolstof uit de atmosfeer af te vangen. Wanneer we desondanks minder elegante technologische oplossingen voor het economische afvangen en het veilig voor lange termijn opslaan van koolstofverbindingen opteren, kan dit helpen om de ecologische levensduur van fossiele brandstoffen te verlengen. Het afvangen en opslaan reduceert de netto CO2 emissie naar de atmosfeer bij de energieconversie . Potentiële reservoirs kunnen de geologische formaties en de oceanen zijn. Het wereldwijde koolstofreservoir in de aardlagen is groter dan in de atmosfeer en het reservoir in de oceanen is zelf ook groter. Echter, er moeten nog vele milieu, chemische en fysische uitdagingen opgelost worden als deel van een grotere en mondiale RD&D agenda op dit terrein. Gelet op de natuurlijke, charmante en goedkope manier van vaste opslag als hout is het technologisch verwijderen en gasvormig opslaan maar een twijfelachtige zaak.

Ocean Sequestration Oceans absorb CO2 from the atmosphere, release CO2 to the atmosphere, and store large amounts of carbon. Because the oceans are such an integral part of the natural carbon cycle, it is impossible to ignore them as a possible option for off-setting anthropogenic carbon emissions. The focus is to first gain an understanding of the ocean carbon cycle and deep ocean ecosystems.

Source: DOE


-82-

40010376-TDC 02-24457A

Dure, lage efficiënte koolstof invangst technologie is reeds op de markt, hoofdzakelijk voor de productie van heel zuiver CO2 voor de voedingsindustrie en verbeterde oliewinning. Research is nodig voor de ontwikkeling van goedkope afscheidingtechnologieën en opslag in uitgeputte gasvelden of kolenmijnen. Er zijn verder studies nodig voor de evaluatie van de mogelijkheden van extra biologische opslag van CO2 uit de atmosfeer, bijvoorbeeld door landbouw, bebossing en bemesting van oceanen. Het DOE in de USA is bezig met de afronding van een RD&D Source: DOE roadmap hiervoor. Een interessante methode die daarbij aan de orde komt is het omzetten van CO2 in carbonaat met gebruikmaking van enzymen van schaaldieren. Het beter benutten van de natuurlijke opslag en het beschikbaar komen van goedkope opslag voor koolstofverbindingen heeft tot doel de bedreigde relatie tussen fossiele brandstoffen en het broeikaseffect te verbeteren waardoor de particuliere investeerder meer vertrouwen krijgt om te investeren in centrales met fossiele brandstoffen. Hierbij wordt opgemerkt dat visie en beleid nodig zijn met betrekking tot het handhaven van infrastructuur om brandstoffen zoals kolen ook nog in de toekomst te kunnen gebruiken.

Een gerelateerd onderwerp is de capaciteit van de installaties en de hoeveelheid koolstof die moet worden opgeslagen. Een minimale opslag van ongeveer 1triljard ton koolstof voor de 21-ste eeuw zal nodig zijn om de CO2 concentraties binnen de IPCC limieten van 550 ppm te houden. Per jaar is dat 10 miljard ton. Vergeleken met de 60 miljard ton koolstof die de natuur per jaar opslaat in haar vegetatie is dit relatief gering. De totaal op aarde opgeslagen


-83-

40010376-TDC 02-24457A

hoeveelheid koolstof bedraagt overigens circa 300 triljard ton. De vraag lijkt gerechtvaardigd of ontwikkelingsgelden niet zouden moeten worden besteed aan biologisch/genetisch georienteerd onderzoek voor efficiëntere “natuurlijke” opslag. In deze context gezien is het van belang om bij koolstof verwijdering en -opslag te denken aan oplossinggerichte alternatieven welke kosteffectief dienen te zijn, en niet te gaan denken in rookgas verwijderingtechnieken, waar vaak nog slechts marginale verbeteringen mogelijk zijn. Mondiale samenwerking voor het hoogste rendement lijkt een veel betere en waarschijnlijk ook goedkopere oplossing.

Vervuiling van Water en Land De complexe interactie van een groot aantal processen versterkt de onzekerheid met betrekking tot de gevolgen van afvoer naar/in water of emissie naar de atmosfeer. Er bestaat dan ook behoefte aan onderzoek om vast te stellen wat de geïntegreerde effecten zijn van de lozingen op water- en land op de biodiversiteit. De resultaten van deze studies moeten gevoegd worden bij de modellen voor het inschatten van de risico’s van vervuiling op mensen en al het overige leven. Deze modellen moeten ook een verbeterde inzicht geven over de potentiële invloeden van effecten van elektriciteitsopweksystemen, inclusief de modificaties aan koelsystemen van centrales, effecten op waterkracht capaciteit, reductie in waterstromen en schoonmaak van vervuilde locaties. De modellen zullen beleidsmakers een beter beeld moeten kunnen geven om nauwkeurigere evaluaties te kunnen maken van de voordelen en de kosten bij het elimineren van de vervuiling. Een van de ernstige bedreigingen in de wereld welke op korte termijn om een oplossing vraagt is de sterke toename van de wereldbevolking en het niet beschikbaar zijn van voldoende drinkwater. Er bestaan verschillende technologieën om schoon drinkwater te maken, maar er zal ook gezocht moeten worden naar nieuwe technologie voor het verminderen en schoonmaken van onze afvalstromen en het verbranden van het residu in centrales of afvalverbranders. Bij verbranding van koolwaterstoffen is de productie van water een belangrijk aspect en water/warmtelevering (tri-generatie) moet actief worden bevorderd.


-84-

40010376-TDC 02-24457A

Afvalbeheersing en behandeling Afval heeft grote waarde in het totale systemen. Het is essentieel om afval als een positieve grondstof te gaan zien en niet mee te werken aan verontreinigingen van proces- en goederenstromen in de samenlevingen. Droge afvalstromen kunnen heel goed beheerst worden. Plastics en droge stoffen kunnen uit de afvalstromen verwijderd worden en gebruikt worden als brandstof voor elektriciteitscentrales of afvalverbrandingsinstallaties.

Waterverontreiniging

Scheiding

Recycling

Het is helaas normaal in onze beleving om water toe te voegen aan onze afvalstromen om dan in een volgende fase een veel groter volume in onze afvalbehandelinginstallaties te moeten verwerken. In deze installaties worden dan complexe technologieën toegepast voor het weer scheiden van water en afval. Dit is erg inefficiënt en energie-intensief. Er zijn eenvoudige maar interessante ontwikkelingen gestart om regenwater van onze afvalstromen te scheiden. Er is behoefte aan regelgeving om deze ontwikkeling en nieuwe technologische oplossingen te stimuleren. Het moet leiden tot een samenleving waarin de afvalstromen goed worden beheerst en met gebruik van de juiste technologie naar de juiste plaats geleid. Daar zal het met geschikte processen met een minimale energiebehoefte verder verwerkt dienen te worden. Het streven moet zijn dat de afvalstromen minimaal hun eigen energiebehoeften dekken. Er bestaat interesse voor nieuwe technologie om het gebruik van water in woningen, restaurants, hotels en ziekenhuizen te reduceren door toepassing van anaërobe afbraak van organische resten. Het methaangas dat dan vrijkomt kan gebruikt worden voor elektriciteitsopwekking, water en warmteproductie. Een belangrijk nevenvoordeel is dat dan één infrastructuur (het riool) kan vervallen.


-85-

40010376-TDC 02-24457A

De belangstelling in de industrie om het probleem van de afvalstromen zelf op te lossen neemt toe. De twee basis filosofieën die worden ontwikkeld zijn hoe men het genereren van afval kan voorkomen en het scheiden van afval op de juiste plaats kan doen plaatsvinden. Dit laatste is meestal ook de plaats waar het wordt gegenereerd. Op deze wijze kan men bij de bron het probleem aanpakken. Speciale concepten zijn ontwikkeld en worden reeds toegepast in Nederland. Het proces van de regelgeving is vaak ingewikkeld en moeilijk te begrijpen. Het neemt meestal veel tijd in beslag om instanties duidelijk te maken dat wij niet met afval te maken hebben. Een goed voorbeeld is vliegas van kolengestookte krachtcentrales, dat eens als afval werd beschouwd maar dat nu gebruikt wordt als grondstof in gebouwen en civiele werken.


-86-

40010376-TDC 02-24457A


-87-

6

40010376-TDC 02-24457A

HET VRAAGSTUK VAN DE DEMOGRAFIE IN EUROPA Beheersen van de vergrijzing van de samenleving

De industriële revolutie heeft zich voltrokken over vele generaties en de mensheid de tijd gegund voor persoonlijke en institutionele aanpassingen. Met de huidige informatierevolutie gaat alles veel sneller en geconcentreerder en derhalve zal de impact groter zijn. De geestelijke spankracht van mensen zal meer op de proef worden gesteld. De mondiale demografische uitdaging kan gezien worden als een onoverkomelijk obstakel of een ideale kans. De wereld is in het midden van een bevolkingsexplosie. Omdat men dit complexe vraagstuk niet op een holistische wijze kan bekijken bestaat de neiging om met een beperktere visie naar separate aspecten van het probleem te kijken, bijvoorbeeld: voedsel, gezinsplanning, structurele hervormingen, wetgeving, klimaat, bedrijfsleven, energie, economische ontwikkeling, biodiversiteit. Ten tweede vraagt de sterke concurrentie snelle financiële resultaten, waarbij de economische doelstellingen vaak meewerken aan een ernstige ontwaarding van de menselijke waarde. Als derde punt mag gesteld worden dat het vaak ontbreekt aan geduld, ook gedreven door economische druk, en dat vaak de neiging bestaat om te kiezen voor snelle enkelvoudige oplossing van complexe problemen welke zich over decennia aan het ontwikkelen zijn. Het probleem met de duurzaamheid kreeg mondiale bekendheid in 1987 in de United Nations Commission on Environment and Development, ook wel bekend als de "Bruntland Commissie. Om de doestellingen van deze commissie in een wereld met 10 miljard mensen te realiseren zullen eisen worden gesteld aan technologische vooruitgang, welke niet mogen stagneren door religieuze of regionale meningsverschillen, en met de mogelijkheid van directe inzetbaarheid over de hele wereld. Dit is een van de grootste uitdagingen waar onze samenleving zich voor geplaatst ziet maar wel een, die met vereende kracht realiseerbaar lijkt. De belofte moet niet alleen een toezegging inhouden van het simpel ontsluiten van gelijke kansen voor iedereen. Economische vooruitgang moet meer gaan inhouden dan alleen maar het genereren van inkomsten. Het gaat er ook om het op zodanige wijze uit te breiden dat het een positief effect heeft voor alle mensen op aarde door meer mogelijkheden en keuzes te bieden aan iedereen.


-88-

40010376-TDC 02-24457A

Mondiale bevolkingsgroei en de trends in urbanisatie De meest significante verandering is de ongekende expansie van de wereldbevolking. De wereldbevolking is sinds 1950 verdubbeld en zal omstreeks 2050 wederom een verdubbeling ondergaan tot circa 10 miljard mensen. Circa 90 % van deze groei voltrekt zich in de huidige ontwikkelingslanden. Als vandaag de dag de groei van de bevolking over de aardbol gelijk verdeeld zouden zijn, dan zou de wereldbevolking omstreeks 2050 op circa 10 miljard mensen stabiliseren. Het meest aannemelijk scenario is echter, dat voortplantingscondities –vaak ook als gevolg van geloof en cultuur- significant variëren waarbij in veel gebieden de groei veel groter zal zijn, bijvoorbeeld in Afrika en Zuid Oost Azië. Dit zal vrijwel zeker leiden tot verdere groei van de wereld bevolking tot na 2050. Het leven in armoede voor de meeste mensen in de wereld vergroot de problemen voor het verschaffen van een minimaal niveau van scholing en economische kansen. In de afgelopen 15 jaar is het BNP voor meer dan 100 landen verder teruggelopen en ongeveer 1,3 miljard mensen leven nog steeds van minder dan 1 Euro per dag. Verder hebben een miljard mensen geen beschikking over schoon drinkwater en twee miljard ontberen sanitaire voorzieningen. Meer dan twee miljard mensen hebben geen toegang tot welke vorm van commerciële energie dan ook. Zij leven nog steeds van de lokaal beschikbare biomassa voor koken en verwarming waarbij het milieu aangetast wordt en men de hulpbronnen voor het eigen voortbestaan steeds verder verbruikt. Hierdoor wordt de toekomst van steeds grotere groepen mensen in gevaar gebracht. Het is van groot belang om na te gaan hoe elektrificatie, internet en de nieuwe digitale samenleving hier oplossingen en voorzieningen kunnen helpen realiseren om het succes van de mondiale economie niet in gevaar te brengen.


-89-

40010376-TDC 02-24457A

Een sterke groei in de urbanisatie is te zien in de ontwikkelingslanden waar de verarmde bevolking naar de grote steden trekt op zoek naar vermeende betere kansen. Helaas zijn deze kansen voor veel mensen in de ontwikkelingslanden niet aanwezig waardoor er grote milieuen hygiëne problemen ontstaan in de regio’s en voorsteden van de meeste grote steden in deze landen. De verwachting is dat omstreeks 2050 er circa 60 metropolen met een populatie van meer dan 10 miljoen inwoners zullen zijn. Deze steden zullen hoofdzakelijk liggen in de ontwikkelingslanden. De meeste van deze metropolen beschikken nu al niet over de essentiële infrastructuren om de verdere instroom van mensen aan te kunnen.


-90-

40010376-TDC 02-24457A

De behoefte aan huisvesting, sanitaire voorzieningen, medische zorg, transport- en energieinfrastructuur zijn vele malen groter dan de beschikbare voorzieningen in deze snelgroeiende steden. De noodzaak van schone en efficiënte elektriciteitcentrales is hier veel groter dan de marginale verbeteringen die men, met verouderde technologie, nastreeft in de ontwikkelingslanden. De verwachte sterke groei van het elektriciteitsverbruik in Azië vraagt om snelle geavanceerde technologie voor een verbetering van het milieu en de leefomstandigheden. Bij het bereiken van de grenzen van de groei kan dit tot demografische expansie leiden en tot instabiele economieën als gevolg van de schaalvergroting. Hierdoor kunnen conflicten ontstaan zoals die ook in het verleden voor een belangrijk deel de menselijke geschiedenis en beschaving hebben beheerst. Als voorbeeld kan genoemd worden dat tot voor kort urbanisatie en verbeterde economische condities vaak als synoniem werden gebruikt. Vandaag de dag echter creëert de buitengewoon snelle groei van de urbanisatie, vooral in de ontwikkelingslanden, sociale-, sanitaire- en milieuproblemen die in deze gebieden ver boven de economische mogelijkheden liggen van het plaatselijk bedrijfsleven en bestuur.

