ENERGIEPRODUKTIE IN HET MARKER- WAARDGEBIED. ir. W. Boxsem. januari

Transcriptie

1 ', W E R K D O C U M E N T ENERGIEPRODUKTIE IN HET MARKER- WAARDGEBIED ir. W. Boxsem januari.. E N W A T E R S T A A T K I J K S D I E N S T V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S - L E L Y S T A D

2 INHOUD 1. INLEIDING 2. ENERGIEPRODUKTIE MET BEHULP VAN EEN WINDENERGIE EN ELEKTRI- 5 CITEITSSPAARBEKKEN (WESP) 3. ENERGIEPRODUKTIE IN EEN INGEPOLDERDE MARKERWAARD 7 4. HET WESP, EEN CONCURRENT VOOR DE MARKERIiAARD? 8 5. SAMENVATTING EN CONCLUSIES 9 6. LITERATUUR 10

3

4 I. INLEIDING In 1980 is het beleidsvoornemen van de regering gepubliceerd tot gedeeltelijke in~oldering van het Markermeer. Een alternatief voor de regerings~lannen vormt het windenergie en elektriciteitsspaarbekken (verder te noemen WESP), beter bekend als het Plan Lievense. De begeleidingscomissie Voorstudie Plan Lievense heeft in mei 1981 het rapport "Windenergie en Waterkracht" gepubliceerd. Daarin wordt nader ingegaan op de haalbaarheid van het plan Lievense. De meeste aandacht in dat rapport wordt gegeven aan de mogelijke inpassing van het WESP in de totale Nederlandse elektriciteitsvoorziening. Een vergelijking met een ingepolderde Markerwaard wordt echter niet gemaakt. In het kort zal nu vanuit energetisch standpunt bezien, nader worden ingegaan op de essentie van het WESP. Daarbij zal globaal worden berekend hoeveel energie het WESP aan (elektrische) energie kan leveren. Vervolgens zal worden ingegaan op de energieproduktie van een ingepolderde Markerwaard. Tenslotte zal worden nagegaan of de energieproduktie met behulp van het WESP kan worden vergeleken met de energieproduktie in de Markerwaard. Het kostenaspect van de beschouwde produktiemogelijkheden is niet nader onderzocht. 2. ENERGIEPRODUKTIE MET BEHULP VAN WINDENERGIE EN ELEKTRICITEITSSPAAR- BEKKEN (WES1') Het WESP-systeem bestaat uit de volgende elementen: - een spaarbekken met een hoge dijk - een waterkraclltcentrale bestaande uit pompturbines in de dijk - een windenergiecentrale bestaande uit windturbines op de dijk of elder? opgesteld. De essentie van het WESP-systeem is dat het een buffer(ops1ag)systeem is, dat kan worden gebruikt om pieken in de vraag naar elektrische energie op te vangen. Door de windturbines wordt afhankelijk van de gemiddelde windsnelheid en het opgestelde vermogen (elektrische) energie geproduceerd, die rechtstgeeks aan de consument geleverd kan worden via het openbare elektriciteitsnet. Is de vraag naar elektriciteit echter lager dan het aanbod, dan wordt de overtollige (elektrische) energie m.b.v. pompturbines omgezet in potentiele energie: het waterniveau van het spaarbekken wordt dan opgestuwd. In plaats van (elektrische) energie geleverd door windturbines kan ook gebruik gemaakt worden van "goedkope" (elektrische) energie; m.n. nachtstroom welke door bestaande thermische centrales wordt geproduceerd. In het geval dat er geen wind is en er toch een grote vraag naar (elektrische) energie, kan het I,JESP stroom leveren door de potentisle energie van het spaarbekken weer om te zetten in elektrische energie met behulp van de pompturbines. De elektriciteitsproduktiernaatschappijen in Nederland stellen dat het WESP alleen in het bestaande Nederlandse elektriciteitsnet kan worden opgenomen, wanneer er een ininimaal vastgestelde hoeveelheid (elektrische) energie wordt geproduceerd. Alleen op deze wijze is het mogelijk de zogenaamde thermische basislastcentrales minder vaak aan en uit te schakelen en op deze wijze kostbare fossiele brandstof (steenkool, aardgas, olie, uranium) te sparen. Het minimaal opgestelde vermogen van de waterkrachtcentrale bestaande

