Scenario s voor energietransitie op alle niveaus

Transcriptie

1 Scenario s voor energietransitie op alle niveaus NLT WORLDSCHOOL J.P. BREUR, L.C. KIEVIET, J.M.J. MACKLOET EN C. VAN DER VELDE CSGPM V5

2 Inleiding & onderzoeksvraag Voor de NLT module over het Worldschool Research Programme HUGS kregen wij de opdracht om een opdracht te kiezen met als onderwerp duurzame energie voor opdrachtgever Het Ministerie van Infrastructuur en Milieu. Het doel van deze module is om te onderzoeken hoe een groene samenleving gerealiseerd kan worden en hoe dit er uit zou zien: Hoe ziet een duurzame, klimaatbestendige samenleving er uit? Welke innovaties zijn nodig om een duurzame ontwikkeling op gang te brengen? Welke knelpunten zijn er? Welke oplossingen zijn haalbaar? Hoe ziet de route naar een duurzame toekomst er uit? Deze vragen hopen wij te beantwoorden in dit verslag. Wij hebben gekozen voor onderzoek I002: Voor de overgang naar duurzame energie zijn scenario's nodig en er is een grote behoefte bij opdrachtgevers en partners van dit onderzoeksprogramma om daar scenario's van jonge mensen voor te zien, die dan met de eigen scenario's vergeleken kunnen worden. Kies op welk niveau je het scenario wilt ontwikkelen: plaatselijk (je eigen woonplaats bijvoorbeeld), regionaal, landelijk, Europees of mondiaal. Kies dan een einddatum; bijvoorbeeld 2020, 2040, Beslis ook hoeveel procent duurzame energie op die datum gerealiseerd moet zijn (of doe onderzoek naar een haalbaar percentage). En ontwikkel bij deze keuzen een scenario. Wij hebben de volgende hoofd- en deelvragen opgesteld om deze vragen te beantwoorden: Hoofdvraag - Hoe kan men de fluctuaties in het elektriciteitsnetwerk opvangen, die ontstaan door het gebruik van energiebronnen die beïnvloed worden door klimatologische omstandigheden? Deelvragen - Welke energiebronnen worden door klimatologische omstandigheden beïnvloed - Waarom zijn deze fluctuaties een probleem? - Wat zijn mogelijke oplossingen voor dit probleem? -Waterstof -Accu s -Het energieverbruik aanpassen aan het aanbod -perslucht 1 P a g i n a

3 Inhoud Inleiding & onderzoeksvraag... 1 Deelvraag Deelvraag Deelvraag Persluchtopslag Accu s Waterstof Het energieverbruik aanpassen aan het aanbod Conclusie Bibliografie P a g i n a

4 Deelvraag 1 Welke energiebronnen worden door klimatologische omstandigheden beïnvloed? Groene energie Groene energie wordt ook wel duurzame- of hernieuwbare energie genoemd, omdat het in tegenstelling tot grijze energie nooit opraakt. Vormen van groene energie: - Zonne-energie - Windenergie - Waterkracht energie - Biomassa - Groen gas - CO2-neutraal gas Grijze energie Grijze energie wordt gewonnen uit fossiele brandstoffen, denk aan kolen, aardgas en aardolie. Door verbranding van deze brandstoffen komt CO2 vrij dat schadelijk is voor het milieu. Ook raken de fossiele brandstoffen op. Vormen van grijze energie: - Kernenergie - Aardgas - Steenkolen Grijze energie soorten worden niet beïnvloedt door het klimaat en zijn hier ook niet afhankelijk van. Zo lang er fossiele brandstoffen zijn kan er grijze energie opgewekt worden. Ze beïnvloeden het klimaat echter wel: Door gebruik van fossiele brandstoffen komt veel koolstofdioxide vrij. In grote hoeveelheden draagt dit bij aan het broeikaseffect. Het broeikaseffect draagt bij aan de opwarming van de aarde. Ook komen er verbrandingsproducten in de lucht zoals roet en fijnstof, maar ook zwavel- en stikstofverbindingen. Dit kan tot luchtvervuiling en zure regen leiden. Ook bij de winning van fossiele brandstoffen wordt schade aan het milieu veroorzaakt. Enkele voorbeelden: - Bij de bruinkoolwinning worden grote gebieden afgegraven, inclusief dorpen en infrastructuur in de betreffende gebieden, bijvoorbeeld in het oosten van Duitsland. - Bij het boren naar olie en gas kunnen moeilijk te controleren lekkages optreden - Mijnbouw voor kolenwinning is gevaarlijk voor de arbeiders 3 P a g i n a

