Het potentieel van zonnepanelen toegepast op geluidsschermen langs de Rijkswegen Auteur: Sander Meppelink (2015)

Transcriptie

1 Het potentieel van zonnepanelen toegepast op geluidsschermen langs de Rijkswegen Auteur: Sander Meppelink (2015) Dit document is een Nederlandstalige samenvatting van de (Engelstalige) master thesis The potential of photovoltaics along the Dutch national high- and expressways (Rijkswegen) An analysis of the potential of PV noise barriers geschreven door Sander Meppelink in De thesis is geschreven als onderdeel van een afstudeerstage bij Rijkswaterstaat. Deze samenvatting schetst de opbouw van het onderzoek en de bijbehorende resultaten en conclusies. Voor een volledig beeld van het onderzoek wordt aangeraden de volledige thesis te raadplegen. Onderdeel van de thesis zijn de bijgevoegde overzichtskaarten. Deze overzichtskaarten zijn ingedeeld per district van Rijkswaterstaat en geven de geschiktheid aan van geluidsschermen om op die locaties elektriciteit te produceren door middel van zonne-energie. Inleiding Wereldwijd wordt het probleem erkend van de afnemende beschikbaarheid van (goedkope) fossiele brandstoffen. Bovendien leidt gebruik van deze fossiele brandstoffen tot uitstoot van broeikasgassen wat kan leiden tot klimaatsverandering. Beide problemen kunnen worden opgelost door de fossiele brandstoffen zoveel mogelijk te vervangen door duurzame energiebronnen. De EU en haar lidstaten hebben afgesproken om voor % van alle energie duurzaam op te wekken. Ook Nederland heeft dit als doelstelling. Om dit zeer ambitieuze doel te halen zal er veel uit de kast moeten worden gehaald. Rijkswaterstaat, als overheidsinstelling, heeft de mogelijkheid om hieraan bij te dragen. Dit wordt duidelijk uit het grote areaal onder haar beheer en de relatief recente ontwikkelingen onder de noemer RWS Partner. Dit programma is het gevolg van de taakstelling van het kabinet om extra te bezuinigen op apparaatkosten. Hierbij wordt er onder andere gekeken naar de mogelijkheid om energie uit eigen areaal te winnen. Enerzijds kunnen er zo nieuwe verdienmodellen verkend worden en anderzijds wordt er bijgedragen aan de verduurzaming van Nederland. Het mag duidelijk zijn dat het beschikbare areaal van Rijkswaterstaat en de manieren om dit te exploiteren zeer groot zijn. Echter, voor dit onderzoek is er gekozen om de te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn van zonne-energie langs de Rijkswegen. De keuze voor zonne-energie in deze context is een duidelijke. Andere technologieën om duurzaam elektriciteit op te wekken zijn, over het algemeen, minder geschikt. Het areaal van Rijkswaterstaat langs de Rijkswegen beperkt zich op de meeste plekken slechts tot enkele meters van de weg: te weinig om bijvoorbeeld windmolens te plaatsen. De technologie om zonne-energie om te zetten in elektriciteit heet photovoltaics (PV). Om die reden worden zonnepanelen vaak PV-panelen genoemd. Een vrij specifieke toepassing van PV-panelen langs snelwegen is de toepassing op geluidsschermen. Al in 1989 zijn de eerste stappen hiertoe gezet in Zwitserland en ook in Nederland hebben we een tweetal experimentele PV-geluidsschermen. De eerste hiervan is gebouwd in 1995 en staat aan de A27 bij De Bilt. De tweede komt uit 1998 en staat aan de A9 bij Oudekerk aan de Amstel. Deze laatste heeft met 205 kw p gedurende enkele jaren het grootste vermogen gehad van alle PV-geluidsschermen wereldwijd en produceert per jaar genoeg elektriciteit om 10 huishoudens van stroom te voorzien. Ontwikkelingen in technologie hebben de laatste jaren geleidt tot een enorme toename van de efficiëntie en daling van de kosten. Sinds 2009

