Smart Energy Mix Update 2008 De visie van KIVI NIRIA op de ontwikkeling van de Nederlandse energiehuishouding in de komende decennia tot 2050

Transcriptie

1 Smart Energy Mix Update 2008 De visie van KIVI NIRIA op de ontwikkeling van de Nederlandse energiehuishouding in de komende decennia tot 2050 Een publicatie van het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs KIVI NIRIA Contactpersoon: Jasper van Alten Postbus GK DEN HAAG Telefoon: (070) Telefax: (070) Website: An R85c Augustus 2008

2 Inhoudsopgave Pagina Samenvatting 4 Deel I: Smart Energy Mix 6 De visie van KIVI NIRIA op de ontwikkeling van de energiehuishouding van Nederland in de komende decennia tot Inleiding 6 2. Uitgangspunten en grondslagen voor het KIVI NIRIA scenario 7 3. Het KIVI NIRIA energiescenario: de Smart Energy Mix Kerngegevens en aannames voor de scenario s Scenario periode tot Scenario periode Overwegingen bij het KIVI NIRIA scenario Het KIVI NIRIA scenario vergeleken met het scenario van 14 Greenpeace 5. Conclusie 15 Deel II: Kerngegevens over energiebronnen Fossiele energiebronnen Inleiding Aardoliereserves Gasreserves Kolenreserves Kernenergie Inleiding Actuele situatie Kostprijs elektriciteit Toekomstige ontwikkelingen Derde generatie typen kerncentrales Biomassa Veel discussie over biomassa Economie Verwevenheid Bioraffinage Schaal en logistiek Import van biomassa Drivers voor Nederland Samenbrengen van partijen Casus Concluderend Overige weetjes en meningen 25 2

3 4. Windenergie Inleiding Actuele situatie Toekomstige ontwikkelingen Zonne-energie-PV Inleiding Zon-PV actueel Toekomstig aandeel in de elektriciteitsvoorziening Toekomstige ontwikkelingen Geothermie 30 Deel III Kosten van elektriciteit en waterstof als energiedrager Kosten van elektriciteitsopwekking Inleiding Actuele situatie Andere overwegingen Toekomstige ontwikkelingen Waterstof als toekomstige energiedrager Inleiding Actuele situatie Toekomstige ontwikkelingen de visie van

4 Samenvatting Het KIVI NIRIA Jaarcongres Smart Energy Mix, dat op 12 oktober 2006 in Zwolle plaatsvond, was geheel gewijd aan de vraag Hoe zorgen we ervoor dat Nederland ook in de toekomst kostenefficiënt van voldoende energie voorzien wordt op een veilige, schone en duurzame manier, zodat ook het milieu gespaard blijft. Tijdens dit congres werd door de KIVI NIRIA stuurgroep Energie* een scenario gepresenteerd dat resulteerde in de Smart Energy Mix (SEM), een visie op de ontwikkeling van de energievoorziening in twee periodes, van 2005 tot 2025 en van 2025 tot Die visie is recent door de werkgroep kritisch bezien. Dit document presenteert de geactualiseerde versie v an de Smart Energy Mix. Visie In de visie van de stuurgroep Energie van KIVI NIRIA zal het totale energieverbruik in ons land in de periode tot 2050, ondanks alle energiebesparende maatregelen, blijven stijgen. Het elektriciteitsverbruik zal in die periode nog sterker groeien. Deze visie verschilt van andere visies en toekomstverkenningen, zoals bijvoorbeeld die van Greenpeace, die in hoge mate op energiebesparing inzetten. Om tot een aanzienlijke vermindering in CO2-emissies te komen, zal de toekomstige energievoorziening moeten veranderen. Daarbij komt dat de grote afhankelijkheid van aardgas niet gecontinueerd zal kunnen worden, omdat de reserves in Groningen opraken en gasprijzen sterk zullen stijgen. Omdat de overgang naar duurzame bronnen, ondanks aanzienlijke inspanningen, langzaam verloopt zal de energievoorziening in Nederland in de komende decennia overgaan op een energiemix waarin schone kolen en kernenergie een groot aandeel zullen hebben. Kernpunten van de visie 1. Besparen op energie blijft de snelste en goedkoopste methode om CO2-emissies te verminderen. Het tempo van energiebesparing zal toenemen van 1% nu tot zo n 2% per jaar. 2. Ondanks de besparingen zal het primaire energieverbruik in % hoger zijn dan in In 2050 zal dat nog steeds 18% hoger zijn dan in Het elektriciteitsverbruik zal in 2025 zelfs 30% hoger zijn ten opzichte van 2005, en bijna 70% hoger in Kolen- en kerncentrales zullen in 2050 voor 60 80% van de elektriciteitsopwekking zorgen. 5. Om tot aanzienlijke vermindering in CO2-emissies te komen zal de inzet van kolen gepaard gaan met grootschalige CO2-opslag. Lege gasvelden zowel op land als in de Noordzee zijn hiervoor geschikt. De opslagcapaciteit is voor een periode van circa vijftig jaar toereikend. 6. Door de afname van de binnenlandse productie in de komende decennia en de te verwachten stijgende gasprijs, zal de afhankelijkheid van aardgas aanzienlijk verminderen. Aardgas blijft beschikbaar voor de middelgrote industrie en kleinverbruikers. Inzet van Warmte-Kracht- Koppeling zorgt daar voor een efficiënte energieproductie. 7. Het gebruik van aardolie, nu nog de belangrijkste brandstof van de transportsector, zal verminderen door het gebruik van aardgas, biobrandstoffen, waterstof, etc. Ontwikkeling van zuinigere motoren en de doorbraak van elektrische of hybride aandrijvingen dragen bij aan een efficiënter transport. 8. De mogelijkheden voor wind, zon en geothermie worden voorlopig beperkt door hun kostenniveau, maar zullen, dankzij het subsidiebeleid van de overheid, toch in 2050 zo n 10% van de primaire energiemix zijn. 9. Biomassa wordt competitief en stijgt tot zo n 14% van de energiemix. Het gebruik van biomassa zal in de transportsector stabiliseren maar in de chemie zal biomassa, vooral in de periode na 2025, een belangrijke grondstof worden. 10. Door de toepassing van kernenergie en schone kolentechnologie, kolencentrales met CO2-afvang en -opslag, neemt de landelijke CO2-emissie, vergeleken, met 2005 af met 25-30% in 2025, en met ruim 40% in Doordat de kostprijs per kwh van kern- en schone kolencentrales lager is dan die van 4