5 De meeste groene energie wordt door klimatologische omstandigheden beïnvloedt, in tegenstelling tot grijze energie. Wat beïnvloedt de winning van groene energie? Groene energie wordt zoals eerder gezegd door het klimaat beïnvloedt, omdat het opwekken van groene energie van de natuur afhankelijk is. Groen- en CO2-neutraalgas zijn echter niet afhankelijk van het klimaat. De volgende energie soorten zijn wel afhankelijk van het milieu en worden dus ook beïnvloedt door klimatologische omstandigheden. Dit veroorzaakt fluctuaties in de energie voorziening, zoals in de onderstaande bron duidelijk te zien is. - Zonne-energie Zonne energie berust op de zon. De meest gebruikte toepassing is door middel van zonnepanelen met PV-cellen. Die zetten zonlicht direct om in elektriciteit. Een andere manier is thermische zonne-energie waarbij zonlicht wordt omgezet in warmte. Dit gebeurt met zonneboilers, of zonnecollectoren. Als er geen zon is, wordt er dus ook geen energie opgewekt. - Windenergie Windenergie berust op de wind om een generator aan te drijven die vervolgens elektriciteit opwekt. Als er geen wind is, wordt er ook geen energie opgewekt. - Waterkracht energie Deze energiesoort heeft minder last van klimatologische invloeden. Deze energiesoort heeft stromend water nodig, dat van een hoge naar een lage hoogte stroomt. Dit kan zowel natuurlijk als met behulp van pompen. Er is echter wel water nodig, dus in tijden van droogte zal er minder tot geen waterkracht energie opgewekt kunnen worden. - Biomassa Bij de energiesoort biomassa wordt uit plantaardige grondstoffen zoals suikerriet, mais, koolzaadolie en palmolie geproduceerd waarmee energie op kan worden gewekt of biobrandstof geproduceerd kan worden. Er zijn dus plantaardige grondstoffen nodig om energie op te kunnen wekken. De groei van deze grondstoffen is sterk afhankelijk van het klimaat. Bij droogte, te hoge temperatuur of te veel regen groeit een plant niet en kan er dus geen energie opgewekt worden. Bron: 4 P a g i n a

6 Deelvraag 2 Waarom zijn deze fluctuaties een probleem? De veel voorkomende groene energiesoorten worden beïnvloedt door klimatologische omstandigheden zoals behandeld in de vorige deelvraag. Dit geeft een bepaalde instabiliteit. Op dit moment ligt het aandeel duurzame energie ongeveer op 8%. Het doel is om in % van de energie duurzaam te maken. Ter vergelijking, in Duisland ligt het aandeel duurzame energie een stuk hoger. Bron: Windenergie komt van windmolens. Wind is er niet altijd. Op dagen dat het veel waait produceren de windmolens veel en soms is het aanbod groter dan de vraag. Vaak s nachts is dit het geval. Ook zonne-energie heeft hier mee te maken. In de zomer is er over het algemeen veel zon. In de winter een stuk minder. De vraag naar energie in Nederland fluctueert ook. In de winter wordt meer energie verbruikt dan in de zomer. Desalniettemin fluctueert dit per seizoen veel minder als het aanbod van zonne- en windenergie per seizoen. Als we nu naar één dag kijken dan zien we dat Nederland overdag de meeste energie gebruikt. Als er veel zon is en er staat een briesje dan wordt er ruim voldoende duurzame energie geleverd. Ook s nachts wordt er met een klein beetje wind al genoeg duurzame energie geleverd omdat de vraag dan ook niet zo groot is. Maar als de zon overdag achter de wolken blijft en er is weinig wind dan kan er een tekort ontstaan aan duurzame energie en zullen de fossiele brandstofcentrales bij moeten produceren om aan de vraag te voldoen. Dit is dus een nadeel aan groene energie. 5 P a g i n a

7 Bron: We kunnen ons afvragen of het dan verstandig is om vol in te zetten op groene energie in de vorm van zonne-energie, windenergie en biomassa. Brengt dit niet teveel risico met zich mee. Het probleem zou voor een groot deel opgelost kunnen worden als we oplossingen vinden om de energie die we opwekken te kunnen opslaan. Wanneer er dan een overschot aan groene energie is kan dit worden opgeslagen en gebruikt worden als er juist te weinig energie is. 6 P a g i n a

