Hernieuwbare energie en ICT Lange termijn doelstelling: Een volledig hernieuwbare energiehuishouding Energiebeleid omvat drie pijlers (landen, bedrijven, consumenten): Erik Lysen Utrecht Sustainability Institute Fusie van: Utrecht Centrum voor Aarde en Duurzaamheid (UCAD) en Utrecht Centrum voor Energieonderzoek (UCE) An Innovative Truth III, Utrecht, 22 juni 2011 1. EFFICIENCY: continue inspanningen om energie efficiency te verhogen en energiebesparing te bevorderen 2. HERNIEUWBARE BRONNEN: maximale inzet van beschikbare hernieuwbare energiebronnen(zon, wind, biomassa, waterkracht, aardwarmte) 3. SCHONER GEBRUIK FOSSIELE BRANDSTOFFEN: verminderen emissies, vooral van CO2, bijvoorbeeld via afvang en opslag (CCS) Samen vormen zij de Trias Energetica *) *) Lysen, E.H., The Trias Energica, Eurosun conference, Freiburg, Sept 1996 Waarom hernieuwbare energiebronnen? De zon als bron 1. Grootste bron van energie en nog miljarden jaren beschikbaar (NB: alle olie, gas en kolen zijn fossiele zonne-energie van miljoenen jaren geleden) 2. Wijd verspreid over aarde, diversificatie van aanbod, ook in afgelegen gebieden beschikbaar 3. Geen of weinig emissies van schadelijke stoffen, dus bijdrage aan beperken van klimaateffecten (NB: klimaat lijkt geen issue meer te zijn, door populistische ontkenning, maar het probleem verdwijnt daardoor niet: is vermoedelijk ernstiger) 4. Scheppen nieuwe business opportunities (ook voor ICT) 5. Nadelen fossiele brandstoffen: Verbranding heeft grote milieu- en klimaateffecten. Sterke geo-politieke machtsfactor Vraag zal aanbod snel overtreffen Voorraden eindig (maar nog relatief groot) Zonne-energie, windenergie, waterkracht, biomassaenergie: allen afkomstig van zonnestraling (NB: aardwarmte afkomstig van radio-actief verval 20-40 km diep en getijden-energie van aantrekking aarde en maan) Zonnestraling: Vermogen zon: 3,8 * 10 26 W (bron: fusie waterstof => helium, massaverlies: 4,2 * 10 9 kg/sec) Op aardoppervlak: 8 * 10 16 W op 5 * 10 14 m 2 = 160 W/m 2 Energie per uur: 293 * 10 18 J/uur Wereld energieverbruik (primair): 500 * 10 18 J/jaar (EJ/jaar) (levert de zon in minder dan 2 uur)
Ref: The IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, June 2011 Ref: The IPCC Special Report of Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, June 2011 Energievoorziening Nederland 2009 Hernieuwbare energiebijdrage NL 2009 (Volgens EU Richtlijn Hernieuwbare Energie) TJ % Windenergie 16.124 19,1% Biobrandstoffen voor het wegverkeer 15.414 18,2% Houtkachels huishoudens 12.292 14,6% Meestoken biomassa in centrales 10.137 12,0% Afvalverbrandingsinstallaties, biogeen afval 9.822 11,6% Overige biomassaverbranding 7.350 8,7% Houtkachels voor warmte bij bedrijven 2.792 3,3% Biogas op landbouwbedrijven 2.148 2,5% Bodemenergie, ondiep 1.977 2,3% Buitenluchtwarmte 1.586 1,9% Overig biogas 1.315 1,6% Zonnewarmte 927 1,1% Stortgas 863 1,0% Biogas uit rioolwaterzuiveringsinstallaties 765 0,9% Waterkracht 360 0,4% Houtskool verbruik 300 0,4% Zonnestroom 165 0,2% Bodemenergie, diep 142 0,2% TOTAAL HERNIEUWBAAR 84.479 100,0% Totaal finaal energieverbruik NL 2.187.000 TJ Aandeel hernieuwbaar (%) 3,9% Bron: PBL, 2011 CBS, Hernieuwbare energie in Nederland 2009