5 aardgascentrales, zullen de kosten van opwekking van elektriciteit in de Smart Energy Mix lager zijn dan de huidige, ondanks de aanzienlijke CO2-vermindering. Aanbevelingen 1. Energiebesparing blijft de snelste en relatief goedkoopste methode om de CO2-emissies te verminderen. De overheid zal energiebesparing sterk moeten stimuleren en consumenten en industrie moeten overtuigen van de noodzaak om energie te besparen. 2. Tevens dient de overheid mogelijkheden te scheppen die energiebesparing door toepassing van nieuwe, innovatieve technologieën aanmoedigt. Zij zou daarbij kritisch moeten kijken naar de mogelijkheden om als launching customer een belangrijke bijdrage te leveren aan de marktintroductie van nieuwe, besparende technologieën. 3. Een consistent en transparant vergunningenbeleid is noodzakelijk. Dit moet energiebedrijven voldoende vertrouwen geven om te investeren in nieuwe kolencentrales met CO2-afvang en in kerncentrales. In het bijzonder voor kernenergie is een solide overheidsbeleid nodig dat scherpe normen kan stellen maar wel een lange termijnperspectief dient te hebben. 4. Onderzoek naar de verbetering van bestaande technologieën, de ontwikkeling van nieuwe technologieën en marktintroductie van ontwikkelde technologieën, met name voor toepassing op hernieuwbare energiebronnen, verdienen grotere steun van de overheid. Samenwerking tussen bedrijfsleven, dienstensector, R&D-instituten, universiteiten en hogescholen moet worden versterkt. Dit zou ook kunnen inhouden dat de overheid participeert in demonstratieprojecten op kleine, industriële schaal. Investeringssubsidies zijn voor de ontwikkeling van nieuwe bronnen beter dan subsidies per geleverde kwh. 5. Snelle kweekreactoren en uiteindelijk kernfusie zullen op termijn (2030 en later) een aandeel in de elektriciteitsvoorziening krijgen. Nederland kan in de ontwikkelingen van die nieuwe technologieën een belangrijke rol spelen. Om een sterk aandeel in het mondiale onderzoek te houden, is een gestage groei van onderzoek in deze richting op zijn plaats. 6. De technische beoordeling van energieconversiesystemen dient te geschieden op basis van de eerste én de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Kwaliteit van energieconversie dient prominenter in de beoordeling van energieconversie meegenomen te worden. 7. Op alle niveaus zijn goed opgeleide en vooral technisch geschoolde mensen nodig. Zonder mensen met de juiste kennis en vaardigheden wordt de invoering van nieuwe schonere technologie vertraagd en worden technische installaties niet optimaal benut waardoor energie wordt verspild en de samenleving schade oploopt. * Leden stuurgroep Energie ir. J.L. Dekker ir. K.J.W. Groeneveld MSc prof. dr. ir. T.H.J.J. van der Hagen mw. dr. ir. A.I. van Heek ir. C. Hellinga drs. J.M. van Alten (secretaris) 5

6 Deel I: Smart Energy Mix De visie van KIVI NIRIA op de ontwikkeling van de energiehuishouding van Nederland in de komende decennia tot Inleiding De energievoorziening haalt door de discussie over het klimaat bijna dagelijks de kranten. De Algemene Energieraad (AER) concludeert dat onze elektriciteitsvoorziening maar mager scoort 1 op de criteria betaalbaar en betrouwbaar en slecht op het criterium sc hoon. Kunnen we straks nog rekenen op betrouwbare en niet al te dure energie? Het streven naar duurzaamheid stuurt ons in de richting van het gebruik van de eeuwige energiebronnen: zon, wind, golven, aardwarmte en bomen en planten. Het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs KIVI NIRIA maakt zich zorgen over het debat rondom de toekomstige energievoorziening. Wordt het publiek, en daarbij ook de beleidsmakers, wel correct ingelicht? Worden alle elementen van dat debat wel goed voorgesteld? Wat zijn de feiten en wat zijn veronderstellingen? Is het iemand die niet zo technisch onderlegd is nog wel duidelijk wat waarheid is en wat fictie? Dit document geeft een ingenieursvisie op de toekomstige energiesituatie van ons land. Die visie is gebaseerd op een scenario, dat beantwoordt aan de uitdagingen van Kyoto en Bali, de duurzaamheiddoelstellingen van de Europese Unie en resulteert in een stabiele, betaalbare en schone energievoorziening. Scenario s zijn schetsen van de toekomst, geen voorspellingen. De bedoeling is beleidsmakers te helpen om een beeld te vormen van de toekomst, dat uiteindelijk moet resulteren in verstandige strategieën die aan een breed publiek zijn uit te leggen. In dit document wordt het Greenpeace scenario De Nederlandse Energie Revolutie 2 vergeleken m et het Smart Energy Mix 3 scenario van KIVI NIRIA. Greenpeace gaat in zijn scenario uit van een forse daling van het energieverbruik, waardoor het gebruik van kernenergie en kolen in de toekomst tot nul kan dalen. Het Smart Energy Mix scenario gaat uit van een ambitieus energiebezuinigingsprogramma, maar ziet de energiebehoefte van ons land niet afnemen en komt uiteindelijk tot een visie waarin geen enkele energiebron kan worden uitgesloten en zeker kernenergie niet. Deze visie is ontwikkeld door de stuurgroep Energie van KIVI NIRIA en is in eerste aanzet gepresenteerd tijdens het KIVI NIRIA Jaarcongres Naar aanleiding van het debat tijdens dat congres werd als follow-up het symposium Smart Energy Mix II georganiseerd dat in 2007 heeft plaatsgevonden. Met deze update van de Smart Energy Mix in 2008 wordt rekening gehouden met de sterk gestegen brandstofprijzen en de sterke toename van de kosten van installaties en engineeringwerkzaamheden voor energieconversie. 1 Algemene Energieraad, Brandstofmix in beweging, Den Haag, januari Greenpeace, De Nederlandse energierevolutie: Het scenario voor een schone toekomst, Amsterdam KIVI NIRIA, Smart Energy Mix, publicatie naar aanleiding van jaarcongres, Den Haag,