5 uit 15 pompturbines bedraagt 800 In4 (~egeleidingscommissie Voorstudie Plan Lievense 1981). Bij de door de begeleidin~scomissie aangenomen bedrijfsduur van 2500 uur per jaar. betekent. dit dat er minimaal 7,2x106 GJ aan (elektrische) energie kan worden zeproduceerd. Dit is eelijk aan de stroombehoefte van ca huishoudens (is kleinverbruikers), uitgaande van het gemiddelde elektrische energieverbruik van ca. 14,4 : GJ per huishouden (P.G.E.H., 1981). Naast het opgestelde vermogen van de waterkrachtcentrale wordt ook nog eens een windenergiecentrale gebouwd met een vermogen van 1000 MW. Deze windenergiecentrale bestaat uit een windturbinepark van 375 windturbines van ca. 80 m hoog met een rotordiameter van ca. 80 m (ontwerpvermogen ca. 2,8 MW). Een en ander leidt, uitgaande van 2500 bedrijfsuren, tot een jaarlijkse energieproduktie van ca. 9,0xl.06 GJ. Zoals a1 is vermeld ga'randeert het WESP een vermogen dat een deel van het pieklast-middenlastvermogen van de thermische (elektriciteits) cen' trales vervangt. Hoe energiestromen lopen is schematisch weergegeven in figuur 111. I. WINDKRACHT WINDTURBINES 30 H rn g H D!2 G 80 OPENBARE NET E G & H HI4 rn D - > STROOM VOOR CONSUMENT I.=e. POMP- 1 TURBINES!,: t I POT. OPSLAGBEKKEN ENER-GIE. WATERKRACHT ' Figuur 1. Energiestromen in het WESP-systeem'

6 De met behulp van windturbines opgewekte (elektrische) stroom kan rechtstreeks aan de consument worden geleverd. maar ook via de waterkrachtcentrale in het spaarbekken worden opgeslagen in de vorm van potentisle energie. Het spaarbekken heeft bij het opgestelde vermogen van 800 MW aan waterkracht en 1000 MW aan windenergie een oppervlakte van 5500 ha, terwijl de dijken ca. 30 m hoog zijn. Een vergroting van het opgestelde waterkrachtvermogen tot 1600 MW of 2400 Mi behoort tot de mogelijkheden, maar dan moet ook het spaarbekken worden vergroot. Een en ander is echter alleen zinvol indien de vraag naar (elektrische) energie met 2% per jaar toeneemt en de prijs van fossiele brandstoffen met 4% per jaar toeneemt. Samenvattend Het WESP-systeem bestaat uit een waterkrachtcentrale van 800 MW en een windenergiecentrale van 1000 WJ. Bij een bedrijfsduur van 2500 uur per jaar kin het WESP-systeem minimaa- 7,2x106 GJ, aan (elektrische) energie leveren, welke voldoende is voor de jaarlijkse energiebehoefte van ca huishoudens (i.c. kleinverbruikers). Met behulp van de windturbines kan gemiddeld per jaar ca. 9,0x106 GJ aan (elektrische) energie worden geproduceerd, welke?if rechtstreeks aan het openbare net wordt geleverd?if wordt opgeslagen in een spaarbekken van 5500 ha. 3. ENERGIEPRODUKTIE IN EEN INGEPOLDERDE MARKERWAARD De jaarlijkse invallende zonne-energie - ca GJ/ha - kan met behulp van landbouw enlof bosbouw worden omgezet in chemische energie, die wordt opgeslagen in landbouw- en/of bosbouwprodukten. De totale jaarlijkse hoeveelheid geproduceerde energie in een ingepolderde Markerwaard van ca; ha via de landbouw bedraagt ca. 6,8x106 GJ in de vorm van voedsel en stro. De daadwerkelijk geproduceerde hoeveelheid hangt enigszins af van het doorgevoerde bouwplan en de gehanteerde gewaskeuze. Het getal van 6,8x106 GJ/jaar vloeit voort uit berekeningen gebaseerd op een normal bouwplan en een normale vruchtopvolging (Boxsem, 1981 a). Wordt echter vooral gekeken naar energieproduktiemogelijkheden via landbouwgewassen,dan zijn er gewassen die een hogere netto-energieproduktie hebben dan granen (tabel 1). Tabel I. Drogestofopbrengst en netto-energieproduktie van enkele landbouw, newassen Gewas Drogestofproduktie Netto-energieproduktie in t/ha in GJ/ha in % van totale ingestraalde zonneenergie gras 12,O 200 0,58 riet 12,O 200 0,58 aardappelen 13,O 216 0,63 suikerbieten tarwe (korrel) 14,O 6,o ,68 0,29 tarwe (stro) 4,O 60 0,17 De totale energieproduktie volgens het normale bouwplan en de normale vruchtopvolging levert ca. 6,0x106 GJ/jaar aan energie op in de vorm