8 Deelvraag 3 Wat zijn mogelijke oplossingen voor dit probleem? - Persluchtopslag Principe Deze techniek wordt op kleine schaal alreeds veelvuldig toegepast in vele werkplaatsen in de vorm van een lucht compressor en op perslucht aangedreven gereedschap. Compressed air energy storage (CAES) zoals dit principe heet op grote schaal, wordt op twee plaatsen in de wereld toegepast; in Huntorf Duitsland en in Mcintosch verenigde staten van Amerika. Op beide locaties wordt bij een overschot aan elektriciteit lucht onder hoge druk in een lege zoutmijn gepompt. Door de lucht samen te persen wordt er energie aan toegevoegd, deze energie kan later gebruikt worden om elektriciteit op te wekken. Het genereren van elektriciteit gebeurt in een aardgascentrale. In een normale aardgascentrale wordt 2/3 van de energie gebruikt om de lucht die nodig is bij verbranding samen te persen. Op de beide CAES-locaties gebeurd dit wanneer er een elektriciteitsoverschot is, zodat wanneer er elektriciteit nodig is de gascentrale 3 maal zoveel elektriciteit kan leveren als een reguliere aardgascentrale. Een CAES kan energie langer dan 24 uur opslaan, en is dus niet alleen te gebruiken om pieken tijdens de dag af te vlakken, maar kan ook gebruikt worden om grote verschillen tussen dagen te compenseren. De CAES in Huntorf is in 1978 in gebruik genomen en werkt tot op de dag van vandaag (40 jaar later) nog steeds naar behoren, dit laat zien dat deze opslagmethode een relatief lange levensduur heeft. Een CAES kan binnen enkele minuten elektriciteit leveren, dit betekend dat deze methode geschikt is om grote verschillen in vraag en aanbod te compenseren, het is echter niet mogelijk om met CAES de frequentie van het netwerk op peil te houden. Werking compressed air energy storage 7 P a g i n a

9 Opslag typen Diabatisch De huidige opslaglocaties in Huntdorf en Mcintosch hebben een opslag efficiëntie van respectievelijk 29% en 36% dit wil zeggen dat ongeveer twee derde van de elektriciteit die gebruikt wordt voor het opslaan van de energie niet teruggewonnen kan worden. Deze lage efficiëntie wordt veroorzaakt door de manier van het koelen van de lucht, wanneer de druk op een gas toeneemt neemt de temperatuur ervan ook toe. Om de lucht goed op te slaan moet deze eerst afgekoeld worden, in het huidige proces gaat deze energie verloren. Om de samengeperste lucht vervolgens te gebruiken in de gasturbine moet deze weer opgewarmd worden bij het uitkomen van de mijn, hiervoor wordt nu de restwarmte van de gasturbine gebruikt. Door het gebruik van de vooraf opgeslagen lucht wordt de efficiëntie van de aardgascentrale met 15%punt vergroot. Diabatische persluchtopslag Adiabatisch De hierboven beschreven locaties stammen uit de jaren 70 en 80 van de vorige eeuw, sindsdien zijn er een aantal nieuwe inzichten in de mogelijkheden voor het op grote schaal opslaan van elektriciteit in perslucht. De vooruitgang zit vooral in het opslaan van de warmte die vrijkomt bij het verhogen van de druk op de lucht. Wanneer deze warmte verloren gaat, heeft dit een grote negatieve invloed op de efficiëntie. Wanneer de lucht via een adiabatisch proces samengeperst wordt, wordt de warmteenergie die vrijkomt bij het koelen van de lucht opgeslagen in hete olie of gesmolten zout. Deze stoffen worden zeer goed geïsoleerd opgeslagen. Wanneer de lucht uit de opslag komt en de druk dus daalt, bevriest de lucht als deze niet opgewarmd wordt, daarom wordt de lucht opgewarmd door deze door de hete olie of gesmolten zout te leiden. Het voordeel van deze techniek is dat er geen fossiele brandstof meer nodig is om de lucht op te warmen, dit maakt deze opslagmethode wel duurzaam in tegenstelling tot de al bestaande opslagfaciliteiten. Doordat er geen energie verloren gaat bij het koelen en opwarmen van de lucht is de theoretische efficiëntie 100%, de realistische efficiëntie is ongeveer 75%. Adiabatische persluchtopslag 8 P a g i n a

