Springtij Masterclass Energie Inzichten in energiesystemen en hernieuwbare energietechnieken Erik Lysen Driebergen-Rijsenburg, 20 mei 2015
De zon als bron Zonnestraling: o Energiebron: fusie waterstof => helium o Massa wordt omgezet in energie (E = m.c 2 ) o Massaverlies: 4,2 miljard kg per seconde o Universum smijt met energie: 0,5 miljardste deel straling bereikt onze dampkring (1,73 * 10 17 W) NASA: Solar Dynamics Observatory
Zonne-energie op de aarde Zonne-energie: o o o Op aardoppervlak: 0,8 * 10 17 W (NB: 1 watt = 1 joule/sec) Per uur: 300 * 10 18 joule (= 300 EJ per uur) Wereld energieverbruik : 500 EJ/jaar o Zonne-energie op Nederland: 3600-4000 MJ/m 2 /jaar 1000-1100 kwh/m 2 /jaar (vgl: op Sahara: 2500 kwh/m 2 /jaar)
Zonnestraling in Nederland
Zonnestraling: drijvende kracht vrijwel alle energiebronnen Zonne-energie, windenergie, waterkracht, golfenergie, bio-energie Fossiele zonne-energie bronnen: Kolen: planten Olie en gas: zeedieren Behalve: getijden (maan-aarde) aardwarmte (nucl. verval)
Windkaart Nederland (100 m) SenterNovem 2005
Basisbegrippen: energie en vermogen Hoe langer een bepaald vermogen wordt aangehouden, hoe meer energie er wordt geleverd: energie = vermogen x tijd 1 joule = 1 watt x 1 seconde 1 wattseconde (Ws) = 1 joule (J) 1 wattuur (Wh) = 60*60 J = 3600 J (1 watt, een uur lang) 1 kilowattuur (kwh) = 1000*60*60 = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Energie gebruiken = energie omzetten (energie gaat nooit verloren) Hoge kwaliteit energie (gas, elektriciteit) wordt na alle omzettingen uiteindelijk gedegradeerd tot lage temperatuur warmte ( Eindeloze Energie, Erik Lysen, Aula 600, 1977)
Mens als energie-omzetter 2000 kcal/dag nodig om ons warm te houden Mens in rust is kacheltje van 100 watt *) (daarom wordt een volle concertzaal gekoeld) Fietsen met 20 km/u vraagt 100 W vermogen Een uur fietsen kost 500 Wh aan brandstof (rendement mens als motor : ~20%) 500 Wh = 1800 kj = 430 kcal (1 ons koekjes) Afslanken: deze 430 kcal kan worden geleverd door slechts 46 gram vet te verbranden *) 2000 kcal * 4,187 kj/kcal = 8375 kj 8375 kj / (24*60*60) = 97 watt warmte stroom
Waar wordt energie voor gebruikt Primaire energie: 3255 PJ/jaar in Nederland? Finale energie: 2185 PJ/jaar (2013)
Bijdrage hernieuwbare energie 2013 Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014
Biomassa: mix vele bronnen Hernieuwbare Energie in Nederland 2013, CBS, 2014
Schatting bijdrage HE 2023 Bron: Duurzame Energie Koepel, 2014
Verschillen wind en zon-pv Wind op zee: 4450 MW levert 60 PJ (16,7 TWh: dus 3750 MWh per MW) Zon-PV: 6000 MW levert 19 PJ (5,2 TWh, dus 875 MWh per MW) Wind: overdag + s nachts, hele jaar door, iets meer in winter dan in zomer Zon-PV: overdag, vooral in zomer, weinig in winter Dus: combinatie wind en zon vult elkaar aan
Type centrale De ene megawatt is de andere niet Productie (MWh per MW) Theoretisch (24 uur x 365 dagen) 8760 Basislast (kolen, kern) 6000-8000 Midden- en pieklast 3000-4000 Waterkracht 3000-4000 Windturbines op zee 3000-4500 Windturbines op land 1800-2500 Zon PV (Nederland) 800-1000 Ter vergelijking: Zon PV (Middellandse Zee gebied) 1200 tot 1500 Zon PV (Sahara) 2000 tot 2500