7 van landbouwgewassen, waar ca. 1,4 miljoen mensen mee van voedsel kunnen worden voorzien. Met het daarbij vrijkomende stro - ca. 0,8x106 GJ/jaar aan energie - kunnen ca woningen in hun jaarlijkse warmtebehoefte worden voorzien, uitgaande van de veronderstelling dat een (stro)stookinstallatie e'en rendement heeft! van ca. 50% en een goedgeisoleerde woning ca. 40 GJ nodig heeft om de jaarlijkse warmtebehoefte te dekken. Een tweede mogelijkheid voor een ingepolderde Markerwaard van ca ha is energieproduktie via bosbouw. De netto-energie-opbrengst loopt uiteen van 71 GJ/ha tot 206 GJ/ha enigszins afhankelijk van'de gebruikte houtsoorten de gekozen omloop (tabel 2). Tabel 2. Fysieke opbrengsten en netto-energieproduktie van enkele houtsoorten Houtsoort Omloop Drogestof- Netto-energieproduktie in jaren produktie in GJlha in % van totaal in t/ha ingestraalde zonne-energie Populus Rap 6 10, ,50 Populus Dorskamp 6 13, ,60 Populus Dorskamp 10 5,6 88 0,26 Populus Dorskamp 15 4, ,21 Salix alba 2 7,s ,38 Salix alba ,29 De totale jaarlijkse energieproduktie via bosbouw bedraagt met behulp van Populus Rap ca. 8,24xl06 GJ. Deze energiehoeveelheid kan met behulp van stookinstallaties worden omgezet in warmte, waarmee dan ca woningen jaarlijkse kunnen worden verwarmd, uitgaande van het stookrendement van 50% en een warmtebehoefte van een woning van 40 GJ/ j aar. Naast de energieproduktie via landbouw en bosbouw kan ook in een ingepolderde Markerwaard de windenergie worden benut. Een globale berekening heeft geleerd, dat een windenergiecentrale in de Markerwaard, bestaande uit 1600 windturbines van 50 m hoog en een rotordiameter van 50 m per jaar ca. 9,0x106 GJ aan (elektrische) energie oplevert (Boxsem, 1981 b). 4. HET WESP, EEN CONCURRENT VOOR DE MARKERWAARD? 6 Het WESP-systeem levert per jaar minimal 7,2x10 GJ aan (elektrische) energie op, welke direct aan de consument ter beschikking kan worden gesteld via het openbare elektricit itsnet. Een ingepolderde Markerwaard levert via de landbouw 6,8x10 % GJ aan energie op in de vorm van voedsel voor ca. l,4 miljoen mensen en warmte voor ca woningen. Het is ook mogelijk de gehele landbouwoogst op te stoken. In dat geval zullen ca woningen ieder kunnen worden verwarmd. Het blijkt dus heel duidelijk om twee geheel verschillende vormen van energie te gaan: a. (elektrische) energie uit het \ESP b. warmte (i.c. voedsel) uit de landbouwprodukten. Het is dus in feite onmogelijk de energieproduktie via het WESP te

