Transitie naar duurzame energie op. Ameland

Kennis & Innovatie Centrum Ameland

Transitie naar duurzame energie op Ameland

Ir K.R. Iepema F. Dijkstra H. de Haan S Visser Noordelijke Hogeschool Leeuwarden


Transitie naar duurzame energie op Ameland In opdracht van Kennis & Innovatiecentrum Ameland

Ir K.R. Iepema docent Duurzame energietechniek F. Dijkstra student Human Engineering H. de Haan student Elektrotechniek S Visser student Human Engineering Noordelijke Hogeschool Leeuwarden, sector Techniek, afdeling Engineering Contact adres: Tesselschadestraat 12, 8913 HB Leeuwarden E-mailadres: [email protected] Leeuwarden, januari 2009

Noordelijke Hogeschool Leeuwarden

2


Inhoudsopgave Voorwoord …………………………………………………………………………… 4 Samenvatting………………………………………………………………………… 5 1. Inleiding…………………………………………………………………………… 6 2. Energieverbruik op Ameland …………………………………………………... 7 3. Transitie naar duurzame energie volgens de trias energetica ……………… 9 4. Energiebesparing ………………………………………………………………… 10 4.1. Gebouwen …………………………………………………………………… 10 4.2. Ameland Autoluw …………………………………………………………… 11 5. Duurzame energie ………………………………………………………………. 12 5.1. Thermische zonne-energie ………………………………………………… 12 5.2. Photo voltaische zonne-energie …………………………………………… 13 5.3. Stromingsenergie ……………………………………………………………. 16 5.4. Golfenergie …………………………………………………………………... 16 5.5. Windenergie ………………………………………………………………….. 17 5.6. Geothermische energie ……………………………………………………… 19 5.7. Biomassa ……………………………………………………………………… 19 6. Energie-efficiëntie …………………………………………………………………. 20 6.1. Warmtekrachtkoppeling ……………………………………………………... 20 6.1.1. Mini WKK ………………………………………………………………. 20 6.1.2. Micro WKK …………………………………………………………….. 21 6.2. Warmtepompen ………………………………………………………………. 22 6.3. W Elektrische mobiliteit ………………………………………………………. 23 6.3.1. Elektrische auto’s ……………………………………………………… 23 6.3.2. Elektrische aandrijving veerboten …………………………………… 24 7. Overzicht maatregelen en uitvoerbaarheid …………………………………….. 25 8. Twee mogelijkheden ……………………………………………………………… 26 9. Nu beginnen ………………………………………………………………………. 27 10. Conclusies ………………………………………………………………………… 28 11. Bronnen …………………………………………………………………………… 30 Bijlage: Berekening elektriciteitsgebruik …………………………………………… 31


3


Voorwoord Dit rapport is de weerslag van een onderzoek dat de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden heeft uitgevoerd voor het Kennis en Innovatiecentrum Ameland. Drie studenten (Zie onderstaande foto van links naar rechts) hebben er samen met een docent aan gewerkt: Harold de Haan, student Elektrotechniek derdejaars, heeft aan de opdracht gewerkt als stagiair. Hij heeft

zich

vooral

bezig

gehouden

met

biomassa,

zonne-energie

en

energiewinning

uit

aardgaswinning. Voor Freerk Dijkstra, student Human Engineering vierdejaars, was het een afstudeeropdracht. Hij heeft onderzoek gedaan naar golfenergie en stromingsenergie. Siep-Anne Visser ook derdejaars student Human Engineering heeft zich als stagiair vooral gericht op elektrische mobiliteit en windenergie. De studenten hebben van februari tot juli 2008 aan het project gewerkt. Op 12 juni 2008 zijn tijdens een symposium in het natuurmuseum op Ameland de resultaten van het onderzoek gepresenteerd. Het resultaat van het onderzoek van Freerk Dijkstra is te lezen in de rapporten: “Het potentieel voor de winning van stromingsenergie in de zeegaten van Ameland”, Freerk Dijkstra 2008. en “Het potentieel voor de winning van golfslagenergie in de Noordzee bij Ameland”, Freerk Dijkstra 2008. Het rapport dat nu voor u ligt is de afronding van het onderzoek. Er worden mogelijkheden geschetst om Ameland geheel onafhankelijk te maken van fossiele brandstoffen. Als vervolg op dit onderzoek werken studenten aan modellen van golfenergie waterkracht voor het nieuwe KIA. Ook wordt aan de programmering van een touch-screen gewerkt waarmee museumbezoekers het effect van duurzame energiebronnen kunnen onderzoeken. Het doen van dit soort onderzoeken komt ten goede aan het onderwijs. Als kennisinstelling voert de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden projecten uit voor

bedrijfsleven

en

overheids-

instellingen op het gebied van duurzame energie en energiebesparing. Daarnaast geven

docenten

cursussen

op

het

gebied van duurzame energie.