De mondiale demografische uitdaging en het effect op de vergrijzing van de samenleving in Europa De op korte termijn verwachte demografische veranderingen in de ontwikkelde landen vraagt om serieuze analyse naar de consequenties voor de hele wereldbevolking maar ook op die van Europa en Nederland. In het jaar 2000 was het voor het eerst in onze geschiedenis dat in de ontwikkelde landen de populatie ouder dan 60 jaar groter werd dan de populatie jonger dan 14 jaar. De populatie tussen 14 en 60 jaar was ongeveer 61 procent; in de komende decennia zal het aantal mensen ouder dan 60 jaar groeien van 20% naar 33% in 2050, terwijl de populatie onder de 14 jaar zal stabiliseren op 15%. Een van de consequenties van deze ontwikkeling is dat in de ontwikkelde landen de werkende klasse zal afnemen en dat er dus veel efficiënter gewerkt moet worden om de sociale voorzieningen in stand te houden.


-91-

40010376-TDC 02-24457A

Demografie van de Ontwikkelde landen

Demografie van de Ontwikkelingslanden 45

35

14 and younger 60 and older

40

30

35

25

30

20

25 20

15

15

10 10

14 and younger 60 and older

5 0 1940

1960

1980

2000

2020

5

2040

0 1940

2060

1960

1980

2000

2020

2040

2060

Year

Year

Bron: UN Population Division, OECD, IMF

Tabel 6. 1

De Mondiale Demografie Uitdaging tot 2050

Bevolking

2000 Percentage

2020 Percentage

2050 Percentage

Ontwikkelde Landen Jonger dan 14 jaar Tussen 14 en 60 jaar Vanaf 60 jaar

19 61 20

17 58 25

15 52 33

Ontwikkelingslanden Jonger dan14 jaar Tussen 14 en 60 jaar Vanaf 60 jaar

33 59 8

33 57 10

20 60 20

Dit proces zal in de ontwikkelingslanden veel later plaatsvinden; de verwachting is dat omstreeks 2020 in deze landen circa 700 miljoen mensen extra op de arbeidsmarkt zullen komen. Tabel 6.1 geeft een van de problemen aan die op ons afkomen. De vergrijzende ontwikkelde landen versus de sterke bevolkingsgroei van jonge mensen in de ontwikkelingslanden. De situatie vraagt om internationale overeenkomsten op het gebied van leveringszekerheid van energie en een sterke groei van de elektrificatie. Voorts om logistieke modellen om de trans-


-92-

40010376-TDC 02-24457A

portinfrastructuur op economisch verantwoorde wijze te ontwikkelen. Dit is een van de moeilijkste eisen waaraan voldaan zal moeten worden voor het bereiken van een meer duurzame mondiale samenleving. Het is een feit dat de hogere welvaart in de ontwikkelde landen ook een grote verandering teweeg heeft gebracht in de levenswijze en levenstandaard van de ouderen in de moderne westerse samenleving. Dit zal zeer waarschijnlijk leiden tot een aanzienlijk hoger energiegebruik en dus meer vraag naar elektriciteit. De verdere groei in elektriciteitsgebruik komt ook doordat veel ouderen de weg weer vinden naar de arbeidsmarkt waarbij ook een toename van het gebruik van de mogelijkheden uit de ICT sector verwacht mag worden. Daar deze klasse een belangrijke deel van de consumptiemaatschappij vormt zal men ook voor deze markt moeten komen met toepassingen als Internet, e-mail, kopen via Internet etc. In de gezondheidszorg is nu reeds een tekort aan gekwalificeerd personeel welke in de komende jaren alleen maar zal toenemen. De projecten met personeel uit het buitenland zijn niet zo succesvol geweest en maken de situatie, door het onttrekken van personeel uit die landen, alleen maar ernstiger. Hierdoor zal in de samenleving druk ontstaan om op het gebied van automatisering en robotica met meer oplossingen te komen voor dienstverlening, specifiek gericht op de vergrijzende bevolking. Het vergrijzingsproces zal vragen naar nieuwe beveiligingen bewakingssystemen met een veel hogere betrouwbaarheid voor gebruik bij deze categorie consumenten. Meer medische (thuis)zorg zal noodzakelijk zijn en dit zal zonder twijfel leiden tot extra energieverbruik en gewenste kunstmatige intelligentie voor het verbeteren van levensbeschermende zaken. In de medische zorg is een groei waarneembaar van gezondheid- en conditiebewakingssystemen thuis, welke gekoppeld zijn aan de medische ziekenhuizen en verzorgingscentra. Deze ontwikkeling zal in de energievoorziening naast hoge betrouwbaarheid ook een veel hogere eis stellen aan de kwaliteit van de geleverde elektriciteit in bepaalde woningen. Er zullen andere typen huizen nodig zijn voor de vergrijzende populatie in de samenleving.


-93-

40010376-TDC 02-24457A

De demografische uitdaging voor de mondiale economie In de ontwikkelde landen ziet men toenemende problemen welke over het algemeen betrekking hebben op een trage productiviteitsgroei, groeiende economische en sociale onzekerheid, stijgende kosten voor het milieu en de verwachting van extreem hoge kosten voor de gezondheidszorg van de vergrijzende populatie. Financiële bronnen zullen zeer waarschijnlijk onder grote druk komen te staan en de competitie voor minder hulpbronnen zal komen vanuit alle richtingen. De economische uitdaging zal toenemende druk uitoefenen op technologische innovatie voor het creëren van verbeteringen in productiviteit en welvaart om een oplossing te bieden voor de genoemde problemen. Technologie kan deze uitdaging wel aan, maar alleen als het kan voortschrijden op een breed front en met een tempo dat voldoende krachtig en continu is opdat het voor kan blijven op de versnelde ontwikkeling van de sociale en milieuproblemen.

Technologische innovatie als motor voor de economie Op dit moment levert technologische innovatie meer dan 50% van de economische groei in de ontwikkelde landen. Vele ontwikkelingslanden hebben dit feit ook onderkend en hebben lange termijn groeistrategieën ontwikkeld om in staat te zijn op de wereldmarkt te kunnen concurreren. Vele van deze landen hebben het voordeel van lage lonen. De grote bedreiging voor de welvaart en de wereldeconomie komt van die landen die niet in staat geweest zijn (en waar geen hulp aanwezig is) om de sprong te maken naar de technologie van de 21ste eeuw. Daar zowel kapitaal als technologie op mondiale schaal mobieler worden zullen de economische instellingen ook andere factoren in hun strategieën opnemen voor het concurrentie voordeel. Zo zal bijvoorbeeld ook goedkope arbeid in de beslissingen meegenomen worden. Speciale en internationale aandacht is gewenst bij de verplaatsing van energie-intensieve industrieën in de richting van de ontwikkelingslanden, om er zeker van te zijn dat ook de beste technologie aldaar zal worden toegepast om te kunnen voldoen aan de mondiale milieudoelstellingen. Het resultaat zal zijn dat het op een breed front economische vooruitgang teweegbrengt wat essentieel is voor een duurzamer toekomst. Dit zal echter ook leiden tot concurrentie en druk op de economieën van de ontwikkelde landen. Als hoge lonen landen zijn zij sterk afhankelijk van technische creativiteit en innovatie, maar ook van superieure infrastructuren om hun concurrentiepositie te kunnen handhaven.


-94-

40010376-TDC 02-24457A

In de bovenstaande ontwikkelingen ligt de grote uitdaging om een wereld te vormen waarin kansen bestaan om mondiaal in modellen te denken waarbij eenieder de kans kan krijgen om voor eenieder, jong en oud, aan een duurzame samenleving mee te werken.

Het Trilemma van de mens op Aarde Het aantal mensen op aarde is slechts een aspect van de menselijke aanwezigheid op aarde. Door het vermenigvuldigen van de wereldpopulatie met het BNP en het mondiaal energieverbruik wordt een beter beeld van de impact van de mens op onze planeet verkregen. Het product van dit volume, het Trilemma van de mens op Gaia, kan gezien worden als een kompas welke aangeeft in welke richting wij opgaan met de duurzaamheid. In 2050 zal het product van deze drie variabelen, bij ongewijzigd beleid, ongeveer 1000 maal groter zijn dan het volume in 1950. In het jaar 2000 was het product reeds 100 maal groter dan in 1950. Een belangrijke vraag die gesteld mag worden, is: kunnen wij op deze wijze duurzaamheid bereiken, en maken wij de doelstelling waar, dat wij de toekomst van volgende generaties niet in gevaar brengen? Het stabiliseren van de wereldbevolking bijvoorbeeld, vraagt om veel hulpmiddelen en energie. In feite is op dit moment, de enige praktische en beschikbare oplossing om de snelle groei van dit trilemma, het product van: populatie, BNP en energieverbruik te temperen, de verbetering van de efficiency van energieomzetting en energiegebruik. Duidelijker gesteld, elektrificatie en hogere efficiency hebben de potentie om progressief dit trilemma aan te pakken met de mogelijkheid om een reductie, en een grote stap naar duurzaamheid, van circa 25% te realiseren in het jaar 2050. De last van de duurzaamheid verplaatst zich ook al in hoog tempo naar de armere landen in de wereld. In 1950 was het aandeel van de ontwikkelingslanden in het trilemma minder dan 10%. In het jaar 2000 was de bijdrage van deze landen reeds gegroeid tot ongeveer 60% en de verwachting is dat dit zal groeien naar 90% in 2050 bij een ongewijzigde ontwikkeling.


-95-

40010376-TDC 02-24457A

De verschuiving van deze onevenwichtigheid naar de minder stabiele gebieden in de wereld is een onderwerp waarover verschil van mening bestaat in politieke debatten en internationale conferenties en zal een bron van voortdurende wrijving blijven. Dit is een extra reden om op mondiaal niveau gezamenlijk te werken aan technologische oplossingen welke kunnen helpen om sociale en politiek spanningen in de wereld te verminderen.


-96-

40010376-TDC 02-24457A


-97-

7

40010376-TDC 02-24457A

HET TRANSPORTVRAAGSTUK EN DE LOGISTIEKE MODELLEN Beheersen van de transport- en logistieke ketens Zonder transport staat alles stil; een Nederlands gezegde

Met de economische ontwikkeling is er ook een groei in mobiliteit ontstaan. Het transport neemt in het totaal mondiaal primair energiegebruik 20% voor zijn rekening; de belangrijkste energiebron is olie. Duurzaamheid vraagt om efficiënter transport maar ook om een verminderde afhankelijkheid van olie. In dit verband lijkt elektrisch transport eerder een noodzaak dan een optie om duurzame ontwikkelingen in de transportsector te versterken. De transportsector biedt significante besparingsmogelijkheden voor energieverbruik en emissies naar het milieu.

Trends in transport Bij het ontwikkelen van concepten voor toekomstig transport, is het belangrijk om trends vast te stellen welke de functionele eisen van de systemen gaan beïnvloeden. Voor het verplaatsen van consumenten en goederen maar ook voor passagiersvervoer, zijn de volgende trends waarneembaar: • Mondiaal Transport De integratie van de financiële markten, liberalisering van de wereldhandel en technologische ontwikkelingen in de transport- en ICT sector hebben aangetoond dat de groei in de transportsector hoger is uitgevallen dan werd verwacht. De productiecentra tonen verdere groei in omvang en worden geplaatst in lage lonen locaties in de wereld. Inherent aan deze ontwikkeling is het feit dat de afstanden tussen de productiecentra en de consumentenmarkten toenemen. Op elk continent zijn grote distributiecentra gepland en het productieproces wordt verder geïnternationaliseerd. Binnen tien jaar (1988-1997) bleek de wereldhandel verdrievoudigd tot circa 5500 miljard Euro in 1997. De beschikbare grootschalige transportsystemen hebben ook hun bijdrage geleverd in de groei van mondiaal transport, handel en economie. • Toename van het volume van consumenten goederen De verwachting is dat in de komende 25 jaar de groei in transport hoger uit zal vallen dan het BNP. Voor Nederland zal deze groei komen te liggen tussen 40 en 150 %, afhankelijk van de economische scenario’s “Divided Europe”, “European Coordination” or “Global Competition”. Deze studies hebben vrijwel zeker dezelfde resultaten als de wereldmodel-


-98-

40010376-TDC 02-24457A

len welke zijn beschreven in Appendix B, voor de scenario’s: “Isolatie”, “Solidariteit” en “Vrijhandel”. • Grenzen aan de groei van de consumptie Er is een toenemend besef dat groei, in de huidige vorm, niet verder voortgezet kan worden. Niet alleen voor het gebruik van energie en hulpbronnen, maar ook vanwege de beperkte ruimte voor de infrastructuur. Voor het verplaatsen zijn olie en olieproducten ideale brandstoffen voor transport over de weg, de binnenwateren en per vliegtuig. Echter, deze hulpbronnen zijn slechts voor een beperkte tijd beschikbaar en in een beperkt aantal handen. Het blijkt dat ondanks de huidige consumptiesnelheid de prijzen van olie en olieproducten erg laag worden gehouden en zo een obstakel vormen voor de ontwikkeling van efficiëntere transportconcepten. • Urbanisatie Van de huidige mondiale bevolking wonen er circa 3 miljard mensen in en om de steden, omstreeks 2025 zal dit toenemen tot 4,5 miljard. Er zullen in 2015 meer dan 15 steden zijn met 15 tot 20 miljoen mensen (World Development Report 1997). De problemen met de bereikbaarheid zullen toenemen met betrekking tot planologie voor woon- en werkomstandigheden, kleine industrie, recreatie en infrastructuur. Er zullen nieuwe oplossingen gezocht moeten worden voor het verplaatsen van mensen en goederen in en uit deze metropolen. De huidige transportsystemen en diensten worden geconfronteerd met steeds meer beperkingen om de huidige prestaties of verder verbeteringen te realiseren in de bestaande infrastructuur. • Concentratie en Samenwerking In het transporteren van consumenten artikelen heeft men service netwerken met hoge frequentie en capaciteit ontwikkeld. Dit is heel goed te zien in de luchtvracht, containervervoer, en snelle services bedrijven zoals DHL. Deze ontwikkelingen hebben geleid tot het ontstaan van een beperkt aantal bedrijven in het grootschalig transport maar het vereist wel betere samenwerking tussen al de spelers in de logistieke keten. Een voordeel van een beperkt aantal bedrijven is dat het mogelijk wordt om alles beter te structureren, te optimaliseren en te organiseren. Dit resulteert in een meer efficiënte bedrijfsvoering, betere dienstverlening en kostenreducties waar alle deelnemers in de keten van kunnen profiteren. • Betere arbeidsomstandigheden Betere werkomstandigheden worden steeds meer nagestreefd en in enkele landen al wettelijk voorgeschreven. In bepaalde landen eist de wetgeving meer betrokkenheid van


