Toekomstverkenning inzet zon-pv, zonthermie en inkoop van duurzame energie in de Vleessector in opdracht van

Toekomstverkenning inzet zon-PV, zonthermie en inkoop van duurzame energie in de Vleessector in opdracht van AgentschapNL te Utrecht

21 juni 2011

Relatienummer Rapportnummer

8543.00 3008020DR03.DOC

Opdrachtleider amp

Auteur(s) ing. Jan van Eijk

Bewerkt: eijk Gecontroleerd Initialen Paraaf

KWA Bedrijfsadviseurs B.V. Regentesselaan 2 3818 HJ Amersfoort Postbus 1526 3800 BM Amersfoort

 Telefoon: Telefax: e-mail: website:

033 422 13 30 033 422 13 49 [email protected] http://www.kwa.nl

Rabobank: 372977669 KvK Gooi en Eemland: 32069286

Inhoudsopgave

1.

Inleiding

3

2.

Energiegebruik in de Vleessector

4

3.

Energiekosten

5

3.1

Energie prijs scenario’s

5

3.2

Energiekosten bedrijven Vleessector

6

4.

5.

6.

Zon-PV

8

4.1

Technologie

8

4.2

Ontwikkelingen

9

4.3

Energieproductie

11

4.4

Kosten en opbrengsten

13

Zon thermie

15

5.1

Technologie

15

5.2

Ontwikkelingen

17

5.3

Energieproductie

18

5.4

Kosten en opbrengsten

20

Potentieel zon-PV en zonthermie in Vleessector

22

6.1

Zon-PV

22

6.2

Zonthermie

22

6.3

PVT-systemen

22

7.

Subsidies en stimuleringsregelingen

23

8.

Inkoop duurzaam opgewekte elektriciteit

24

9.

Impact duurzame opties op CO2-footprint Vleessector

24

10. Randvoorwaarden zon-PV en zonthermie

24

11. Conclusies

25

Bijlage 1:

Overzicht geraadpleegde literatuur

KWA Bedrijfsadviseurs B.V.



3008020DR03.DOC 21 juni 2011 Blad 2 van 25

1.

Inleiding De Nederlandse Vleessector, vertegenwoordigd door de Centrale Organisatie voor de Vleessector (COV), NEPLUVI, VNV, AKSV, Commissie vleesindustrie (PVV) en de KNS, heeft in het kader van het MJA3-convenant een MJP opgesteld. Dit heeft geleid tot het opstellen van een aantal thema’s. In vervolg hierop dienen deze nader uitgewerkt en geconcretiseerd te worden. Een van deze thema’s betreft analyse van duurzame energieopties toegespitst op inzet van zon-PV, zonthermie en inkoop van duurzaam opgewekte energie. In dat kader is door AgentschapNL aan KWA Bedrijfsadviseurs opdracht gegeven het potentieel voor inzet van genoemde opties in de vleessector in kaart te brengen geconcretiseerd rekening houdend met de volgende aspecten: • Inventariseren technologische ontwikkelingen op het gebied van zon-PV en zonthermie in 2015 (huidige stand der techniek), 2020 en 2030 • Bepalen van het effect van deze technologische ontwikkelingen op de duurzaamheidprestatie ten aanzien van energiegebruik en CO2-footprint van de bedrijven binnen de vleessector • Bepalen verwachte investeringen exploitatiekosten (rentabiliteit) in 2015, 2020 en 2030 en in kaart brengen randvoorwaarden en bottlenecks Het onderzoek is uitgevoerd op basis van de volgende bronnen: • Literatuur onderzoek • Resultaten energie-efficiencyplannen MJA-3 Vleessector • Interviews met onderzoeksinstituten en leveranciers De resultaten van het onderzoek zijn weergegeven in deze rapportage. In hoofdstuk 11. zijn de conclusies samengevat.





2.

Energiegebruik in de Vleessector Op basis van een populatie van 20 bedrijven in een totaal van 58 bedrijven die deelnemen aan MJA-3 is het volgende beeld van het energiegebruik van de sector uitgesplitst per type bedrijf te geven. Naast het aardgasgebruik en het elektriciteitgebruik is het aandeel van het gasgebruik voor de productie van warmwater weergegeven.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

type bedrijf pluimvee slachterij runder slachterij runder/varkens slachterij varkens slachterij varkens slachterij vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf vleesverwerkend bedrijf

aardgas mo 3 340.737 484.137 1.200.958 1.422.758 790.618 307.179 800.863 2.936.896 400.126 894.043 209.955 919.930 492.196 30.647 282.247 409.000 324.936 111.821 643.923 48.012

aandeel ww-productie elektriciteit totaal ww-productie t.o.v. primair kWh GJ primair GJ primair totaal 5.977.583 64.583 4.465 6,9% 4.848.286 58.958 10.006 17,0% 765.419 44.899 7.716 17,2% 10.343.321 138.120 6.755 4,9% 4.249.702 63.270 5.005 7,9% 1.455.436 22.821 583 2,6% 7.337.186 91.382 989 1,1% 18.448.290 258.987 23.238 9,0% 2.049.261 31.107 3.318 10,7% 8.084.052 101.053 4.810 4,8% 1.838.835 23.195 1.608 6,9% 4.736.124 71.741 903 1,3% 2.904.544 41.719 2.695 6,5% 989.375 9.874 789 8,0% 2.056.436 27.441 2.233 8,1% 4.488.000 53.337 608 1,1% 3.296.074 39.949 3.260 8,2% 5.466.665 52.739 1.164 2,2% 9.127.574 102.528 3.811 3,7% 758.989 8.350 828 9,9%

totaal 20 bedrijven totaal [GJ primair] procentueel

13.050.982 413.064 32%

99.221.152 892.990 68%

1.306.054 100%

84.784 6%

De totale populatie van bedrijven in de vleessector die deelnemen aan MJA-3 is circa driemaal zo groot, zodat op basis van extrapolatie de volgende verdeling voor alle deelnemende bedrijven binnen de sector kan worden bepaald.

