Duurzame energie. Een wenked perspectief? Deel II: zonne-energie G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde

Transcriptie

1 Duurzame energie Een wenked perspectief? Deel II: zonne-energie

2 Hernieuwbare Energiebronnen Oorsprong: Kernfusie in de zon Benutting Indirect Drukverschillen in de atmosfeer: wind Windenergie Verdamping / neerslag Waterkracht Biomassa (fossiele grondstoffen) Energieteelt (bijvoorbeeld: palmolie, maïs, wilgentenen, algen) Afval- en reststoffen (afvalverbranding, biogas) Oorsprong: Zwaartekracht (getijde-energie) Afkoeling van de aarde (aardwarmte / geothermie)

3 Hernieuwbare Energiebronnen Oorsprong: Kernfusie in de zon Benutting direct : zon-fotovoltaïsch zon-thermisch warmteabsorptie (warmtepompen) warmte/koude opslag (kassen, gebouwde omgeving)

4 Hernieuwbare Energiebronnen Willen is kunnen (?) 54,4 x [kj/jaar] op aarde 16,3 x [kj/jaar] teruggereflecteerd 3,7 x [kj/jaar] verbruikt door alle mensen 8,36 x [kj/jaar] voor fotosynthese 1,09 x [kj/jaar] windenergie > let op de grootte-ordes!

5 Hoeveel is het? Nederland In 2005 was 2,4 procent van het totale binnenlandse energieverbruik uit duurzame binnenlandse bronnen afkomstig. In 2004 was dat nog 1,8 procent. Deze toename wordt vooral veroorzaakt door de verdubbeling van het meestoken van biomassa in elektriciteitscentrales. Van die 2,4 is 1,8 procent afkomstig van biomassa. Windmolens zijn goed voor 0,5 procent Waterkracht zorgt voor 0,02 procent Zonne-energie tot slot voor 0,03 procent. (accessed ) Doelstelling (3 e Energienota (1996): 10% duurzaam in 2020 Balkenende IV: 20% duurzaam in 2020 Rutte : 14% duurzaam in 2020

6 Zonne - energie Instraling wereld is x groter dan het totale energiegebruik Zonlicht per [m 2 ] 190 [kg/jaar] steenkool reken dit eens na met Steenkool = 28 [MJ/kg] Zonlicht is diffuus en niet altijd aanwezig (dag/nacht opslag) Instraling Nederland: [kwh/ m 2 /Jaar]

7 Zonne - energie Al heel lang gebruik met passieve systemen warmtemuur Energieneutrale woning Energiebalans nodig voor berekeningen ter justificering van dure (?) technologie ( energieterugverdientijd; financieel terugverdienen): Beschikbaar: Photovoltaïsche Zonnecellen Zonneboilers Zonnecentrales ( Concentrated Solar Power ) Toekomst (?) Processen op zonne-energie (industriële fotochemie)

8 Zonneboiler (zon-thermisch systeem) Actief systeem Warm (tapwater) voorziening Integratie met C.V. systeem Warm water naar keuken of badkamer Nefit solar line A = 2.37 m 2 opbrengst 3.5 [GJ/jaar] Koud water Pomp Zonneboiler - gedeelte Indirect systeem: medium warm water

9 Zon-Photo Voltaic (PV) PV cellen zijn halfgeleiders Spiro blz. 81: elektronen bevinden zich in de valentieband of geleidingsband als een foton met voldoende energie wordt ingevangen, gaat een elektron over terugvallen produceert warmte

10 Zon-Photo Voltaic (PV) halfgeleider Si doteren n-type halfgeleider p-type halfgeleider combinatie n- en p-type levert asymmetrische ladingsverdeling in een PV-cel valt er zonlicht op, dan ontstaat er spanningsverschil en kan er een stroom gaan lopen

11 Zon-Photo Voltaic (PV) Historic summary of champion cell efficiencies for various PV technologies (NREL, 2009)

12 Zon-Photo Voltaic (PV) Theoretisch maximaal rendement: 50% Praktisch rendement: Geavanceerd (o.a. Nuna) 25% Polymere cellen, amorf Silicium < 20% Commercieel +/- 16%

13 Zon-PV (en Zonneboiler) directe relatie met (ontwikkeling) woningbouw zonnedaken, gevels, ontwerp invloed op het elektriciteitsnet

14 Concentrated Solar Power Thermal Solar Electricity Met spiegels zonlicht concentreren en water of ander medium opwarmen Vervolgens: thermische centrale Verschillende typen Meestal grootschalig (10-200MW)

15 Concentrated Solar Power 4 typen Parabolic trough Parabolic dish Solar Tower Linear Freshnel mirror

16 Concentrated Solar Power - Desertec Bron: Desertec

17 Waterkracht (Hydropower) energie die wordt ontleend aan water dat naar een lager niveau vloeit al 3000 jaar geleden benut in Midden-Oosten 3 de eeuw n.c. watermolens in het Romeinse Rijk wereldwijd opgesteld vermogen : [MW] geschat potentieel aan waterkracht in de wereld: [MW]

18 Waterkrachtcentrale Itaipu dam, Brazilië

19 Waterkracht - Milieuaspecten woongebieden, landbouwgebieden, bos onder water wateroppervlak verdamping waterhuishouding effecten op flora en fauna zuurstofhuishouding / beluchting rivieren verstoord migratie van vis belemmerd of onmogelijk afzetting van slib upstream: capaciteit stuwmeer, werking stuwdam downsteam: slib niet meer t.b.v. landbouwgronden

20 Waterkrachtcentrale Wat is het vermogen van deze centrale?

21 Waterkracht Wet van Bernoulli voor een stromende vloeistof: ½ ρ v 2 + ρ g h + p = constant kinetisch potentieel druk energie Waterkrachtcentrale: te benutten energie is maximaal φ m g (h 2 h 1 ) dus óf veel water óf veel hoogteverschil

22 Vraagstuk Waterkracht Kies systeemgrens bij het oppervlak van het meer Dan geldt: v= 0 m/s; en het niveau voor het bepalen van de potentiële energie is constant (veranderingen zijn verwaarloosbaar) In buis wordt pot. energie omgezet in kin. energie. Hoe is niet belangrijk (voor de analyse!) In de centrale wordt kin. energie omgezet in elektrische energie Systeembalans: pot. energie = elektrische energie + kinetische energie uit.