-99-

40010376-TDC 02-24457A

de werknemers in het totale planningsproces en bij het bepalen van de lange termijn visie. In de westerse wereld kent men nu reeds de werkweek van 32 tot 40 arbeidsuren. Daarnaast wordt ook deeltijdwerk gestimuleerd en dat stelt eisen aan de communicatie in de bedrijven in de vervoerssector, waarbij nu reeds 16 tot 24 uur per dag en 7 dagen per week gewerkt wordt. • E-commerce Het nieuw fenomeen in de consumentenwereld is de ontdekking van Internet en e-mail voor E-commerce. Deze ontwikkeling zal een sterke groei tot stand kunnen brengen in de handel, koop en verkoop van goederen. Door een enkele handeling via het toetsenbord kan een klant een opdracht plaatsen waarbij een compleet en mondiaal industrieel en logistiek proces in gang kan worden gezet. De verwachting is dat binnen 5 jaar de handel via E-commerce toe zal nemen tot 100 miljard Euro met als resultaat een gigantische logistieke stroom aan informatie en enige miljarden eenheden van producten voor consumentenmarkten. Deze nieuwe goederenstromen zullen om nieuwe concepten voor gespecialiseerde pakketten en express diensten vragen. Momenteel leveren lucht- en wegtransport deze diensten maar in de naaste toekomst zal dit niet meer voldoende zijn. De verwachting is dat E-commerce deze mogelijkheden naar hun limiet zal voeren en dat nieuwe concepten voor spoor-, wegen zeetransport zullen moeten worden ontwikkeld. De nieuwe logistieke informatie systemen zullen veel geavanceerder moeten zijn en voorzien in bepaalde diensten zoals “Tracking and Tracing”. De bedrijven die betrokken zijn bij het transportgebeuren zullen zich verder ontwikkelen tot geïntegreerde bedrijven die de totale logistieke keten moeten beheersen. • 24-uurs Economie Het concept van de 24-uurs economie blijkt het nieuwe concept van het mondiale zakenleven te worden. Dit zal tot grote veranderingen in onze samenlevingen en leefwijze leiden, waarbij traditionele werkuren niet meer gebruikelijk zullen zijn. De kapitaalsintensieve productieprocessen zijn nu al voor 16 uur per dag in bedrijf en zullen in de toekomst een vrijwel continue stroom aan grondstoffen vragen en daarmee de bestaande infrastructuur verder onder druk zetten. • Kostenbeheersing In de transportsector was kostenbeheersing mogelijk door schaalvergroting, specialisatie, planning en meer technologie toe te passen op de zeeschepen en de containerterminals. Op land is het uitvoeren van aanpassingen nogal moeilijk en meestal onvoldoende geweest. Dit heeft geleid tot grote druk op “Just In Time” concepten en het opofferen van milieuaspecten. Met de verwachtte groei van 40 tot 150% in het volume van de transporteren goederen zullen de belangrijkste wegen naar de distributie centra de bottlenecks voor


-100-

40010376-TDC 02-24457A

verdere groei worden. Kostenbeheersing zal blijvende aandacht vereisen en het zal duidelijk worden dat de kans op succes groter zal zijn als alle spelers in de totale logistieke keten zich realiseren dat de samenwerking optimaal zal moeten zijn.

Behoefte aan brandstofdiversificatie voor transport Momenteel rijden er 500 miljoen auto’s op aarde en per dag komen er 130.000 bij. Het gaat hier dus om een groot aantal kleine decentrale W/K eenheden. Met een gemiddelde van 100 kW per motor komt er dus dagelijks 13.000 MW vermogen bij. Brandstofdiversificatie via een tussenomzetting in elektriciteit kan helpen om de vraag naar aardolie en afgeleide producten te verminderen. Dit in een fase waarin de ontwikkelingslanden bezig zijn om hun transportsystemen te ontwikkelen. De optie van elektrische aandrijving/voortstuwing zal ook de energie-efficiency verbeteren en kan voor de transportsector een reductie van broeikasgassen met een factor twee realiseren. Dit is het beste te begrijpen aan de hand van een ketenanalyse. Daarbij wordt de gehele keten vanaf de oliebron tot aan de tractie op het voertuig gevolgd. Figuur 7.1 toont het resultaat.

Figuur 7.1

Een “well-to-wheel” analyse voor vervoer

Na het winnen van de olie wordt ca 10% van de energie-inhoud afgefakkeld als methaan. Ruwweg 2% is nodig voor het transport naar de raffinaderij ca 6% in de raffinaderij en 2% voor de retail. Aan de pomp is nog 80% van de energie-inhoud over. De verbrandingsmotor is een zeer inefficiënt apparaat met een geringe efficiency. In een automobiel wordt het me-


-101-

40010376-TDC 02-24457A

rendeel van de brandstof omgezet in laagwaardige warmte via de motor, de versnellingsbak en de lucht en rolweerstand. Omdat een auto niet meer dan 3000 uur levensduur heeft kan de energie voor het maken van de auto niet verwaarloosd worden. Het ketenrendement is slechts 7%. Door elektriciteit te maken voor een elektrische auto kan dit ketenrendement worden verhoogd naar 15% met een veel betere beheersbaarheid van de emissies naar het milieu. Door verdere integratie van de elektriciteitscentrale met de raffinaderij en/of de integratie van de elektriciteitscentrale met de elektrische auto (hybride-concept) kan het ketenendement verder worden verhoogd. Er bestaat grote onzekerheid over de toekomstige aardolie reserves. Schattingen van de voorraden variëren van minder dan 50 tot meer dan 100 jaar. De verwachting is dat aardolieproductie binnen de komende 2 a 3 decennia over de piekproductie zal gaan, gevolgd door een sterk verminderd aanbod bij een sterker groeiende vraag. Gegeven de ongelijke verdeling van de aardoliereserves in de wereld (met sociale en politieke instabiliteit in de gebieden met de grootste olievoorraden) is dit een verhoogd risico voor de leveringsbetrouwbaarheid. Vooral in de opkomende economieën in Azië, Latijns-Amerika en Afrika is men bezig om de aardolie consumptie te verhogen met een vraag naar 40 miljoen vaten olie extra per dag.

Naast de verwachtte instabiliteit op de aardolie markt is een van de belangrijkste onderwerpen in deze eeuw hoe men de reductie in emissies en energieverbruik in privé voertuigen wil bereiken. Zoals gezegd is elektriciteit aantrekkelijk, maar kan waterstof zijn intrede als brandstof voor vervoer doen? De auto-industrie is bezig met immense inspanningen om de brandstofcel voor auto’s te ontwikkelen. Elke bekende autofabrikant heeft in zijn een programma een aantal hybride- (verbrandingsmotor/electromotor) en/of met de brandstofcel aangedreven typen hybride voertuigen opgenomen. De verwachting is dat omstreeks 2025 de meeste nieuwe auto’s op de wereldmarkt zullen worden aangeboden met een sterke vermindering in het verbruik van de brandstof. Elektrische, hybride en met brand-


-102-

40010376-TDC 02-24457A

stofcel aangedreven automobielen zullen agressief concurreren op de automarkt. Tenslotte zouden aandrijfsystemen welke waterstof als brandstof gebruiken een goede duurzame, emissievrije oplossingen kunnen leveren voor het vervoer indien men bereid is om de juiste prioriteiten te geven aan de technologische ontwikkeling.

De toekomst van de auto In de auto-industrie wordt, om aan de milieueisen te voldoen, uitgekeken naar auto’s met hybride aandrijving, al dan niet met als energiebron de brandstofcel. Elektrisch aangedreven voertuigen voor binnenstedelijk vervoer kunnen waarschijnlijk een belangrijke bijdrage gaan leveren om aan de lokaal toegestane emissie en milieueisen te voldoen. Voor de brandstofcel lijkt het beter om concepten te ontwikkelen waarbij de brandstof dichtbij de brandstofcel wordt gevormd (hoge temperatuur katalyse). Een andere mogelijke ontwikkeling zou kunnen liggen in het principe van geleide voertuigen waarbij men vooraf beslist wat de eindbestemming is en via een intelligent systeem naar de bestemming wordt geleid. Dit systeem zou zowel voor personenvervoer als vrachtvervoer gebruikt kunnen worden. Het GPS (Global Positioning Systeem) is een goed voorbeeld in welke richting de oplossing gezocht zou kunnen worden. Het kan zinvol zijn om alle ontwikkelingen op dit gebied eerst in kaart te brengen en daarna nieuwe concepten te bedenken. Zo heeft de luchthaven Schiphol ook al een systeem in bedrijf waarbij geleide voertuigen ingezet worden om vracht te vervoeren. Simulatie technologieën zijn reeds beschikbaar voor de ontwikkeling van nieuwe concepten. Simulatie heeft ook het voordeel dat systeemontwikkeling en -verbetering kosteneffectief kunnen worden uitgevoerd.


-103-

40010376-TDC 02-24457A

Transport over het spoor De trein is feitelijk het enige vervoermiddel waar elektriciteit in forse mate bijdraagt aan de voortstuwing. Transport over de spoorwegen in Nederland is inefficiënt en grote verbeteringen zijn mogelijk en gewenst. De meeste treinen voor personenvervoer rijden voor het overgrote deel van de tijd met een heel lage benutting van de beschikbare ruimte. In de spitsuren kan men het aanbod van passagiers maar moeilijk aan.

Figuur 7.2 Intelligente treinterminal met de mogelijkheid van optimaal rangeren van goederentreinen Het lijkt zinvol om uit te kijken naar concepten waarbij multifunctionaliteit wordt ingevoerd in de transportsystemen voor het spoor en waarbij ook gekeken wordt naar optimale benutting van de ruimte bij stations. Hierbij moet gedacht worden in driedimensionale oplossingen zowel boven- als ondergrondse. De stations moeten opgebouwd worden als intelligente passagiers- en distributiecentra (transferpunten). Naar gelang de vraag kunnen treinen voor passagiersvervoer of als combiconcept voor passagiers en vrachtvervoer ingezet worden. Dan wordt de infrastructuur beter benut en wordt een grotere bijdrage geleverd aan het ontlasten van het verkeer op de snelwegen. Op deze wijze zou het verplaatsen over het spoor beter, sneller, goedkoper, flexibeler en duurzamer kunnen gebeuren. Dit zal wel vragen om meer kunstmatige intelligentie op de van belang zijnde treinstations waarin complexere transportstromen en activiteiten plaats zullen vinden.


-104-

40010376-TDC 02-24457A

Voor deze ontwikkeling is research nodig hoe informatietechnologie, transporttechnologie en elektrificatie gecombineerd kunnen worden om zo te komen tot geavanceerde oplossingen, afgestemd op de toekomstige behoeften binnen steeds minder beschikbare ruimte.

Figuur 7.3

De Combitrein voor gescheiden personenvervoer en goederenvervoer.

Op deze wijze zou het vervoer per spoor zich verder kunnen ontwikkelen tot een efficiënt transport systeem. Railvervoer zou kunnen worden uitgebreid en passen in het plan voor intercontinentaal vervoer in een belangrijk deel van West Europa. Het zou verder goed kunnen voorzien in de vraag naar logistieke oplossingen voor de verwachte groei in transport als gevolg van de mondiale demografie in de komende decennia. Verder zullen de intelligente treinstations goed passen in de digitale samenleving met hoge capaciteit transport oplossingen. De groei in elektrificatie van het transport zal verder gedreven worden door onderwerpen als congestie, lawaaihinder van het huidig verkeer en de luchtvervuiling in bevolkte regio’s. Het is mogelijk dat, om de doelstellingen van de Kyoto overeenkomst in 2025 te realiseren, het legitiem zou kunnen worden om lokale regels in te stellen. Voor dichtbevolkte gebieden zou de hogesnelheid/elektrische inductie zweeftrein de “Maglev” een aantrekkelijk strategisch alternatief kunnen worden voor het minder efficiënte luchtverkeer. Tegelijkertijd helpt het telewerken ook bij het oplossen van het probleem met de congestie, milieuvervuiling en de tijd die verloren gaat met het reizen. Uiteindelijk zullen


-105-

40010376-TDC 02-24457A

"virtuele reizen" gebaseerd op “Tele-presence” technologieën voor een steeds groter deel het fysiek transport van passagiers gaan vervangen. De verwachting is dat met het nieuw “European Rail Traffic Management System” (ERTMS) een substantiële verbetering in veiligheid en internationaal verkeer mogelijk zal worden, waardoor meer geavanceerde transportsystemen en vergroting van vervoerscapaciteit per trein binnen enkele jaren mogelijk worden.

European Rail Traffic Management System – ERTMS Een nieuw controle-, beheers - en bewakingsysteem voor spoorwegen ten behoeve van integraal verkeer door het Europees rail netwerk.