deelnemers MJA-3 vleessector totaal 56 bedrijven totaal [GJ primair] procentueel 1

aandeel aardgas elektriciteit totaal ww-productie 1 GJ primair mo3 kWh GJ primair 41.232.227 289.111.111 1.305.000 2.602.000 3.907.000 253.627 33% 67% 100% 6%

excl. 17.000 GJ warmte en 68.000 GJ overig

De geëxtrapoleerde cijfers voor het aardgasgebruik, het elektriciteitgebruik en het totale primaire energiegebruik corresponderen binnen een marge van +/-5% met de werkelijke totaalcijfers van de aan de MJA-3 deelnemende bedrijven in de vleessector, zodat bovengenoemde populatie van 20 bedrijven als voldoende representatief voor de hele populatie van de sector kan worden beschouwd.





3.

Energiekosten

3.1

Energie prijs scenario’s In onderstaande grafiek is de spreiding van de commodityprijzen aardgas en elektriciteit weergegeven zoals deze op de handelsmarkten daadwerkelijk zijn opgetreden. sparkspread handelsmarktprijzen 2011-2015 elektriciteitsprijs = functie (aardgasprijs)

commodityprijs elektriciteit baseload [€/MWh]

100

Hoog

90 80 70

Midden

60 50 Laag

40 30 20 10 0 14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

3

commodityprijs aardgas baseload [€ct/mo ] cal-2011

cal-2012

cal-2013

cal-2014

cal-2015

Op grond hiervan kunnen de volgende energieprijs scenario’s voor de commodityprijzen aardgas en elektriciteit worden gedefinieerd. • E-prijs scenario Laag: - aardgas - elektriciteit base peak off-peak • E-prijs scenario Midden: - aardgas - elektriciteit base peak off-peak • E-prijs scenario Hoog: - aardgas - elektriciteit base peak off-peak




3

20 €ct/mo 55 €/MWh 74 €/MWh 36 €/MWh 3

32 €ct/mo 75 €/MWh 95 €/MWh 55 €/MWh 3

42 €ct/mo 95 €/MWh 123 €/MWh 67 €/MWh


3.2

Energiekosten bedrijven Vleessector

3.2.1

Aardgas Op basis van de energieprijs scenario’s zoals weergegeven in paragraaf 3.1 kunnen voor de bedrijven in de Vleessector de te vermijden aardgaskosten bij inzet van zonthermische systemen worden bepaald afhankelijk van de omvang van het energiegebruik op jaarbasis.

aardgas [€/m o 3] commodity hoog flexibiliteit/transport energiebelasting totaal hoog totaal midden totaal laag

50.000 3 kleinverbruik [mo ] € 0,42 € 0,42 € 0,11 € 0,050 € 0,164 € 0,144 € 0,694 € 0,614 € 0,594 € 0,514 € 0,474 € 0,394

gebruik op jaarbasis 500.000 1.000.000 2.000.000 3 3 3 [m o ] [m o ] [mo ] € 0,42 € 0,42 € 0,42 € 0,040 € 0,030 € 0,020 € 0,074 € 0,049 € 0,031 € 0,534 € 0,499 € 0,471 € 0,434 € 0,399 € 0,371 € 0,314 € 0,279 € 0,251

3.000.000 3 [m o ] € 0,42 € 0,010 € 0,025 € 0,455 € 0,355 € 0,235

5.000.000 3 [m o ] € 0,42 € 0,005 € 0,021 € 0,446 € 0,346 € 0,226

kostenelementen aardgas E-prijs scenario hoog € 0,75 € 0,70 € 0,65 € 0,55

3

kosten aardgas [€/mo ]

€ 0,60 € 0,50 € 0,45 € 0,40 € 0,35 € 0,30 € 0,25 € 0,20 € 0,15 € 0,10 € 0,05 €kleinverbruik

50.000

500.000

1.000.000

2.000.000

3.000.000

5.000.000

3

gebruik op jaarbasis [mo ] commodity hoog




flexibiliteit/transport

energiebelasting


3.2.2

Elektriciteit Op basis van de energieprijs scenario’s zoals weergegeven in paragraaf 3.1 kunnen voor de bedrijven in de Vleessector de te vermijden elektriciteitskosten bij inzet van zon-PV systemen worden bepaald afhankelijk van de omvang van het energiegebruik op jaarbasis. 500.000 [kWh] elektriciteit [€/MWh] kleinverbruik commodity hoog € 107,0 € 107,0 variabel transport € 25,0 € 10,0 energiebelasting € 69,6 € 15,3 totaal hoog € 201,6 € 132,3 totaal midden € 178,2 € 108,9 totaal laag € 157,8 € 88,5 commodityprijs:

gebruik op jaarbasis 1.000.000 3.000.000 5.000.000 [kW h] [kWh] [kWh] € 107,0 € 107,0 € 107,0 € 10,0 € 10,0 € 10,0 € 13,1 € 11,6 € 11,3 € 130,1 € 128,6 € 128,3 € 106,7 € 105,2 € 104,9 € 86,3 € 84,8 € 84,5

10.000.000 [kWh] € 107,0 € 10,0 € 11,1 € 128,1 € 104,7 € 84,3

15.000.000 [kWh] € 107,0 € 10,0 € 7,6 € 124,6 € 101,2 € 80,7

HT/LT = 71%/29% want 5/7-deel van zonuren op werkdagen en 2/7-deel in weekend

kostenelementen elektriciteit E-prijs scenario hoog € 220 € 200

kosten elektriciteit [€/MWh]

€ 180 € 160 € 140 € 120 € 100 € 80 € 60 € 40 € 20 €kleinverbruik

500.000

1.000.000

3.000.000

5.000.000

10.000.000

15.000.000

gebruik op jaarbasis [kWh] commodity hoog




transport

energiebelasting


4.