7 2. Uitgangspunten en grondslagen voor het KIVI NIRIA scenario De stuurgroep Energie van KIVI NIRIA heeft getracht een scenario te schetsen hoe de toekomstige energievoorziening van ons land eruit zou kunnen zien. Daarin is als uitgangspunt genomen dat die energievoorziening, de Smart Energy Mix, stabiel, betaalbaar en schoon moet zijn. De belangrijkste randvoorwaarde van het KIVI NIRIA scenario is het voldoen aan de Kyotocriteria en de EU-afspraken, gericht op een maximale opwarming van de aarde van +2 0 C in Dit resulteert in een mondiaal CO2-equivalent niveau in de atmosfeer van 550 ppmv CO2-eq. Voor Nederland wordt een CO2-uitstoot reductie verwacht van 20% tot 30% in 2025 en van 40% tot 80% in De Smart Energy Mix van het KIVI NIRIA scenario resulteert in een CO2-reductie in 2025 van 25-30% en in 2050 in een reductie van ruim 40%. Het primaire energieverbruik, het totale energieverbruik, in Nederland in 2006 was circa PJ. De energiemix bestond hoofdzakelijk uit aardgas (45%), olie (38%) en kolen (10%). Daarnaast gebruikten we kernenergie (1,2%), wind (0,5%), biomassa (1,3%), afvalverbranding (0,4%), zon (0,03%) en overig [waaronder biogas] (3,5%), aangevuld met elektriciteitsimporten 4. Het primaire energieverbruik laat over de laatste jaren een stijging zien van circa 1,2% per jaar 5 wat samengaat met een energiebesparingtempo van ongeveer 1% per jaar. In het KIVI NIRIA scenario wordt aangenomen dat de energiebesparing oploopt tot zo n 2% per jaar. Dat zal de groei van het energieverbruik wel doen afvlakken, maar zal deze niet ombuigen naar krimp 6. In het KIVI NIRIA scenario is in 2025 het primaire energieverbruik 15% hoger dan in 2005, en in % hoger dan in De verwachting is dat binnen deze toename van het totale energieverbruik, het aandeel elektriciteitsverbruik zal groeien. Schattingen van de groei in het elektriciteitsverbruik variëren van 1,3-2% per jaar tot In het KIVI NIRIA scenario is aangenomen dat die trend in de groei van het elektriciteitsverbruik zal aanhouden. De KIVI NIRIA schatting voor 2025 is dat het elektriciteitsverbruik 30% hoger zal zijn dan in 2005 en in 2050 zal het bijna 70% hoger zijn dan in KIVI NIRIA verwacht dus een sterke groei in elektrificatie van de maatschappij. We voorzien een continue toename van het gebruik van de nieuwste elektrische apparatuur, bijvoorbeeld communicatie - en informatiesystemen, mobiel internet, plasma TV s, home entertainment systems, spelcomputers, bewakingsapparatuur, etc. Ook het gebruik van airconditioners zal toenemen. Er zal een indirecte vervanging optreden van gas voor ruimteverwarming door (een aanzienlijk geringere hoeveelheid) elektriciteit, bijvoorbeeld voor het toepassen van warmtepompen en systemen die warmte terugwinnen. Elektrisch vervoer staat op het punt van doorbreken. Grote fabrikanten hebben plug-in hybride marktintroducties aangekondigd per 2010/11. Een marktaandeel van 10-20% in 2020 wordt niet als onrealistisch gezien. Dit zal een enorme invloed hebben op de energie mix. Als deze trend doorzet komt decentrale opslag van elektriciteit binnen handbereik. De inzetbaarheid van wind en zonne-energie neemt daarmee toe. Dit vraagt wel om aanpassingen van het elektrisch grid om ook thuis hogere vermogens af te kunnen nemen (bij groot aandeel nachtoplading). Tenslotte, in het KIVI NIRIA scenario is veel aandacht besteed aan warmtekrachtkoppeling (WKK); de bij elektriciteitproductie vrijkomende warmte wordt zoveel mogelijk benut. De koppeling van elektriciteit en warmte is technisch gezien efficiënt. Bedrijfseconomisch zijn er 4 Omger ekend uit gegevens Centraal Bureau voor de Statistiek voor ECN/NMP, Referentieramingen energie en emissies , Petten Mondiale crisissituaties en andere rampen buiten beschouwing gelaten. 7 ECN/NMP, Referentieramingen energie en emissies , Petten

8 echter beperkingen, die ondermeer te maken hebben met de kosten voor distributie van warmte en de warmte- en elektriciteitsbalans. In de Smart Energy Mix wordt rekening gehouden met het optimaal combineren van warmte- en elektriciteitsproductie zowel centraal als decentraal, ook bij het inzetten van kolen en uranium. 8