Kees Iepema, docent duurzame energietechniek


4


Samenvatting De Waddeneilanden streven ernaar om in 2020 geheel zelfvoorzienend te zijn voor energie. De energie moet komen uit duurzame bronnen. Ameland heeft nu een relatief hoog energieverbruik. De eerste stap die genomen moet worden is vermindering van energieverbruik. 20% energiebesparing is haalbaar. Ook zal nadrukkelijk overwogen moeten worden om Ameland autoluw te maken. De tweede stap is het toepassen van duurzame energie. Gezien de ligging, het aantal zonuren, en het toerisme dat zich vooral in de zomer afspeelt, ligt het gebruik van zonne-energie voor de hand. Zonneenergie is direct toepasbaar. Op daken kunnen PV-panelen gelegd worden en collectoren voor zonneboilers. Om zelfvoorzienend te worden is ook grootschalige zonne-energie nodig. Dit kan door vele hectares weiland vol panelen te leggen of hiervoor de Waddendijk te gebruiken. Voor de verwarming van tapwater zullen zonneboilers ingezet moeten worden. Een goede tweede is windenergie, maar gezien provinciale regels is grootschalige windenergie uitgesloten. Wat wel kan zijn kleine windmolentjes in de gebouwde omgeving. Dit draagt bij aan de duurzame uitstraling van Ameland, de energiebijdrage is echte gering. Windturbines op de Noordzee zijn waarschijnlijk wel haalbaar. Vergisting van biomassa ligt ook direct voor de hand. De opbrengst is relatief klein, maar de techniek is beproefd en uit het oogpunt van duurzaamheid, afval duurzaam inzetten, aan te bevelen. Uit de efficiënte technieken is de toepassing van warmtepompen het meest zinvol. Als er voor gekozen wordt om aardgas van de wal te compenseren met elektriciteitlevering naar de vaste wal is ook warmtekrachtkoppeling aan te bevelen. De andere mogelijkheden, geothermische energie, golf- en stromingsenergie en elektrische mobiliteit zijn niet direct toepasbaar. Het zijn technieken die nog in ontwikkeling zijn. Op termijn kunnen ze een grote bijdrage leveren. Vaak zal er ook maatschappelijk draagvlak gezocht moeten worden. De politiek is hier ook nadrukkelijk aan zet. Er moeten keuzes gemaakt worden. Voorlichting en publiekscampagnes zijn hierbij onvermijdelijk. Om de plaatselijke ondernemers, o.a. installateurs en bouwbedrijven, in te kunnen zetten kan het nodig zijn hun kennis op het gebied van duurzame energie uit te breiden.


5


1.

Inleiding

De Waddeneilanden hebben de ambitie om in 2020 volledig zelfvoorzienend te zijn op het gebied van (duurzame) energie- en watervoorziening. Gemeente Ameland ondertekende op 11 september 2007 het “Ambitiestatement Duurzame Waddeneilanden”. Er is een Duurzaam Energieteam opgericht dat duurzame projecten opzet. Samen met GasTerra, ENECO en de NAM is op 22 februari 2007 het convenant Duurzaam Ameland getekend. Partijen willen van Ameland een proeftuin maken voor duurzame energie. Het Kennis en Informatiecentrum Ameland heeft wil haar expertise aanwenden voor een duurzaam Ameland. Bezoekers worden hierbij betrokken en kunnen kennisnemen van de ontwikkelingen. Ameland is een Waddeneiland met ca 3500 inwoners en ca 1800 woonhuizen. In de zomermaanden bevolken tevens vele toeristen het eiland, met pieken van 80.000. Jaarlijks bezoeken ca 500.000 rustzoekers het eiland. Dit heeft gevolgen voor het energieverbruik, dat relatief hoog is. Hierdoor kost het extra inspanning om zelfvoorzienend te worden. Er zijn ook gunstige omstandigheden. Ameland kent ten opzicht van de rest van Nederland veel zonuren en bovendien loopt de verdeling van de zoninstraling in de pas met de verdeling van het aantal toeristen over het jaar. Ook voor windenergie is er een gunstig klimaat op de Wadden. Echter grote windmolens zijn taboe in het Waddengebied. Het feit dat er zee is rondom biedt ook kansen. Uit de eb- en vloedstromen en uit de golfbeweging kan energie gewonnen worden. In dit onderzoek is gekeken naar alle mogelijke duurzame energiebronnen en de potentie ervan voor de energievoorziening van Ameland. Nadrukkelijk is ook gekeken naar energiebesparing en efficiëntieverbetering. Er is niet onderzocht hoe de gelijktijdigheid van aanbod en vraag naar energie zich verhoudt. Er is van uitgegaan dat er een elektriciteitverbinding blijft bestaan met de vaste wal waardoor energie kan worden uitgewisseld. Wat wel gezegd kan worden is dat bij een mix van duurzame bronnen het aanbod minder zal fluctueren. Het aanbod van zonne-energie is groot in de zomer als er ook veel toeristen zijn. Er is ook scenario denkbaar waarin aardgas van de wal wordt betrokken dat gecompenseerd wordt door een netto elektriciteitlevering aan de vaste wal. Ook niet onderzocht is welke maatregelen financieel het beste zijn. Niet uit te sluiten is dat forse investeringen nodig zijn die zich in de meeste gevallen, bij de huidige energieprijzen, pas na lange tijd zullen terug verdienen. Ameland zal hier zeker steun voor nodig hebben van overheden en marktpartijen. Ten slotte: Bij de winning van aardgas kan uit de temperatuur van het gas, ca 80 graden Celsius, energie gewonnen worden. Hetzelfde geldt voor de druk van het gas. Tot nu toe is dat niet gedaan. Hierdoor is veel energie nutteloos verspild. Als er in de toekomst op andere plaatsen gas gewonnen wordt op Ameland zal deze energiebron wel gebruikt moeten worden. In het onderzoek is dit verder niet meegenomen omdat het altijd om een tijdelijke “energiebron” zal gaan, die echter wel als overgangsmaatregel naar duurzame bronnen kan dienen.


6


2.

Energieverbruik op Ameland

Ameland kent een hoog energieverbruik. Door studenten van de Hanzehogeschool Groningen is hier 1

in opdracht van de gemeente Ameland in 2007 onderzoek naar gedaan ). De uitkomsten hiervan zijn, afgerond, uitgangspunt in dit onderzoek op de uitkomsten van elektriciteit na. Het werkelijke elektriciteitsverbruik blijkt aanzienlijk hoger te liggen dan de geschatte waarde uit het onderzoek van de Hanzehogeschool: 23.000.000 kWh i.p.v. 10.000.000 kWh. Dit is gebleken uit gegevens van NUON. Zie voor de berekening de bijlage. In tabel 2.1 staat het globale energieverbruik op Ameland in 2007. Bij brandstof auto’s gaat het om op Ameland getankte brandstof, waarbij ook de bussen voor het openbaar vervoer zijn meegenomen. Wat hierin niet is meegenomen is de op de vaste wal getankte brandstof die toeristen in hun auto’s meenemen. Propaan en butaan wordt in cilinders aangevoerd en vooral op campings en in zomerhuisjes gebruikt.