Zon-PV

4.1

Technologie Een zonnepaneel bestaat uit meerdere in serie geschakelde zonnecellen. Het proces dat zich in een zonnecel afspeelt heet fotovoltaïsche omzetting. Hierbij wordt zonlicht in elektriciteit omgezet.Op de scheidingsgrens van de p- en n-laag ontstaat een intern elektrisch veld (spanningsverschil). Als er licht op de zonnecel valt dan wordt een (negatief geladen) elektron in de zonnecel losgemaakt en blijft een (positief) gat over. Ontstaat zo'n elektron/gat-paar in de buurt van het intern elektrisch veld dan worden deze twee gescheiden, omdat zij een verschillende lading hebben. Hierdoor krijgt de p-laag een positieve lading en de n-laag een negatieve lading. Door een verbinding tussen beide lagen te maken, gaan elektronen stromen en heeft men dus elektriciteit. Naarmate meer licht op de zonnecel valt, worden meer elektronen vrijgemaakt en is er meer stroom. Het fotovoltaïsch proces gaat door zolang er licht op de cel valt. In dit proces worden geen materialen gebruikt en zijn geen bewegende delen aanwezig. Zonnecellen zijn daardoor duurzaam. Niet al het licht kan worden omgezet in elektriciteit. Zonnecellen gebruiken voornamelijk zichtbaar licht. Een groot deel van de energie van de zon bereikt de aarde als infrarood (IR)- of warmtestraling en ultraviolette (UV) straling. Het theoretisch haalbare omzettingsrendement is daarom niet hoger dan 20-30%. De zonnecellen die momenteel geproduceerd worden hebben een rendement van ongeveer 16%-20%. Het is te verwachten dat door technologische ontwikkelingen dit rendement de komende jaren met een factor anderhalf zal oplopen. Het basismateriaal van de meeste zonnecellen is silicium. Silicium is een van de meest voorkomende elementen op aarde. Silicium komt in de natuur echter voornamelijk in gebonden toestand voor (siliciumoxide). Voor zonnecellen is zuiver silicium nodig. Naast silicium worden andere materialen voor zonnecellen gebruikt zoals andere halfgeleiders (gallium, germanium) en organische kleurstoffen. Typen zonnecellen zijn onder andere: Monokristallijn silicium zonnecellen Deze zijn gemaakt van siliciumplakken, die uit één groot 'monokristal' zijn gezaagd, waarin de siliciumatomen netjes gerangschikt zijn. Het monokristal wordt gemaakt met behulp van de zogenaamde 'Czochralskigroeitechniek'. Hierbij wordt een ronde (silicium) staaf met een snelheid van enkele centimeters per uur uit een smelt van zuiver silicium getrokken. Multikristallijn silicium zonnecellen. Multikristallijn silicium wordt gegoten en is goedkoper en eenvoudiger te maken dan monokristallijn silicium. Tijden het stollen ontstaan de verschillende kristalgebieden die het materiaal zijn karakteristieke uiterlijk geven. Het rendement van multikristallijne cellen ligt in het algemeen iets lager dan dat van monokristallijne cellen. Dunne-film-zonnecellen Deze worden gemaakt met behulp van een opdamp techniek, zoals plasmadepositie. Zo zijn er amorf silicium zonnecellen, die relatief goedkoop zijn, maar waarvan het rendement nog niet zo hoog is. De term 'amorf' slaat op het ontbreken van een kristalstructuur. III/V zonnecellen zijn cellen die wel een hoog rendement hebben, maar gemaakt zijn andere dure (halfgeleider) materialen. Verder zijn er nog diverse typen dunne film polykristallijne cellen . Organische zonnecellen Een andere manier om zonnecellen goedkoper te maken, is ander materiaal te gebruiken. Een combinatie van een organisch materiaal dat het licht absorbeert, zoals polymeren of kleurstoffen, met een elektronenaccepterend materiaal, zoals titaandioxide. Ook van dit type zonnecel is het nadeel het lage rendement.





Onderstaande tabel geeft de rendementen van de verschillende technieken

Kristalijn silicium zonnecellen hebben een technische levensduur van 25 jaar. Dunnefilm zonnecellen zijn goedkoper, maar hebben een levensduur die half zo groot is. Zonnecellen worden verwerkt in zonnepanelen die de bouwstenen vormen voor zon-PV systemen. Een zon-PV systeem bestaat uit een aantal zonnepanelen die via een inverter gekoppeld is aan het openbare net, zodat een eventueel overschot aan geproduceerde elektriciteit teruggeleverd kan worden aan het openbare net.