10 Locatie Om een grote hoeveelheid energie op deze manier op te slaan is een grote ruimte nodig. De opslag in McIntosch heeft een inhoud van kubieke meter, er kan 110 megawatt opgeslagen worden. De lucht wordt opgeslagen in een lege zoutmijn, zoutmijnen zijn bij uitstek geschikt voor de opslag van perslucht omdat zoutgesteente gasdicht is. In Nederland zijn op een aantal plaatsen zout cavernes aanwezig, volgens onderzoek in opdracht van de provincie Groningen zijn er een aantal cavernes die in aanmerking komen voor CAES, waaronder locaties in; Heiligerlee, Zuidwending, Zuidbroek en Hooghalen. Er is aanvullend onderzoek nodig of deze cavernes geschikt zijn en hoeveel energie erin opgeslagen kan worden. Zoutcavernes in Nederland in 2011 (TNO 2011) Kosten De kostenramingen lopen tussen verschillende onderzoeken behoorlijk uiteen, uit onderzoek in opdracht van de provincie Groningen blijkt dat de investeringskosten rond de 900 /kw liggen. Anderen spreken over een prijs tussen de 300 en 500 /kw. Nederland gebruikt per dag ongeveer 300 GWh, hiervan is in % opgewekt uit fluctuerende bronnen. Er is dus 90/75*100 = 120GWh aan opslag nodig. Dit is kw, de kosten liggen dus tussen de 1,5 en de 4,5 miljard euro om het gat op te vullen wat ontstaat wanneer er één dag geen duurzame energie wordt opgewekt uit fluctuerende bronnen. De kosten gecorrigeerd naar de levensduur van CAES liggen tussen de ((1,5*10^9)/40=) 38 miljoen en ((4,5*10^9)/40=) 113miljoen euro per gebruiksjaar. 9 P a g i n a

11 - Accu s Principe De vorm die het in het dagelijks leven het meest gebruikt wordt om elektriciteit op te slaan is de batterij of accu. Er zijn verschillende vormen van accu s die in aanmerking komen om grote hoeveelheden elektriciteit in op te slaan, vrijwel alle huidige grote opslaglocaties gebruiken lithium-ion accu s, er zijn echter ook andere mogelijkheden in de vorm flowaccu s. Het voordeel van accu s ten opzichte van andere mogelijkheden is het feit dat accu s binnen minder dan één seconde kunnen reageren op veranderingen, terwijl het bij de meeste alternatieven vaak meerdere minuten kost voordat er elektriciteit geleverd kan worden. Het voordeel van accu s is hier dat deze niet alleen gebruikt kunnen worden om energietekorten te compenseren, maar door hun korte reactietijd ook geschikt zijn om de frequentie van het elektriciteitsnetwerk op peil te houden. Lithium accu Een lithium-ion accu is een Conventionele accu, deze werken met een anode en kathode, in een afgesloten ruimte en gescheiden doormiddel van een elektrolyt. Tijdens het opladen wordt de elektrolyt geïoniseerd, doordat er elektriciteit wordt toegevoegd, en bij het ontladen wordt er doormiddel van een redoxreactie een elektrische stroom gegenereerd. De levensduur van een lithium accu bedraagt ongeveer 10 jaar, hierna is er sprake van onaanvaardbare energieverliezen en een reductie in capaciteit. Werking van een conventionele accu 10 P a g i n a