9 3. Het KIVI NIRIA energiescenario: de Smart Energy Mix 3.1 Kerngegevens en aannames voor de scenario s Voor de ontwikkeling van het KIVI NIRIA scenario werden de energiebronnen nauwkeurig in kaart gebracht. Samenvattingen daarvan zijn te vinden in deel II van dit document dat de volgende kerngegevens presenteert: 1. fossiele energiebronnen 2. kernenergie 3. biomassa 4. windenergie 5. zonne-energie 6. geothermie In deel III worden gepresenteerd: 1. kosten van elektriciteitsopwekking; 2. waterstof als toekomstige energiedrager. Op basis van bovenstaande gegevens zijn de volgende aannames gedaan om tot de Smart Energy Mix te komen. - De fossiele brandstoffen olie en gas zullen tot ver in de 21 e eeuw de belangrijkste energiebronnen blijven. Reserves zijn toereikend maar bevinden zich grotendeels in minder stabiele regio s. Kosten van winning zullen blijven stijgen maar de olie en de daaraan gekoppelde gasprijzen zullen een speelbal blijven van geopolitiek en strategie. Voor de periode tot 2050 gaan we uit van een olieprijsniveau oplopend van circa $ 80 tot $ 120 per barrel ($ s van vandaag). - Bij dit prijsniveau wordt door energiebesparingen de toename van de vraag naar energie, ondanks een stijgend welvaartspeil van 2-3% per jaar, beperkt tot 0,5-0,75% per jaar in de periode tot Daarna, van 2025 tot 2050, zal de toename praktisch nul zijn. - Uranium (kernenergie) en kolen zijn als goedkoopste bronnen onbeperkt (meer dan honderd jaar) beschikbaar voor elektriciteitsopwekking en tevens leverbaar vanuit stabiele regio s. - Door de inzet van snelle kweekreactoren vanaf 2025 wordt de effectiviteit van de inzet van uranium sterk verhoogd. - Uit kernfusie komen in de eerste helft van deze eeuw geen significante hoeveelheden energie beschikbaar. - Inzet van kolen zal gepaard moeten gaan met grootschalige CO2-afvang en -opslag (CCS, Carbon Capture & Storage). Het kolenvergassingsproces leent zich bij uitstek voor CCS en in eerste instantie heeft Nederland veel lege gasvelden die daarvoor uitstekend geschikt lijken te zijn. - De capaciteit voor CO2-opslag ondergronds is in Nederland relatief groot (maximaal circa vijftig maal de huidige CO2-uitstoot van 22 miljoen ton per jaar). Met circa 20% kolen in de totale energiemix zouden we tot r uim na 2050 vooruit moeten kunnen. - Biomassa heeft interessante mogelijkheden voor chemie, transport en elektriciteitsopwekking. Gelet op het consumptiepatroon voor primaire energie zijn brandstoffen voor het transport de grote uitdaging. Bioraffinage in de chemische industrie zal zich richten op kleine volumina met een hoge toegevoegde waarde. De beperking ligt in de concurrentie met voedingsmiddelen binnen een gelimiteerd landbouwareaal. - Dankzij een actief subsidiebeleid van de overheid zal het aandeel van windenergie gestaag stijgen. Uiteindelijk zal windenergie een beperktere rol spelen dan biomassa vanwege de limitering van plaatsingsmogelijkheden op land, terwijl op zee de kosten hoog zullen blijven. - Windenergie heeft een beperktere rol dan biomassa wegens de limitering van plaatsingsmogelijkheden op land, terwijl op zee de kosten lang prohibitief zullen blijven. 9

10 Een te hoog aandeel van windenergie in de mix heeft bovendien netinstabiliteit als nadeel. - Zonenergie PV heeft op de lange termijn (vanaf ) grote mogelijkheden, maar dient nog een lange ontwikkelingscyclus te doorlopen voordat de kosten van grootschalige elektriciteitsopwekking op een aanvaardbaar niveau komen. Kleine-schaal zelfopwekking, dankzij subsidies en belastingvoordeel, maakt wel een kans vanaf De kosten van CSP (Concentrated Solar Power), voorlopig geschat op ct/kwh aan de bron in Zuid- Europa of Noord-Afrika plus c irca 1,5ct/Kwh transportkosten, zijn te hoog om een rol te spelen in de grootschalige elektriciteitsopwekking in ons land. - Geothermie biedt beperkte kansen voor het genereren van warmte waar distributie geen groot probleem is (bijvoorbeeld in de tuinbouw). - Energieopwekking op microschaal voor huishoudens, per blok of wijk, voor kantoren, boerderijen etc. met behulp van WKK, zon, wind, warmte-/koudeopslag in de aarde, al dan niet in combinatie van opties, wordt zeker voor nieuwbouw rendabel en beperkt de groei van het energieverbruik. - Brandstoffen uit kolen (Fischer Tropsch) worden concurrerend vanaf een prijsniveau van $ 7 5,- per barrel maar het aandeel in de energiemix is in 2050 nog klein. 3.2 Scenario periode tot Indien we het verbruik van energie onderscheiden in drie categorieën: Warmte/Chemie, Transport en Elektriciteitsopwekking (verdeling momenteel ruwweg %) dan worden de veranderingen gedreven door relatief grote besparingen in Warmte. Met name in gebouwen, glastuinbouw en industriële processen liggen grote mogelijkheden. Transport blijft in de totale behoefte praktisch constant; de toename in goederentransport (weg, water en luchtvaart) en van personenverkeer, wordt gecompenseerd door zuiniger motoren (inclusief hybrides) en verschuiving van benzine naar diesel. - De elektriciteitbehoefte blijft stijgen, vanwege verdere toename van huishoudelijke apparaten, computers, airconditioning en plug-in hybriden in transport. Een interessante ontwikkeling is de mogelijkheid om buiten de piekuren elektriciteit op te slaan in de accu s van elektrisch aangedreven auto s. Zo wordt een buffer gecreëerd om pieken van duurzaam geproduceerde elektriciteit (wind- en zonne-energie) nuttig aan te wenden. - Olie blijft de belangrijkste brandstof voor de transportsector, terwijl aardgas de meest aantrekkelijke energiebron is voor huishoudelijk en klein industrie el gebruik. Op veel plaatsen zal decentrale opwekking van energie (micro-wkk) nog niet rendabel zijn. - De huidige elektriciteitsopwekking in ons land is grotendeels aangewezen op aardgas als brandstof. Door de steeds hoger wordende gasprijs zullen gascentrales, behoudens standby vermogen, worden uitgefaseerd. - Om toch aan de vereiste besparing in CO2-uitstoot te kunnen voldoen, wordt een aanzienlijke toename verwacht in het gebruik van steenkool (eventueel in combinatie met biomassa-afval) via kolenvergassing met CO2-afvang en van kernenergie. Uiteindelijk zullen kolen- en kerncentrales voor 60-80% van de elektriciteitsopwekking zorgen. - Er blijft een aanzienlijke groei in het gebruik van windenergie voornamelijk in near shore windparken. - De grotere industrie blijft voor warmte en elektriciteitsopwekking aangewezen op WKKinstallaties op gas en kolen zonder CO2-afvang. 3.3 Scenario periode In de periode wordt de trend van de eerste periode doorgetrokken. - Voor elektriciteitsopwekking neemt het gebruik van kernenergie verder toe en verdringt kolen, terwijl in de industrie, behalve voor WKK, de gaskraan nu definitief dicht gaat. Hier zorgen kolen met CO2-afvang en enkele kleine kerncentrales voor warmte gecombineerd met elektriciteitsopwekking. - In de transportsector zullen hybride voertuigen, waarschijnlijk met batterijen, standaard zijn. Elektrische aandrijving op basis van brandstofcellen en waterstof als brandstof zullen pas na 2050 een rol gaan spelen. 10

