Duurzaam niet meer Alternatief

Transcriptie

1 Duurzaam niet meer Alternatief Jos Beurskens Bijdragen van: Wim Sinke (Zonne-energie, ECN) Jan Willem Erisman (Biomassa, ECN) ECN Windenergie Petten Windunie Symposium; samen voor lokale energievoorziening Dronten, de Meerpaal, 17 november, 2011 Photos: Jos Beurskens

2 DE en de agrarische sector Belangstelling voor duurzame energie door agrarische sector dateert van direct na de oliecrisis Windenergie proefprojecten Artikelen in Land en Tuinbouw Stichting Energie en Landbouw (Emmeloord)

3 DE en de agrarische sector

4 DE op wereldschaal Future scenarios Source: Shell

5 DE Duurzame energie = low carbon energy Duurzame energie: Lokaal beschikbaar Schoon (geen gevaarlijke emissies) Conversie systemen zijn recycleerbaar, terwijl de kwaliteit van de oorspronkelijke materialen behouden blijft Korte energie-terugverdientijd Betaalbaar Onuitputtelijk

6 Use of fossil fuels and resources DE

7 Relevantie voor NL Welke duurzame energiebronnen zijn relevant voor Nederland? Zonne-energie Windenergie Biomassa Geothermie Waterkacht

8 Foto: Jos Beurskens Zonne-energie

9 Zonne-energie Verschillende omzettingsmethoden van zonlicht in energie licht lage temperatuur warmte licht hoge temperatuur warmte electriciteit Concentrated Solar Power, CSP licht electriciteit photovoltaïsche conversie, PV licht brandstoffen productie foto(electro)chemische brandstoffen, kunstmatige photosynthese licht hoge temperatuur warmte brandstoffen thermochemische conversie (met CSP)

10 PV; werkingsprincipe zonnecel zonlicht Zonne-cel electriciteit warmte efficiency η = maximum electrical power light power in out

11 PV; rendementen L. Kazmerski NREL, 2011

12 PV; cel & module technologieën (1) Commercial: wafer-based silicon - monocrystalline - multicrystalline ribbons Module efficiencies 13 ~ 20% Stad van de Zon,NL Helianthos Commercial: thin films - silicon - copper-indium/gallium-diselenide (CIGS) - cadmium telluride (CdTe) Module efficiencies 7 ~ 13% ECN/Holst Centre Amolf Pilot production and laboratory: emerging and novel technologies super-low-cost concepts super-high-efficiency concepts

13 PV; cel & module technologieën (2) (FhG-ISE) Commercial: multi-junction III-V semiconductors (and silicon) Abengoa/Concentrix Module rendementen 25 ~ 30%

14 PV; cel- en module productie

15 Cumulative installed capacity (IEA PVPS, 2011)

16 PV-systeem prijs ontwikkeling (Duitsland)

17 PV; grid parity van woningsystemen

18 PV Kostenreductie Het gecombineerde effect van massaproducie en innovatie

19 Energie terugverdientijden

20 PV: maatschappelijke acceptatie ligt niet altijd voor de hand Oh my God, please help our country and send us a terrific and destructive hailstorm! Courtesy Michael Marčák

21 PV is niet meer alternatief Martin EU PV TP General Assembly (Brussels, 2011)

22 Windenergie Foto: Jos Beurskens

23 Windenergie Moderne toepassingen vandaag Elektriciteitsopwekking sinds 1980 s NL:50 kw NL: 18 x 600 kw 23

24 Windenergie Lancaster Betz Limiet (1926) (= 0.593)

25 Energie productie van een windturbine wordt bepaald door: Energy output is determined by Windsnelheid wind speed and rotor swept area Bestreken rotor oppervlak Windenergie and not by generator capacity!! Niet door het generatorvermogen

26 Windenergie Windsnelheid en opwekkosten Generation cost in cents/kwh Annual average wind speed at 50m height [m/s] 40m hub height 55m hub height 75 hub height

27 Wat hebben we tot nu bereikt (1)? Rendement wind turbine systeem: x 3 in 10 jaar; nu stabiel Kosten windelektriciteit: 3 in 10 jaar; nu minus 15% bij elke verdubbeling van opgesteld vermogen. Offshore begin leercurve. Van een niet regelbare passieve eenheid, naar een intelligente elektriciteitsopwekker Van 10 meter rotor diameter tot 126 m en binnenkort > 160 m Windenergiecentrales van 1 tot 300/1000 MW Wereldwijd staat meer als 200 GW opgesteld, in EU > 80 GW en in NL 2,3 GW. Groei 20 30% per jaar