Transport Infrastructuren in Nederland In Nederland zal de efficiency in de logistieke ketens moeten toenemen. Echter, de bouw van nieuwe infrastructuur is vrijwel onmogelijk. Zie bijvoorbeeld de Betuwelijn, waar administratieve en regelgevende processen duur en tijdverslindend zijn. Met de sterke ontwikkeling van de nieuwe logistieke centra, welke niet zo afhankelijk zijn van de infrastructuur, zal de opslagfunctie zich hiernaar verplaatsen en het "Just in Time" principe zal de diensten voor de klanten verder verbeteren. Het wordt nu echter tijd om het “Just In Time” concept zelf te gaan optimaliseren wanneer gekeken wordt naar beter benutting van infrastructuur en men eisen


-106-

40010376-TDC 02-24457A

gaat stellen aan de duurzaamheid in de gekozen oplossingen. De mogelijkheden om combivoertuigen voor passagiers en vrachtvervoer te ontwikkelen zal ook onderzocht moeten worden. Hierdoor worden de voertuigen effectiever gebruikt en ontstaan er verbeteringen op ander gebieden zoals minder congestie door minder vrachtverkeer in de steden, minder uitstoot van schadelijke uitlaatgassen en economisch sterkere transportbedrijven. Nederland heeft een ideaal wegennet voor stedelijk en regionaal vervoer van passagiers per bus. Deze bussen worden meestal alleen in de spitsuren efficiënt gebruikt en zouden buiten de spits als combivoertuigen voor passagiers en vrachtvervoer (Euro-pallets en pakketten) ingezet kunnen worden. Hierdoor zouden busstations goed geïntegreerd kunnen worden met treinstations tot grote intelligente knooppunten voor passagiers en goederenvervoer. Dit zal leiden tot veel effectievere dienstverlening en werkgelegenheid in een sector waar de komende jaren zware eisen gesteld zullen worden aan milieu en efficiency.

Figuur 7.4a Combibus type A

Figuur 7.4b Combibus type B

Grootschalig en bulk transport Er bestaat grote behoefte aan geavanceerde transportinfrastructuren en systemen voor gebruik in de nieuwe logistieke modellen. Maar ook technologie voor het efficiënter gebruik van grondstoffen, hulpbronnen, de infrastructuur en het reduceren van de belasting van het milieu in het proces van de omzetting van de grondstoffen in halffabrikaten en eindproducten. Voor de grootschalige mondiale transportstromen in het van belang om verschillende energiebronnen te evalueren, zoals bijvoorbeeld kernenergie, voor gebruik bij de scheepsvoortstuwing van de nieuwe generatie vrachtschepen. Met de vergroting van het laadvermogen van de nieuwe zeeschepen moesten de container terminals ook meegroeien om aan de eisen en de vervoerscapaciteiten van de bedrijven met de grote containerschepen te voldoen.


-107-

40010376-TDC 02-24457A

Daar het achterland de bottleneck werd voor deze schepen, moesten de container terminals in oppervlakte en volume toenemen. Men zich kan de consequenties van de demografische uitdaging op de wereldeconomie en op Nederland in het bijzonder voorstellen wanneer nog grotere containerschepen ingezet zullen worden voor het vervoeren van goederen tussen Azië, Europa en de USA. Het goed beeld van de veranderingen op de container terminals kan makkelijk geïllustreerd worden door de (r)evolutie in de ontwikkeling van de containerkranen op container terminals te bekijken. Voor de grote containerschepen betekent economisch en efficiënt bedrijf een minimale verblijftijd van de schepen in de haven. De geavanceerde container terminals zijn voorzien van “high tech”, bijna volautomatische laad- en los infrastructuren waarbij moderne informatie technologie wordt toegepast in de bedrijfsvoering van de container terminal. Hier ontstaat het probleem voor de moderne samenleving en het dilemma en de uitdaging voor het transport; meestal is de infrastructuur op land, bijvoorbeeld de wegen, de spoorwegen, de waterwegen en de luchthavens niet aangepast aan de enorme capaciteit van de containers en containerterminals. In bulk transport van grondstoffen zijn ook heel grote reducties in energieverbruik en belasting van het milieu mogelijk. Voor het halffabrikaat aluminium is uitgerekend dat voor de productie van 1 ton aluminium 40.000 tonkilometer grondstof verplaatsing nodig is. Een beter voorstel is om het mijnproces, het raffinageproces voor aluinaarde en het smeltproces voor aluminium te combineren en daarbij een energiebron te kiezen welke ter plekke in alle energiebehoeften, op een milieuvriendelijke en duurzame wijze, kan voldoen.

Figuur 7.5 Het samenbrengen van het aluminium productieproces en energie


-108-

40010376-TDC 02-24457A

Soortgelijke logistieke modellen kunnen ook opgezet worden voor de volumestromen van de andere grondstoffen voor de mondiale goederenmarkt waarbij de juiste energiebron(nen) gekozen dienen te worden voor minimale CO2 uitstoot en de belasting van het milieu. Met deze logistieke modellen en een beter ontwerp kunnen standaardconcepten ontwikkeld worden waardoor elektrificatie en automatisering mogelijk wordt. De voordelen van deze ontwikkeling voor het milieu en de economie zijn reeds eerder gemeld in deze studie. Voor een voorspelbare en betrouwbare goederenstroom zullen de infrastructuur, de kwaliteit van de knooppunten (overslag- en distributiecentra) en de functionaliteit van het totaal logistiek model gegarandeerd moeten worden.

Evenwichtigheid in de economie van schaalvergroting De uitdaging voor de transportsector is om de eigen capaciteitsvergroting te garanderen bij de verwachte economische groei. Dit zal mogelijk resulteren in significante veranderingen in schaalvergroting voor verschillende secties in de logistieke ketens. Containerschepen hebben in de afgelopen decennia een verdrievoudiging in de schaal laten zien, terwijl bij transport op land niet eens een evolutie in schaalvergroting heeft plaatsgevonden. Deze onevenwichtigheid heeft de druk op de infrastructuur op land verhoogd, daar waar de meeste systemen al tegen hun maximale capaciteit in bedrijf zijn. Investeringen in de transportsector zijn voor de lange termijn en ze zijn kapitaalintensief. Dit vraagt dus om toekomstvisie, goede planning en beleid voor het ontwikkelen van vervoermiddelen, infrastructuur, knooppunten, organisatie en informatie management systemen. Er is een grote behoefte aan een visie over de toekomst voor het ontwikkelen van concepten voor het intermodaal transport voor ten minste twee generaties (50 jaar) in de toekomst. Investeringen in transportsystemen worden gedaan in concepten met een technische levensduur van 50 tot 100 jaar. Voor de bedrijfseconomische levensduur wordt meestal een periode van circa 30 tot 40 jaar aangenomen.


-109-

40010376-TDC 02-24457A

Een terugblik vanuit het jaar 2000 naar omstreeks 1950 toont een enorme verandering in technologie in onze samenleving en het is wel duidelijk dat de groei en de veranderingen in de komende decennia veel sneller zullen verlopen. Nieuwe transportconcepten voor zeeterminals, intelligente logistieke centra, treinstations en busstations vragen een ontwikkeltraject van 8 tot 12 jaar om te komen tot een operationeel systeem. Nieuwe infrastructuur, bij het met goed functioneren van weten regelgeving, neemt 10 tot 20 jaar in beslag; dit komt overeen met een generatie in onze samenleving. Het zal dus duidelijk zijn dat deze belangrijke en noodzakelijke veranderingen veel tijd vragen waarbij goede besluitvormingsprocessen van vitaal belang zijn. Als men aan deze aspecten niet voldoende aandacht besteedt, kan dit leiden tot onevenwichtigheden in schaalgrootten van systeemonderdelen die dan nog nauwelijks te corrigeren zijn en zullen leiden tot suboptimalisatie. Bij het bestuderen van de toekomst van het transport lijkt het essentieel om de toekomst scenario’s, zoals beschreven in appendix B, mee te nemen in de besluitvorming met betrekking tot projecties van 2025 naar 2050. De vier wereldmodellen kunnen als nuttige informatiebron dienen voor het ontwikkelen en opschalen van de toekomstige transportsystemen voor de moderne samenleving. Als men de plaats van transport in onze duurzame toekomstige samenleving wil kunnen beoordelen, zou het zinvol kunnen zijn om zich los te maken van de hedendaagse voorwaarden en condities. Men mag aannemen, dat de transportconcepten welke wij nu aan het ontwikkelen zijn, midden en eind deze eeuw nog terug te vinden zullen zijn in de dan ontstane wereld. In die wereld zal transport vrijwel zeker gezien worden als de bloedsomloop van een wereld, die net aan zijn puberteit begonnen is. Die wereld zou er als volgt uit kunnen zien: - een wereldbevolking van 10 miljard mensen - een duurzame groei van de wereldeconomie en de welvaart - aardolieproducten die relatief 10 x zo duur zijn geworden - metropolen met 20 tot 50 miljoen mensen - een verdubbeling van het vervoer van basisgrondstoffen - een verviervoudiging van het gecontaineriseerd stukgoederen vervoer. Deze ontwikkelingen, met in achtneming van de tijd welke nodig is voor ontwerp en realisatie van mondiale transportsystemen, dienen om de urgentie van de situatie aan te geven.


-110-

40010376-TDC 02-24457A

Kennis, Creativiteit en Innovatieve oplossingen Elektrificatie, Automatisering en Innovatieve transportconcepten zijn de grote uitdagingen voor de logistieke keten in het algemeen en voor Nederland in het bijzonder in deze eeuw. Met de demografische uitdaging in gedachte is er nog beperkte tijd om optimale oplossingen voor de transportsector te bedenken en te realiseren en zo de Nederlandse economie maximaal en duurzaam te laten doorgroeien met de snelle veranderingen in de mondiale digitale samenleving.


-111-

8

40010376-TDC 02-24457A

OVERIGE RELEVANTE ZAKEN VOOR DE SAMENLEVING Beheersing van Sociale en Milieu Aspecten in de Digitale Samenleving

De integratie van de elektriciteitsdistributie en kennisnetwerken in een intelligent-elektrisch ("intellectric") netwerk maakt een groeiende verscheidenheid aan producten en diensten rondom energie, informatie en andere netwerkdiensten mogelijk. De consument krijgt toegang tot meer comfort, veiligheid, privacy, ontspanning en studiemogelijkheden. Zakelijke en industriële consumenten zullen de beschikking krijgen over nieuwe mogelijkheden voor het stroomlijnen van processen, voor het reduceren van de kosten maar ook uitgebreide mogelijkheden voor groei door nieuwe diensten aan te bieden aan hun eigen klanten. Echter, de huidige investeringen en aanpak van de energiesector zullen slechts een evolutieproces in de “intellectrics” tot stand brengen. Het realiseren van de grotere economische kansen vraagt om substantiële investeringen in zowel RD&D als infrastructuur.

Consumentgestuurde Service Netwerken De elektrische industrie wordt nu geconfronteerd met een niet traditionele transitie van een gereguleerde markt voor elektriciteitsopwekking, transmissie en distributie naar een gedereguleerde markt waarin energiediensten, de energiemarkt en op informatietechnologie gebaseerde dienstverleningen en producten aangeboden worden. Dit alles met als doel om de consument meerwaarde aan te bieden. De consument zal de beschikking krijgen over nieuwe keuzemogelijkheden en de samenleving zal zich ontwikkelen via door de consumentgestuurde servicenetwerken, welke een scala van intelligente energiediensten mogelijk maken. De netwerken moeten in staat zijn om maximale flexibiliteit te leveren, beheersbaar zijn en verder geoptimaliseerd zijn op de eindgebruikerseisen. Daarnaast moeten ze ook automatisch corrigerend optreden bij storingen. Feitelijk worden de netwerken “Virtuele Energiebedrijven”. In het verleden bood het traditionele energiebedrijf traditionele diensten zoals elektriciteit, gas, warmte en (warm) tapwater. Het was normaal dat meerdere bedrijven betrokken waren bij het uitvoeren van deze diensten.


-112-

40010376-TDC 02-24457A

De transitie zal de nieuwe elektriciteitsbedrijven in staat moeten stellen om volledige toegang te bieden tot: • Complete “real-time” informatie en keuzemogelijkheden voor diensten. • 100 % betrouwbare, storingsvrije kwaliteit wanneer noodzakelijk • De minst vervuilende energiebron naar keuze • Lagere energieprijzen en hogere kwaliteit van dienstverlening • Verdere voordelen van concurrentie en marktwerking. Wanneer het door de consument gestuurde “virtuele energie bedrijf” eenmaal in de economie is opgenomen, kan het een belangrijke weg worden voor het introduceren van innovatieve technologieën over de gehele energieketen. Het zou de efficiency van de gehele energieketen kunnen verbeteren door het koppelen van systeemintelligentie met de intelligentie, ingebouwd in de systemen bij de consument. Een verdubbeling van de energie efficiency over de totale keten moet mogelijk zijn. Van het energiebedrijf zal verwacht worden dat hij de consumentbehoeften goed kent om zo de beste energieoplossingen te kunnen leveren. Hiervoor zal hij moeten meedenken in de meest optimale oplossingen voor de consument. Ook dit kan weer de efficiency van de totale energieketen ten goede komen. Het energieverbruik in de "smart houses" zal toenemen omdat meer mensen gebruik zullen maken van telewerken. De kosten voor communicatie moeten drastisch verlaagd worden waardoor thuiswerken meer gaat bijdragen tegen het dichtslibben van de autowegen. De introductie van elektriciteit heeft ook nog een andere dimensie. De overlapping van netwerktoepassingen in beheers, administratieve en klantvriendelijke activiteiten op het gebied van telecommunicatie, gas, water en afvalbehandeling kan leiden tot een betere integratie van de totale infrastructuur en belangrijke besparingen in de samenleving door integratie van de ketens. Het zou de betere oplossing kunnen zijn voor metropolen in de wereld, die nu hun infrastructuren moeten gaan bouwen tegen de laagste kosten. Het niet slagen van zo’n opzet heeft mogelijk als consequenties: • Devaluatie van de waarde van deregulering • Hogere infrastructuurkosten • Gemiste kansen voor het bedrijfsleven.