11 - Hernieuwbare bronnen, hoewel vaak nog niet kostencompetitief met kernenergie en kolen, nemen in belang toe. - Door efficiencyverhoging in de landbouw stijgt het aanbod van biomassa voor biobrandstoffen en chemie zonder te zeer verstorende prijseffecten op voedingsmiddelen. - Micro-WKK, lokale elektriciteitsopwekking op kleine schaal, neemt toe en wordt gelijktijdig geïnstalleerd met nieuwbouw van stadswijken, kantoren en bedrijvenparken. De kwantificatie van de hierboven beschreven scenario s wordt getoond in de twee volgende grafieken: 1. Het primaire energieverbruik in 2005, 2025 en De verdeling van het primaire energieverbruik in de categorieën Warmte/Chemie, Transport en Elektriciteit Primaire energieverbruik = 100% = circa PJ Het primaire energieverbruik neemt in de periode tot 2025 toe tot 115% van 2005 en groeit in de daarop volgende 25 jaren nog door tot 118% van Het gebruik van olie en gas halveert (van 90% nu tot 45% in 2050) ten gunste van de introductie van hernieuwbare energie (biomassa, zon en geothermie) tot 25% en een groei van het gebruik van restwarmte en kolen en nucleair tot 30% in Energie uit kolen verdubbelt bijna in de periode tot 2025 maar blijft daarna constant. De bijdragen van energie uit biomassa, wind en uranium nemen sterk toe. De tweede grafiek laat zien dat elektriciteitsopwekking een steeds groter deel wordt van het primaire energieverbruik. In 2005 was dat 25% en in 2050 wordt dat 35%. De nieuwe mix voor elektriciteitsopwekking is in het rapport gedetailleerd beschreven. Behalve dat we een praktisch totale vervanging van gas door kolen en nucleair zien, verschijnt naast biomassa en wind ook een significant percentage zon-pv. Dit is lokale opwekking, niet gedreven door competitieve kostprijs, maar door subsidies en belastingvoordelen. De transportsector blijft min of meer constant en vraagt 30% van het primaire energieverbruik. In die categorie vinden er grote verschuivingen plaats: het aandeel van olie (benzine en diesel) halveert praktisch ten gunste van 25% gas en 22% biomassa. 11

12 Verdeling van het primaire energieverbruik % 90% 80% 70% 60% 50% 40% Warmte/chemie Transport Elektriciteit 30% 20% 10% 0% Overwegingen bij het KIVI NIRIA scenario 1. Nederland is geen eiland; het is in een globale wereldeconomie afhankelijk van mondiale afspraken. Het is essentieel te streven naar een level playing field, met name wanneer duurzaamheideisen steeds stringenter gaan worden. De Nederlandse overheid zal hierin een belangrijke rol moeten spelen. 2. Toenemende samenwerking binnen de Europese Unie kan leiden tot het exporteren van hoge normen aan andere landen, waardoor een race to the top ontstaat 8 (het zogenaamde Californië -effect) en nieuwe schonere technologieën meer kans krijgen. Een race for the bottom is geen aantrekkelijk alternatief. 3. Met het scenario en de resulterende Smart Energy Mix willen we vooral aantonen dat keuzes die we op korte termijn zullen moeten maken voor lange termijninvesteringen, grote consequenties zullen hebben. Bijvoorbeeld CO2-emissies kunnen via verschillende routes aanzienlijk gereduceerd worden met zeer verschillende risico s ten aanzien van de energievoorzieningszekerheid en prijsuitwerking. 4. De energievoorziening dient de samenleving en moet zich aan de door die samenleving gestelde randvoorwaarden houden. De fysieke mogelijkheden moeten met de fysieke wensen in balans worden gebracht. Niet zozeer de eindigheid van de fossiele brandstofvoorraad, maar de manier hoe wij kosten en (veronderstelde) milieueffecten van het gebruik van de verschillende energiebronnen waarderen, bepalen de schaarste. 5. Een Nederland dat ruimte biedt aan alle technologieën onder eenduidige randvoorwaarden draagt niet alleen bij aan een stabiele marktconforme energievoorziening. Het draagt ook bij aan een mondiaal duurzaam systeem wanneer het zorgt dat de nationaal vereiste randvoorwaarden daarbuiten ook geaccepteerd en gewaardeerd worden. 6. De uitbreiding van de import- en exportmogelijkheden voor elektriciteit is een verstandige strategie. Het stelt Nederland beter in staat om in de internationale markt te 8 Dr. S.B.M. Princen, EU Regulation and Transatlantic Trade, Kluwer Law International,

13 participeren, maar geeft ook de optie om pieken en dalen in vraag en aanbod (voor winden kernenergie) beter te spreiden Tenslotte, laten we een open oog houden voor projecten in meer vervuilende landen waar gemakkelijker emissierechten te verdienen zijn. 9 Ten aanzien van de mogelijkheden welke transport van elektriciteit in het hoogspanningsnet biedt nog het volgende:? De fluctuatie van zonne- en windenergie aan de productiekant zijn van dien aard dat circa 70-85% van het vermogen als back-up in reserve moet worden gehouden en dit met snelle op- en afregelkarakteristieken.? Het huidige net kan leven met een fluctuatie van circa 8% waardoor de capaciteit van deze bronnen beperkt aan het net kunnen worden aangesloten zonder een adequaat back-up systeem. 13