Zonnewarmte, -stroom, -brandstof 1. Zonnewarmte: Passief (zon door de ramen) Zonneboiler (warm water) 2. Zonnestroom: Photo-Voltaisch (PV) Concentrated Solar Power (CSP: stoom > electriciteit) 1. Zonne-brandstoffen (solar fuels)
Zonnewarmte in Nederland Zonneboiler: bespaart 150 200 m 3 gas (40% warm water van gezin) Zwembaden: > 40% besparing Ruimteverwarming: met seizoensopslag (bijv. op wijkniveau) kan deel vraag gedekt worden Zoneiland Almere, Nuon
Bron: Wim Sinke SER werkconferentie 28jan13 Zonnestroomtechnologieën: Commerciële panelen Wafergebaseerd silicium (88%) - monokristallijn - multikristallijn (& quasi mono) Modulerendementen 14 21% City of the Sun (NL) Toyota Würth Solar HyET Solar First Solar Dunne films (11%) - silicium - koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS) - cadmiumtelluride (CdTe) Modulerendementen 6 14% FhG- ISE Abengoa/Concentrix Concentrator (<1%) - meerlaags III-V halfgeleiders - silicium Modulerendementen 25 30%
Opbrengst zonnestroom systemen in Nederland (kwh/jaar per kwp geïnstalleerde capaciteit aan panelen)
Bijdrage zon PV: vooral zomer Lysen, 2015
Wisselend per dag bij één installatie Lysen, 2015
Voor heel land goed voorspelbaar: PV bijdrage in Duitsland (http://www.sma.de/unternehmen/pv-leistung-in-deutschland.html) 19 mei 2015 22
Duitsland: record dagen in 2014 The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014, Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015 23
Integratie hernieuwbaar in Duitsland Source: Fraunhofer ISE (2014) 24
Hernieuwbare elektriciteit in Duitsland: 25.8% in 2014 The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014. Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015 25
Analyse effect intermitterende bronnen voor Duitsland
Kan de wereld / Europa volledig op hernieuwbare energie draaien? The Energy Report (WWF, Ecofys, 2011): By 2050 we can get all the energy we need from renewable sources Roadmap 2050 (ECF, McKinsey, 2010): By 2050, Europe could achieve an economy wide reduction of GHG emissions of at least 80%.This requires a nearly zero-carbon power supply. 100% Renewable electricity (PWC, 2010): Electricity in Europe can be 100% renewable in 2050 [R]enewables 24/7 (EREC & Greenpeace, 2009): with smart grids 90% of the electricity in Europe can be renewable, 24/7. JA dus, mits serieuze energiebesparing
Wat kunt u zelf doen? 1. Bewust worden 2. Kennis vergaren Meten: hoeveel gebruik ik (mijn organisatie) aan gas, elektra, water? Standen opnemen, meters installeren Lezen: Tim Jackson, Naomi Klein, e.v.a. 3. Handelen Thuis of op werk: investeren in isolatie, LED lampen, zonneboiler, zon PV systeem, Vervoer: meer fiets en OV, minder auto en vliegen Voeding: meer vegetarisch en lokaal Gewoontes: minder kopen, meer muziek maken en sporten, duurzame producten en duurzame bank
Energieverbruiksmanager om slimme meter echt slim te maken http://www.energieverbruiksmanagers.nl/
Wasmachine draaien op de zon Lysen, 2015
Energie opslag SunEdison Becomes First Renewable Energy Company To Offer Solar, Wind, And Energy Storage (5 March 2015) Rocky Mountain Institute: The Economics of Grid Defection, 2014
Breder perspectief Tim Jackson 2009 Naomi Klein 2014 Paul Gilding 2011