-113-

40010376-TDC 02-24457A

De klant van de toekomst In de moderne samenleving zal de consument niet automatisch reageren op het prijsmechanisme van de markt. Het besef van een duurzaam milieu begint nu reeds de keuze van de consument te beïnvloeden. Tot op heden had het milieu wel een waarde maar nog geen prijs. Dit lijkt nu te gaan veranderen. De focus in de ontwikkeling van technologie voor de consument zal gericht moeten zijn op innovatieve dienstverlening in de nichemarkt. Feit is dat elektrische systemen gerelateerd zijn, en meestal ook ondersteuning bieden, aan de meeste infrastructuren zoals, verkeer, transacties, communicatie etc. Deze systemen zijn ingebed in de samenleving en ondersteunen de ontwikkelingen in bijvoorbeeld demografie en planologie. Met de deregulering en liberalisering zijn grote veranderingen te verwachten op het gebied van wetgeving en beleid waarmee men rekening zal moeten houden. In de nieuwe energie infrastructuur wordt er aan het onderwerp betrouwbaarheid momenteel te weinig aandacht besteed, terwijl de relevantie snel toeneemt. Betrouwbaarheid en kwaliteit van de elektriciteitslevering zijn bezig uit te groeien tot een van de grootste uitdagingen voor de industrie, vooral voor de hightech eindgebruikers. Deze twee onderwerpen zijn van levensbelang voor deze tak van de industrie en men is bereid ervoor te betalen, bijvoorbeeld de data-hotels in en rond Amsterdam. In Nederland is men in het verleden feitelijk onbekend met het fenomeen van de betrouwbaarheid van de levering. Ook heeft men weinig ervaring met het begrip kwaliteit van de levering waardoor er vaak een begripsverwarring ontstaat. Nieuwe technologie toont veelbelovende oplossingen, maar er is nog wel RD&D gewenst in energieopslagsystemen en het opzetten van de virtuele Energie-web bedrijven. RD&D en technologische doorbraken kunnen de samenleving veranderen en bijdragen om een duurzame samenleving te bereiken.

Technologieën voor klantgestuurde service netwerken Het potentieel van een volledig klantgestuurd netwerk is relatief makkelijk voor te stellen. De technologieën die nodig zijn voor een dergelijke transitie zijn in ontwikkeling maar de weg naar een dergelijk netwerk is nog niet duidelijk. Goedkope elektronische meters met interactieve communicatiemogelijkheden zijn nodig om “real-time pricing” opties aan te bieden. Meer geavanceerde afstemmingstechnologie zal nodig zijn voor het faciliteren van gecombineerde utiliteitsdiensten zoals elektriciteit en telecommunicatie welke breedband communicatie met de klant vereist. Om aan de behoeften van de consument te kunnen voldoen, zullen meters in staat moeten zijn om onderscheid te maken tussen verschillende leveranciers en samengestelde diensten. De moderne consument wil een intelligente regeling van het


-114-

40010376-TDC 02-24457A

energiegebruik in zijn woning met geïntegreerde functionaliteit. Deze aspecten dienen meer aandacht te krijgen in de vergrijzende westerse cultuur en samenleving van de toekomst. Op internationaal niveau zal er een noodzaak zijn tot standaardisatie van de wensen van de consument waarna een eventuele aanpassing kan worden gemaakt voor nationale niveaus. Voor Nederland zullen deze standaards de basis moeten zijn voor oplossingen op maat voor de lokale situatie. In de nieuwe energiemarkt zal het makkelijker worden om met een bedrijf de totale dienstverlening op te zetten; het zal een vereenvoudiging zijn van de huidige complexe werkwijze. De consument wenst onafhankelijkheid en betrouwbaarheid, dit is van belang bij “outsourcing” van dienstverlening. Maar er worden veranderingen verwacht. De vierde generatie mobiele telefoons zullen waarschijnlijk ook het patroon van elektriciteitsgebruik van de consument veranderen. De huishoudens van de toekomst zullen mogelijk steeds meer door telecommunicatie van afstand bediend worden. Er bestaat een groeiende behoefte aan innovatieve technologie voor de gezondheidszorg thuis. In de gezondheidszorg is reeds een toename van bewakingssystemen bij de patiënt thuis merkbaar; dit betekent een grotere vraag naar kwaliteit van de elektriciteit bij de eindgebruiker thuis. Aangepaste contracten met de consument met betrekking tot “pieknivellering” kan een nieuw product voor de markt worden, waarbij de consument bepaald hoe en wanneer de levering naar zijn woning kan worden afgeschakeld.

De invloed van de digitale samenleving op de zakenwereld De nieuwe energieonderneming zal zich vooral moeten concentreren op het comfort dat gerealiseerd kan worden met gebruikmaking van elektriciteit. Nieuwe technologieën welke nu, en op korte termijn, op de energiemarkt verschijnen zullen de mogelijkheden bieden om te kiezen uit een scala van mogelijkheden zoals: zonne-, wind-, fossiele- of kernenergie. Daarbij moeten de kosten verlaagd en de mogelijkheden vergroot van interactief te kunnen meten. Nieuwe meetsystemen zullen van marginaal voordeel zijn als er geen diensten zijn voor dergelijke apparaten en nieuwe diensten zullen ook niet ontstaan zonder een groot aanbod van intelligente goedkope meetinstrumenten en apparaten. Er bestaan belangrijke obstakels die om een oplossing vragen: •

Het is een feit dat de Nederlandse infrastructuur uit gescheiden gebieden bestaat met concepten waarbij gekozen is voor centraal beheer. Er is nog geen merkbare ontwikkeling te zien naar integratie in de transitiefase naar de markteconomie. Nieuwe standaards voor geïntegreerde communicatie en beheer zullen nodig zijn voor het versnellen van data-uitwisseling en “real-time” bedrijfsvoering door een meer decentraal en complexer


-115-

40010376-TDC 02-24457A

distributiesysteem. De technische basis voor een dergelijke integratie kan worden geleverd door bijvoorbeeld de Utility Communications Architecture (UCA), welke opensysteem protocollen specificeert voor standaards voor het koppelen van hardware en software van verschillende leveranciers. •

Om de groei in de consumentenmarkt te versnellen zullen de dienstverleners de geavanceerde meetsystemen voor de woningen moeten subsidiëren tot de dienstverlening gaat groeien voorbij enkel de energievoorziening en gaat veranderen in werkelijk dienstenmanagement zoals comfort, gemak, veiligheid, privacy, ontspanning, opleidingen en gezondheidszorg.

•

Bezit van kennis over de consument zal een kostbaar bezit worden en eigendomsrechten met betrekking tot consumentendata zal een onderwerp van discussie worden tussen dienstverleners, consumenten en regelgeving. De waarde van privacy zal een grote uitdaging worden, maar zal ook nieuwe kansen beiden voor het bedrijfslevens, zoals bijvoorbeeld door de klanten beheerde “data services”.

•

Decentrale opwekking is binnenkort beschikbaar voor kleinschalig gebruik in eengezinswoningen. Bij verdere ontwikkeling zullen deze nieuwe energiebronnen de markt en de samenleving gaan beheersen zoals personal computers en mobiele telefoons de samenleving veranderden. Het zal leiden tot sterke concurrentie en de prestaties van de corresponderende dienstverlening verbeteren.

De strategische voordelen van de nieuwe intelligente dienstverlening en de nieuwe geïntegreerde energie- en communicatienetwerken zullen als eerste in de industriële en commerciele omgeving hun intrede vinden. Daarna zal de kleinschalige markt volgen. De kans bestaat dat met de verdere groei van de duurzame energiebronnen, energiebedrijven in de toekomst een minder belangrijke rol zullen spelen in de samenlevingen. De consument zal in staat zijn om zijn eigen zonnecentrale (circa 30 m2) in een “doe het zelf zaak” te kunnen kopen, en in zijn eigen elektriciteitsbehoefte te voorzien. Op dezelfde wijze zal ook de microbrandstofcel zijn introductie maken op de energiemarkt. De digitale ontwikkeling is uiteraard niet alleen gericht op de elektriciteitsector. Een integrale benadering met betrekking tot energie, diensten en besluitvormingsprocessen in de samenleving moet meegenomen worden in de visie voor een duurzamer samenleving. De Roadmap deelnemers verwachten dan ook dat de integratie van gecombineerde dienstverleningvormen samen zullen gaan met een verhoogde druk om de nieuwe infrastructuur ondergronds te plaatsen. De verwachting is dat omstreeks het jaar 2005 men in staat zal zijn om tunnels van een diameter van circa 2,5 meter op economisch verantwoorde wijze aan te leggen. Per dag zal men in staat zijn een lengte van 100 tot 200 meter tunnel aan te leggen. Deze nieuwe tunnels kunnen goed gaan dienen als geïntegreerde corridors voor elektriciteit,


-116-

40010376-TDC 02-24457A

communicatie, goederentransport en andere diensten. Standaardisatie op ontwerpen en verdere toepassing van robots kunnen de constructiekosten van tunnels verder verlagen. De ontwikkeling van nieuwe technologie kan niet onder dwang tot stand komen maar er is wel urgentie gewenst op bepaalde vakgebieden. De impact van de snelle transitie zal daarom internationaal bekeken moeten worden.

Opbouw van de Infrastructuur van de toekomst Meer dan 25 miljard microchips zijn vandaag de dag over de hele wereld in bedrijf waarbij een onnoemelijke hoeveelheid informatie gegenereerd, verzonden en geanalyseerd wordt. Vernieuwde transistorstructuren en nieuwe materialen betekenen een voortdurende verbetering van de transistorsnelheid, energieverbruik en warmteontwikkeling. Momenteel is het gelukt om een THz transistor te vervaardigen, dwz een transistor die in staat is 1012 keer per seconde aan en uit te schakelen. Het zal een volgende stap zijn in de versnelde ontwikkeling van de microprocessoren. De volgende ontwikkeling die verwacht mag worden is het koppelen van deze lokale intelligente netwerken tot mondiale informatie systemen. De wereld zal een nieuwe golf van economische expansie zien, gebaseerd op het samensmelten van digitale microprocessoren, elektrotechnologieën, informatietechnologieën en telecommunicatie, alles gekoppeld in een digitaal platform. Naarmate de golf meer stuwkracht krijgt, zal ook de microprocessor krachtiger worden, in afmeting geringer en in kostprijs lager tot een punt dat zijn aanwezigheid in de gehele samenleving merkbaar zal zijn.


-117-

40010376-TDC 02-24457A

Als voorbeeld volgt een uitspraak van Nobelprijswinnaar Arno Penzias als Vice President van Lucent Technologies: “Naar verwachting zal een miljoen-voudige toename in het vermogen van de microelektronica in de komende decennia plaatsvinden. Een dergelijk vooruitgang zal resulteren in computers bij eindgebruikers met het prestatievermogen van onze huidige workstations, voor de prijs van postzegel en in hoeveelheden van postzegels. Voor die prijzen zullen er geen grote toetsenborden en monitoren meer bestaan maar spraakherkenning en verbinding met netwerk hulpmiddelen voor elke willekeurige functie waarvoor zij ontwikkeld zijn”. Microprocessoren, elektriciteit, telecommunicatie en informatie zullen ingebedde elementen worden voor de nieuwe infrastructuur welke nodig zal zijn voor het stimuleren, vernieuwen en faciliteren van toekomstige vormen van productiviteitsgroei. De implicaties van deze nieuwe “Intellectric” omgeving zullen groot en merkbaar zijn: • Het beïnvloedt adequate elektrische dienstverlening. Perfect geconditioneerde elektriciteit wordt noodzakelijk omdat digitale circuits in het hart van de industriële- en commerciële bedrijfsvoering nauwkeuriger en gevoeliger worden voor zelfs minimale vermogensfluctuaties. • Het verandert de wijze waarop werk kan worden georganiseerd en uitgevoerd. Directe toegang tot kennisbanken, snelle en massieve dataverwerking en modellering en vooruitgang in simulatietechnieken zullen fundamentele nieuwe bronnen voor productiviteit in het werk en de leeromgeving worden. De breedband communicatie door de glasvezeltechnologie en het opkomen van spectrale multiplexing zal vrijwel zeker binnen tien jaar de bodem onder de kosten in telecommunicatie doen verdwijnen. Dit zal op zijn beurt leiden tot veel meer telewerken van de werkende klasse van ongeveer 5% nu tot 20% in 2010. Het decentraal werken moet echter wel in een mondiaal perspectief bekeken worden. Dit vanwege de vergrijzing van de bevolking in de ontwikkelde landen en met in het jaar 2020 ongeveer 700 miljoen nieuwe werkzoekenden in de ontwikkelingslanden. • Het verandert de manier van aanpak van de problemen. Banen zullen op afstand gecreëerd kunnen worden en de producten zullen getransporteerd worden naar stadskernen of afgelegen gebieden. Milieurespons kan wereldwijd georganiseerd en gecoördineerd worden. Afval en vervuiling kan geminimaliseerd worden door industrieel/ecologisch gemodelleerde netwerken, waar afval van een proces grondstof voor het volgende proces zal zijn. Met toepassing van ecologische grondbeginselen ‘verandert de zaak van het zuiver minimaliseren van afval in een specifiek proces of bedrijf naar minimaliseren van afvalproducten van grotere systemen in totaliteit’ (Richards, Allenby, Frosch, 1994). Deze vooruitgang stelt ons in staat om te denken in termen van producten, ontworpen voor re-


-118-

40010376-TDC 02-24457A

cycling, en de conversie van afvalstromen in waardevolle bijproducten. Beginselen van industriële ecologie kunnen de consumptie van alle hulpbronnen minimaliseren, inclusief het gebruik van energie. In het ideale geval worden alle producten teruggevoerd naar de ecosystemen of gerecycled voor toekomstige productie. Dergelijke complexe ecologisch gemodelleerde systemen, welke afhangen van het samenspel in het gebruik van de grondstoffen en hulpbronnen op de meest efficiënte wijze, zijn beter ontworpen om te reageren op dynamische repons en kunnen zich sneller aanpassen aan verandering door externe factoren. De digitale technologische transformatie welke nu is begonnen, is de derde fundamentele en commerciële transformatie in de laatste 125 jaar. De eerste was de opkomst van de massaproductie in de 19-de eeuw; de tweede was de doorbraak in de fabricagetechnologie door de tweede wereldoorlog. Beide transformaties hadden het karakter van verhoogde niveaus van economische groei en herverdeling van de welvaart tussen bedrijven, industrieën en naties. Beide waren afhankelijk van publieke en private investeringen en een steeds toenemende complexiteit en geavanceerde technische infrastructuren. Ook van belang waren nieuwe ontwikkelingen en commercialisering van processen. Net als in het verleden zullen de bedrijven, industrieën en naties die het meest effectief zijn in het benutten van de kansen in de derde transformatie de nieuwe economische winnaars worden in de digitale maatschappij.