Omdat het relatief weinig is, is het in het verder onderzoek niet meegenomen.

Energieverbruik Ameland

Verbruik

Elektriciteit

23.000.000 kWh

Aardgas

7.000.000 m3

Brandstof voor de veerboten

2.800.000 liter

Autobrandstof

2.300.000 liter

Propaan / Butaan

45.000 m3

Soort voornamelijk Hoogwaardig = kracht Laagwaardig = warmte Hoogwaardig = kracht Hoogwaardig = kracht Laagwaardig = warmte

Benodigde primaire energie

Vergelijkbaar aantal huishoudens

207 TJ

7.000

224 TJ

3500

87 TJ 71 TJ 1 TJ

Tabel 2.1 Energieverbruik Ameland in 2007. Energie is nog op een andere manier in te delen: laagwaardige energie, dit is de gebruikte warmte die voornamelijk uit aardgas komt, en hoogwaardige energie, ook wel kracht genoemd. Onder kracht kunnen we de elektrische energie verstaan die opgewekt wordt in elektriciteitscentrales en de energie uit brandstoffen die voor de voortstuwing van voertuigen gebruikt wordt. Om de verschillende energiecategorieën met elkaar te kunnen vergelijken zijn de hoeveelheden omgerekend naar de hoeveelheid primaire energie (in dit geval uit fossiele energie) die er voor nodig is. Voor de brandstoffen worden de hoeveelheden vermenigvuldigd met de verbrandingswaarde van de brandstof. Voor de elektriciteit is ook het gemiddelde opwekkingsrendement meegenomen. De gebruikte omrekeningsgetallen staan vermeld in tabel 2.2.

1

Final report on sustainable Ameland project Bamigbola en Reintke, Hanzehogeschool Groningen


7


Aardgas Brandstof veerboten Auto brandstof Propan / Butaan Opwekkingsrendement elektriciteit

33 MJ/m3 31 MJ/liter 31 MJ/liter 30 MJ/m3 40 %

Tabel 2.2 Gebruikte waarden voor de omrekening naar primaire energie Ten slotte is voor elektriciteit en gas nog de vergelijking gemaakt met het aantal gemiddelde huishoudens dat eenzelfde hoeveelheid energie verbruikt. Ter vergelijking, op Ameland staan ca 1800 woningen die particulier bewoond worden. Het hoge verbruik heeft natuurlijk alles met toerisme te maken. In figuur 2.1 is de hoeveelheid primaire energie in een grafiek uitgezet.

primaire energie 250

200

TJ

150

100

50

0 elektriciteit

aardgas

brandstof boot

brandstof auto's

propaan / butaan

Figuur 2.1 Grafiek primair energieverbruik Ameland in 2007 Wat hierin opvalt, is de hoge energievraag van de veerboten en het autoverkeer op Ameland.


8


3.

Transitie naar duurzame energie volgens de Trias Energetica

Het overschakelen op energie uit duurzame bronnen kan het best volgens drie stappen gebeuren. Ze volgen uit de Trias Energetica, een strategie ontwikkeld door de TU Delft. Zie figuur 3.1. De nadruk ligt hier op de volgorde van de stappen. De stappen worden opeenvolgend genomen, zodanig dat eerst zoveel mogelijk maatregelen uit stap 1 worden genomen; kan dit niet meer verantwoord gedaan worden, dan zoveel mogelijk maatregelen uit stap 2 en tenslotte een eventuele restvraag met stap 3: Stap 1. Beperk de energievraag, dus verminder de vraag naar energie, populair gezegd energiebesparing. Dit is de goedkoopste en gemakkelijkst uit te voeren stap. Het is ook economische het aantrekkelijkst, door de vaak korte terugverdientijd van de investeringen. Stap 2. Haal de resterende energievraag zoveel mogelijk uit duurzame energiebronnen. Stap 3. Als daarmee (nog) niet in alle gevraagde energie wordt voorzien rest nog om de benodigde fossiele brandstof zo efficiënt mogelijk te benutten.

Het principe van deze trias is, dat stap 1 de meest duurzame stap en stap 3 relatief de minst duurzame.

Figuur 3.1 De Trias Energetica (bron senternovem) In volgende paragrafen wordt hier nader op ingegaan. Voor een transitie naar duurzame energie is het dus uiterst belangrijk eerst de vraag naar energie te verminderen. In hoofdstuk 4 worden enkele mogelijkheden gegeven.


9


4.

Energiebesparing.

4.1 Gebouwen Als het energieverbruik van een gebouw of openbare ruimte wordt geanalyseerd blijkt altijd dat er op vele fronten energie kan worden bespaard. Een besparing van 20 % is niet ondenkbaar. Maatregelen die genomen kunnen worden zijn: •

Na-isolatie. Vaak zijn bestaande gebouwen slecht geïsoleerd. Met relatief geringe investeringen is hier veel mogelijk.

•

Energiezuinige verlichting. Gloeilampen dienen vervangen te worden door spaarlampen. Met sensoren kan voorkomen worden dat licht onnodig blijft branden.

•

Stand bye verliezen beperken

•

Gedrag veranderen. Het ander gedrag van de gebruikers van een gebouw speelt ook een grote rol.

In figuur 4.1 is aangegeven wat een besparing van 20 % voor effect heeft op het energieverbruik van Ameland. Hierin is tevens een besparing van 20 % in het eigen autoverkeer meegenomen.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik

200 100 0 elektrische energie

aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 4.1 Effect 20 % energiebesparing.