14 4. Het KIVI NIRIA scenario vergeleken met het scenario van Greenpeace Het KIVI NIRIA scenario, resulterend in de Smart Energy Mix (SEM), voor elektriciteit en warmteproductie is tijdens het symposium Smart Energy Mix II van 19 april 2007 vergeleken met het Greenpeace scenario De Nederlandse Energierevolutie. Het belangrijkste verschil tussen beide scenario s is de sterke inzet door Greenpeace op efficiencyverbetering en vraagvermindering, terwijl het SEM scenario van een stijging van het energieverbruik uitgaat, ondanks grote inspanningen om efficiënter met energie om te gaan. Daarnaast worden (schone) kolen en uranium als energiebron door Greenpeace uitgesloten terwijl deze een wezenlijk onderdeel uitmaken van de SEM. Beide scenario s gaan uit van steeds groter wordende inzet van wind- en zonne-energie. De totale bijdrage hiervan wordt vooral bepaald door de voorgenomen installatie van circa 6 GW windenergie per voor de Nederlandse kust. Ten aanzien van biomassa-inzet voor elektriciteitsproductie is de SEM terughoudender. In het Smart Energy Mix scenario wordt de bijdrage van aardgas sterk gereduceerd om deze beschikbaar te houden voor industrie en kleinverbruikers, bijvoorkeur in combinatie met WKK. Greenpeace daarentegen gaat ervan uit dat er voldoende aardgas beschikbaar blijft voor energieopwekking, ondanks de teruglopende productie van het Groningen gasveld. Efficiencyverbetering wordt door Greenpeace ondermeer bereikt door een steeds groter percentage van de inzet van gas en biomassa via warmtekrachtkoppeling te laten verlopen. SEM is hier iets voorzichtiger mee, vanwege de precaire balans tussen het goed op elkaar afstemmen van de vraag naar elektriciteit en de vraag naar warmte. Het SEM scenario kiest voor het in gebruik nemen van twee 1,6 GW kerncentrales voor 2025, alsmede voor een grote inzet van kolen gecombineerd met opslag van 80% van de geproduceerde CO2 10. In de periode na 2025 wordt de nucleaire capaciteit verder uitgebreid. Ondanks een aanzienlijke toename van de elektriciteitsproductie in het SEM scenario met 30% in 2025 en 69% in 2050 ten opzichte van 2005, wordt de CO2-emissie met circa 40-50% gereduceerd. De kosten van het SEM scenario zijn door de inzet van kern- en schone kolencentrales lager dan wanneer aardgas zou worden toegepast voor de productie van elektriciteit. De kosten van de totale mix uit het SEM scenario is daarom per jaar 1 tot 3 miljard goedkoper dan wanneer de energiemix van Greenpeace op dit verbruiksniveau wordt toegepast. Inzet energiebronnen t.o.v In de berekening is rekening gehouden met een circa 20% lager opwekkingsrendement als gevolg van CO2- opslag. 14

15 5. Conclusie Nederland gaat van een maatschappij die voor een groot deel gestoeld is op aardgas, over op een energiebalans waarin kolen en kernenergie een veel groter aandeel hebben. Wij zien weinig redenen tot zorg ten aanzien van de beschikbaarheid en kosten van energie, mits we ons kunnen beperken tot een CO2-reductie in 2050 van 40% tot 50%. Dit geldt zeker voor de elektriciteitsproductie (30% tot 40% in 2050 van de totale primaire energievraag). Meer risico is er voor de sectoren die sterk afhankelijk zijn van aardolieproducten. Energiebesparing zal in alle gevallen de hoogste prioriteit van overheden en gebruikers moeten krijgen. In het KIVI NIRIA scenario wordt aangenomen dat besparingen mogelijk zijn van 1% nu tot 2% in de periode van 2025 tot Een correcte inschatting van de mogelijkheden van de nieuwe energiebronnen en een goed technisch inzicht in de verschillende systemen alsmede van de besparingsopties, is een absolute noodzaak om efficië nt, veilig en op een verantwoorde wijze om te gaan met de basisvoorzieningen van ons land. Hierin ligt een prachtige uitdaging voor de ingenieurswereld. 15

16 Deel II: Kerngegevens over energiebronnen 1. Fossiele energiebronnen 1.1 Inleiding Meer dan 80% v an de huidige world primary energy komt uit fossiele bronnen, dat wil zeggen uit aardolie, aardgas en kolen. Volgens de World Energy Outlook van het International Energy Agency (IEA) zal het wereld energieverbruik in 2030 zo n 40% hoger zijn dan in 2007 en IEA verwacht dat, ondanks alle verhalen over afnemende reserves, het aandeel van de fossiele brandstoffen zelfs nog iets zal stijgen. Een grote zorg, naast de situatie van de fysieke reserves, is echter dat in 2030 de OECD landen tweederde (vergeleken met 56% in 2005) van hun olie en gas moeten importeren uit OPEC landen, niet bekend om hun politieke stabiliteit. Het werkelijke issue wat betreft fossiele bronnen is de security of supply. Wereld aardolie -, aardgas- en kolenreserves en reserve/productie ratio's 10*9 ton R/P in jaren Aardolie (Conventional oil) 168,6 41,6 Aardgas (Conventional gas) 160,1 o.e. 60,3 Kolen (Athracite, bituminous, sub-bituminus and lignite) 847,5 133 o.e.= olie equivalent Bron: BP Statistical Review of World Energy Deze publicatie wordt gezien als the oil industry view. Hij wordt met name door geologen gezien als een conservatieve schatting. 1.2 Aardoliereserves De Reserve/Productie (R/P) Ratio voor aardolie schommelt al jaren rond de veertig jaar, ondanks het feit dat de productie in tien jaar tijd met 20% is gestegen. Technologische verbeteringen hebben tot nu toe iedere consumptieverhoging kunnen compenseren door meer te produceren uit bestaande bronnen en meer reserves te vinden, al is de snelheid waarmee nieuwe voorraden worden gevonden sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw aanzienlijk gedaald. Door de enorme stijging van de prijs van ruwe olie van de laatste jaren zullen veel bestaande reserves worden opgewaardeerd en zullen zelfs ingesloten olievelden, bijvoorbeeld het Schoonebeek veld, weer in gebruik worden genomen. Daarbij moet wel rekening worden gehouden met de aanzienlijke hoeveelheid energie die dat soort enhanced production zal vereisen, wat ook weer een grotere CO2-emissie met zich mee zal brengen. De reserves die gerapporteerd worden zijn die voor de zogenaamde Conventional oil. Volgens alle experts zijn de reserves voor Uncoventional oil, olie uit bijvoorbeeld teerzanden, bitumen voorkomens en oilshales net zo groot, zoniet groter, dan die van Conventional oil. Omdat de grootste oliereserves zich bevinden in dikwijls politiek instabiele landen (2/3 van de reserves bevindt zich in het Midden-Oosten) zal de olieaanvoer, en dus de prijs, altijd een speelbal zijn in een volatiele markt opererend in een geopolitiek krachtenveld. De beschikbaarheid van fossiele olieproducten zal in de komende eeuw sterker bepaald worden door economische factoren dan door de aanwezigheid van voorraden. 1.3 Gasreserves De R/P Ratio voor aardgas is zestig jaar, ook al lang constant ondanks de productietoename van 30% in tien jaar. Ook voor aardgas liggen de grootste reserves in het Midden-Oosten. Voor de Nederlandse elektriciteitsvoorziening (60% van onze elektriciteit wordt uit aardgas gemaakt) zijn de reserves in Europa, in Noord-Afrika en de landen van de voormalige Sovjet-Unie van groot belang. Eind 2007 waren de bewezen Nederlandse reserves *12 kubieke meter, nog goed voor circa 19 jaar huidige productie. N.B. Eenderde van de Nederlandse gasproductie wordt geëxporteerd. De voorraden nemen echter langzaam af, ondanks de technologische vooruitgang en het Kleine gasvelden beleid. De aardgasreserves van de Russische Federatie zijn vergeleken 16