Additionele productiviteitverhogende kansen Bepaalde technologieën zijn gekoppeld met bovengenoemde ontwikkeling: plasma, laseren elektronenstralen voor het behandelen van materialen, elektrochemische syntheses, biotechnologie, “biometrics”; hoge temperatuur supergeleiding en de digitaal gecontroleerde elektrische processen. Industrieën in de toekomst die deze geavanceerde elektrotechnologieën gebruiken, kunnen op nieuwe manieren beheerd worden om gelijktijdig de productie, energiegebruik en het grondstoffengebruik te optimaliseren en tevens de emissies te minimaliseren. De invloed van deze ontwikkeling is nog niet bekend, maar het zou analoog kunnen zijn aan de ingrijpende verandering in de staalindustrie veroorzaakt door de groei van de toepassing van oxystaal en elektrostaal productie over de afgelopen 30 jaar. De vergelijking van de vlamboogoven met de oxystaaloven laat een vermindering in het energiegebruik zien van 9,4 GJ naar 5,4 GJ per ton staal. En verder bespaart het gebruik van afvalmetaal en gerecycled metaal voor de vlamboogoven ook nog op de energierekening. Het resultaat is dat de vlamboogoven een belangrijke plaats heeft ingenomen in de staalproductie en dat staal een belangrijke wedergeboorte heeft meegemaakt als concurrerend product op de wereldmarkt.


-119-

40010376-TDC 02-24457A

Elektrificatie heeft vervolgens ook de deur geopend voor verdere efficiency verbeteringen. Door integratie van de energieopwekking en met de staalfabricage kon het primair energiegebruik verder omlaag gebracht worden tot circa 3GJ per ton staal. Als toevoeging mag vermeld worden dat verdere verbeteringen in de elektronica voor procesregeling de productie efficiency en kwaliteitsbeheersing zullen verhogen.

Noodzakelijke behoefte voor RD&D en technologische doorbraken Technologische doorbraken op het gebied van infrastructuur lijken nodig te zijn. De crisis in Californië is een signaal voor de nieuwe energiemarkt. Systemen voor tijdelijke elektriciteitsopslag, Netwerkbeheer voor de informatietechnologie en vermogenselektronica zijn belangrijk en op korte termijn nodig. Er bestaat een vraag naar nieuwe technologie die efficiënter, duurzamer en milieuvriendelijker is. Voordat gestart wordt met het opzetten van RD&D programma’s is het belangrijk om een economische studie uit te voeren. Dit wordt vaak niet gedaan of het ontbreekt aan verificatie. De samenwerking tussen Nederlandse RD&D instituten moet verder verbeterd worden ter maximalisering van de efficiency. Er bestaat ook een grote behoefte aan oplossingen in de omgeving van huis en kantoorgebruik. Nieuwe technologieën zijn in opkomst, die het einde zouden kunnen inleiden van het alom bekende elektrische stopcontact. In plaats daarvan zou met gebruik van elektrische inductie energie via wanden kunnen worden overgedragen. RD&D is nodig voor het draadloze transport van elektriciteit. De kansen voor introductie van nieuwe technologie moeten gezocht worden in de nieuwbouwprojecten zoals de Vinex-woningen; dit heeft voordelen in vergelijking met bestaande gebouwen als gevolg van fysieke en institutionele drempels. De verwachting is dat er een convergentie van netwerken zal ontstaan; de 1-buis technologie. Boortechnieken uit de olieindustrie (horizontaal boren op 5-50 meter diepte) zijn hier van belang. Oplossingen die toegepast kunnen worden in buizen en pijpleidingen zijn nodig voor het combineren van gelijkstroomkabels (netwerken) in hoofdgasleidingen, bijvoorbeeld in de Noordzee, maar ook voor de Internationale Supergrid en ook de mogelijkheid voor het inbouwen van communicatiekabels in geïntegreerde gas netwerken. Er zullen zeer waarschijnlijk geïntegreerde systemen ontwikkeld worden voor elektriciteit en informatie. Deze systemen zullen elkaar mogelijk beïnvloeden. Het is van belang de relatie goed te kennen. Standaardisatie voor de nieuwe energie-infrastructuur zal vereist zijn en de rol van de Europese Unie in wetgeving en richtlijnen is belangrijk.


-120-

40010376-TDC 02-24457A

Een enkele Roadmap deelnemer meent dat onderzoek gewenst is om na te gaan of het mogelijk zou zijn om het bestaande telefoonnetwerk te gebruiken voor transport en opslag van elektriciteit. Indien mogelijk zal het elektrisch netwerk in de toekomst sterk kunnen veranderen. Anderzijds wordt door bedrijven nagegaan of datatransmissie over bestaande elektriciteit netwerken mogelijk is en dit lijkt een meer waarschijnlijke oplossing dan andersom. Goede markten en marktwerking kan alleen bestaan als het volgende in voldoende mate beschikbaar is voor de totale marktketen: aanbod, opslag en vraag; voor een gezonde energiemarkt zijn opslagsystemen erg belangrijk en die dienen dan ook op korte termijn ontwikkeld te worden.

De invloed van deregulering en liberalisering op de samenleving In historische perspectief kunnen de processen van deregulering en liberalisering worden beschreven als gevolg van de technologische ontwikkeling en de introductie van de techniek. Het is daarom vreemd dat in de elektriciteitssector het proces juist omgekeerd uitgevoerd wordt en nu naar technologie wordt uitgekeken voor de nieuwe markt en samenleving. Er is een grote vraag naar hulp, modellen, instructies, apparatuur en faciliteiten om met de nieuwe elektriciteitsmarkt om te kunnen gaan. Er bestaan vele vragen hoe groene energie als een virtueel product via een virtueel energiebedrijf verkocht moet gaan worden op deze markt. Er zal zich een grote vraag ontwikkelen naar informatiesystemen en instructies en gereedschappen die de consument in staat zullen moeten stellen om op de nieuwe energiemarkt uit de totaal mix te kunnen keizen.

De invloed van wetgeving De overheid bepaalt de regels en moet daarom vooruit denken over de consequenties van deregulering en liberalisering. Echter, het leggen van totale verantwoordelijkheid bij de overheid zal niet de oplossing opleveren. De verantwoordelijkheid moet gedelegeerd worden en heel duidelijk afspraken moeten gemaakt worden. Veel kan geleerd worden van de reeds gedereguleerde markten zoals het Verenigd Koninkrijk en de USA. Er zullen echter ook verschillen bestaan tussen de situatie in Nederland en de rest van de wereld en op die punten moeten de verwachtingen duidelijk zijn. Het overheidsbeleid naar de samenleving zal moeten veranderen; de huidige benadering van “Wat willen wij” zal moeten veranderen in “Wat zal er gebeuren of komt er” op onze samenleving af. Er is een wens voor een stabiele lange termijn visie/strategie van de overheid. Er is reeds veel gedaan maar de focus moet blijven op de lange termijn doelen.


-121-

40010376-TDC 02-24457A

De Roadmap participanten zien het als een plicht van de overheid om erop toe te zien dat betrouwbaarheid en de beschikbaarheid van het hoogspanningnet, de distributiebedrijven en de energievoorziening (energiebronnen) veilig gesteld wordt. Er is echter ook een wens om het dereguleringsproces te ontkoppelen van het overheidsbeleid. De overheid (Europese Unie) zal zich meer moeten bezig houden met stabiel en lange termijn energiebeleid. De doelstellingen van de overheid moeten duidelijk zijn; op dit ogenblik bestaan er teveel inconsistenties. Het is verder in het liberaliseringproces ook wenselijk dat wetgeving over de gehele Europese Unie hetzelfde is nu er geen grenzen en beperkingen meer mogen bestaan. De perceptie in onze samenleving over risico’s en betrouwbaarheid in de gedereguleerde en geliberaliseerde markt is totaal fout en op dit moment is er geen mechanisme aanwezig om dit fenomeen aan te pakken. Functionele specificaties voor de energievoorziening zijn nodig voor de Digitale en Duurzame Samenleving. Waar zullen de grenzen gelegd worden voor de samenleving van 2025? Hoe zullen de functionele specificaties gerealiseerd worden? De vraag hoe wij met de praktische kant van de vraag naar betrouwbaarheid moeten omgaan is in de workshop niet aan de orde geweest; decentrale opwekking werd slechts in beperkte mate besproken. De wetgeving moet heel duidelijk zijn in de energiehandel, informatie en regelgeving om als basis te kunnen dienen voor succesvolle emissiehandel van (CO2, NOx, SOx) in de duurzame samenleving. Het is mogelijk om modellen te ontwikkelen voor het berekenen en het toekennen van waarde aan emissiehandel. Emissiecontrole kan omgezet worden geld (bijvoorbeeld busbedrijven die diesel als brandstof gebruiken voor openbaar vervoer, die de NOx emissierechten opkopen van de Nederlandse elektriciteitsbedrijven. De overheid en de groepen die zich in de samenleving bezig houden met politieke strategie zullen de doelstellingen en bestemmingen moeten definiëren voor de duurzamere samenleving. Er moet een duidelijk beeld zijn van wat er verwacht mag worden op de energiemarkt. Het zal duidelijk zijn dat de overheidsrol ingebed zal moeten zijn in dat beleid waardoor controle toch nog mogelijk blijft. . De wetgeving kan leiden tot ongewenste effecten; duidelijk procedures met betrekking tot de deregulering en liberalisering moeten aanwezig zijn op het gebied van bijvoorbeeld, juiste tarieven opgesteld door het DTe voor de bedrijven die netwerken beheren en verder het stimuleren van investeringen in netwerken. EU wetgeving voor de infrastructuur wordt momenteel ontwikkeld. EU richtlijnen zullen binnenkort beschikbaar zijn als Grondrechten voor de Energie. EU wetgeving voor de over-


-122-

40010376-TDC 02-24457A

heidsinvloed op kritische infrastructuur via de Infra-manager is nodig; hierin moet de mogelijkheid bestaan om de autoriteit aan te wenden om bepaalde acties te kunnen nemen, in overleg met de consumenten, en in het uiterste geval te interveniëren met de bevoegdheid als overheid. Door de Roadmap participanten werd aangehaald dat er vele ontwikkelingen zijn zonder visie waardoor suboptimalisaties erg populair zijn. Stroomuitval werd niet gezien als het grootste probleem; wel de ontwikkeling op het gebied van de mondiale demografie met de vergrijzing in de ontwikkelde landen. Een belangrijke vraag is of marktwerking gewenst is op de energienetwerken en infrastructuur. Hier werd verwezen naar het succes van de mobiele telecom netwerken welke hebben geresulteerd in een veelvoud van mobiele netwerken en een excessieve groei van dienstverlening en communicatieservices. In de transmissie en distributie sector is bij het toepassen van nieuwe technologie wetgeving gewenst met betrekking tot verantwoordelijkheid en aansprakelijkheid. Wie draagt de eindverantwoordelijkheid voor de dienstverlening en de totale infrastructuur? Als de introductie van nieuwe technologie in de markt, door kinderziekten, leidt tot slecht leveringsprestaties, moet er een terugval mogelijk zijn op een publieke dienstverlening op het gebied van energievoorziening. Dit betekent dat er een behoefte bestaat van een autoriteit met de eindverantwoordelijkheid voor infrastructuur en dienstverlening. De nieuwe energiemarkt zal moeilijk worden met veel marktpartijen in de verschillende delen van de keten. Bij disrupties zal men makkelijk de schuld in de schoenen van een ander schuiven. Er zal een verantwoordelijke autoriteit moeten zijn die ervoor waakt dat er zich geen “claim-mentality” zal gaan ontwikkelen in de energiesector. De toekomstige ontwikkelingen moeten niet gedomineerd worden door alleen maar technologie maar gebaseerd worden op de wensen van de samenleving. De Roadmap studie zal de hulpmiddelen moeten aanreiken zodat er op deze wijze gewerkt kan worden. De kapitaalinvesteringen en het onderhoud worden uitgesteld. Deze trend is reeds langer aan de gang en niet uitsluitend het gevolg van het proces van deregulering en liberalisering. Bij het ontbreken van de juiste reguleringsinsentives kan dit op den duur leiden tot bijvoorbeeld een tekort aan voldoende centrale productiecapaciteit. Er zijn recent voorbeelden in Europa en de USA waarbij mede als gevolg van deze processen belangrijke kapitaalsintensieve sectoren in de samenleving in grote problemen zijn gebracht.


-123-

40010376-TDC 02-24457A

De nieuwe energiemarkt De energiemarkt is in een transitie van aandeelhouderswaarde naar investeringswaarde. Het denkproces over de energievoorziening was dat van een door de overheid gecontroleerde en gereguleerde sector. In het transitieproces naar de energiemarkt heeft deze gedachte de ontwikkelingen negatief beïnvloed. De samenleving denkt nog steeds dat elektriciteit en energie elke dag op elk moment en in elke hoeveelheid tegen betaalbare prijzen beschikbaar moet zijn. Het marktmechanisme in de energiesector was in het verleden monopolistisch en de markt werd gecontroleerd door een coöperatief gereguleerd systeem. Dit systeem heeft geresulteerd in behoudende organisaties waarin het heel moeilijk was om nieuwe technologie te introduceren; alles ging toch goed zoals het was. De energiebedrijven zullen zich nu moeten realiseren dat een strategische verkeerde beslissing ertoe zal kunnen leiden dat men te duur wordt op de markt. Dit kan leiden tot snelle ontwaarding van bezittingen op de energiemarkt. In een dergelijk situatie wordt een energiebedrijf een makkelijk slachtoffer van de concurrentie. De verwachting van de Roadmap participanten is dat er binnen drie jaar geen Nederlands energiebedrijf meer op de Europese markt zal bestaan. Het dilemma voor de meeste energiebedrijven is dat de nieuwe technologie in de digitale samenleving versneld op hen afkomt. De investeringen in productiemiddelen in deze bedrijven zijn kapitaalsintensief en worden voor een lange termijn (30 tot 50 jaar) gepleegd. Deze productiemiddelen moeten voor minstens 30 jaar naar tevredenheid en betrouwbaar werken. De tijd die men nodig heeft voor de introductie van nieuwe technologie, ook geplaatst tegen de reeds gedane investeringen, kan een probleem worden. De totale sanering, leegloop en vergrijzing van de sector mag reden zijn om de vraag te stellen of het de markt is die de juiste antwoorden moet geven op de ontwikkelingen in de energiesector.