Bijdrage hernieuwbare elektriciteit 2009 Opgestelde vermogens 2009 Productie van hernieuwbare elektriciteit NL 2009 (GWh) Windenergie 4.578 45,7% Meestoken biomassa in centrales 2.422 24,2% Afvalverbrandingsinstallaties 1.147 11,5% Overige biomassaverbranding 896 9,0% Biogas 822 8,2% Waterkracht 98 1,0% Zonne-energie 46 0,5% TOTAAL 10.009 100% Totaal elektriciteitsverbruik 2009 112.561 GWh Aandeel hernieuwbare elektriciteit: 8,9% Opgestelde capaciteit wind, water en zon (2009) MW GWh/jr uren/jr Wind op land 1993 3843 1.928 Wind op zee 228 735 3.224 Waterkracht 37 98 2.649 Zon-PV 68 46 676 Conclusie: de ene megawatt is de andere niet Dus: 4% van onze elektriciteit komt nu uit windenergie CBS, Hernieuwbare energie in Nederland 2009 De ene megawatt is de andere niet Netbelasting Nederland (3 e week nov. 2009) Theoretische centrale: 24 uur/dag en 365 dagen/jaar: iedere megawatt (MW) produceert 24*365 = 8760 MWh. Type centrale productie (MWh per MW) Theoretisch (24*365) 8760 Basislast (kolen, kern) 6000 tot 8000 Midden en pieklast (gas) 3000 tot 4000 Waterkracht 3000 tot 4000 Wind turbines (op zee) 3000 tot 3500 Wind turbines (op land) 1800 tot 2200 Zon PV (Nederland) 700 tot 800 Ter vergelijking: Zon PV (Middellandse Zee gebied) 1200 tot 1500 Zon PV (Sahara) 2000 tot 2500 Belasting (megawatt) 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 0 24 48 72 96 120 144 168 Uren http://www.tennet.org/english/operational_management/export_data.aspx
Benaderd effect windvermogen op inzet fossiele centrales (3 e week november 2009) Voorbeeld: actueel windvermogen in Spanje 18.000 16.000 14.000 12.000 Belasting (megawatt) 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 0 24 48 72 96 120 144 168 Uren https://demanda.ree.es/eolicaeng.html, 18 juni 2011 Bijdrage wind in totale vraag Spanje EU: Verplicht aandeel hernieuwbare energiebronnen in finale energievraag 2020 https://demanda.ree.es/eolicaeng.html, 17 juni 2011 EU doel 2020: 20% energie in EU uit hernieuwbare bronnen. Dit impliceert: 34% elektriciteit uit hernieuwbare bronnen Share renewables in gross final consumption 2005 2020 Sweden 39,8 % 49 % Latvia 32,6 % 40 % Finland 28,5 % 38 % Austria 23,3 % 34 % Portugal 20,5 % 31 % Denmark 17,0 % 30 % Estonia 18,0 % 25 % Slovenia 16,0 % 25 % Romania 17,8 % 24 % France 10,3 % 23 % Lithuania 15,0 % 23 % Spain 8,7 % 20 % Germany 5,8 % 18 % Greece 6,9 % 18 % Italy 5,2 % 17 % Bulgaria 9,4 % 16 % Ireland 3,1 % 16 % Poland 7,2 % 15 % United Kingdom 1,3 % 15 % Netherlands 2,4 % 14 % Slovak Republic 6,7 % 14 % Belgium 2,2 % 13 % Czech Republic 6,1 % 13 % Cyprus 2,9 % 13 % Hungary 4,3 % 13 % Luxembourg 0,9 % 11 % Malta 0,0 % 10 %
Opbouw bijdrage hernieuwbare bronnen voor EU doelstelling Nederland: 14% Opbouw bijdrage hernieuwbare elektriciteit 40,0% 16% 35,0% 14% 12% 10% 8% 6% Elektriciteit Verwarmen en koelen Transport Bijdrage elektriciteitsvoorziening 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% Zon-PV waterkracht biomassa gas biomassa vast wind op land wind op zee 4% 10,0% 2% 5,0% 0% 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Jaar 0,0% 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Jaar Bron: Nationaal Actieplan voor energie uit hernieuwbare bronnen (EZ, 2010) Opgestelde vermogens in Nationaal Actieplan voor energie uit hernieuwbare bronnen 7.000 6.000 wind op land wind op zee Geinstalleerd vermogen (MW) 5.000 4.000 3.000 2.000 Zon-PV Waterkracht 1.000 0 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 jaar Bron:Nationaal Actieplan voor energie uit hernieuwbare bronnen (EZ, 2010)