4.2

Ontwikkelingen De technologieontwikkelingen op het terrein van zon-PV richten zich op de volgende aspecten: • Cel- en materiaaltechnologie • Productietechnologie • Systeemtechnologie Cel- en materiaaltechnologie De celtechnologieën zijn in drie categorieën onder te verdelen, sommige van deze categorieën kennen weer subcategorieën: • wafer-type siliciumzonnecellen; • dunne-filmzonnecellen, onderverdeeld in de celsoorten: - dunne-filmsilicium; - CIGS (koper-indium/gallium-diselenide/sulfide); - CdTe (cadmiumtelluride); - organische PV (OPV); - kleurstofzonnecellen (dye-sensitised PV) • ‘III-IV’-cellen (inclusief concentrator PV: ‘III-V’ zijn materialen uit de gallium-arsenide familie en worden ook gebruikt in LEDs, lasers, et cetera; Het potentieel qua rendement is weergegeven in onderstaande tabel





Productietechnologie Naast inspanningen gericht op doorontwikkeling van bestaande technologieën en kostenreductie, is er bij productietechnologie veel aandacht voor innovatieve processen, effectievere en verdere opschaling van productieconcepten, procesbeheersing en automatisering. Voorts ligt de focus op de modulefabricage, waarbij de cellen onderling elektrisch worden verbonden en zodanig afgeschermd dat ze tegen negatieve chemische en fysische invloeden van de buitenwereld worden beschermd. Systeemtechnologie Het verwerken van individuele modules in complete PV-systemen is een belangrijke schakel in de totale PV-markt. De elektrische link tussen het PV-systeem en het netwerk wordt gevormd door de omvormer. Op dit gebied is nog aanzienlijke winst te behalen qua kostprijs, betrouwbaarheid en levensduur, maar ook qua functionaliteit. In de totale kosten van een PV-systeem spelen de kosten van materialen, elektronica, montageen installatiearbeid etc. een belangrijke rol. Dit komt onder meer door het gebrek aan standaardisatie en de moeilijkheid om systeembouw te automatiseren. Door slimme integratieen assemblagetechnieken te ontwikkelen en door standaardisatie en schaalvergroting moet het echter mogelijk zijn de installatiekosten significant te verlagen. De hierboven geschetste ontwikkelingen zullen ertoe leiden dat de kosten van zon-PV systemen per kW p zullen dalen volgens de in paragraaf 4.4 aangegeven trend.





4.3

Energieproductie Een zonuur kan qua vermogen sterk variëren als functie van het seizoen; een zonuur in de winter levert minder energie dan een zonuur in de zomer. Eén uur volle zon is vastgesteld als 2 een uur waarin het aardoppervlak een zoninstraling van 1000 W/m ontvangt en staat dus gelijk 2 aan 1 kWh/m . Aangezien het Nederlandse aardoppervlak in de gemiddeld 1500 zonuren per 2 jaar ongeveer 1000 kWh/m energie ontvangt, kan worden gesteld dat Nederland gemiddeld 1000 uren volle zon per jaar ontvangt. Een nauwkeuriger berekening maakt gebruik van onderstaande kaart om het lokale zonaanbod in volle zonuren per jaar te bepalen.





De zogenaamde instralingsfactor geeft als percentage weer hoe de opbrengst van de zonnepanelen afhangt van hun positie. Het getal is afhankelijk van zowel de hellingsrichting als de hellingshoek van de zonnepanelen. Voor Nederland is ideale situatie (100%) een zuidwaarts gericht zonnepaneel dat een hoek van 35° met de gro nd maakt. Dit is echter niet altijd mogelijk. Middels onderstaand diagram kan worden bepaald welke opbrengstfactor van toepassing is. De witte lijnen geven de opbrengstfactor weer.

Zonnepanelen presteren bij hogere temperatuur minder goed. Omdat de geleidbaarheid van het halfgeleidermateriaal toeneemt, daalt het spanningsverschil over de verschillende zijden van de zonnecellen. De opbrengstdaling is ongeveer een halve procent voor iedere graad celcius boven de 25 °C. Aangezien zonnepanelen op een warme zomerdag gerust 65 °C kunnen worden, valt de totale opbrengst lager uit dan op basis van het geïnstalleerde vermogen verwacht mag worden. In combinatie met andere factoren als vervuiling/degressie (0,5% à 1% per jaar) geldt voor de situatie in Nederland dat de reële opbrengst van het zonnepaneel circa 85% bedraagt van wat maximaal haalbaar zou zijn. Deze factor is de opbrengstfactor. Uitgaande van het huidige rendement van zonnepanelen ter grootte van circa 16% en een opbrengstfactor van 85% kan worden bepaald dat de opbrengst van een zonnepaneel in de Nederlandse situatie bij juiste plaatsing (instralingsfactor ≈ 100%) op jaarbasis bedraagt: 2

1.000 W/m [zoninstraling] x 16% [rendement] x 85% [opbrengstfactor] = 140 W/m




2


4.4

Kosten en opbrengsten De in paragraaf 4.1 geschetste technologische ontwikkelingen zijn erop gericht om enerzijds het rendement te verhogen en anderzijds de productiekosten te verlagen. Daarnaast daalt de prijs doordat de geproduceerde hoeveelheden toenemen. In onderstaande grafiek is het prijsverloop van PV-modules van 1979 tot heden weergegeven.

Deze continue daling van de prijzen van PV-modules heeft natuurlijk een prijsdalend effect op de (investerings)kosten voor complete zon-PV systemen. Dit effect is weergegeven in onderstaande tabel.