17 met de Nederlandse reserves enorm: *12 kubieke meter en een R/P van 73.5 jaren. Daarna volgen Algerije met *12 kubieke meter (R/P= 54) en Noorwegen *12 kubieke meter (R/P= 33). 1.4 Kolenreserves De wereld kolenreserves zijn op energetisch vergelijkbare basis vele malen groter dan de olie- en gasreserves. R/P Ratio's voor kolen zijn meer dan driemaal zo hoog als voor olie en meer dan tweemaal zo hoog als voor gas. Kolen komen overal in de aardkorst voor en de grote producenten liggen in ieder van de werelddelen: de VS, in de EU, Duitsland en Polen, de Russische Federatie, Zuid-Afrika, Australië, China, India en Indonesië. Kolen kunnen beschouwd worden als de meest verontreinigende brandstof. Ook kolenwinning, -transport en -opslag worden gezien als zeer belastend voor mens en milieu. Echter, voor veel van de problemen van het gebruik van kolen bestaan technische en technologische oplossingen. Voor het opwekken van elektriciteit uit kolen is kolenvergassing de meest effectieve optie. Met dit proces kunnen verontreinigingen, inclusief CO2-emissies, vermeden worden. Kolenvergassing, met CO2-opslag in uitgeputte gasvelden, lijkt dan ook een interessante optie voor ons land. 17

18 2. Kernenergie 2.1 Inleiding Kernenergie wordt voornamelijk toegepast voor grootschalige elektriciteitsopwekking. Het is gebaseerd op het proces van kernsplijting. De brandstof is uranium dat voornamelijk in mijnen gewonnen wordt. Een deel van de kerncentrales gebruikt ook plutonium, een goed splijtbare stof die gevormd wordt door neutronenvangst in uranium-238 en die gewonnen wordt uit gebruikte splijtstof. Uranium is een zeer compacte brandstof: splijting van één gram uranium levert evenveel energie als het verbranden van 2500 liter benzine of 3000 kilogram kolen. De eerste generatie centrales bestaat vooral uit prototypen, gebouwd in de jaren 50 en 60. De hierop gebaseerde commerciële centrales, voornamelijk gebouwd in de jaren 70 en 80, wordt de tweede generatie genoemd. 2.2 Actuele situatie - Kernenergie levert 35% van de elektriciteitsproductie van Europa en 16% van die van de wereld. - In de wereld worden 435 kernreactoren bedreven in dertig landen voor elektriciteitsproductie. In totaal 56 landen hebben de beschikking over civiele onderzoeksreactoren. Verder zijn er circa dertig kernreactoren in aanbouw. - Een gevolg van de vrije markt is de stijgende trend van de beschikbaarheid door verbeteringen in management: momenteel boven 90%. - Gebruikte splijtstof bestaat voor 95% uit uranium, 4% uit splijtingsproducten en 1% plutonium. Het uranium en plutonium kunnen worden hergebruikt. Voor de rest van de gebruikte splijtstof bestaat momenteel geen economische toepassing. Deze moet wel langdurig buiten de biosfeer worden opgeslagen. 2.3 Kostprijs elektriciteit In de landen van de Europese Unie wordt 50% van de basislast-elektriciteit geproduceerd met kernenergie, voor een kostprijs van circa MWh. Economische factoren zijn brandstofvoorraden, investeringen, bedrijf en onderhoud, afval en externe kosten (milieu en veiligheid [security]). Prijzen van kernbrandstof zijn slechts van weinig invloed (10-15%) op de totale kwh kosten. De kapitaalkosten (CAPEX) van een kerncentrale zijn relatief hoog en zijn sterk afhankelijk van de discontovoet (kosten van de investering). Deze bestaan voor 70% uit engineering en projectkosten, en voor 30% uit materialen en bouwkosten. Een prototype kost circa 3000/kW geïnstalleerd en dit bedrag zakt tot 2000/kW voor een serie van vijf centrales. De Franse kerncentrales (58 eenheden) hebben gemiddeld 1300/kWe gekost (huidig prijspeil). De kosten van de investering (discontovoet) domineert dit getal. Per situatie kan die nogal verschillend zijn. Voor de centrale die momenteel in Finland in aanbouw is, werden de projectkosten laag ingeschat en is uitgegaan van een discontovoet van 5%. Voor de Franse situatie rekent men met 8%. De bekende Amerikaanse MIT studie uit 2003 stelt voor de Amerikaanse situatie de discontovoet op 15%, waardoor in deze studie kernenergie te duur uitvalt. De kosten van de verwerking van het radioactief afval zijn verwerkt in de kostprijs van de elektriciteit (5-10%). Externe kosten zijn dit niet; door het breed gedragen ExternE project van de Europese Commissie zijn die geschat op < 0,01/kWh. 2.4 Toekomstige ontwikkelingen De derde generatie kerncentrales heeft gemeenschappelijk dat ze verbeteringen ten opzichte van vorige generaties meebrengt, zoals lagere kosten per kwh, eenvoudiger vergunbaar, betrouwbaarder en verdere verhoging van de veiligheid. De onderzoekscommunity werkt reeds aan een vierde generatie nucleaire systemen, die naar verwachting rond 2030 commercieel beschikbaar zullen komen. Hierbij wordt de gehele splijtstofcyclus in het concept meegenomen. Hierbij worden naast elektriciteitsopwekking ook waterstofproductie, industriële proceswarmte, kweken van nucleaire brandstof en transmuteren van radioactief afval gezien als toepassingen van 18