12 Flowaccu De energie in een flowaccu wordt opgaslagen en terug geleverd doormiddel van een omkeerbare elektrochemische reactie tussen twee vloeibare elektrolytoplossingen. De energie wordt extern opgeslagen in de elektrolytoplossing. Elke cel van een flowaccu heeft twee delen, een voor elk elektrolyt, deze zijn van elkaar gescheiden door een ion-doorlatend membraan. De elektrolyt wordt door de cel heen gepompt waarin de reactie plaatsvindt. Eén elektrolyt wordt geoxideerd en de andere gereduceerd, hierdoor wordt gaat er stroom lopen tussen deze twee cellen. Het grote verschil met andere accu s is dat hoeveelheid opgeslagen energie en het vermogen onafhankelijk van elkaar zijn. Het vermogen wordt bepaald door de actieve oppervlakte van de cel. De opslagcapaciteit is afhankelijk van de hoeveelheid elektrolyt. De flowaccu kan meer laadcycli aan en heeft dus een langere levensduur dan een conventionele accu. De levensduur van een flowaccu ligt tussen de 15 en 20 jaar. De techniek is echter nog niet direct inzetbaar hiervoor zijn nog enkele onderzoeken en ontwikkelingen nodig. Kosten Flow accu Voor een conventionele accu in de vorm van een lithium-ionen exemplaar geldt dat de efficiëntie rond de 90 % ligt, voor een flow accu is dit ongeveer 75%. De maximale grootte van opslag ligt voor beide soorten accu s op ongeveer 300 MWh. De kosten voor een lithium-ion accu zijn ruim 500/kW, voor een flowaccu liggen de kosten tussen de 600 en 1200 /kw. De opslag die nodig is om één dag aan hernieuwbaar geproduceerde elektriciteit uit fluctuerende bronnen op te slaan is 90GWh Lithium-ion accu s hebben een efficiëntie van 90% dus de capaciteit van de opslag moet (90/90*100=) 100GWh zijn, dit komt neer op (100/24=) kwh. De totale kosten van lithium-ion accu opslag zijn dus ( *500=)2,1 miljard euro. Flowaccu s hebben een efficiëntie van 75% dus de capaciteit van de opslag moet (90/75*100=) 120GWh zijn, dit is (120/24=) kW. De totale kosten van een flowaccu energieopslagsysteem liggen dus tussen de ( *600=)3 miljard en ( *1200=) en 12 miljard euro. De levensduur van een Flow accu is langer dan van een lithium-ion accu, wanneer de bedragen gecorrigeerd zijn naar levensduur kost Lithium-ion accu ((2,1*10^9)/10=) 300 miljoen euro per jaar. Flow accu s kosten tussen de ((3*10^9)/20=) 150 miljoen en ((1,2*10^10)/15=) 800 miljoen euro per jaar. 11 P a g i n a

13 - Waterstof Waterstof zou een oplossing kunnen zijn voor het probleem van de fluctuaties in het elektriciteitsnetwerk. Dat proces zou als volgt te werk gaan: Het overschot aan energie wordt gebruikt om van water, waterstof te maken. Dit waterstof moet voorzichtig opgeslagen worden en wanneer er meer energie nodig is dan wind of zon kan bieden kan dit waterstof weer omgezet worden in elektriciteit. Echter is dit een erg nieuwe manier om elektriciteit op te wekken en daarom moet er nog veel onderzoek naar gedaan worden. Het is wel een zuinige manier en het is goed voor het milieu. Van elektriciteit naar waterstof Wanneer er een overschot is aan energie kan deze energie kan gebruikt worden om waterstof van te maken. Dat gebeurt via een proces genaamd elektrolyse. Bij elektrolyse worden samengestelde stoffen door elektriciteit gesplitst in enkelvoudige stoffen. Water wordt op die manier ontleed in waterstof en in zuurstof. Dit waterstof kan moeilijk worden opgeslagen, het opslaan moet erg voorzichtig gebeuren aangezien waterstof zeer licht ontvlambaar is. Van waterstof naar elektriciteit Wanneer er een tekort is aan elektriciteit kan het waterstof weer gebruikt worden om daar elektriciteit van te maken. Een manier waarop dat kan is via de brandstofcel. De brandstofcel is een elektrochemisch apparaat dat chemische energie van een reactie kan omzetten in elektrische energie. In de brandstofcel vindt een redoxreactie plaats. Een redoxreactie is een reactie waarbij een reductor en een oxidator met elkaar reageren. Daarbij komt energie vrij. Bij een brandstofcel is de reductor de waterstof en de lucht is de oxidator. De oxidator neemt elektronen op en de reductor staat ze af. Nu is het zo dat in een brandstofcel de reductor en de oxidator van elkaar gescheiden worden met behulp van een kathode en een anode. Aangezien de waterstof elektronen afstaat en de lucht elektronen opneemt gaat er een elektrische stroom lopen. Deze stroom kan opgevangen worden. De reactievergelijking die plaatsvindt is als volgt: Anode: H2 2H + + 2e Kathode: O2 + 4H + + 4e 2H2O Gehele cel: 2H2 + O2 2H2O + energie (elektriciteit en warmte) Een cel levert ongeveer 0,7 volt, maar door latere verbeteringen die in Delfzijl plaatsvonden heeft de brandstofcel een elektrisch vermogen van 100kW. Dat is een enorme verbetering. Het rendement van de brandstofcel is erg hoog omdat de energie van de reactie gelijk gebruikt kan worden. Bij bijvoorbeeld verbrandingsmotoren is dat niet het geval. Daar gaan nog een aantal processen aan vooraf voordat er energie uit de motor komt. 12 P a g i n a