Een zon-PV systeem produceert per kW p geïnstalleerd vermogen per jaar 850 kWh op basis waarvan onderstaande kostprijs van de geproduceerde elektriciteit is te bepalen. jaar investering E-productie per jaar [kWh] kapitaallasten à 6%/15 jaar onderhoud en materiaal 1% totaalkosten per jaar kosten per kWh

2010 € 2.450 850 € 252 € 25 € 277 € 0,326

2020 € 1.375 850 € 142 € 14 € 155 € 0,183

2030 € 925 850 € 95 €9 € 104 € 0,123

Op basis van de te vermijden elektriciteitskosten voor de bedrijven in de Vleessector zoals bepaald in paragraaf 3.2.2 is vervolgens te bepalen in welk energieprijsscenario zon-PV rendabel wordt. Daarbij is gerekend met de laagste waarde van de te vermijden elektriciteitskosten (bedrijf met het grootste gebruik op jaarbasis). TVT [a] = investering / (E-productie x E-prijs - kosten O&M) jaar 2010 2020 2030 TVT E-prijs scenario laag 56 25 16 TVT E-prijs scenario midden 40 19 12 TVT E-prijs scenario hoog 30 15 10 TVT ≥ 25 jaar

TVT < 25 jaar

Geconcludeerd kan worden dat vanaf energieprijsscenario Midden inzet van zon-PV systemen 1 in de Vleessector in 2020 rendabel is. Voor de kleinverbruikers van elektriciteit (huishoudens en kleinzakelijke verbruikers tot 100.000 kWh op jaarbasis) wordt dit omslagpunt al eerder bereikt. Pas in 2030 zullen de terugverdientijden in het energieprijsscenario Hoog beneden 10 jaar uitkomen.

1

rendabel betekent in dit kader dat de investering binnen de technische levensduur van 25 jaar is terugverdiend





5.

Zon thermie

5.1

Technologie Vlakke plaat collector (FPC) De huidige technologie voor het omzetten van zonne-energie naar lage-temperatuur warmte (max. 80°C) is gebaseerd op het absorberen van het zonlicht door een spectraal-selectieve coating op veelal een metalen absorberende ondergrond. Deze is verbonden met een buizensysteem waarmee de warmte door een vloeistof wordt afgevoerd naar een opslagsysteem of rechtstreeks naar de warmtegebruiker. Om warmteverlies te voorkomen wordt de collector afgedekt met één of twee transparante afdekplaten, over het algemeen van glas met een laag ijzergehalte. De warmte voor warm tapwater wordt opgeslagen in een watergevuld geïsoleerd vat.

Verbeterde vlakke plaat collectoren Door toepassing van meerlaags glazen met anti-reflectie coatings, gebruik van een edelgas in hermetisch gesloten collector en/of geëvacueerde collector is het mogelijk het temperatuurbereik te laten stijgen tot 80-120 °C. E en alternatief is om gebruik te maken van concentrators (CPC = Compound Parabolic Collector). De concentratie factor hiervan is twee en de collector heeft geen zon-volgsysteem nodig.





Vacuum buis collector (ETC) Een ETC is een langwerpige vlakkeplaatabsorber gemonteerd in een luchtgeëvacueerde glazen buis; ook wel heatpipe collector genoemd. Het systeem is toepasbaar in het temperatuurgebied tussen 80 - 160°C.

Parabolisch buis collector (PTC) Voor hogere temperaturen is een hogere concentratie factor noodzakelijk dan de factor twee. Deze systemen vereisen minimaal een zon-volg systeem op één-as. Parabolische spiegels concentreren het zonlicht op een ontvanger. Globaal zijn er zeven alternatieve systemen in ontwikkeling.Toepasbaar voor temperatuurbereik hoger dan 160°C.

Zonnecollector systemen hebben een technische levensduur van 25 à 30 jaar.





5.2

Ontwikkelingen Onderzoek en ontwikkeling op het terrein van zonthermische systemen richt zich op een aantal aspecten: - Efficiëntere en goedkopere collectoren; - Verbeterde en goedkopere lange termijn warmte opslag; - Alternatieve milieuvriendelijke absorbermaterialen die warmte goed geleiden en corrosie- en temperatuurbestendig zijn; - Alternatieve warmtetransportvloeistoffen; - Op afstand bestuurbare meet- en regelsystemen om de warmteproductie te maximaliseren; - Integratie van zonnecollectoren in gebouwen; - Fotovoltaïsche en zonthermische hybridecollectoren (PVT-systemen). Het is opvallend dat aan de collectortechnieken zelf weinig onderzoek meer plaatsvindt en dat de focus op met name systeeminnovaties ligt. De hierboven geschetste ontwikkelingen zullen ertoe leiden dat de kosten van zonthermische systemen per kW th zullen dalen volgens de in paragraaf 5.4 aangegeven trend.