Zonder gericht beleid zal het energieverbruik blijven stijgen. Dit heeft onder andere te maken met steeds meer eisen aan comfort. Ook op Ameland is dat niet anders. Een trend van de laatste jaren is terrasverwarming. We zien een scala van infraroodstralers tot complete open gasvuren in de open lucht. Het zal duidelijk zijn dat dit niet bijdraagt tot energiebesparing. Om tot energiebesparing te komen zal eerst dit soort ontwikkelingen omgebogen moeten worden. Dit eist een verandering in denken en een nieuwe bewustwording.


10


4.2 Ameland autoluw Veel toeristen nemen hun auto mee naar het eiland. De hoeveelheid energie die dit kost voor de veerboten is aanzienlijk. Een schatting is dat zonder autovervoer minimaal de helft van de energie voor de veerboten bespaard kan worden. Door meer openbaarvervoer op Ameland zal het brandstof gebruik hier wel enigszins toenemen. Uitgegaan is van een verdubbeling van het busvervoer. Uiteindelijk zal de uitstraling van Ameland als autoluw eiland veel duurzamer worden. Om aan het gemak van toeristen tegemoet te komen kan de bagageafhandeling verbeterd worden. Men zou bijvoorbeeld de bagage moeten kunnen afgeven op de parkeerplaats bij de pier waarna deze op het vakantieadres weer afgeleverd wordt. Het gevolg van deze maatregel is te zien in figuur 4.2. 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 4.2 Effect van een autoluw Ameland Figuur 4.2 geeft het effect van alle hiervoor genoemde maatregelen op het energieverbruik. De totale vermindering door deze besparingen is 25 %! 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 4.3 25 % minder energie te halen door energiebesparing


11


Auto’s op de boot en in het straatbeeld op Ameland

5.

Duurzame energie

5.1 Thermische zonne-energie Voor Ameland is zonne-energie om twee redenen een voor de handliggende energiebron. De aantal zonne-uren is op Ameland relatief groot, zie figuur 5.1. In de zomer is de zoninstraling het meest intens. Door het toerisme is de energievraag ook dan juist groot. Zie figuur 5.2 en 5.3

100.000 80.000 60.000 40.000 20.000

no v

se pt

ju l

m ei

m rt

ja n

0

bron: gemeente Ameland Figuur 5.2 Verdeling zonne-energie over het jaar

Figuur 5.3 Verdeling toerisme over het jaar

Een manier om energie uit zonlicht te halen is door het zonlicht om te zetten in warmte, thermische zonne-energie.

Deze

energie

kan

gebruikt

worden

voor

tapwaterverwarming

en

voor

ruimteverwarming. Gebruik voor tapwater (zonneboiler) ligt voor de hand, door het toerisme is hier juist in zomer veel behoefte aan. Bij een goedwerkende zonneboiler is de energieopbrengst 1,4 GJ per m2. Bij 10.000 m2 zonnecollector, bijvoorbeeld verdeeld over 3000 gebouwen, hotels, (zomer)huizen en toiletgebouwen, is de jaaropbrengst 14 TJ. Dit geeft een besparing van 500.000 m3 gas.


12


5.2 Photo voltaische zonne-energie Een andere manier om energie uit zonlicht te halen is de omzetting naar elektrische energie. Hiervoor is

een Photo Voltaïsche-installatie nodig, die

bestaat uit

PV-panelen, ook wel zonnepanelen

genoemd. De energieopbrengst per jaar is ca 100 kWh per vierkante meter. Deze elektrische energie kan eenvoudig via het elektriciteitnet verspreid worden. Zonnepanelen kunnen op daken geplaatst worden, maar ook op bijvoorbeeld de Waddendijk of in een weiland. Bij een oppervlak van 50.000 m2, bijvoorbeeld verspreid over 3000 daken is de energieopbrengst 5.000.000

kWh.

De

besparing

op

primaire

brandstof is hierdoor: 5000.000 x 3,6 / 0,4 = Figuur 5.1 Het aantal zonuren in Nederland

45.000.000 MJ = 45 TJ.

In figuur 5.2 is het effect hiervan te zien, samen met de besparingen genoemd in hoofdstuk 4.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.2 Effect energiebesparing plus zonne-energie op daken.


13


Een bescheiden begin met zonne-energie op Ameland

Een andere mogelijkheid is om een grote PV-zonnecentrale in een weiland te plaatsten. In figuur 5.3 is als voorbeeld een gebied van 20 ha ingetekend in de Ballumerbocht. De opbrengst van een dergelijk systeem is ca 20.000.000 kWh. De besparing op primaire energie is hierdoor 180 TJ. Hiermee kan Ameland bijna in het hele huidige elektriciteitsverbruik voorzien. Een 8 meter brede strook PV-panelen op de gehele waddendijk geeft de zelfde opbrengst. In de figuren 5.3 en 5.4 is dit gevisualiseerd.

0,2 km2 zonnepanelen

Figuur 5.5 geeft het effect hiervan weer op het Amelander energieverbruik.

Figuur 5.3 Omvang PV-centrale

Figuur 5.4 Zonnepanelen op de waddendijk


14


700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.5 Effect van 20 ha zonnepanelen

Op een camping in Nes staan onderstaande toiletgebouwen. ’s Nachts branden er constant 20 tl lampen. Met bewegingscensoren is hier veel energie te besparen. Ook lenen deze gebouwtjes zich prima voor zonne-energie, zie montagefoto’s.