14 Oplossing voor het probleem? In 2023 bestaat volgens een komend energieakkoord 30% van het totale energie verbruik in Nederland uit fluctuerende energiebronnen. Nu gebruikt Nederland per dag 300 GWh elektriciteit. 300 GWh is kwh. Daar dertig procent van: 0,3* kwh= kwh. Dat is dus per uur: /24= kw. Zoveel energie is dus nodig om het fluctuerende energienetwerk te vervangen voor 1 dag. Zoals net gezegd heeft de brandstofcel een vermogen van 100 kw. Dat is per 2 deeltjes waterstof (zie reactievergelijking). Nu ontstaan er bij elektrolyse in totaal 4 deeltjes waterstof. Bij de elektrolyse van 1 deeltje waterstof komt dus uiteindelijk 50 kw vrij. Nu is er kw nodig. Dat betekent dat er /50= deeltjes waterstof nodig zijn. Dat betekent dus dat er keer de reactie in de brandstofcel moet plaatsvinden. Nu is het zo dat om 1 liter H 2 te maken er 0,80 ml H 2O nodig is. Nu moet er 75000*1 liter waterstof gemaakt worden. Dat betekent dus dat er 0,80ml *75000= 60 liter water nodig is. Dat is erg weinig wat een groot voordeel is van deze techniek. Het probleem van deze techniek is dat er ontzettend veel energie nodig is om het water om te zetten in de waterstof. Voor 1 liter waterstof is namelijk 10,8*10^3 J/Liter nodig. Er is liter waterstof nodig. Dat is in totaal dus 75000*10,8*10^3= Joule. Dat is bijna net zoveel als het laten draaien van een vaatwasser voor een jaar. Een ander groot nadeel van waterstof is het feit dat het erg duur is om op te slaan. Het kost ruim 5000 euro per kw om het op te slaan. Dat zou voor ons dus ongeveer 5000* = 19 miljard euro kosten. Dat is natuurlijk veel te veel geld. Toch zou het waterstof niet perse opgeslagen hoeven te worden. Het waterstof kan gemaakt worden wanneer nodig en dan hoeft er alleen een kleine hoeveelheid water opgeslagen te worden. Dat zou veel goedkoper zijn maar dan zit je nog met de enorme hoeveelheid energie die nodig is voor de reactie. Dat zou eventueel opgelost kunnen worden door andere energiebronnen in te zetten maar de vraag is of dat efficiënt is. Al met al is waterstof een mooi idee maar er moet nog veel onderzoek naar gedaan worden wat er allemaal mogelijk is. De toekomst Vanwege de kosten lijkt waterstof niet een goede manier om de fluctuaties in het elektriciteitsnetwerk op te vangen. Toch kan waterstof erg bruikbaar zijn wanneer er meer onderzoek naar gedaan wordt. Er zijn namelijk erg veel mogelijkheden met de stof. Ook het onderzoekscentrum IPCC heeft vertrouwen in waterstof. Zij verwachten dat in de toekomst veel meer waterstof gebruikt zal worden zoals ook in de bronnen te zien is. Op de volgende pagina staat een afbeelding uit het onderzoeksrapport van het IPCC. Zoals te zien is wordt in 2004 nog geen gebruik gemaakt van waterstof en voorspellingen zijn dat dat in 2030 wel het geval zal zijn. 13 P a g i n a

15 Hydrogen van dichtbij. 14 P a g i n a

16 Hieronder staat de afbeelding van hoe de energie zal worden gebruikt in Zoals te zien is zal waterstof een veel grotere rol gaan spelen. Andere soorten energie die worden opgewekt met fossiele brandstoffen zijn daardoor ook minder nodig. Echter is dat wel relatief want het is ook mogelijk dat er in het algemeen meer energie nodig is in 2030 dan in 2004 waardoor het verbruik van fossiele brandstoffen niet afneemt. We verwachten toch dat door het waterstofverbruik de andere manieren van energie opwekken minder belangrijk worden. Hydrogen van dichtbij 15 P a g i n a