Kan de wereld / Europa grotendeels of volledig op hernieuwbare energie draaien? The Energy Report (WWF, Ecofys, 2011): Ja, wereld kan in 2050 volledig op HE draaien (belangrijke rol biomassa) Roadmap 2050 (ECF, McKinsey, 2010): Europa kan in 2050 voor 80% koolstofloos, mits energiesector 90-100% 100% Renewable electricity (PWC, 2010): Europa s elektriciteit kan in 2050 voor 100% hernieuwbaar zijn [R]enewables 24/7 (EREC & Greenpeace, 2009): met smart grids kan elektriciteit in Europa voor 90% van HE komen, 24/7. VOORWAARDE: FORSE ENERGIEBESPARINGEN Ref: The IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, June 2011 Rol ICT bij integratie hernieuwbare bronnen Rol ICT bij intelligente elektriciteitsnetten Bron: EREC + Greenpeace: [R]enewables 24/7, Nov. 2009
Elektriciteitsverbruik ICT sector Forecast ICT in Germany (GWh/yr) 2007 2010 2015 2020 User devices in households 33.010 35.292 39.360 40.863 User devices in businesses 6.817 7.047 6.839 6.933 Servers and datacenters 9.122 9.558 10.319 12.319 Network access and core network 6.435 6.276 6.481 6.543 Total 55.384 58.173 62.999 66.658 Fraunhofer IZM, Estimated Energy Requirements as the Information Society Develops Further, 2009 Vertaald naar Nederlandse situatie: Schatting ICT in Nederland (GWh/jr) 2007 2010 2015 2020 Apparaten in huishoudens 6.840 7.313 8.156 8.468 Apparaten in bedrijfsleven 1.413 1.460 1.417 1.437 Servers en datacentra 1.890 1.981 2.138 2.553 Netwerk toegang en kern netwerk 1.333 1.301 1.343 1.356 Totaal 11.477 12.055 13.055 13.813 Elektriciteitsverbruik 118 123,6 131,5 135,9 TWh Aandeel ICT: 9,7% 9,8% 9,9% 10,2% Energieverbruik ICT huishoudens Commentaar: schatting voor huishoudens leidt tot ongeveer 950 kwh/jaar voor ICT verbruik. Lijkt erg hoog, bij gemiddeld verbruik 3500 kwh/jaar. Maar: eigen schatting komt ook hoog uit: watt uren/dag uren/jaar kwh/jr Router en WiFi 10 24 8760 88 PC 100 8 2920 292 TV 150 6 2190 329 Settop box 7 24 8760 61 VCR 10 24 8760 88 opladers 5 24 8760 44 Totaal 901 Energy Saving Trust, UK, 2007: By 2020 entertainment, computers and gadgets will account for an extraordinary 45% of electricity used in the home : New ICE age: Information, Computers & Entertainment Efficiency maatregelen t.b.v. huishoudens Schermen zuiniger maken, automatisch uitschakelen als er niemand zit (bijv: Power Sensor, Philips) Zuiniger chips gebruiken in PC s en servers Standby verbruik: < 1 watt, liefst < 0,1 watt Plug-ins uitschakelen (Flash verbruikt veel energie) Groei datastromen intomen (via beprijzen) Gebruik: Internet Der Dingen : ieder apparaat eigen IP adres, en dus aan te sturen. Bell Labs (GreenTouch, jan 2010): Netwerk kan duizend keer zuiniger (draadloos internet: grote energieverbruiker) Bewustwording, bijv. gebruik TV s en PC/laptop om naar muziek/radio te luisteren is erg energie-intensief. Opties tot verbetering efficiency ICT sector Servers: 75% energie te besparen Voorkeur voor natuurlijke koeling Afvalwarmte nuttig gebruiken
CONCLUSIES 1. Op lange termijn is een volledig hernieuwbare energievoorziening nodig én mogelijk 2. Hernieuwbare energie in Nederland groeit van 4% nu naar 14% in 2020: vooral via wind en biomassa 3. ICT zal grote rol spelen bij integratie hernieuwbare energiebronnen: slimme netten 4. ICT gebruikt naar schatting 10% van onze totale elektriciteit, maar in huishoudens gebruikt ICT al 25% van de elektriciteit, en dat aandeel groeit. 5. ICT kan veel efficiënter, vooral door technische verbetering aan schermen en IC s, stand-by verbruik naar nul brengen, en bewustwording gebruikers. Keynes: Essays in Persuasion, 1931 Thus the author.. hopes and believes that the day is not far off when the Energy Problem will take the back seat where it belongs and that the arena of the heart and head will be occupied, or re-occupied, by our real problems - the problems of life and of human relations, of creation and behaviour and religion.