15


5.3 Stromingsenergie Tussen de Waddeneilanden is voortdurend de stroming van eb vloed. Hieruit is duurzame energie te 2

winnen. Zie hiervoor ook het betreffende NHL rapport ). De opbrengst van 50 onderwaterturbines in het Borndiep kan ca 1.600.000 kWh per jaar bedragen. Hiermee kan 14 TJ primaire energie bespaard worden. Zie figuur 5. 6.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.6 Effect van 50 stromingsturbines in het Borndiep

5.4 Golfenergie De voortdurende golfbeweging op de Noordzee kan ook een bron van duurzame energie zijn. Met behulp van golfboeien kan deze energie gewonnen worden. Zie hiervoor ook het betreffende NHL 3

rapport ). De opbrengst van 600 golfboeien met een diameter van 3 meter is bijvoorbeeld ca 16.800.000 kWh per jaar. Hiermee 150 TJ primaire energie bespaard worden, zie figuur 5.6. Momenteel worden vooral golfboeien ontwikkeld, of beter WEC’s (Wave energy converters), voor het golfklimaat van oceanen. Voor het golfklimaat van de Noordzee bij Ameland zijn op dit moment geen WEC’s beschikbaar. Golfenergie heeft veel potentie, maar zal voor Ameland pas op termijn in beeld komen.

2 3

Het potentieel voor de winning van stromingsenergie in de zeegaten van Ameland, Freerk Dijkstra 2008. Het potentieel voor de winning van golfslagenergie in de Noordzee bij Ameland, Freerk Dijkstra 2008.


16


700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.6 Effect van 600 golfboeien in de Noordzee.

5.5 Windenergie Een zeer beproefde vorm van duurzame energieopwekking is windenergie. Ook voor de Waddeneilanden een logische keuze, gezien de hoge gemiddelde windsnelheden, zie figuur 5.7. Probleem hierbij is echter dat politiek hiervoor geen draagvlak is. Grote windmolens zijn in het Waddengebied niet toegestaan. Toch is in dit onderzoek wind energie meegenomen, al was het alleen maar om te kunnen vergelijken met andere duurzame bronnen. Een eventuele mogelijkheid is de windturbines in de Noordzee boven Ameland te plaatsten. Een andere mogelijkheid, die wel haalbaar lijkt op Ameland, is het plaatsen van kleine molentjes in de gebouwde omgeving. De bijdrage hiervan is echter gering, maar zeker de moeite waard om te overwegen. Een grote turbine met de wiekendiameter van 80 meter zal op Ameland ongeveer 5.000.000.kWh Figuur 5.7 Gemiddelde windsnelheden in Nederland

kunnen opwekken per jaar. Dit komt overeen met 50 TJ primaire energie. In figuur 5.8 is het effect van 4 van dergelijke molens te zien. Het blijkt dat hier bijna alle benodigde elektrische energie op te wekken is. Kleine windmolentjes zijn bedoeld om geplaatst te worden in de gebouwde omgeving. Ze hebben veel wind nodig. Ze zouden geplaatst kunnen worden op hoge gebouwen, bij de pier op de Waddendijk en in de jachthaven. Opbrengsten variëren van 100 – 500 kWh per jaar. 1000 van dergelijke molentjes


17

Transitie naar duurzame energie op Ameland zouden 4 TJ primaire fossiele energie kunnen besparen. Figuur 5.9 geeft in en montagefoto een impressie van dergelijke molentjes in de jachthaven.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.7 Effect van 4 grote windturbines op de energievraag

Figuur 5.9 Impressie klein windmolens in de jachthaven


18


5.6 Geothermische energie Op enkele kilometers diepte bevindt zich water van ongeveer 120 graden Celsius. Door dit water op te pompen kan hier energie uit gehaald worden. Het hierdoor afgekoelde water moet terug gepompt worden in de aarde. Deze energie kan voor een klein deel in kracht (elektriciteit) worden omgezet. De carnotfactor bedraagt ca 0,12. Het rendement bij omzetting naar elektriciteit is hierdoor maximaal 12 %. Als hierdoor het water wordt afgekoeld van 120 naar 80 graden is de elektrische energieopbrengst 4,19 x 40 x 0,12 kJ per liter opgepompt water. Wordt er bij voorbeeld 100 m3 per uur opgepompt dan levert dit maximaal 100.000 x 4,19 x 40 x 0,12 x 24 x 365 / 1000 = 17.618.112 MJ elektrische energie op. Dit komt overeen met 4893920 kWh. Het water kan dan nog verder afgekoeld worden, van 80 naar 40 graden voor de verwarming van woningen. Dit levert dan nog 100.000 x 4,19 x 40 x 0,8 x 24 x 365 / 1000 = 117454080 MJ aan thermische energie op wat equivalent is met 3670440 m3 aardgas. Figuur 5.8 toont het effect hiervan op de Amelander situatie.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.8 Effect van geothermische energie bij 100 m3 opgepompt water per uur.

5.7 Biomassa Onder biomassa wordt verstaan energie uit planten en organisch afval. Op Ameland is dit aanwezig in de vorm van mest, GFT en rioolslib. Door vergisting, een op dit moment veel toegepaste techniek, wordt gas verkregen. Dit kan verbrand worden in een WKK-installatie, zie hoofdstuk 6, en zo zowel elektriciteit als warmte opleveren. Als alle beschikbare mest, GFT en rioolslib wordt ingezet levert dit op jaarbasis 5 TJ besparing op elektrische energie en 5 TJ besparing op aardgas. Zie hiervoor ook de presentatie van Harold de Haan. Het effect is te zien in figuur 5.10.


19


700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 5.10 Effect biomassa Ameland

6. 6.1

Energie-efficiëntie Warmtekrachtkoppeling

Bij energie-efficiëntie gaat het er om, om energie zo efficiënt mogelijk te benutten. Hiervoor moet eerst zoveel mogelijk kracht, hoogwaardige energie, uit de brandstof gehaald worden. Wat dan overblijft is warmte, laagwaardige energie. Deze kan dan gebruikt worden voor de verwarming van ruimtes en tapwater. Dit wordt warmtekrachtkoppeling genoemd. WKK’s hebben brandstof nodig, in de meeste gevallen is dit aardgas. Als Ameland helemaal wil overgaan op duurzame energie dan is grootschalige WKK niet aan de orde tenzij aardgas gecompenseerd wordt door extra levering van elektriciteit aan de vaste wal. Op kleine schaal kan het dan wel toegepast worden bij gebruik van biogas en houtstook.