17 - Het energieverbruik aanpassen aan het aanbod Een Nederlands huishouden verbruikt gemiddeld kwh elektriciteit per jaar. Echter zijn er grote verschillen tussen huizen en gezinnen. Daarom zegt dit gemiddelde niet zo veel. Een gezin van 8 personen wat in een oude boerderij woont verbruikt natuurlijk een andere hoeveelheid energie dan een man die in zijn eentje in een klein huis woont. Het is belangrijk om rekening te houden met het soort huis, het bouwjaar en het aantal bewoners. Dit is een oplossing die los staat van de andere oplossingen omdat dit geen geld kost en door het volk zelf gedaan kan worden. De fluctuaties Zoals gezegd in de eerste deelvraag zijn er grote fluctuaties in het energieaanbod. Voor de duidelijkheid hiernaast nog een keer die bron: Zoals te zien is zijn er grote verschillen in energie output. Dat is logisch aangezien we veel energie opwekken door wind en zon. De wind en zon zijn echter niet zo betrouwbaar. De ene dag is er meer wind of zon dan de andere dag. Wanneer er meer energie nodig is dan de wind en de zon kunnen leveren wordt er gebruikt gemaakt van bijvoorbeeld energie die opgewekt is uit steenkool of uit kerncentrales. De vraag is dan waarom er eigenlijk zon- of windenergie gebruikt wordt. Dat is natuurlijk omdat het beter voor het milieu is maar ook omdat de zon en de wind veel meer energie geven dan bijvoorbeeld de kerncentrales. De kerncentrale wekt namelijk 1410 megawatt op en de zon meer dan megawatt. (zie bron) Het idee van het energieverbruik aanpassen aan het aanbod is dat wanneer er een grote piek bij Solar of Wind is, er meer energie verbruikt wordt door de consument. Er hoeft dan veel minder energie opgewekt te worden naast de zon- en windenergie en dus is dat beter voor de portemonnee (het opslaan van de energie kost veel geld) en het is beter voor het milieu (er hoeft geen extra energie opgewekt te worden.) 16 P a g i n a

18 Het voorschrift Zoals gezegd zijn er grote verschillen in de Nederlandse huishoudens. Ieder gezin gebruikt weer op een andere manier energie. Wel is het mogelijk om een algemeen voorschrift te schrijven wat voor de huishoudens toegepast kan worden om het verbruik aan te passen aan het aanbod. In dat voorschrift staan bijvoorbeeld de volgende dingen: grote apparaten zoals een grasmaaier of een wasmachine moeten gebruikt worden op momenten dat er veel zon is of veel wind. Ook elektrische auto s moeten op dat soort momenten opgeladen worden. Op momenten dat er weinig zon of wind is moet geprobeerd worden om alleen kleine onvermijdelijke apparaten te gebruiken. Op deze manier wordt de energie van de zon en de wind optimaal gebruikt en hoeft er veel minder andere energie gebruikt te worden. Deze oplossingen zijn vrijwel alleen mogelijk in huishoudens aangezien bijvoorbeeld in de industrie continu energie nodig is. Onafhankelijk van de wind of zon. 17 P a g i n a