Energieproductie Voor de zoninstraling en de opstelling van de collectoren gelden dezelfde uitgangspunten als vermeld in paragraaf 4.2. Ook voor zonthermische toepassingen geldt dat de hoeveelheid beschikbare energie op het 2 collectoroppervlak in Nederland gemiddeld 1 kW th/m gedurende circa 1.000 volle zonuren per 2 2 jaar bedraagt. De instraling bedraagt dus op jaarbasis 1.000 kWh/m ofwel 3,6 GJ/m . Het rendement van de verschillende typen zonnecollectoren is afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de collector en de omgeving en is weergegeven in onderstaande grafiek. collectorrendement als functie van delta T [collector - omgeving]

rendement

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

delta T [oC] vlakke plaat collector

verbeterde vlakke plaat collector

vacuüm buis collector

parabolische buis collector

De economische rentabiliteit van een zonthermisch systeem hangt met name af van de beoogde fractie van besparing die met dit systeem gerealiseerd zou moeten worden. Theoretisch is het mogelijk om de totale warmtevraag bij bijvoorbeeld 80°C te dekken, mits het zonthermisch systeem maar groot genoeg wordt gedimensioneerd. In de praktijk blijkt dat grote 2 systemen minder energieopbrengst per m collectoroppervlak genereren dan kleine systemen. 2 Daarentegen zijn grote systemen per m collectoroppervlak goedkoper. Volgens ISSO-publicatie 59 is altijd een economisch optimum te vinden bij de dimensionering van een zonthermisch systeem. Bij een bepaalde besparingsfractie blijkt de verhouding van de kosten en baten optimaal (=minimaal) te zijn. In de volgende grafiek is de kostenbatenverhouding afhankelijk van de besparingsfractie weergegeven. Kosten/Baten-verhouding als functie van besparingsfractie 100 90 80 Kosten/Baten-verhouding

5.3

70 60 50 40 30 20 10 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Besparingsfractie

In de praktijk blijkt het optimum steeds te liggen bij een besparingsfractie van 0,25-0,35. KWA Bedrijfsadviseurs B.V.




Deze waarde wordt bij de dimensionering van zonneboiler systemen doorgaans toegepast. Een optimaal gedimensioneerd vlakke plaat collector systeem zal in de praktijk een gemiddeld rendement van circa 45%-50% hebben en dus op jaarbasis de volgende hoeveelheid warmte o 2 van 80 C kunnen produceren : 2

3,6 GJ/m [zoninstraling] x 47,5% [rendement] = 1,7 GJ/m

2

Dit correspondeert met kengetallen voor de opbrengst conform ISSO-publicatie 59.

2

2

Het gaat hierbij om m collectoroppervlak en de zoninstraling is gebaseerd op een horizontaal vlak. De instraling onder de optimale hoek is hoger





5.4

Kosten en opbrengsten Door toename van productievolumes en toepassing van andere goedkopere materialen (bijvoorbeeld kunststof in vlakke plaat collectoren) en technieken zullen de kosten van zonnecollectorsystemen verder afnemen. In onderstaande grafiek is een prognose gegeven van de prijsontwikkeling van zonnecollector systemen in de tijd.

Op basis van deze prijsontwikkeling kan worden bepaald wat de kostprijs per kW th geïnstalleerd vermogen van met zonnecollector systemen opgewekte warmte is.

jaar investering per kW th W-productie per jaar [GJ] kapitaallasten à 6%/15 jaar onderhoud en materiaal 1% totaalkosten per jaar kosten per GJ 3 vermeden aardgasgebruik mo




zon thermie 2010 € 500 2,1 € 51 €5 € 56 € 27 95,9

2020 € 400 2,1 € 41 €4 € 45 € 21 95,9

2030 € 200 2,1 € 21 €2 € 23 € 11 95,9


Op basis van de te vermijden aardgaskosten voor de bedrijven in de Vleessector zoals bepaald in paragraaf 3.2.1 is vervolgens te bepalen in welk energieprijs scenario zonthermische systemen rendabel worden. Daarbij is gerekend met de laagste waarde van de te vermijden aardgaskosten (bedrijf met het grootste gebruik op jaarbasis). TVT [a] = investering / (vermeden aardgasgebruik x gasprijs - kosten O&M) jaar 2010 2020 2030 TVT E-prijs scenario laag 29,9 22,6 10,1 TVT E-prijs scenario midden 17,7 13,7 6,4 TVT E-prijs scenario hoog 13,2 10,3 4,9 TVT ≥ 25 jaar

TVT < 25 jaar

Geconcludeerd kan worden dat vanaf energieprijsscenario Midden inzet van zonthermische 3 systemen in de Vleessector nu al rendabel zou zijn. De energieprijzen liggen momenteel nog circa 15% lager dan in energieprijsscenario Midden. Tussen 2015 en 2020 zal het omslagpunt worden bereikt. Voor de kleinverbruikers van aardgas (huishoudens en kleinzakelijke 3 verbruikers kleiner dan 50.000 m op jaarbasis) wordt dit omslagpunt al eerder bereikt. Pas in 2030 zullen de terugverdientijden in energieprijsscenario Midden/Hoog beneden 10 jaar uitkomen.

3

rendabel betekent in dit kader dat de investering binnen de technische levensduur van 25 jaar is terugverdiend





6.

Potentieel zon-PV en zonthermie in Vleessector Op basis van de energiegebruikcijfers voor de sector zoals weergegeven in paragraaf 2 kan worden bepaald wat het potentieel van inzet van zon-PV en zonthermische systemen in de Vleessector is.