-124-

40010376-TDC 02-24457A

Bijlage A Met dank aan alle deelnemers aan de workshops, de bijdragen in bilaterale sessies, de persoonlijke kontakten, de e-mails, de bezoeken en de adviezen. Een bijzonder woord van dank aan Steve Gehl van EPRI voor zijn overzeese bijdrage. Roadmap deelnemers Akkerman, C. Dhr. Akse, H.N. ir. Dhr. Alma-Zeestraten, N.C.M. dr.ir. Mevr. Andel, N. van ir Dhr. Antal, M. prof.ir. Dhr. Biesheuvel, S. dhr. Mevr. Blankendaal, J.M. Dhr. Blom, J.H. prof.dr. Dhr. Bouwhuis, E. Dhr. Brogtrop, A.C.G.M. drs. Ing. Dhr. Burggraaf, M.D. Dhr. Butter, M. Dhr. Buijtenen, J. van prof. Ir. Dhr. Caron, A.W.J. drs. Dhr. Correljé, A.F. dr. Dhr. Crommelin, G. Dhr. Czop, Valerie Mevr. Das, Rudolf Dhr. Davidson, B.J. dr. Dhr. de Jager, D. Dhr. de Jong, P.G.T. ir. Dhr. de Ruiter, R. dr. ir. Dhr. de Vries, E.J. ir. Dhr. Delbecq, Jean Michel, Dhr. Derks, P.A.H. Dhr. Dijkman, B. ir. Dhr. Droog, H.A. ir. Dhr. du Chatenier, A. Dhr. Dillmann, W. Dhr. Fens, T.W. dr. Dhr. Franken, B.F.C. ir. Dhr. Gehl, S. dr. Dhr Groen, C.J.J. Dhr. Gwyn, Bryan J. dr. Dhr. Hamers, J.J. ir. Dhr Hirs, G.G. prof.dr.ir. Dhr.

Cap, Gemini Ernst & Young Vereniging voor Energie, Milieu en Water Nationaal Initiatief Duurzame Ontwikkeling Fiwihex EMVT - IOP TU-Delft - Factulteit TBM Joint Innovation TU-Eindhoven / EMVT GPX Green Power Exchange Projectbureau Duurzame Energie De Landelijke Voorzitter van de JOVD TNO-Strategy Technology & Policy TU Delft RECRUITMENT PARTNERS Erasmus Universiteit ROMAWA B.V. EDF-R&D - Paris - France Gebroeders DAS INNOGY Technology Ventures Limited - Harwell - UK Ecofys URENCO - Nederland Thermphos International B.V. KEMA - KPS EDF-R&D - Paris - France N.V. Nederlandse Gasunie Reliant-Energie B.V. Essent Energie B.V. Interxion - Datahotel NAM - Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V. Cap, Gemini Ernst & Young BV Transportnet Zuid-Holland EPRI-USA Geveke Motoren B.V. National Grid - Leatherhead - Surrey -UK E.ON Benelux Consultants


-125-

Hodemaekers, J.P. ing. Dhr. Invernizzi, Angelo Dhr. Jansen, W.J.L. ir. Dhr. Jongebreur, A.A. ir. Dhr. Klaversteijn, B ing. Dhr Kleijn, H.R. dr.ir. Dhr. Klein, C.A.M. van der dr. Dhr Kleimaier, Martin dr.-ing. Dhr. Kleinbloesem, B.A. Ir. Dhr. Klijnsma A. Dhr. Kling, W.L. prof. Ir. Dhr. Knies, P. Dhr. Knops, H.P.A. Dhr. Kuipers, H.P.C.E. dr. Dhr. Künneke, R.W. dr. Dhr. Küpers, G.R. ir. Dhr. Lagerwey, J. ing. Dhr Lathouder, H. de Ir. Dhr. Lenstra, K. Dhr. Lenstra, W.J. Dhr. Meijer, C.G. ir. Dhr Meijer, R. ir. Dhr. Mom, A. ir. Dhr. Moritz Krijgsman, B. Dhr. Neef, E. Dhr. Nonhebel, P.C. Dhr. Oostendorp, F.E. ir. Dhr. Oosterling, P Ir. Dhr. Paes, H. ir. Dhr. Papegaaij, P. drs. Dhr. Pietersen C. ir. Dhr. Plomp, L. dr.ir. Dhr. Postema, A. dr. Dhr. Pranger, P. ir. Dhr. Provoost, F. ir. Dhr. Ramsden, Howard Dhr. Roy, H.A. Dhr. Schmal, D. dr.ir. Dhr. Smit, R.W. ir. Dhr. Spliethoff, H. prof.dr.ing. Dhr. Steman, W.A. Dhr. Stubbe, Jacqueline Mevr. ten Haken, B. dr.ir. Dhr. Troost, G.K. ir. Dhr.

40010376-TDC 02-24457A

REMU CESI - Italy KEMA Nederland B.V. IMAG - Wageningen COGEN World Energy Council ECN RWE Net AG - ESSEN -GERMANY NEA-SEP Arnhem Electrabel TENNET B.V. IMAG B.V - Wageningen TU DElft, faculteit TBM, sectie INEM Shell Global Solutions International B.V. - OGIR/2 TU-Delft Stichting Samenwerkingsverband Duurzame Energie Lagerwey B.V. PRINNO Proces Inovaties Geleen HOLEC Middenspanning Ministerie van VROM Alpha Power Systems B.V. KEMA Nederland B.V. VGT Smit Transformatoren BV Interxion EET (Economie, Ecologie en Technologie) E-ON Benelux SIEP Shell Den Haag Electrabel Nederland B.V. Consultant CORUS IJmuiden ECN SHELL Hydrogen NUON NUON - Concern Technology. EURELECTRIC - Brussel - Belgium Waste Care Systems B.V. Asten TNO-MEP KEMA TU-Delft Telecity B.V. - Datahotel LABORELEC - Brussels - Belgium TU-Twente LT/TN KIVI -Royal Dutch Society of Engineers


-126-

Uythof, B.H. drs. Dhr. van de Graaf, J. ir. Dhr. van den Wittenbroek, W. Dhr. van der Veen, J.H. ir. Dhr. van der Werff, T. drs. Mevr. van Dijkum, P. drs. Dhr. van Eeten, M. Dhr. van Heek, A.I. dr.ir. Mevr. van Kruining, P.C.M. ir. Dhr. van Loo, S. Dhr. van Overbeeke, F. dr.ir. Dhr. van Uitert, G.C. ir. Dhr. Veenema, J.J. ir. Dhr. Verbist, G. dr. Dhr. Vogelaar, J.J.J. drs. Dhr. Waal, W.W van de ir. Mr Willeboer, W. ir. Dhr Wiersma, B. Dhr. Wilms, P. Dhr. Wolters, M. prof.dr.ir. Dhr. Zeevalkink, J.A. dr.ir. Dhr. Zon, G.D. Dhr.

40010376-TDC 02-24457A

St. Invenit Domotica Platform Nederland EPZ-Borssele Stichting Natuur & Milieu Stichting toekomstbeeld der Techniek Bezinningsgroep energiebeleid European Fuel Cell Group ltd. TU-Delft afdeling: TBM NRG Essent Netwerk Noord N.V. TNO-MEP Afdeling Energiesystemen ENECO Ministry Economic Affairs Electrabel Nederland B.V. Shell Global Solutions International B.V. - OGIR/2 SENTER WMI B.V. Essent Energie B.V. Sunergy W2S B.V. GASTEC/TU Twente TNO-MEP Consultant


-127-

40010376-TDC 02-24457A

Bijlage B Alternatieve toekomstscenario’s Wereldmodellen: Introductie: Met het project Lange Termijn Visie Energievoorziening (LTVE) heeft het Ministerie van Economische Zaken het initiatief genomen tot het stimuleren van het denkproces en de discussie over de energievoorziening naar 2050. Het rapport "Energie en samenleving in 2050 Nederland in Wereldbeelden" is een deel van dit project. Het bestaat uit twee delen; het eerste deel is de visie van het Ministerie op de mogelijke ontwikkelingen en de evaluatie van deze ontwikkelingen op basis van actuele kwaliteit -criteria. Het tweede deel bestaat uit de appendices 1 en 2. Appendix 1 verschaft de ondersteuning voor de toekomst visie; dit is aan de hand van mondiale kwantitatieve data en trends in recente studies. Appendix 2 verschaft een inschatting van de impact van de behandelde condities en trends op de energievoorziening voor West Europa en Nederland. Op basis van dit rapport zal het Ministerie van Economische Zaken besluiten welk beleidsstandpunt op dit moment wenselijk zal zijn. Studie: De studie van het Ministerie van Economische Zaken dwingt om verschillende redenen om te denken aan de energievoorziening voor de volgende generaties. De drie hoofdaspecten die aandacht vragen zijn: • Beslissingen gerelateerd aan investeringen • Duurzaamheid • Research en Ontwikkeling. Beslissingen gerelateerd aan investeringen: Het is de verantwoordelijkheid van de huidige generatie om de juiste investeringen te doen in de energievoorziening. West Europa en Nederland hebben een goede energie- infrastructuur om de beschikbare energie op een schone goedkope wijze op te wekken en te gebruiken. Echter, investeringen in energiesystemen zijn kapitaalintensief en worden gedaan voor een lange periode en voor een lange levensduur. Daarom is het van cruciaal belang om de juiste investeringen te doen in de energievoorziening en de energie-infrastructuur. De belangrijkste vraag hierbij is: hoe ziet het verbruik van consument eruit in 2050? En wat zal verder het kader zijn waarin -energiemarkt, economie, instituties, milieukwaliteit, technologie, sociale normen en waarden – dit energiesysteem zal moeten functioneren?


-128-

40010376-TDC 02-24457A

Een goed onderwerp voor studie is de economie van schaalvergroting in vergelijking met de economie van massa productie. Waar zal het optimaal punt komen te liggen om de juiste beslissing te nemen? Hoe zal het “Source to Service concept” toegepast worden in de duurzame samenleving? Hoe zal de consument reageren op de voordelen van beide opties? Duurzaamheid: Het is van belang om een lange termijn visie te ontwikkelen voor duurzame energievoorziening. In de conclusies van de Brundtland commissie ('Our common future", 1987) heeft de huidige generatie de opdracht om in eigen behoeften te voorzien, op een sociaal acceptabele wijze, zonder de mogelijkheden voor toekomstige generaties te reduceren. Om deze opdracht te verwezenlijken, zal de duurzame samenleving de oplossingen moeten zoeken in een combinaties van technologische en sociale interacties in een sociaal- en gemeenschappelijk verband. Het is belangrijk om het gemeenschappelijk verband goed in beeld te hebben. Onderzoek en Ontwikkeling: De RD&D programma’s zullen op een zodanige wijze gedefinieerd moeten worden dat de huidige en toekomstige technologieën gebruikt en ontwikkeld kunnen worden om de doelstellingen van de duurzame samenleving te kunnen realiseren. Dit vraagt om een toekomstvisie voor energievoorziening en een strategie voor een RD&D programma. Via de EOS nota wordt hiertoe een goede aanzet gegeven. Ervaring en onzekerheden: De energievoorziening is een complexe combinatie van fysieke mogelijkheden en beperkingen, economische relaties, instituties en sociale en psychologische waarden. Er is voldoende “know-how” op het gebied van de fysieke mogelijkheden en beperkingen op lange termijn voorspellingen te kunnen doen. Dit alles zegt ons met een grote mate van zekerheid dat de vraag naar energie afhankelijk is van de populatie, welvaart, energieintensiteit van de economie en de efficiency van de toegepaste technologie. De belangrijkste onzekerheden zijn de instituties en de sociaal psychologische waarden. Het is mogelijk dat de huidige internationale ontwikkelingen doorgaan, maar hoe en tot op wel niveau is niet voorspelbaar in empirische relaties. Wat zal de trend worden in liberalisering, globalisering, technologische ontwikkeling maar ook decentrale opwekking, kleinschalige opwekking, kwaliteit en milieu.


-129-

40010376-TDC 02-24457A

Deze onzekerheden kunnen leiden naar verschillende wereld modellen met extreme mogelijkheden zoals: • Maximalisatie van de winst hier en nu • Maximalisatie van de winst voor de wereld nu en later • Mondiale instituties • Lokale Netwerken. Vier Wereldmodellen: Vrijhandel, Ecologie op kleine schaal, Isolatie en Grote Solidariteit: De extremen, zoals hierboven genoemd, leveren een spectrum aan oplossingen maar kunnen bij elkaar gebracht worden in vier categorieën van Wereld Economie Modellen: Vrijhandel: Economie en Geld overheersen zonder nationale beperkingen. Scenario’s Vrijhandel A and B, zie Tabel B-1. Economie: - Overal sterke economische groei - Tegenstelling arm en rijk hardnekkig Technologie: - Snelle ontwikkeling in dienst van productie Culture: - Zelfbewuste wereldburgers - Grenzeloze consumptie Instituties: -

Sterke WTO-achtige lichamen

Duurzaamheid: - CO2 –uitstoot blijft stijgen - Armoede blijft bestaan


-130-

40010376-TDC 02-24457A

Isolatie: Geldelijk gewin overheerst binnen nationale/regionale grenzen Scenario Isolatie, zie Tabel B-1 Economie: - Rijke landen trekken zich terug achter vergrendelde grenzen. Technologie: - Beperkte ontwikkeling alleen binnen rijke gebieden Cultuur: - Naar binnen gericht - Eigen veiligheid - Egoïsme Instituties: - Geen Duurzaamheid: - Milieuproblemen - Armoede zeer hardnekkig

Grote Solidariteit: Wereldproblemen worden gezamenlijk opgelost Scenario Grote Solidariteit, zie Tabel B-1 Economie: - Vrije handel - Structurele wijzigingen op wereldniveau Technologie: - Zeer sterke ontwikkeling, ook gericht op ecologie Cultuur: -

Minder materialisme Nieuwe normen en waarden


-131-

40010376-TDC 02-24457A

Instituties: -

Sterke mondiale overheid Verantwoordelijke multinationals

Duurzaamheid: Instituties lossen CO2 – probleem op Instituties lossen het armoede probleem op

Ecologie op kleine schaal: Wereldproblemen worden lokaal opgelost. Scenario’s Ecologie A and B, zie Tabel B-1. Economie: - Lage economische groei - Consumptie dicht bij productie - Milieu in de prijzen Technologie: - Gemiddelde ontwikkeling - Kleinschalige toepassingen Cultuur: - Einde aan materialisme - Nieuwe waarden - Milieubewuste consumptie Instituties: - Regionale bestuursvormen - Sterke netwerken - Poldermodel Duurzaamheid: - Lokale milieuproblemen zijn in de hand te houden


-132-

40010376-TDC 02-24457A

Een vereenvoudigde presentatie van de vier toekomst Wereldmodellen is:

Winst voor hier en nu Vrij Handel Isolatie

Mondiale Instituties

Lokale Netwerken

Solidariteit

Winst voor de wereld , nu en later

Ecologie

Tabel B-1 geeft een samenvatting van de WEC scenario’s met gebruik van een energiemix zoals die is geschat voor de vier Wereldmodellen in 2050. Er wordt aangenomen dat de vier beschreven werelden een representatie zijn van de WEC scenario’s. Daarna worden twee scenario’s zoals doorgerekend door de EPRI getoond.