19 Conclusie Zoals uit het onderzoek duidelijk is geworden is het erg belangrijk dat er een oplossing wordt gevonden voor de fluctuaties in het energienetwerk. De makkelijkste oplossing en de goedkoopste is het energieverbruik aanpassen aan het aanbod. Elektriciteit gebruiken op momenten dat er bijvoorbeeld veel zon of wind is. Dit is kosteloos en het kan door het volk makkelijk worden toegepast. Waterstof is een oplossing waar nog veel onderzoek naar moet worden gedaan. Doordat het zo verschrikkelijk duur is om op te slaan vanwege het gevaar etc. is het moeilijk om waterstof als een reële oplossing te zien. Toch zal waterstof een rol gaan spelen in de toekomst voor energieopwekking aangezien het rendement zo hoog is en niettemin het is een oplossing die goed is voor het milieu. Perslucht is een veelbelovend idee zeker voor Nederland, omdat er verschillende zoutcavernes aanwezig zijn, omdat de levensduur lang is zijn de kosten per gebruiksjaar relatief laag. Er kunnen grote hoeveelheden energie opgeslagen worden in de Nederlandse zoutcavernes, er is echter nog wel wat aanvullend onderzoek nodig. Nadeel is dat de responstijd te lang is om de frequentie van het netwerk te regelen. Accu s zijn gebruiksklaar en worden al op veel plaatsen ingezet. De kosten zijn enigszins te vergelijken met perslucht, hoewel de kosten per gebruiksjaar hoger zijn door de gemiddeld kortere levensduur. Accu s zijn vooral goed te gebruiken omdat ze ook de frequentie van het netwerk kunnen regelen. Om grote hoeveelheden energie op te slaan om verschillen tussen uren of dagen te compenseren is perslucht meer geschikt hoewel er accu s nodig zijn om de frequentie op peil te houden. Toekomst Zo zal in de toekomst de wereld er als volgt uit zien. Fossiele brandstoffen zijn niet meer nodig want de oplossingen die we zojuist genoemd hebben vangen de fluctuaties op in het energienetwerk. Zon en wind en andere vormen van groene energie zijn de belangrijkste bronnen van elektriciteit. Als er meer energie nodig is, kan perslucht een goed hulpmiddel zijn. Ook waterstof zal vooral bij auto s een grote rol gaan spelen. De accu s kunnen ingezet worden om de frequentie van het netwerk te regelen. Het volk kijkt naar het weer en doet aan de hand daarvan haar zaken. Wasmachines draaien bij veel wind en het gras wordt gemaaid op winderige dagen. Al met al een veel groenere en efficiëntere wereld die met de juiste subsidies en onderzoeken werkelijkheid gemaakt kan worden. 18 P a g i n a

20 Bibliografie (sd).het onderzoek in de komende periode. Energie Koplopers. ALACAES. (sd). Advanced adiabatic compressed air energy shortage. Opgehaald van Airlight Energy: Compressed Air Energy Storage (CAES). (sd). Opgehaald van ESA: Crotogino, F. (2001, April 15). Huntorf CAES: More than 20 Years of Successful Operation. Opgehaald van Wayback Machine: _ea_huntorfcaes_compressedairenergystorage.pdf D.M.Greenwood. (2017, Juni 17). Frequency response services designed for energy storage. Opgehaald van ScienceDirect: EASE. (sd). Adiabatic Compressed Air Energy Storage. Opgehaald van ease-storage.eu: Fares, R. (2015, Maart 11). Renewable Energy Intermittency Explained: Challenges, Solutions, and Opportunities. Opgehaald van Scientific American: (sd).fluctuations in the Power Grid. Instability in Power Grid Comes at High Cost for German Industry. Der Spiegel. Frank S. Barnes, J. G. (2011). Large Energy Storage Systems Handbook. CRC Press. Gemiddeld Energieverbruik. (sd). Opgehaald van Milieucentraal: Germen. (2011, April 9). Energieopslag: het essentiële energieprobleem. Opgehaald van visionair.nl: IEA. (sd). Global energy flows (EJ in 2004). Climate Change 2007: Working Group III: Mitigation of Climate Change. IPCC. IFPE. (sd). Compressed Air Energy Storage for Offshore Wind Turbines. Opgehaald van menet.umn.edu: Princeton Environmental Institute. (2008, April 8). Compressed Air Energy Storage: Theory, Resources, And Applications For Wind Power. Opgehaald van citeseerx.ist.psu.edu: Ralph E.H. Sims, R. N. (sd). Energy Supply. Ravestein, P. (2014). Mogelijkheden voor elektrische energieopslag in Nederland in Universiteit Utrecht. TNO. (2011). Delfstoffen en aardwarmte in Nederland - Jaarverslag Den Haag. 19 P a g i n a

21 Velthuis, M. (2012). The role of large scale energy storage systems in the electricity grid of the Netherlands in University of Groningen. Vrieling, M. (sd). Aandeel duurzame energie in Nederland en Duitsland. Hoe zit dat nou met die ' 'hernieuwbare energie quota'? W. Sloterdijk, G. T. (2012). CAES Pre-feasibility study. Groningen. Weaver, J. F. (2018, Januari 14). Tesla s massive battery in Australia was paid up to $1000/MWh to charge itself. Opgehaald van Electrek: Wikipedia. (sd). Brandstofcel. Opgehaald van Wikipedia: 20 P a g i n a

22 21 P a g i n a