De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik.

Transcriptie

1 SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik. Kas Hemmes KIVI lezing 3 november 2014, Den Haag

2 Systeem Denken (Amory Lovins) Systems Thinking: Optimizing Not Just Parts, But Entire Systems Designers and decision-makers too often define problems narrowly, without identifying their causes or connections. This merely shifts or multiplies problems. Systems thinking the opposite of that disintegrated approach typically reveals lasting, elegantly frugal solutions with multiple benefits, which enable us to transcend ideological battles and unite all parties around shared goals. systems thinking also reveals interconnections between problems, which often permits one solution to be leveraged to create many more.

3 Het gaat om een andere manier van denken!!. Dit is het doel van deze voordracht. De (brandstofcel) voorbeelden dienen slechts ter illustratie daarvan.

4 Dwight Eisenhower 'If you can't solve a problem, enlarge it.

5 Systeem Integratie Opties. KNAW rapport: Duurzaam duurt het langst (2007) 1. Integratie van componenten tot systemen 2. Integratie van diverse energiebronnen (Multi- Source Multi-Product systemen) 3. Integratie van hernieuwbare en fossiele energiebronnen 4. Integratie van nieuwe technologie in bestaande technologie 5. Integratie van sectoren 6. Integratie van functies 7. Integratie van duurzaamheid (Brundtland) in het ontwerp van energiesystemen.

6 1. Integratie van Componenten tot een Energie Systeem S Y T C T D Y = Yield; supply T = Transport C = Conversion S = Storage D = Demand system boundary Φ i,in (x,t) C Φ loss (x,t) Φ j,out (x,t)

7 1. Opslag van elektriciteit: S S Y T C T D C

8 Echter. Systeem denken!!!

9 Multisource-multiproduct systemen (MSMP)

10 Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem E - power E - power CO / H 2 NG heat

11 Vrijheidsgraden gebruiken voor optimalisatie Hoeveel van welke input om optimaal aan alle benodigde output te voldoen? Welke randvoorwaarden? Welke optimalisatie criteria? Economisch optimaal energie optimaal

12 Conventional Solution for dealing with fluctuating renewable energy sources essentially is a complex storage device in a linear energy system. E - power Storage E - power

13 Opslag is het probleem geworden in plaats van de oplossing E - power E - power Storage Electrolyser O 2 FC H 2 O H 2 H 2 O heat

14 Conventional Solution is Island Thinking not System Thinking Storage

15 MSMP voorbeeld: integratie van een interne reforming brandstofcel met windenergie E - power air IR-FC H 2 H 2 NG N 2 Optional (NG/N 2 ) heat

16 Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem E - power E - power IR-FC CO / H 2 NG heat

17 Mode 1 High efficiency mode First we kept the input flow rate of NG constant. The fuel utilization is now decreased by decreasing the current density. Efficiency (%) Fuel Utilization (%) Electric-Efficiency Gas Efficiency Total Efficiency

18 Hyperwind Hyperwind = Superwind + HTelectrolyse electriciteit O2 H2O H2 (warmte)

19 Hyperwind Hyperwind = Superwind + electrolyse + Optie: Fuel assisted electrolysis biogas electriciteit H2O + CO2 H2O H2 (warmte)

20 Energieopslag We hebben al opslag en we noemen dat:

21 Energieopslag We hebben al opslag en we noemen dat: Slochteren!!

22 To store or not to store that s the question. Conversion Conversion Electrical Sector Fuel/chemical Alternative applications Chemical Sector Fuel/chemical By coupling of two sectors and an overflow of energy from one sector to the other virtual storage can be obtained.

23 4. Integratie van sectoren Grotere systeemgrenzen Meerdere problemen tegelijk oplossen Voorbeelden: 4.1 afvalverbranding 4.2 combi-ketel (warm tap water + ruimte verwarming) 4.3. V2G (vehicle to grid) 4.4 Energie sector en chemische sector 4.5 Offshore wind en scheepvaart

24 Wireless Windpark Integratie van offshore wind en scheepvaart Wind H2 NH3 als scheepsdiesel Geen kabel connectie met grid. Scheepvaart is tegelijk transport en demand side van de windenergie.

25 Conclusies Duurzame ontwikkeling vraagt een brede kijk, een andere manier van denken (systeem) integratie op verschillende manieren en nivo s Meer ruimte voor creativiteit, lateraal denken en 2 photon processen. Tot slot discussie

26 Is er een directe link tussen sustainablility en integratiedenken? Er zijn in ieder geval overeenkomsten 1. Brede systeem grenzen 2. Meerdere problemen tegelijk aanpakken 3. Doelstelling groot, abstract, ver weg maar wel duidelijk. (niet te snel subdoelen definiëren en daar te rigide aan vasthouden)

27 Kun je ook een link leggen naar de energietransitiepaden? Er is een grote groeiende vraag naar innovatie op energie gebied. (OK) Opsplitsing in 6 kernthema s (te weinig aandacht voor integratie) 1. Groene grondstoffen 2. Duurzame mobiliteit 3. Keten efficiëntie; (lineair systeem denken) 4. Nieuw gas, schoon fossiel 5. Duurzame elektriciteit 6. Gebouwde omgeving

28

29 Is sub-optimaliseren zelfs niet eens buying time, of toch wel? Groot gevaar voor lock-in: bijvoorbeeld kolen- en biomassa vergassing!!! Institutions Technology Markets Operational 1 Elements of an Energy System

30 voorbeeld 3.1: brandstofcellen in een aardgas mengstation E - power E - power air Air - SEP O 2 IR-FC H 2 FC heat Low T heat NG N 2 H 2 NG/N 2 /(H 2 )

31 Vervanging luchtscheider in een mengstation door een brandstofcel E - power air IR-FC Low-T FC Low T heat NG H 2 N 2 N 2 NG/N2/(H 2 ) Het systeem produceert elektriciteit in plaats van elektriciteit te verbruiken!! (Orde enkele tientallen MW)

32 Voorbeeld 4.3: V2G (vehicle to grid) NL: cars à 50 kw = 300 GW. Dit is meer dan 10 x het geïnstalleerd vermogen slechts 10% van de auto s zijn nodig of??

33 analyse V2G (vehicle to grid) En worden twee denkstappen gemaakt: 1. Er is een inefficiëntie in het huidige systeem (auto s staan stil) 2. Transportsector en energiesector worden gecombineerd Verder Overcapaciteit gebruiken om thermodynamische limiet te benaderen Accu s geven < kwh=6 GWh (1 uurtje alle stroom voor NL)

34 6. Integratie van functies industrieel ontwerpers passen dit dagelijks toe Voorbeelden: 5.1 zonnepanelen op het dak in plaats van dakpannen 5.2 windenergie in de gebouwde omgeving; Opm: hier liggen nog veel kansen; Welke functies kan de fundering voor off-shore windturbines nog meer vervullen?