Inzichten in energiesystemen en hernieuwbare energietechnieken

Transcriptie

1 Springtij Masterclass Energie Inzichten in energiesystemen en hernieuwbare energietechnieken Erik Lysen Driebergen-Rijsenburg, 20 mei 2015

2 De zon als bron Zonnestraling: o Energiebron: fusie waterstof => helium o Massa wordt omgezet in energie (E = m.c 2 ) o Massaverlies: 4,2 miljard kg per seconde o Universum smijt met energie: 0,5 miljardste deel straling bereikt onze dampkring (1,73 * W) NASA: Solar Dynamics Observatory

3 Zonne-energie op de aarde Zonne-energie: o o o Op aardoppervlak: 0,8 * W (NB: 1 watt = 1 joule/sec) Per uur: 300 * joule (= 300 EJ per uur) Wereld energieverbruik : 500 EJ/jaar o Zonne-energie op Nederland: MJ/m 2 /jaar kwh/m 2 /jaar (vgl: op Sahara: 2500 kwh/m 2 /jaar)

4 Zonnestraling in Nederland

5 Zonnestraling: drijvende kracht vrijwel alle energiebronnen Zonne-energie, windenergie, waterkracht, golfenergie, bio-energie Fossiele zonne-energie bronnen: Kolen: planten Olie en gas: zeedieren Behalve: getijden (maan-aarde) aardwarmte (nucl. verval)

6 Windkaart Nederland (100 m) SenterNovem 2005

7 Basisbegrippen: energie en vermogen Hoe langer een bepaald vermogen wordt aangehouden, hoe meer energie er wordt geleverd: energie = vermogen x tijd 1 joule = 1 watt x 1 seconde 1 wattseconde (Ws) = 1 joule (J) 1 wattuur (Wh) = 60*60 J = 3600 J (1 watt, een uur lang) 1 kilowattuur (kwh) = 1000*60*60 = J = 3,6 MJ

8 Energie gebruiken = energie omzetten (energie gaat nooit verloren) Hoge kwaliteit energie (gas, elektriciteit) wordt na alle omzettingen uiteindelijk gedegradeerd tot lage temperatuur warmte ( Eindeloze Energie, Erik Lysen, Aula 600, 1977)

9 Mens als energie-omzetter 2000 kcal/dag nodig om ons warm te houden Mens in rust is kacheltje van 100 watt *) (daarom wordt een volle concertzaal gekoeld) Fietsen met 20 km/u vraagt 100 W vermogen Een uur fietsen kost 500 Wh aan brandstof (rendement mens als motor : ~20%) 500 Wh = 1800 kj = 430 kcal (1 ons koekjes) Afslanken: deze 430 kcal kan worden geleverd door slechts 46 gram vet te verbranden *) 2000 kcal * 4,187 kj/kcal = 8375 kj 8375 kj / (24*60*60) = 97 watt warmte stroom

10 Waar wordt energie voor gebruikt Primaire energie: 3255 PJ/jaar in Nederland? Finale energie: 2185 PJ/jaar (2013)

11 Bijdrage hernieuwbare energie 2013 Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014

12 Biomassa: mix vele bronnen Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014

13 Schatting bijdrage HE 2023 Bron: Duurzame Energie Koepel, 2014

14 Verschillen wind en zon-pv Wind op zee: 4450 MW levert 60 PJ (16,7 TWh: dus 3750 MWh per MW) Zon-PV: 6000 MW levert 19 PJ (5,2 TWh, dus 875 MWh per MW) Wind: overdag + s nachts, hele jaar door, iets meer in winter dan in zomer Zon-PV: overdag, vooral in zomer, weinig in winter Dus: combinatie wind en zon vult elkaar aan