6.1.1 Mini WKK Zogenaamde mini Wkk’s worden ingezet bij zwembaden, hotels en andere grote gebouwen. Het thermisch rendement van deze WKK’s ligt rond 60 %, het elektrisch rendement rond 30 %. Als we uitgaan van een warmtevraag waarvoor 100.000 m3 gas nodig is die opgewekt wordt met een ketel met een rendement van 90 %, dan is bij gebruik van een WKK 100.000 x 0,9 / 0,6 = 150.000 m3 gas nodig. Dit is 50.000 m3 meer dan bij gebruik van de gasketel. Dit komt overeen met een energietoename van 1,6 TJ. Echter er wordt ook elektrische energie opgewekt uit 150.000 m3 gas met een rendement van 30 %. Dit komt overeen met 1,44 TJ. Als deze energie opgewekt had moeten worden met een elektriciteitcentrale dan kostte dat 3,6 TJ. Het totale voordeel is dus 2 TJ. Figuur 6.1 geeft het effect van 25 mini WKK’s. Er is een extra hoeveelheid gas nodig van 40 TJ. De besparing op elektrische energie is echter 90 GJ, een totaal voordeel van 50 TJ.


20


700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 6.6 Effect van 25 mini WKK installaties

6.1.2 Micro WKK Micro WKK’s werken in principe hetzelfde als mini WKK’s. Ze hebben echter een veel kleiner vermogen. Ze kunnen in woonhuizen de gasketel vervangen. Door het geringe elektrisch vermogen in verhouding tot het thermisch vermogen wordt in de praktijk slechts ongeveer 5 % van het toegevoerde gas omgezet in elektrische energie en 85 % in warmte. Dit blijkt uit de voorlopige resultaten van een onderzoek door de NHL in Leeuwarden waar in 18 huurhuizen een micro WKK is geplaatst. Als er 5000 micro WKK’s op Ameland geplaatst zouden worden die elk een gasketel vervangen die een verbruik van 1000 m3 heeft dan is het totale energievoordeel 21 – 9 TJ. Het gasverbruik neemt toe met 9TJ en er wordt 21 TJ bespaard op de elektriciteitopwekking. Zie figuur 6.2.

700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 6.2 Effect van 5000 micro WKK’s


21


6.2 Warmtepompen Een

warmtepomp

gebruikt

warmte

uit

de

omgeving,

bijvoorbeeld

uit

de

bodem,

voor

ruimteverwarming. Hiervoor wordt de onttrokken warmte op een hogere temperatuur gebracht. Hiervoor is wel energie nodig. Voor 1 deel elektrische energie produceert een warmtepomp 4 tot 6 delen nuttige warmte. Deze factor wordt de COP, = coëfficiënt of performance, genoemd. Als een gasketel, die 1000 m3 gas per jaar verbruik, vervangen door een WP met een COP van 5, dan moet deze 1000 x 0,9 x 32 = 28800 MJ warmte leveren. Hiervoor is 28800 / 5 = 5760 MJ elektrische energie nodig. Dit komt overeen met 1600 kWh. Er wordt hierdoor dus 1000 m3 gas, =32000 MJ bespaard tegen en extra primair energieverbruik voor elektriciteit van 14400 MJ. De benodigde elektrische energie kan op Ameland duurzaam worden opgewekt. Warmtepompen kunnen dus heel goed bijdragen aan de transitie naar duurzame energie. Als bijvoorbeeld 5000 gasketels, met een verbruik van 1000 m3 ga elk, vervangen worden door warmtepompen dan bespaart dit 5000.000 m3 gas. Het extra elektriciteitgebruik is 1.600.000 kWh. In primaire energie: een besparing van 160 TJ en een extra verbruik van 72 TJ. In figuur 6.3 is dit grafisch weergegeven. 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 6.3 Effect van 5000 warmtepompen

6.3

Elektrische mobiliteit

Mobiliteit is nu afhankelijk van fossiele brandstoffen. Door over te gaan op elektrische aandrijving kan hiervoor duurzaam opgewekte elektriciteit gebruikt worden. Bovendien kan er een efficiëntiewinst geboekt worden, vooral al als bij gebruik van fossiele brandstoffen of biobrandstoffen de restwarmte nuttig gebruikt wordt. Zie paragraaf 6.1.


22


6.3.1 Elektrische auto’s Het rendement van verbrandingsmotoren in auto’s is ca 20 %. Bij elektrisch aangedreven auto’s is het rendement ongeveer 70 %, inclusief het verlies van het laden en ontladen van de accu’s. Daar komt dan nog wel het opwekkingsrendement van de elektriciteit bij, 40 %, wat het totale rendement uit brandstof brengt op 28 %. Als alle auto’s en bussen op Ameland zouden omschakelen op elektrische aandrijving dan bespaart dat 71 TJ op autobrandstof. Het elektriciteitgebruik zal echter met 71 x 0,2 / 0,28 = 50,7 TJ toenemen. Daarbij is nog niet gerekend met het feit dat elektrische auto’s in het algemeen kleiner en lichter zijn en een lagere snelheid hebben. Daardoor zal het energievoordeel alleen maar groter worden. Figuur 6.4 geeft het effect op het primaire energieverbruik op Ameland als alle eigen autoverkeer op Ameland elektrisch aangedreven wordt. 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 6.4 Effect elektrisch aangedreven eigen Amelander auto’s

Hier enkele voorbeelden van elektrisch aangedreven voertuigen. De eerste twee lenen zich voor verhuur aan toeristen. De andere zijn een prima alternatief voor Amelanders


23


6.3.2 Elektrische aandrijving veerboten De veerboten maken nu

gebruik van fossiele brandstoffen. Technisch is het mogelijk ook deze

elektrisch aan te drijven. Omdat de grote motoren in de boten een hoger rendement hebben dan automotoren zal er netto nauwelijks energiewinst zijn als de elektrische energie uit fossiele brandstof wordt opgewekt. Het biedt echter wel de mogelijkheid de energie duurzaam op Ameland op te wekken. Ook als voor de opwekking WKK wordt toegepast is er energiewinst. Figuur 6.5 geeft de verschuiving aan van brandstof naar elektrische energie. 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 6.5 Effect elektrische aandrijving veerboten.