28 Wat hebben we tot nu bereikt (2)? Van niets tot 5,3 % bijdrage aan Europese elektriciteitsbehoefte einde 2010, met maxima van > 35% in bepaalde provincies en regio s Toenemend inzicht in negatieve en positieve gevolgen voor natuur en milieu en hoe daar mee om te gaan Ervaring met netkoppeling

29 Wat hebben we tot nu bereikt? Vestas 164 m/7 MW pm-ms-dd Up scaling Nordex 150 m/6 MW pm-dd Bard 122 m/6.5 MW pm-hs-dg Alstom 150 m/6 MW pm-dd NPS 175 m/8 MW pm-dd m UpWind study (2011) offshore?? Jos Beurskens 11 Jos Beurskens

30 Wat hebben we tot nu bereikt? Product cycli van windturbines Offshore [DEWI]

31 Innovatie als middel tot kostenverlaging Opschalen Voor de techneut: massa ~ (D³) doorsnede ~ (D²) spanning (= massa/doorsnede) ~ D Voor de econoom: investering ~ (D³) energie productie ~ (D²) COE (~ investering/energie) ~ D Ontwikkeling van geavanceerde materialen met hogere strerkte massa verhouding

32 Innovatie als middel tot kostenverlaging Wind field Photo: Jos Beurskens

33 Thermoplastic blades Innovatie als middel tot kostenverlaging

34 Innovatie als middel tot kostenverlaging Classical drive train Jos Beurskens Jos Beurskens Permanent magnets ENERCON Jos Beurskens Zephyros Direct drive HTS (high temperature super conductivity)

35 Elektrische infrastructuur: mogelijke show stopper Shell-NUON 36 x Vestas 3MW V90 108MW km from the coast 18 m water depth Monopiles 70 m above sea level, 30 m into seabed total investment appr. M 260 OWEZ E-Connection Evelop 60 Vestas 2 MW V MW 23 km from coast m water depth mono piles total investment appr. M 380 Q7 1: OWEZ (~10 km) 2: Princess Amalia (Q7) (~23 km) 3: Future (>120 km) 3: Future (>120 km)

36 Elektrische infrastructuur: mogelijke show stopper Source: EWEA

37 Marktontwikkeling 40,000 Installed Wind Power in the World - Annual and Cumulative - 200,000 35, ,000 30, ,000 MW per year 25,000 20,000 15, , ,000 75,000 Cumulative MW 10,000 50,000 5,000 25, Year Source: BTM Consult - A Part of Navigant Consulting - March 2011 Geïnstalleerd offshore windvermogen, eind 2010: 3,554 MW (= 1,2 % van totaal wind vermogen)

38 Marktontwikkeling; offshore Acht 100x100 km offshore windparken kunnen 3,000 TWh produceren equivalent aan de EU elektriciteitsvraag Based on Siemens information

39 Marktontwikkeling; offshore Sommige kengetallen (per ) Total installed offshore wind power: 3554 MW Total number of projects: 43 Average power per project: 83 MW/project Average power of 10 smallest projects: 8.1 MW/project Average power of 10 largest projects: 198 MW/project

40 Betere windparken Need for wind farm output optimisation, resource assessment, impact on regional climate U 0 Wind speed U U Down stream distance X separation Source: RisøDTU

41 Betere windparken Windpark output en windrichting Torben J. Larsen, Risø-DTU

42 Betere windparken Torben J. Larsen, Risø-DTU Lay-out Horns Rev 2

43 Marktontwikkeling; offshore Tijdassen zijn 16 jaar verschoven! Source: EWEA Oceans of Opportunity

44 Windenergie Kostenreductie

45 WE: blijft maatschappelijke acceptatie een probleem? Gaat meer windenergie ten koste van meer horizonvervuiling? = 10 x

46 Windenergie al lang niet meer alternatief NL

47 Biomassa Biomassa = organisch materiaal van niet-fossiele oorsprong voor productie van energie en chemicalieën / materialen

48 Biomassa Duurzaamheidsaspekten van biomassa Cramer criteria: Een voldoende positieve broeikasgasbalans. Geen concurrentie met voedsel of andere lokale toepassingen zoals medicijnen of bouwmaterialen. Geen aantasting van kwetsbare biodiversiteit en milieu. Bijdrage aan de lokale welvaart, welzijn van werknemers en lokale bevolking CO 2, water en mineralen kringloop Verschuiving van landgebruik 48 Perslunch