8 vergelijken met de energieproduktie in een ingepolderde Markerwaard. Daarbij moet eigenlijk worden bedacht dat windenergie in principe altijd aanwezig is, 10s van de vraag of een Markerwaard wordt ingepolderd of niet. Ook in een ingepolderde Markerwaard kan de windenergie worden opgevangen met windturbines en worden omgezet in elektrische energie, welke via het openbare net aan de verbruiker kan worden geleverdl Het p'robleem van energieopslag, dat in het WESP-systeem via het spaarbekken van 5500 ha wordt opgelost is ook nog op andere wijze op te lossen (RUITERISCHURINK, 1979) : - op kleinschalig niveau: batterijen supergeleide spoelen vliegwielen - op grootschalig niveau: gas onder druk. Samenvattend moet dan ook worden geconcludeerd dat vanuit energiestandpunt bekeken het WESP-systeem nauwelijks een concurrent kan worden genoemd voor de Markerwaard en we1 om de volgende redenen: 1. Zowel in het WESP-systeem als in een ingepolderde Markerwaard is het mogelijk de windenergie te benutten. 2. De geprodubeerde ener ie m.b.v. de waterkrachtcentrale uit het WESP-systeem - 7,2x10gGd/jaa~ - komt overeenmet de energiepr 8 duktie via de landbouw - 6,8x10 jaar. ~J/~aar - of via de bosbouw - 8,2x10 GJ/ 5. SAMENVATTING EN CONCLUSIES.. Het WESP-systeem (Windenergie en - Elektriciteits=aarbekken) bestaat uit de volgende elementen: - een waterkrachtcentrale bestaande uit 15 pompturbines met.in een totaal vermogen van 800 MW - een windenergiecentrale bestaande uit 375 windturbines met een totaal vermogen van I000 MW - een spaarbekken van ca ha (55 km 2 ) omsloten door ca. 30 m hoge dijken. Dit WESP-systeem is zodanig opgezet (windvermogen wordt te allen tijde gedekt door waterkracht vermogen) dat eenminimaal vermogen wordt gegarandeerd, dat in staat is een deel van het pieklastlniddenlast-vermogen van bestaande thermische centrales te vervangen. ~oor gebruik te maken van windenergie (Sf "goedkope" nachtstroom) en de potentisle energiein het opslagbekken (zie figuur I), kan worden bespaard op dure fossiele brandstoffen zoals steenkolen, aardgas en olie. Het WESP-systeem garandeert een jaarlijkse energieproduktie van ca. 7,2x10 6 GJ aan elektrische energie; een hoeveelheid voldoende voor ca huishoudens. Met een ingepolderdg Markerwaard van ca ha kan via de landbouw per jaar ca. 6,8x10 GJ aan energie worden geproduceerd indevormvan landbouwprodukten. Deze landbouwproduktenkunnenin stookinstallaties met een rendement van ca. 50% wordenomgezet in wamte. Hiermee kunnen ca goed geisoleerde woningen in hun jaarlijkse warmtebehoefte WOKden voorzien. Zinvoller lijkt het echter de landbouwproduktie te consumeren als voedsel (voldoende voor ca. 1,4 miljoen mensen) en het vrijkomende afval (stro) op te stoken. Met de dan ontstane warmte kunnen jaarlijks ca woningen worden verwarmd. Met een ingepolderde Markerwaard van ca ha kan via de bosbouw

9 6 ca. 8,24xl0 GJ aan energie worden geproduceerd. Bij verbranding in stookinstallaties ontstaat warmte, waarmee in principe ca woningen kunnen worden verwarmd. De aanwezige windenergie boven het Markerwaardgebied kan met behulp van windturbines worden opgevangen. Bij het WESP-systeem gebeurt dit met een windenergiecentrale bestaande uit 375 windturbines (hoogte ca. 80 m, rotordiameter ca. 80 m) die bij een bedrijfsduur van ca uur per jaar ca. 9,0x106 GJ aan (elektrische) energie lcunnen leveren. Bij een ingepolderde tlarkerwaard zou het kunnen via een windenergiecentrale bestaande uit 1600 windturbines van 50 m hoop, en een rotordiameter van ca. 50 m. Deze energiecentrale kan eveneens per jaar ca. 9,0x106 GJ aan elektrische energie opleveren. De opslag van overtollige energie (vaak het geval als aanbod via wind groter is dan vraag door consument) kan door middel van verschillende systemen: a. een spaarbekken b. als gas onder druk c. in batterijenlaccu's d. in supergeleide spoelen e. in vliegwielen. Een vergelijking tussen energie geproduceerd via het WESP-systeem en energie geproduceerd in een ingepolderde Markerwaard is - niet mogelijk, omdat het om geheel verschillende vormen van eneyg'e gaat: a. het WESP-systeem levert per jaar minimaal 7,2x10 k GJ aan elektrische energie op, voldoende voor ca huishoudens b. een in epolderde Markerwaard kan via de landbouw per jaar ca. 6,SxlO GJ aan energie leveren, waarmee omgezet in warmte ca woningen kunnen worden verwarmd.... Een betere aanwending is echter ca. 1,4 miljoen mensen te voeden en ca, woningen te verwarmen c. de aanwezige windenergie is zowel bij het WESP-systeem als in een ingepolderde Markerwaard om te zetten in - elektrische epergie. Het gaat daarbij om een jaarlijkse hoeveelheid energie van ca. 9,0x106 GJ, die soms tijdelijk moet worden opgeslagen in een opslagmedium. 6. LITERATUUR 1. Begeleidingscommissie Voorstudie Plan Lievense, Windenergie en Waterkracht 2. Boxsem, W. 3. Boxsem, W. 1981a - Markerwaard, energieproducent of voedselproducent WD Abo 1981b - Energieproduktie in de Markerwaard WD Abo 4. P.G.E.M ~aarversla~ Ruiter, J.P./Schurink. F '- Energiebronnen van de toekomst; een overzicht van alternatieven voor fossiele en nucleaire energie Uitg. KEMA Arnhem