2 staat er in Duitsland een PV-geluidsscherm van kw p : meer dan 10 keer dat van de A9 en genoeg voor het elektriciteitsverbruik van 100 huishoudens. Onderzoek Het onderzoek richt zich specifiek op de toepassing van PV-geluidsschermen. Gekeken is in hoeverre de locaties van bestaande geluidsschermen geschikt zijn voor het opwekken van elektriciteit door middel van PV-panelen. De geschiktheid van een locatie kan worden berekend door middel van GIS software en het gebruik van digital elevation models (DEM). Het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) is zo n DEM voor Nederland. Met lasertechnologie wordt vanuit een vliegtuig hoogteinformatie verzameld. Van elke vierkante meter in Nederland is tot op enkele centimeters nauwkeurig de hoogte op maaiveldniveau bekend, inclusief informatie over bebouwing en vegetatie. Het Hoogtebestand wordt gebruikt om de zonne-instraling op een locatie te berekenen. Deze is namelijk afhankelijk van omliggende objecten vanwege de schaduwwerking hiervan. De zonne-instraling is berekend voor alle huidige locaties waar geluidsschermen staan. Om locaties snel en gemakkelijk te kunnen beoordelen op hun geschiktheid is de zonne-instraling vertaald naar een score van 1 tot 5. Hierbij is 5 de hoogste zonne-instraling. Daadwerkelijke elektriciteitsproductie is van veel factoren afhankelijk. Vanzelfsprekend is de intensiteit van de zonne-instraling die een installatie bereikt essentieel voor deze productie. Rijkswaterstaat heeft in totaal 987 kilometer aan geluidsbeperkende voorzieningen langs de Rijkswegen. Hiervan is grofweg 641 kilometer geluidsschermen (en geluidsmuren). De overige 346 kilometer bestaat uit geluidswallen. Deze laatste groep is voor het onderzoek niet meegenomen. Belangrijk is dat toekomstige (waaronder geplande) geluidsschermen ook niet zijn meegenomen. Onder het Meerjarenprogramma Geluid (MJPG) is er zo n 150 tot 300 kilometer nieuwe voorzieningen gepland. De geschiktheid hiervan wordt hier niet behandeld. Voor het onderzoek is in het bijzonder gekeken naar geluidsschermen met een minimale lengte van 500 meter. Deze zijn interessanter dan de kortere segmenten. Deze kortere segmenten hebben echter wel een grote totale lengte (454 kilometer) en kunnen, afhankelijk van de situatie, alsnog interessant zijn. Om die reden zijn deze kortere segmenten meegenomen in een overzicht van het totale potentieel langs de Rijkswegen. Echter, in de overzichtskaarten onderaan dit document zijn deze niet meegenomen. Als andere factor in het bepalen van de geschiktheid is de noodzaak tot vervanging of reparatie van geluidsschermen meegenomen. Afhankelijk van de levensduur, gebruikt materiaal, locatie en andere factoren is bepaald op welke termijn deze vervanging of reparatie zou moeten plaatsvinden. Dit wordt door middel van een onderhoudsprioriteit aangegeven. Wanneer hiervoor een hoge prioriteit is wordt het aantrekkelijk om te overwegen om meteen PV-panelen toe te passen in het ontwerp. De geschiktheid op basis van bovenstaande factoren is, per Rijkswaterstaat district, weergegeven in onderstaande overzichtskaarten. De bedoeling is dat deze kunnen helpen in het identificeren van mogelijk geschikte locaties, waarna verder onderzoek de geschiktheid kan bevestigen. Resultaten Om het totale potentieel van PV-geluidsschermen voor Rijkswaterstaat te berekenen is uitgegaan van enkele scenario s. Voor alle scenario s is berekend wat de jaarlijkse elektriciteitsproductie is wanneer gekozen wordt voor hedendaagse technologieën, maar ook wat de productie zou zijn wanneer gebruik wordt gemaakt van PV-technologie uit Vanzelfsprekend zijn er gefundeerde aannames gemaakt voor de verschillende variabelen.