6.1

Zon-PV De enige beperkende factor voor inzet van zon-PV in de (vlees)industrie is de beschikbare netto 4 (dak)oppervlakte voor plaatsing van zon-PV systemen. Voor de Vleessector zal vergelijkbaar met andere industriële bedrijven in de voedingsmiddelensector gelden dat de beschikbare dakoppervlakte voldoende groot is om circa 4% van het totale elektriciteitsgebruik op te wekken met zon-PV. Voor de Vleessector betekent dit dat op jaarbasis circa 11,6 miljoen kWh kan worden opgewekt met zon-PV systemen. Dit leidt tot een reductie van 2,7% ten opzichte van het totale primaire energiegebruik van de sector. 2

Hiervoor is een totale (dak)oppervlakte ter grootte van 83.000 m benodigd. 2

Een PV-paneel geeft een extra belasting van circa 10 à 20 kg per m op het dak bij plaatsing achteraf. Bij integratie tijdens nieuwbouw kan de dakbelasting lager uitvallen. 6.2

Zonthermie De beperkende factoren voor inzet van zonthermische systemen in de (vlees)industrie zijn het aandeel van het energiegebruik voor de productie van warmwater en de beschikbare netto (dak)oppervlakte voor plaatsing van zonthermische systemen. In de Vleessector wordt 254.000 GJ aan thermische energie aangewend voor de productie van warmwater. Hiervan kan 35% (zie besparingsfractie paragraaf 5.3) ofwel 89.000 GJ worden ingevuld met zonthermische systemen. Dit leidt tot een reductie van 9,7% in het aardgasgebruik van de sector ofwel een reductie van 3,2% ten opzichte van het totale primaire energiegebruik van de sector. 2

Hiervoor is een totale dakoppervlakte ter grootte van 53.000 m benodigd. 2

Een zonneboilerpaneel geeft een extra belasting van circa 20 à 30 kg per m op het dak bij plaatsing achteraf. Bij integratie tijdens nieuwbouw kan de dakbelasting lager uitvallen. 2

2

Een zonthermisch systeem wekt circa 1,7 GJ/m op en een zon-PV systeem circa 1,2 GJprim/m . Vanuit die optiek en omdat een zonthermisch systeem een betere bedrijfseconomische rentabiliteit heeft dan een zon-PV systeem, hebben zonthermische systemen de voorkeur.

6.3

PVT-systemen Bij PVT-systemen worden geïntegreerde zon-PV en zonthermische systemen toegepast. Voordeel van een PVT-systeem is dat om eenzelfde totale hoeveelheid energie op te wekken circa 40% minder (dak)oppervlakte is benodigd, dan bij toepassing van aparte naast elkaar werkende zon-PV en zonthermische systemen. De kosten zijn echter hoger dan de kosten van twee aparte systemen. 4

naast plaatsing op daken is bij nieuwbouw ook integratie in gevels en ramen mogelijk, waarbij het rendement wel lager is





7.

Subsidies en stimuleringsregelingen Zon-PV en zonthermische systemen komen in de nieuwe SDE+ regeling, die medio 2011 operationeel wordt, niet (meer) voor als aparte categorie. Mogelijk nog wel binnen de vrije categorie. Verder zijn van toepassing de volgende (generieke) fiscale regelingen: • Energie Investerings Aftrek (EIA) waarin 42,5% van een investering in energiebesparende maatregelen in mindering gebracht kan worden op de te belasten winst, waardoor per saldo een voordeel van circa 10% op de investering ontstaat • Milieu Investerings Aftrek (MIA) en Willekeurige Afschrijving Milieu Investeringen (VAMIL) Omdat de initiële (hoge) investeringskosten een drempel zijn (ook in het geval dat deze binnen de technische levensduur worden terugverdiend) wordt er in de markt gewerkt aan financieringsvormen die hieraan tegemoet kunnen komen. Onderstaande tabel geeft daarvan enkele voorbeelden.





8.

Inkoop duurzaam opgewekte elektriciteit Een eindgebruiker van elektriciteit kan zijn elektriciteitsgebruik gedeeltelijk/geheel verduurzamen door het aankopen van zogenaamde Garanties van Oorsprong (GVO). Producenten ontvangen per MWh duurzaam opgewekte elektriciteit een GVO die op een door CertiQ beheerde certificaten rekening wordt gestort en verhandelbaar is. Verduurzaming van het elektriciteitsgebruik middels garanties van oorspong behoeft niet per definitie via de (eigen) energieleverancier te lopen maar kan ook lopen via een bank of een ander handelskanaal. Garanties van oorsprong hebben een houdbaarheidstermijn van één jaar na uitgifte en vervallen bij levering aan eindgebruikers, zodat gewaarborgd is dat ze slechts eenmaal kunnen worden gebruikt. Hieronder een overzicht van de kosten van verduurzaming van gebruik van elektriciteit op basis van garanties van oorsprong. • op basis van waterkracht • op basis van windenergie

0,5 à 1,0 €/MWh 5 à 10 €/MWh

Pas in de periode 2020-2030 zal naar verwachting de productieprijs van windenergie dermate dalen, dat deze concurrerend wordt met de elektriciteitsprijs op basis van fossiele brandstoffen.

9.

Impact duurzame opties op CO2-footprint Vleessector Het in paragraaf 6 beschreven potentieel voor zon-PV en zonthermie resulteert in de volgende 5 reductie in CO2-uitstoot voor de Vleessector. • 4% totale elektriciteitsgebruik met zon-PV systemen reductie 7.748 ton CO2/jaar • productie warmwater met zonthermische systemen reductie 7.200 ton CO2/jaar • inkoop 10% duurzaam opgewekte elektriciteit reductie 19.370 ton CO2/jaar

10.