24


7

Overzicht maatregelen en uitvoerbaarheid

In voorgaande hoofdstukken zijn diverse maatregelen beschreven om Ameland zelfvoorzienend te maken voor energie. Niet alle maatregelen zijn even effectief. Ook zijn niet alle maatregelen direct toe te passen omdat de benodigde technieken nog niet voldoende beproefd zijn. Het toepassen van de maatregelen eist vaak politieke beslissingen. Hier moet wel draagvlak voor zijn. In onderstaande tabel, tabel 7.1,

zijn alle maatregelen nog eens op een rijtje gezet

met daarachter een indicatie van

bovengenoemde aspecten. Tevens is getracht de bijdrage aan een duurzame uitstraling van Ameland aan te geven. Hierbij speelt vooral de zichtbaarheid en de beleving een rol.

maatregel

20 % energiebesparing Ameland autoluw Thermische zonne-energie PV op gebouwen PV in weiland of op Waddendijk Stromingsenergie Golfenergie Grote windmolens op zee Grote windmolens op land Kleine windmolens Geothermische energie Biomassa Mini WKK Micro WKK Warmtepompen Elektrisch aangedreven auto’s Elektrisch aangedreven veerboten Energiebesparing Duurzame energie Energie- efficiëntie

Verwacht Maatschappelijk /politiek draagvlak XXX X XX XX XXX X XXX X X XXX XX XXXX XXXX XXXX X XXXX

Direct toe te passen met bestaande techniek

Effect op transitie naar duurzame energie

Bijdrage aan “duurzame”uitstraling Ameland

XXXX XXXX XXXX XXXX XXX XXXX XXXX XX XXX XXXX X XXXX X -

X X X XX XXXX X X XXXX XXXX X XXXX X XX X XXXX XX X

X XXXX XXXX XXXX XXXX X XX XX XXXX XXXX X XX X X X XXXX XXXX

Tabel 7.1 Overzicht maatregelen met diverse aspecten


25


8.

Twee mogelijkheden

Als we uitgaan van bestaande technieken en waarvoor niet al te veel weerstand zal bestaan is het met de volgende maatregelen mogelijk om Ameland geheel over te schakelen op duurzame energie: •

20 % energiebesparing

•

Gasten laten hun auto’s op de wal staan

•

Een groot deel van de gebouwen hebben zonneboilers en PV daken

•

Er liggen weilanden vol met zonnepanelen en / of er ligt een strook zonnepanelen langs de Waddendijk

•

Op gebouwen en aan de kusten staan 1000 kleine windmolentjes

•

Alle mest, GTF en rioolslib wordt op Ameland vergist

•

Alle auto’s van eilanders worden elektrisch aangedreven

•

Veerboten varen op elektrische energie

•

Alle gebouwen worden verwarmd met een warmtepomp

Figuur 8.1 geeft het bijbehorende energieplaatje. 700 600

TJ

500 400

huidig verbruik

300

nieuw verbruik


aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 8.1 Ameland 100 % energienul Er is hier uitgegaan van een 100 % overgang op elektrische energie die duurzaam wordt opgewekt en efficiënt wordt gebruikt. De aardgas aansluiting kan vervallen. Wel zal de elektrische verbinding met de vaste wal moeten blijven bestaan. Dit zal nodig zijn omdat aanbod en vraag van energie niet altijd aan elkaar gelijk zullen zijn. Om de verbinding zo weinig mogelijk te belasten en om de energievoorziening van de rest van Nederland zo weinig mogelijk te beïnvloeden zal er tevens aan gewerkt moeten worden om aanbod en vraag van energie op Ameland wel zoveel mogelijk op elkaar af te stemmen. Dit kan door energiebuffering en regeling van installaties.


26

Transitie naar duurzame energie op Ameland Een andere manier om over te schakelen is door wel van aardgas gebruik te blijven maken, maar door dit te compenseren door een even grote hoeveelheid elektrische energie aan de vaste wal te leveren. In figuur 8.2 is dit grafisch weergegeven. Verschil met het eerste voorbeeld is dat er nu optimaal van warmtekrachtkoppeling gebruik gemaakt wordt en er minder PV nodig is.

700 600 500

TJ

400 huidig verbruik

300

nieuw verbruik

200 100 0 -100

elektrische energie

aardgas

veerboten

auto's

totaal

Figuur 8.2 Voorbeeld waarbij aardgasgebruik gecompenseerd wordt Het is geen gemakkelijke opgaaf om zelfvoorzienend te worden in 2020. Velen zullen misschien zeggen dat het onmogelijk is. Dit mag echter niet betekenen dat er nu geen begin gemaakt moet worden. We gaan nu uit van huidige technieken. Wellicht zullen er in de loop van het proces nieuwe ontwikkelingen voordoen. Wat zeker is dat de fossiele brandstofprijzen zullen stijgen. Door nu in te zetten op duurzame energie zal Ameland een voorsprong, ook economisch, hebben op de rest van de wereld.

9.

Nu beginnen

Als Ameland in 2020 geheel overgeschakeld wil zijn op duurzame energie dan zal daar nu mee begonnen moeten worden. Er zal op vier fronten gewerkt moeten worden: 1.

De energievraag moet beperkt worden. Hiervoor zijn grote campagnes nodig. Bij bedrijven zullen energiescans uitgevoerd moeten worden om te onderzoeken waar energie bespaard kan worden zonder dat dit ten koste gaat van comfort.