3 1. Alle huidige geluidsschermen worden uitgerust met PV-panelen. In dit scenario is er voor gekozen om de volledige 641 kilometer aan huidige geluidsschermen uit te rusten met PV-panelen. Omdat slechts de segmenten langer dan 500 meter zijn gemodelleerd, is voor het overige deel gebruik gemaakt van extrapolatie. Dit kan een vertekend beeld geven en de uitkomsten van dit scenario zijn daardoor slechts van indicatieve waarde. 2. Alle huidige geluidsschermen langer dan 500 meter worden uitgerust met PV-panelen. Het verschil met het voorgaande scenario is dat hier slechts de gemodelleerde segmenten worden benut. Hierdoor zal de uitkomst een betere afspiegeling zijn van de werkelijkheid, vergeleken met het vorige scenario. 3. Alle huidige geluidsschermen langer dan 500 meter, mét een zeer geschikte zonne-instraling (score 4 of 5) worden uitgerust met PV-panelen. Door slechts locaties te benutten met een hoge zonne-instraling, kan de hoogste efficiëntie worden verzekerd. Immers, de elektriciteitsproductie per m 2 is dan hoger. Ook uit economisch opzicht zijn deze locaties interessanter dan die met een lage zonne-instraling. 4. Alle huidige geluidsschermen langer dan 500 meter, mét een zeer geschikte zonne-instraling (score 4 of 5), én met een hoge onderhoudsprioriteit (voor 2030) worden uitgerust met PVpanelen. Dit scenario schets het laaghangend fruit. Het betreft hier geluidsschermen die geacht worden binnen korte termijn te worden vervangen of gerepareerd. Voor deze schermen kan dan direct rekening worden gehouden met toepassing van PV-panelen. Ook wordt nog steeds gekeken naar de locaties met de hoogste zonne-instraling (en dus meest interessante locaties). De onderstaande tabel geeft de jaarlijkse elektriciteitsproductie weer voor alle 4 de scenario s. De 2015 kolom gaat uit van huidige technologieën (best beschikbare producten op de markt) en de 2030 kolom gaat uit van de op dat moment best beschikbare producten op de markt. Jaarlijkse productie met 2015 technologie (MWh) Jaarlijkse productie met 2030 technologie (MWh) Scenario Scenario Scenario Scenario Wanneer gekeken wordt naar het verbruik van een gemiddeld huishouden kan scenario 4 al zo n huishoudens voorzien in hun elektriciteitsverbruik. Wanneer deze PV-geluidsschermen lokaal, en in samenwerking met bijvoorbeeld energie coöperaties, worden toegepast kan dit voordelen bieden voor meerdere partijen. Decentrale opwekking wordt gezien als een belangrijke schakel in het moderniseren van het elektriciteitsnet. De andere scenario s schetsen een nog beter potentieel. Het volledige potentieel wordt geschat tussen de MWh en MWh. Dit staat gelijk aan de productie van 40 moderne windturbines. Het bijkomende voordeel van deze PV-geluidsschermen ten opzichte van windturbines is dat eerstgenoemde lokaal kunnen worden toegepast. Laatste opmerking is dat het geschetste potentieel in werkelijkheid hoger zou kunnen uitvallen. Dit is omdat geluidswallen (aardwallen/bermen) niet zijn meegenomen in het onderzoek. Ook andere toepassingen, zoals in binnenbochten, zijn niet meegenomen en kunnen het daadwerkelijk potentieel nog verhogen. Tevens is voor het onderzoek uitgegaan van een conservatief PVgeluidsscherm ontwerp. Relatief nieuwe ontwerpen, zoals bifacial verticale PV-geluidsschermen (met PV-panelen aan oost- en westzijde) zijn niet meegenomen. Ook deze, en eventueel toekomstige ontwerpen, kunnen het potentieel nog verder opdrijven.

4 Bijlage Onderstaande overzichtskaarten geven een overzicht van de geschiktheid van alle geluidsschermen langs Rijkswegen (langer dan 500 meter) per Rijkswaterstaat district. In totaal zijn er 16 districten.. Hiervan ontbreken er 3, vanwege het feit dat deze geen geschikte locaties hebben met een minimum lengte van 500 meter. De betreffende districten: RWS Midden-Nederland District Noord, RWS Zee en Delta District Noord, en RWS Zee en Delta District Zuid. Geschiktheid wordt aangegeven door middel van een 1 tot 5 score voor zonne-instraling. Tevens wordt in de legenda de lengte en de onderhoudsprioriteit vermeld (low, medium, high, of no data).