Randvoorwaarden zon-PV en zonthermie Voor toepassing van zon-PV en zonthermische systemen zijn geen specifieke milieutechnischeof welstandseisen van toepassing. De volgende aandachtspunten zijn relevant: • Randvoorwaarde is beschikbaarheid (dak)oppervlak en voldoende belastbaarheid van de 2 2 daken (circa 10 à 20 kg per m voor zon-PV en 20 à 30 kg/m voor zonthermie). • Bij zon-PV systemen speelt de elektrische veiligheid een rol omdat er hoge gelijkspanningen worden opgewekt ook als de installatie is uitgeschakeld. • De collectoren moeten periodiek worden gereinigd, waarvoor arbo technische maatregelen getroffen moeten worden. • Zon-PV systemen vergen naast de periodieke reiniging geen onderhoud. • Zonthermische systemen vergen naast de periodieke reiniging van de collectoren onderhoud dat vergelijkbaar is met het onderhoud aan een CV-systeem.

5

0,67 kg CO2 per kWh elektriciteit 3 1,80 kg CO2 per mo aardgas





11.

Conclusies Op basis van de uitgevoerde toekomstverkenning naar inzet van zon-PV en zonthermische systemen en inkoop van duurzame energie in de Vleessector kunnen de volgende conclusies worden getrokken. • De kosten voor zon-PV en zonthermische systemen zullen in de periode tot 2020/2030 sterk dalen onder invloed van toepassing van nieuwe materialen, toenemende rendementen en massaproductie (paragraaf 4.2 en 5.2); • Toepassing van zon-PV systemen wordt (op basis van een gemiddeld E-prijs scenario) in 6 2020 rendabel voor bedrijven in de Vleessector (paragraaf 4.4); • Het potentieel van zon-PV in de Vleessector is 4% van het totale elektriciteitsgebruik ofwel 2,7% van het totale primaire energie gebruik van de sector en geeft een reductie van de CO2-footprint met 7.748 ton/jaar (paragraaf 6.1 en 9); • Om dit potentieel van zon-PV te kunnen invullen is voor de gehele sector een totaal netto 2 (dak)oppervlakte van 83.000 m benodigd (paragraaf 6.1); • Het potentieel van zon-thermie in de Vleessector voor de productie van warmwater is 9,7% van het totale aardgasgebruik van de sector ofwel 3,2% van het totale primaire energie gebruik van de sector en geeft een reductie van de CO2-footprint met 7.200 ton/jaar (paragraaf 6.2 en 9); • Om dit potentieel van zon-thermie te kunnen invullen is een totaal netto (dak)oppervlakte 2 van 53.000 m benodigd (paragraaf 6.2); • Toepassing van zon-thermische systemen wordt (op basis van een gemiddeld E-prijs 5 scenario) tussen 2015 en 2020 rendabel voor bedrijven in de Vleessector (paragraaf 5.4); • Zonthermische systemen hebben de voorkeur omdat ze per m oppervlakte meer energie opwekken dan zon-PV systemen en bedrijfseconomisch rendabeler zijn (paragraaf 6.2). 2

• Omdat de (hoge) investeringskosten een drempel vormen voor toepassing van zon-PV en zonthermische systemen wordt er in de markt gewerkt aan financieringsvormen die hieraan tegemoet kunnen komen (paragraaf 7); • Zon-PV en zonthermische systemen worden onder de nieuwe SDE+ regeling niet (meer) als aparte categorie gesubsidieerd, mogelijk nog wel in de vrije categorie; De fiscale regelingen EIA en MIA/VAMIL blijven van toepassing (paragraaf 7); • Verduurzaming van het elektriciteitsgebruik kan plaatsvinden door het inkopen van zogenaamde garanties van oorsprong en kost € 0,5 à € 1,0/MWh voor waterkracht en € 5 à € 10/MWh voor windenergie (paragraaf 8); Verduurzaming van 10% van het elektriciteitsgebruik van de sector leidt tot een reductie van de CO2-footprint van de sector met 19.370 ton CO2/jaar (paragraaf 9); • Voor toepassing van zon-PV en zonthermische systemen zijn geen specifieke milieutechnischeof welstandseisen van toepassing; Aandachtspunten zijn beschikbaarheid (dak)oppervlak en voldoende belastbaarheid van de daken; Bij zon-PV systemen is de elektrische veiligheid een aandachtspunt. Bij de benodigde periodieke reiniging van de collectoren is de valbeveiliging een aandachtspunt (paragraaf 10). 6

de investering wordt terugverdiend binnen de technische levensduur van 25 jaar pas in 2030 komen de terugverdientijden beneden 10 jaar





Bijlage 1: Overzicht geraadpleegde literatuur • Technology Roadmap Solar photovoltaic energy, International Energy Agency 2010 • Roadmap Zon op Nederland, 2011 • De werking van zonnepanelen, Holland Solar • Onderzoeksrapportage Duurzaam Koelen, WUR Food & Biobased Research, juni 2010 • Roadmap VNMI Inzet van hernieuwbare energie, ECN, december 2010 • ISSO publicatie 59, Grote Zonneboilers • Zonthermische systemen voor de productie van warmte en koude in de industrie, ECN, 2007 • Solar Heating and Cooling for a Sustainable Energy Future in Europe. ESTTP, 2009 • Nieuwe organisatievormen en financieringsconstructies in de Nederlandse zonnestroommarkt, Arcadis, januari 2011 • Duurzame warmte en koude in Nederland, ECN, juni 2009 • Zon op Nederland, Berenschot, februari 2011 • Technology Roadmap Solar Photovataic Energy, International Energy Agency, 2010 • Factsheet

“Grootste

zonneboilersysteem

van

Nederland

bij

Perfetti

Van

Melle”,

AgentschapNL, 2010




3008020DR03.DOC 21 juni 2011 Bijlage 1

Toekomstverkenning inzet zon-pv, zonthermie en inkoop van duurzame energie in de Vleessector in opdracht van

Recommend Documents