-133-

40010376-TDC 02-24457A

Tabel B-1 Samenvatting van de vier Wereldmodellen in WEC Scenario’s Scenario

Vrijhandel Model A Vrijhandel Model B Isolatie

Krachten in de Primaire Energie samenleving Energie Intensiteit 2050 2050 (Gtoe) (toe/103E) Sterke groei, genoeg olie 25 0,22 Sterke groei, kolen belangrijk Gemiddelde groei

Grote Soli- Sterke groei, dariteit post fossiel tijdperk Ecologie – Ecologie geModel A dreven, geen nucleair Ecologie – Ecologie geModel B dreven, wel nucleaire renaissance Roadmap EPRI Scenario’s Grote Soli- Sterke toedariteit name kolen Grote Soli- Nucleair en dariteit sterke groei duurzaam

% % % % Kolen Olie Gas Nucleair

% Duurzaam

Koolstof Emissie (Gt/yr)

15

32

19

12

22

11,6

25

0,22

32

19

22

4

23

14,7

20

0,23

21

20

23

14

22

9,6

25

0,21

9

18

32

11

30

9,3

14

0,16

11

19

27

4

39

5,3

14

0,16

10

18

23

12

37

5,1

17

0,17

30

10

30

15

15

9,6

17

0,17

10

10

40

20

20

7,2

Het ziet er naar uit dat de wens van de deelnemers is om te streven naar de realisatie van de optie “Grote Solidariteit”; hierin moeten wel alle energiebronnen die beschikbaar zijn meegenomen worden. Dit vraagt echter om een zware en verantwoorde toezegging op internationaal-, economisch-, politiek en sociaal niveau van alle naties in de wereld. De EPRI scenario’s zijn meer toegespitst op de situatie voor de USA maar ze laten wel zien dat met een krachtige mondiale elektrificatie een substantiële reductie in CO2 emissie bereikbaar wordt. Met een van de EPRI scenario’s worden zelf veel betere resultaten bereikt als in het WEC scenario “Grote Solidariteit”.


-134-

40010376-TDC 02-24457A

In de meest aantrekkelijke en realistische opties komt de renaissance van nucleaire energie ook voor. Het is ook de wens van vele Roadmap participanten om de nucleaire optie, naast alle opties, mee te nemen. Het PINK (Programma Instandhouding Nucleaire Kennis) programma van Nederland biedt, met de INCOGEN reactor type, een van de meest realistische opties voor de toepassing van inherent veilige kernenergie. De gekozen reactor kan, door zijn afmetingen, heel goed beschermd worden tegen externe gebeurtenissen en wordt daarom internationaal sterk aanbevolen. NEDERLAND Het eindenergieverbruik in Nederland was in het jaar 2000 was 2395 PJ. Elektriciteitsgebruik was ongeveer 347 PJ (~ 100 TWh). Dit komt overeen met een geïnstalleerde productiecapaciteit van 13.5 GW met een gemiddelde benutting (loadfactor) van 0.7 In alle scenario’s zal voor Nederland het elektriciteitverbruik, in volume en percentage, aanzienlijk toenemen. Het gasnetwerk is nog steeds in gebruik en biedt een strategisch voordeel voor ons land. Op het gebied van off-shore windenergie heeft men nieuwe doorbaken succesvol afgesloten. In drie van de vier scenario’s is distributie van energie (producten en diensten) belangrijk en energie opslag wordt gebruikt als buffer tussen vraag en aanbod.


-135-

40010376-TDC 02-24457A

Jaarlijkse groei van elektriciteitsgebruik voor de vier Wereldmodellen Vrijhandel 2.4

Groei percentages

Jaar

Isolatie 2.4

Grote Solidariteit 2.5

Heden

Vrijhandel

Ecologie

2000

2025

2050

2025

2050

2025

2050

2025

2050

22

40

23

45

20

33

17

23

168

278

156

250

168

278

172

293

20% -20% 6400

20% -20% 10600

10% -10% 3000

10% -10% 4800

5% -5% 1600

5% -5% 2600

15% -15% 4900

15% -15% 8400

25%

55% 95% 14100 24300 20%

55% 95% 23300 40200 20%

25% 45% 5900 10700 65%

25% 45% 9500 17100 65%

45% 55% 11500 14100 45%

45% 55% 19000 23300 45%

40% 70% 10500 18300 35%

40% 70% 17800 31200 35%

5500

6400

10600

19300

30900

14400

23800

11400

19500

~1% 500 <<1%

5% 3000 ~1%

5% 5300 ~1%

~1% 600 ~2%

~1% 1000 ~2%

5% 3200 ~1%

5% 5300 ~1%

10% 6500 ~2%

10% 11000 ~2%

10

1900

3200

3600

5700

1900

3200

3900

6700

Percentage elektri- 12 citeit van totaal Elektriciteit con- 100 sumptie (TWh) Import (TWh aandeel) Cross border capaciteit MW Centrale Opwekking (TWh aandeel) CG capaciteit MW Decentrale Opwekking (TWh aandeel) DG capaciteit MW Wind (TWh aandeel) Wind capaciteit MW Zonne-energie (TWh aandeel) PV capaciteit MW piek

Ecologie 2.2

15% 3200 60% 10000

Isolatie

Grote Solidariteit

Belastingduur factoren Type opwekeenheden Centrale Opwekking Import Decentrale Opwekking Windenergie Zonne-energie

Heden 0.7* 0.45 0.6 0.2 0.1

2025 0.75 0.6 0.6 0.3 0.1

* preferent actueel ingezet vermogen (op basis van 6500 uur)


-136-

40010376-TDC 02-24457A

Bijlage C

Het omzetten van ideeën in business Er is een belangrijke rol weggelegd voor de overheid en de EU in het stimuleren van consortia, partnerschip en samenwerking met de private sectoren voor het bevorderen van een verbeterd wereldenergiesysteem voor 2025 en daarna. Als deel van deze gezamenlijke inspanning zijn extra fondsen gewenst voor fundamenteel onderzoek aan universiteiten en research instituten, ontwikkelingsfondsen voor realisatie van nieuwe producten en systemen en voorts nieuw “bottom-up” leiderschap in de private sector voor het op korte termijn commercialisering van ontwikkelingen. Dit alles vraagt om samenwerking op commerciële basis tussen alle potentiële organisaties welke kunnen bijdragen aan technologische vooruitgang voor verbeterde economische productiviteit. Economische modellen zullen moeten worden ontwikkeld om na te gaan hoe de vergrijzende samenleving in de ontwikkelde landen en de nieuwe generatie mensen, geschat op nog eens 700 miljoen in 2020, in de ontwikkelingslanden bij elkaar gebracht moeten worden om een nieuwe mondiale en duurzame kennis economie op te bouwen. Daarnaast moet heel pragmatisch worden gekeken naar mogelijkheden om met de nieuwe ideeën business te genereren. Wanneer een gedachte of trend niet is om te zetten in een business proces met industriële participatie is het ten dode gedoemd. Daartoe dienen er economische drijfveren te zijn die de uiteindelijke klant ook daadwerkelijk tot bestelling doen overgaan. De rol van de overheid kan er daarbij uit bestaan om de juiste incentives te bedenken en in het daarop volgende proces te faciliteren en te katalyseren. Voorwaarde daarbij is wel dat zowel overheid, industrie en klanten innerlijk overtuigd zijn van de juistheid van de gekozen doelstelling en de te volgen route naar dat doel. Het is dan ook noodzakelijk de Roadmap met de top van de industrie te bespreken. Voor een aantal ontwikkelingen is de Nederlandse industrie mogelijk te klein. Hierbij kan gedacht worden aan b.v. het ontwerp, de productie en de offshore plaatsing van windturbines in de 10+ MW range. Een voorbeeld van aanpak zou in dat geval kunnen zijn het opzetten van een consortium conform het airbus model. De landen om de Noordzee zouden een consortium kunnen vormen voor de realisatie van een gestandaardiseerd ontwerp, inclusief fundatie. De bijdrage van de industrie in de verschillende landen kan dan worden gebaseerd op deelbijdragen aan de levering van een grote serie windturbines die in de landen rondom de Noordzee kunnen worden geplaatst. Een analyse van de potentiële business mogelijkheden die bepaalde ontwikkelingen in de Roadmap bieden, lijkt gewenst.


-137-

40010376-TDC 02-24457A

Bijlage D LITERATUUR Electricity Technology Roadmap, Power Progress, 1999 Summary and Synthesis, EPRI Carbon Sequestration Technology Roadmapping, May 2001, DOE/NETL Stroomversnelling; De volgende elektrische innovatiegolf, STT61, Stichting Toekomstbeeld der Techniek, 1999. Energie en samenleving in 2050; Nederland in wereldbeelden. LTVE (Lang Termijn Visie Energievoorziening) Hoofdstuk 1,2 en 3 Actinide Transmutation in Nuclear Reactors; Netherlands Energy Research Foundation (ECN); Jan H. Bultman, Petten, The Netherlands. S-PRISM; A Modular Diversion Resistant Fast Reactor, GE Nuclear Energy Division; Charles E. Boardman, San Jose, CA, USA. Complex Interactive Networks/Systems (CINS) Initiative: Creating self-optimizing, self-stabilizing, self-healing capabilities to enable unprecedented grid reliability, robustness, efficiency, and power quality. Climate Adaptation Initiative: Promoting adaptation as an effective option for reducing the risks associated with climate change while minimizing need for costly, near-term interventions. Advanced Coal Initiative: Develop technologies permitting economic, competitive coal power plant operations while meeting or exceeding environmental requirements. Advanced Electrical and Communication Interface Equipment for Integrating Distributed Resources into Utility Systems Initiative: Design, develop and certify a break-through low cost "plug and play" device based on a standardized communications protocol that will enable a variety of distributed resource technologies to be seamlessly interconnected and controlled with the electric grid. Implementing Integrated Networking Solutions for the Energy Enterprise in Homes and Businesses Initiative:


-138-

40010376-TDC 02-24457A

Identify critical opportunities for breakthrough products which will enable the development of a robust energy enterprise that utilizes the integrated network system and enables it to reach it's fullest potential. Grid-Connected Hybrid Electric Vehicle Initiative: Grid-connected hybrid electric vehicles meet the challenge of today's driving needs delivering significant energy efficiency and emissions improvements for the world of tomorrow. Human Performance Initiative: Developing proactive, cost-effective approaches to optimize worker productivity, reduce costs, and improve the safety and reliability of nuclear plants and other energy facilities. IEA/OECD SCOPING STUDY: Energy and environmental technologies to respond to global climate change, Paris 1994 IEA Electric Power technologies: Environmental challenges and opportunities, Paris 1993 IEA Electric Technologies: Bridge to trhe 21st Century and a sustainable future, Paris 1997 International Foundation for European Studies and Projects; Energy cooperation in Europe. Towards a more sustainable energy policy, Amsterdam 1997 Materials Health Initiative: Develop and implement advanced models, analysis tools, mitigation technologies, monitoring technologies, and advanced materials for improved materials performance, damage and condition assessment. New Retail Product and Service Designs: Pushing the Envelope Initiative: Create breakthrough product designs that transcend commoditization of retail electricity markets and replace price wars that destroy shareholder value with market creation activities that simultaneously expand product horizons, enhance customer well-being and ESP profitability. Advanced Nuclear Power Initiative: Establishing nuclear power as a sustainable, cost-competitive option to satisfy expanding global electricity demand in the 21st century. Advanced Power Electronics Initiative: Designing low-cost, high-efficiency power electronics devices for precise control and tuning of high-power circuits in electricity production, delivery, and end-use systems Power Market Redesign Initiative: Enabling development of consistent, complete designs for power markets that address the needs of all market participants and stakeholders.


-139-

40010376-TDC 02-24457A

Low Pressure Turbine Performance Initiative: Demonstrating practical approaches for controlling basic water-steam processes to boost turbine efficiency and the output, reliability, and profitability of fossil and nuclear steamelectric plants. Managing the 21st Century: Water and Sustainability Initiative: Launch a unified EPRI Water Management Initiative that will underwrite EPRI's Electricity Roadmap vision and destinations by creating water management strategies and technologies for economic growth, natural resource stewardship, and electricity production. European Commission. Green Paper -Towards a European strategy for the security of energy supply. 29 November, 2000. Luxembourg. ISBN 92-894-0319-5 European Commission. Completing the internal energy market. Brussels 12 March, 2001 SEC (2001) 438 EURELECTRIC Position Paper in response to the Green paper. June 2001. Brussels 20012513-0003 Nationaal Milieubeleidsplan 4. Een wereld en een wil, werken aan duurzaamheid. September 2001, Ministerie van VROM, Den Haag. Vrom 01.0294/b/09-01 14546/176 EOS Energie Onderzoek Strategie. Min.van Economische zaken. November 2001 Carbon Sequestration Technology Roadmap. U.S.DOE/NETL. May 2001 Eindrapportage “Schoon Fossiel” Novem, januari 2001, Utrecht Removal of CO2 by storage in the deep underground, Chemical Utilization and Biofixation. Options for the Netherlands. Novem. July 1999. ISBN 90-5748-014-X Van Megawatt naar Ecowatt; J van Liere en A. Heertje pocket uitgave, KEMA Arnhem1998 Eerste meerjarenprogramma IOP EMVT (elektromagnetische vermogenstechniek), Senter, juni 2001 Transforming electricity, Walt Patterson, Earthscan, 1999


TDC A

Recommend Documents