2. Er moet een inhaalslag gemaakt worden voor het gebruik van zonne- en windenergie op gebouwen. Tevens zal zo snel mogelijk een begin gemaakt moeten worden aan een grote PVcentrale en vergisting van de aanwezige biomassa 3. Voor de naverwarming van tapwater en aanvullende verwarming van gebouwen moeten warmtepompen worden toegepast en eventueel efficiënte warmtekrachtkoppeling. Er zal een begin gemaakt moeten worden met elektrisch vervoer.


27


4. Burgers en vooral ook bouw- en installatiebedrijven zullen meer kennis moeten krijgen van energie en duurzame energie. Het is voor de economie van Ameland van belang dat vooral de eigen bedrijven ingezet worden voor de punten 1, 2 en 3.

10.

Conclusies

Ameland kan geheel zelfvoorzienend worden in energie. Er zijn voldoende mogelijkheden om duurzame energie op Ameland op te wekken. Daarnaast is het voor de hand liggend om ook energiebesparing en efficiëntieverbeteringen toe te passen. Tabel 11.1 geeft de potentie van de mogelijkheden met daarbij ook de haalbaarheid. In deze laatste kolom zijn de technische en maatschappelijke haalbaarheid ingeschat.

maatregel

HUIDIG ENERGIEVERBRUIK 20 % energiebesparing Ameland autoluw Thermische zonne-energie PV op gebouwen PV in weiland of op Waddendijk Stromingsenergie Golfenergie Grote windmolens op zee Grote windmolens op land Kleine windmolens Geothermische energie Biomassa Mini WKK Micro WKK Warmtepompen Elektrisch aangedreven auto’s Elektrisch aangedreven veerboten Energiebesparing Duurzame energie Energie- efficiëntie

Potentieel elektriciteit TJ 207 41

Potentieel warmte (gas) TJ 225 45

Potentieel brandstof TJ 158 14 43

14 45 >207 14 >207 >207 >207 4 >207 5 90 21 -72 -46 -44

>225 5 -40 -9 160 64 44

Potentieelt totaal TJ 590 100 43 14 45 225 14 150 200 160 4 324 10 50 12 88 18 0

HaalBaarheid nu

XXXX XX XXX XXX XXX X XX XX X XXX XXXX X XXXX XX X

Tabel 11.1 Potentie diverse maatregelen voor transitie naar duurzame energie De conclusie die hieruit getrokken kan worden is dat PV-zonne-energie de meeste kansen biedt samen met energiebesparing en de toepassing van warmtepompen.


28

Transitie naar duurzame energie op Ameland Als er voor gekozen wordt om aardgas van de wal te compenseren met elektriciteitlevering naar de vaste wal is ook warmtekrachtkoppeling aan te bevelen. Vergisting van biomassa ligt ook direct voor de hand. De opbrengst is relatief weinig, maar de techniek is beproefd en uit het oogpunt van duurzaamheid, afval duurzaam inzetten, aan te bevelen. De andere mogelijkheden zullen verder onderzocht moeten worden. Vaak zal er ook maatschappelijk draagvlak gezocht moeten worden. De politiek is hier ook nadrukkelijk aan zet. Er moeten keuzen gemaakt worden. Voorlichting en publiekscampagnes zijn hierbij onvermijdelijk.


29


11. o

Bronnen Final report on sustainable Ameland project Bamigbola en Reintke, Hanzehogeschool Groningen.

o

Het potentieel voor de winning van stromingsenergie in de zeegaten van Ameland, Freerk Dijkstra 2008, NHL.

o

Het potentieel voor de winning van golfslagenergie in de Noordzee bij Ameland, Freerk Dijkstra 2008, NHL.

o

Stageverslag Siep Anne Visser, HNL, juni 2008

o

Stageverslag Harold de Haan, HNL, juni 2008

o

Onderzoek naar duurzame energie op Ameland, Eldert Stropsma, juni 2001, NUON.

o

Mogelijkheid voor energetische biomassavergisting op de Nederlandse waddeneilanden, Stephan Jansen, 2007, Carthesius Instituut.

o

Toegepaste Energietechniek deel 2, Ouwehand e.a.,Sdu Uitgevers Den Haag, 2005

o

http://www.ameland.com

o

http://www.senternovem.nl

o

http://www.milieucentraal.nl

o

http://www.ecn.nl

o

Foto’s: Kees Iepema

o

Fotobewerking: Siep Anne Visser


30


Bijlage Elektriciteitverbruik Ameland. Voor het bepalen van het jaargebruik van elektriciteit is uitgegaan van gegevens van NUON netbeheer. Er liggen twee kabels van de vaste wal naar Ameland. Figuur 1 geeft per kabel de maximale stroomwaarde die op een dag optreedt voor het hele jaar 2007. De pieken in de figuur zijn meetfouten. Hieruit volgt dat gemiddeld de piek bij 55 Ampère per kabel ligt. Totaal, voor beide kabels, is dit 110 Ampère. Figuur 2 geeft van een aantal dagen het verloop van de stroom per kabel weer. De maximale stroom is hier 66 A, het Figuur 1 waarde piekstroom per kabel in Ampère Bron NUON netbeheer

gemiddelde is ca 45 A Hieruit is af te leiden dat de gemiddelde stroom 45/66 van de piekstroom is. Bij een gemiddelde piekstroom van 110 A is de gemiddelde stroom dus 45 / 66 x 110 = 75 A. De spanning op de kabels is 20 kVolt. Het gemiddelde vermogen is dan 75 x 20.000 x √3 = 2,6 MW. De geleverde energie per jaar wordt dan 2,6 x 8760 = 22776 MWh Afgerond is dit 2,3 GWh.

Figuur 2. Stroomverloop enkele dagen per kabel in Ampère. Bron NUON netbeheer


31

Transitie naar duurzame energie op. Ameland

Recommend Documents