15 Type centrale De ene megawatt is de andere niet Productie (MWh per MW) Theoretisch (24 uur x 365 dagen) 8760 Basislast (kolen, kern) Midden- en pieklast Waterkracht Windturbines op zee Windturbines op land Zon PV (Nederland) Ter vergelijking: Zon PV (Middellandse Zee gebied) 1200 tot 1500 Zon PV (Sahara) 2000 tot 2500

16 Zonnewarmte, -stroom, -brandstof 1. Zonnewarmte: Passief (zon door de ramen) Zonneboiler (warm water) 2. Zonnestroom: Photo-Voltaisch (PV) Concentrated Solar Power (CSP: stoom > electriciteit) 1. Zonne-brandstoffen (solar fuels)

17 Zonnewarmte in Nederland Zonneboiler: bespaart m 3 gas (40% warm water van gezin) Zwembaden: > 40% besparing Ruimteverwarming: met seizoensopslag (bijv. op wijkniveau) kan deel vraag gedekt worden Zoneiland Almere, Nuon

18 Bron: Wim Sinke SER werkconferentie 28jan13 Zonnestroomtechnologieën: Commerciële panelen Wafergebaseerd silicium (88%) - monokristallijn - multikristallijn (& quasi mono) Modulerendementen 14 21% City of the Sun (NL) Toyota Würth Solar HyET Solar First Solar Dunne films (11%) - silicium - koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS) - cadmiumtelluride (CdTe) Modulerendementen 6 14% FhG- ISE Abengoa/Concentrix Concentrator (<1%) - meerlaags III-V halfgeleiders - silicium Modulerendementen 25 30%

19 Opbrengst zonnestroom systemen in Nederland (kwh/jaar per kwp geïnstalleerde capaciteit aan panelen)

20 Bijdrage zon PV: vooral zomer Lysen, 2015

21 Wisselend per dag bij één installatie Lysen, 2015

22 Voor heel land goed voorspelbaar: PV bijdrage in Duitsland ( 19 mei

23 Duitsland: record dagen in 2014 The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014, Agora Energiewende, Berlin, 7 January

24 Integratie hernieuwbaar in Duitsland Source: Fraunhofer ISE (2014) 24

25 Hernieuwbare elektriciteit in Duitsland: 25.8% in 2014 The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs Agora Energiewende, Berlin, 7 January

26 Analyse effect intermitterende bronnen voor Duitsland

27 Kan de wereld / Europa volledig op hernieuwbare energie draaien? The Energy Report (WWF, Ecofys, 2011): By 2050 we can get all the energy we need from renewable sources Roadmap 2050 (ECF, McKinsey, 2010): By 2050, Europe could achieve an economy wide reduction of GHG emissions of at least 80%.This requires a nearly zero-carbon power supply. 100% Renewable electricity (PWC, 2010): Electricity in Europe can be 100% renewable in 2050 [R]enewables 24/7 (EREC & Greenpeace, 2009): with smart grids 90% of the electricity in Europe can be renewable, 24/7. JA dus, mits serieuze energiebesparing

28 Wat kunt u zelf doen? 1. Bewust worden 2. Kennis vergaren Meten: hoeveel gebruik ik (mijn organisatie) aan gas, elektra, water? Standen opnemen, meters installeren Lezen: Tim Jackson, Naomi Klein, e.v.a. 3. Handelen Thuis of op werk: investeren in isolatie, LED lampen, zonneboiler, zon PV systeem, Vervoer: meer fiets en OV, minder auto en vliegen Voeding: meer vegetarisch en lokaal Gewoontes: minder kopen, meer muziek maken en sporten, duurzame producten en duurzame bank

29 Energieverbruiksmanager om slimme meter echt slim te maken

30 Wasmachine draaien op de zon Lysen, 2015

31 Energie opslag SunEdison Becomes First Renewable Energy Company To Offer Solar, Wind, And Energy Storage (5 March 2015) Rocky Mountain Institute: The Economics of Grid Defection, 2014

32 Breder perspectief Tim Jackson 2009 Naomi Klein 2014 Paul Gilding 2011