19 kernenergie. Bij kweken wordt de uraniumgrondstof tot honderd maal efficiënter gebruikt en bij transmuteren wordt de omvang en de levensduur van het afval sterk gereduceerd. 2.5 Derde generatie typen kerncentrales De derde generatie typen kerncentrales die hieronder behandeld worden, hebben alle een fabrikant en minstens één (serieus geïnteresseerde potentiële) afnemer. Naast vijf watergekoelde reactoren (EPR, ESBWR, ABWR, AP1000 en VVER) zijn er twee typen gasgekoelde hogetemperatuurreactor (HTR-PM en PBMR) leverbaar, die men wel met Generatie 3+ aanduidt. EPR staat voor European Pressurized water Reactor, een drukwaterreactor. Dit is het enige derdegeneratie reactorontwerp van Europese makelij; de fabrikant is het Franse Areva. De EPR heeft het grootste eenheidsvermogen van de hier besproken reactoren: 1600 MWe. Het is een volledig evolutionair reactorontwerp, uitgaande van dezelfde veiligheidsfilosofie als de meest recente series Franse en Duitse reactoren. Een extra veiligheidssysteem is de zogenaamde corecatcher (kernvanger) onder het reactorvat, die in het geval van volledig smelten van de reactorkern zorgt dat de radioactieve smelt zich niet verder verspreidt. De AP1000 is een 1100 MWe reactorontwerp van de Amerikaanse fabrikant Westinghouse, momenteel een onderdeel van het Japanse Toshiba. AP staat voor Advanced Pressurized waterreactor; het gaat dus (net als bij de EPR) om een drukwaterreactor. Bij het ontwerp van de AP1000 lag de nadruk op vereenvoudiging ten opzichte van de meest recente Amerikaanse drukwaterreactoren. Volgens Westinghouse heeft dit ontwerp dan ook 50% minder kleppen, 35% minder pompen, 80% minder buizen, 45% minder seismisch gebouwvolume en 70% minder kabel. De AP1000 maakt beduidend meer gebruik van passieve veiligheidssystemen, zoals voor noodkoelwatertoevoer, restwarmteafvoer en koeling van het reactorgebouw. De ESBWR is een 1400 MWe reactorontwerp van de Amerikaanse fabrikant General Electric. ESBWR staat voor Economic and Simplified Boiling Water Reactor; dit is dus een kokendwaterreactor. Ook de ESBWR maakt substantieel meer gebruik van passieve veiligheidssystemen dan de oudere kokenwaterreactor-ontwerpen. Zo zijn de primaire koelmiddelpompen geheel komen te vervallen en geschiedt de koeling van de reac torkern op basis van natuurlijke circulatie. De Nederlandse nucleaire sector heeft veel bijgedragen aan de ontwikkeling van dit reactorontwerp, omdat de Nederlandse experimentele centrale Dodewaard model stond voor het ESBWR ontwerp. De ABWR is een 1350MWe kerncentrale, eveneens van de Amerikaanse fabrikant General Electric op basis van kokendwaterreactortechnologie. ABWR staat voor Advanced Boiling Water Reactor. Net als de EPR is de ABWR een evolutionair reactorontwerp met dezelfde veiligheidsfilosofie als de voorgaande generatie kokendwaterreactoren. De VVER is de Russische versie van de drukwaterreactor, die sinds de val van de Sovjet-Unie ook buiten het voormalig Oostblok gebouwd wordt. Het voornaamste verschil qua reactorkern is dat de splijtstofelementen hexagonaal in plaats van vierkant zijn. De overige systemen vertonen veel gelijkenis met de bestaande grote drukwaterreactoren. Er is een aantal versies beschikbaar: in de 1000 MWe klasse de AES-91 met extra beveiliging tegen aardbevingen, en de AES-92 met meer passieve veiligheid. Een grotere versie is de 1200 MWe AES De PBMR is een reactorontwerp van slechts 160 MWe per eenheid, in een vergevorderd stadium van ontwikkeling door de Zuid-Afrikaanse fabrikant PBMR (Pty) Ltd. Het is de bedoeling dat een centrale gaat bestaan uit zes tot tien van deze reactoren op één vestigingsplaats, bestuurd vanuit één centrale regelzaal. PBMR staat voor Pebble Bed Modular Reactor, en is een heliumgekoelde kogelbed hoge-temperatuurreactor. Kogelbed geeft aan dat de reactorkern bestaat uit een losse stapeling tennisbalvormige splijtstofelementen. Als enige van de hier besproken reactorontwerpen wordt er met de PBMR geen stoom 19

20 geproduceerd om turbines aan te drijven. De turbine is een aangepaste gasturbine die direct door het koelgas helium wordt aangedreven. Hierdoor, en door de hoge bedrijfstemperaturen, is het omzettingsrendement van warmte naar elektriciteit erg hoog: c irca 41% v ersus c irca 34% bij de waterreactoren. De veiligheidsfilosofie van de PBMR stoelt in grote mate op zijn inherente veiligheidseigenschappen: door onder meer het eenheidsvermogen klein te kiezen en een materiaalkeuze voor temperatuurbestendigheid kan de reactorkern niet smelten. De HTR-PM is net als de PBMR een heliumgekoelde kogelbed hoge-temperatuurreactor met een eenheidvermogen van 160MWe, momenteel in ontwikkeling door de Chinese fabrikant Chinese Nuclear Engineering and Construction Corporation (CNECC) in samenwerking met het Institute of Nuclear Energy Technology dat een kleine testreactor van hetzelfde type bedrijft. HTR-PM staat voor High Temperature Reactor Pebble-bed Module, net als de PBMR met bolvormige splijtstofelementen. De reactorkern lijkt erg op die van de PBMR en er wordt dezelfde veiligheidsfilosofie gevolgd. De energieconversie geschiedt echter net als bij de waterreactoren via een stoomgenerator. 20