49 Biomassa Brandstoffen Voorbewerking Conversie Grote variëteit Karakterisering Uit afvalstromen Torrefactie Reinigen Hogere energiedichtheid Transporteerbaarheid Voor alle processen (Co)verbranding Vergassing Vergisting Gekweekt Mogelijk concurrentie met voedsel productie Pyrolyse Drogen Verkleinen Voor vergassing en verbranden UHTC Alle soorten energiedragers kunnen worden geproduceerd Optimaal warmtegebruik voor maximale efficiency

50 Biomassa - brandstoffen Biomassa een zeer diverse energiebron (met consequenties!) afval hout (landbouw) residuen energie gewassen aquatische biomassa

51 Biomassa Van biomassa naar eindproducten Waterstof N 2 CO 2 Vergassing Groen gas Kunstmest Landbouw Industrie Huishoudens Planten (Biomassa) Organische reststromen Voorbewerking (Torrefactie, pyrolyse, Biochar) Verbranding Vergisting Bioraffinage Elektriciteit Warmte Diesel Methanol Chemicaliën Polymeren 51 Perslunch N

52 Eerste generatie ontwikkelingen: (co)verbranding Biomassa - Conversie Gevaar: te lang in gebruik houden van verouderde vuile centrales door verkeerd overheidsbeleid

53 Biomassa - Conversie Biomassa bij- of meestoken: nut van torrefactie Verhogen percentage biomassa Kolen- en gasgestookte centrales Bestaande en nieuwe centrales + voorbewerking, warmtebenutting en CCS 53 Perslunch

54 Biomassa - Voorbewerking Torrefactie: van biomassa/afval naar brandstof Woody biomass Agricultural residues Mixed waste Fuel powder Fuel pellets 54 Perslunch

55 Biomassa Voorbewerkin & Conversie Tweede generatie ontwikkelingen: Thermo-chemische omzetting ECN Biolake Biolake ECN Torrefactie Vergassing

56 Vergassing: technologie met mogelijkheden Biomassa Conversie Ruwe biomassa Voorbewerkte biomassa Vergassing Syngas CH 4, CO 2, CO, H 2 en H 2 O Gasbehandeling 4 Toepassingen voor syngas WKK Methanisering Fischer- Tropsch Shift Elektriciteit / Warmte SNG (Groen Gas) 2 e Generatie biobrandstoffen Waterstof Elektrisch rendement: 27-30% in plaats van 15% lokale traditionele verbranding Verwerking in aardgasnet Groen gas auto s Korte termijn Middellange termijn Lange termijn Perslunch

57 Biomassa Kostenreductie Leercurve voor brandstoffen uit bossen in Zweden en Finland ( ) en kosten van electriciteitsproduction Electricity production costs in euro (2002)/kWh Junginger et al., 2005

58 Broeikasgasbalans Biomassa - brandstoffen

59 Biomassa is niet meer alternatief Status van de technologie Fundamenteel Basis R&D Demonstratie Precommercieel Commercieel Voorbewerking (olie, pellets) Verbranding Vergassing Groen gas: vergisting Groen gas vergassing/co 2 Biobrandstoffen: 1 e generatie Biobrandstoffen: 2 e generatie Bioraffinage

60 Samenvatting Bron Progress ratio Zon 78 % Wind > 81 % Biomassa Bron Toename 2010 Cummulatief PV (1) 24 GW 39 GW Wind (2) 39 GW 200 GW Biomassa (3)? >> 200 GW (1) Capaciteits factor ordegrootte 10% (NL) (2) Capaciteitsfactor orde-grootte 25% (3) Capaciteitsfator >> 50%

61 Conclusies Zonne-energie, windenergie en biomassa zijn zo ver ontwikkeld dat brede marktintroductie versneld kan en moet worden. Voor wind op zee, PV zon en tweede generatie biomassa wezenlijke ondersteuning voor innovaties nodig voor verdere kostenreducties. Verwezenlijking van een Europees elektriciteit transport net is een noodzakelijke voorwaarde voor grootschalige bijdrage aan energievoorziening Energie besparings- en energie efficiency maatregelen dienen hand in hand te gaan met invoering DE Grootschalige opslag van elektriciteit niet nodig als er internationale uitwisseling van elektriciteit mogelijk is Voor DE (Z, W, B) is veel ruimte nodig en de agrarische sector heeft die. Dit is een uitgelezen mogelijkheid voor uitbreiding van taken.

62 Photo: Jos Beurskens Dank voor uw aandacht!