RSS

De mogelijkheden van zonne- en wind energie tegen het licht gehouden

zo, nov 7, 2010

Wetenschap en Natuur

De mogelijkheden van zonne- en wind energie tegen het licht gehouden

Groeninvesteerder Henk Keilman rekent af met het sombere verhaal over duurzame energie van wetenschapper L.J. Giling.

Volgens hoogleraar L. J. Gilling van de Radboud Universiteit in Nijmegen valt er weinig goeds te verwachten van onuitputtelijke energiebronnen als zon en wind. Een doodlopende weg, zo schreef hij anderhalve maand geleden in een artikel in het NRC Handelsblad. Zijn belangrijkste argumenten zijn:

1) Wind en zonne energie leveren geen constante energie, het aanbod fluctueert

2) Duurzame krachtbronnen nemen extreem veel ruimte in beslag

3) Wind en zonne-energie zijn 20 keer duurder dan fossiele brandstoffen

Deze argumenten schetsen echter een vertekend beeld van het duurzame energie potentieel en zijn op belangrijke onderdelen onjuist. Dit zal ik aantonen op basis van wetenschappelijk onderzoek en praktijk voorbeelden.

1) Het fluctuerende energie aanbod

Het is een correcte constatering dat de distributie en vooral de opslag van elektriciteit, nog steeds een probleem vormen. Daar zijn twee redenen voor. Allereerst is de aard van elektriciteit als krachtbron dat het gebruikt moet worden zodra het geproduceerd wordt, het is lastig om op te slaan. Ten tweede is het verbruik van elektriciteit niet constant. Overdag hebben we te maken met piekuren, ‘s nachts daalt het verbruik aanzienlijk. Dit leidt tot inefficiency. Krachtcentrales, bijvoorbeeld een kolen of kerncentrale, leveren constant vermogen, en kunnen ‘s nachts niet even uitgezet worden. Het resultaat is een forse verspilling.

Het klopt ook dat het aanbod van wind en zonne-energie fluctueert, en dat is een nadeel. De vraag is wat de omvang is van dit nadeel en hoe dit nadeel ondervangen kan worden. Qua omvang wordt de fluctuatie van het aanbod pas echt een probleem als zonne- en windenergie een contributie van meer dan 20 procent gaan leveren aan de totale elektriciteit productie. Giling geeft dat zelf ook aan. Dat betekent dat op basis van de bestaande infrastructuur, de productie van wind en zonne energie probleemloos uitgebouwd kan worden tot een niveau van 20 procent. Dat is voldoende om een dreigende globale energie crisis of te wenden, en om een significante reductie in de uitstoot van CO2 te realiseren. Het fluctuerend aanbod wordt dus pas een probleem als je op korte termijn alle gas en kolen centrales wilt vervangen. Los van andere obstakels, is dat op dit moment geen realistisch scenario. Meer realistisch is dat er de komende 10 tot 20 jaar een mix zal ontstaan van zowel duurzame als fossiele energie, waarbij er een geleidelijke transitie zal plaatsvinden. Gedurende deze transitie kan de mix van verschillende energiebronnen, zowel fossiele als duurzame, alsook duurzame bronnen onderling, op elkaar afgestemd worden.

De tweede vraag is of we de nadelen van fluctuerend aanbod kunnen ondervangen. Wetenschappers Graeme Hoste, Michael Dvorak en Mark Jacobson van Stanford University in de VS hebben enkele jaren geleden een case study gepubliceerd inzake de energie voorziening van de staat Californië. Het onderzoek concludeert dat in 2020 Californië 100 procent van zijn energie uit duurzame bronnen kan halen. Hoste c.s. gaan er bij hun berekeningen uit van een doorsnee zomerse dag in juli waarbij er continue, 24 uur per dag, energie geleverd moet worden. Dit resultaat wordt bereikt door 4 duurzame energie bronnen, geothermische, wind, zon en waterkracht, met elkaar te combineren. De effectiviteit van deze combinatie is dat energie bronnen met een fluctuerend vermogen, zoals wind en zon, gecomplementeerd worden door energie bronnen, zoals geothermische energie en waterkracht, met een constant vermogen. Maar op onderdelen zijn ook wind en zon complementair omdat bij veel wind er meestal minder zon is en er op heel zonnige dagen meestal minder wind waait. Vooral zonne-energie volgt de gebruiks curve heel netjes, omdat er ‘s nachts geen zon is, maar ook een zeer laag verbruik, terwijl het piekverbruik overdag samenvalt met de piek van zonnestraling. Het fluctuatie probleem kan dus opgelost worden, maar er zal op dit punt nog het nodige werk verzet moeten worden. Dat werk zal ook gericht moeten zijn op de noodzakelijke verbeteringen van het elektriciteits netwerk, zoals verbeterde Europese interconnectiviteit, verbeterde distributie en opslag. Een van de voordelen van wind en zonne-energie is dat deze ingezet kunnen worden door middel van grote kracht centrales met vermogens van honderden megawatts, maar ook door middel van kleine regionale centrales van enkele tientallen megawatts. Door grote en kleinere centrales onderling met elkaar te verbinden kunnen over en onder capaciteit onderling gecompenseerd worden. Windkracht en zonnestraling kunnen over afstanden van enkele honderden kilometers fors van elkaar verschillen. Daarnaast is het belangrijk om een goede mix van energie bronnen te combineren, zoals het Stanford onderzoek aantoont. Geothermische energie, diverse vormen van waterkracht, maar ook biomassa bieden een constant vermogen zonder fluctuatie. Hybride krachtcentrales combineren krachtbronnen met een constant vermogen met krachtbronnen die een fluctuerend vermogen leveren.

Tenslotte is de verdere ontwikkeling van opslagcapaciteit van essentieel belang. Op dit punt zijn er reeds betrouwbare technologieën beschikbaar, zoals bijvoorbeeld de opslag door middel van krachtige batterijen, vliegwielen, waterkracht, waterstof en geperste lucht. De hoeveelheid ontwikkeling en research met betrekking tot deze technologieën is al zeer indrukwekkend. Verdere ontwikkeling, vooral op het gebied van de grootschalige uitbreiding is echter van belang. In het algemeen zijn deskundigen van mening dat grootschalige opslag van elektriciteit een oplosbaar probleem is.

Inmiddels zijn er al een aantal landen in de wereld waar duurzame energie op grote schaal, en met succes, ingezet wordt. Het beste voorbeeld zijn onze oosterburen, waar inmiddels 18 procent van de elektriciteit met wind, zon en waterkracht opgewekt wordt. Er is 50.000 megawatt aan geïnstalleerde capaciteit geplaatst, waarvan 25.000 megawatt aan windenergie op land. Duitsland is een voorbeeld geworden van de succesvolle, grootschalige implementatie van wind, zon en waterkracht.

2) Het ruimte beslag van duurzame energie

Giling creëert een verkeerde voorstelling van zaken door de gehele duurzame energie productie te richten op en te vergelijken met de Nederlandse situatie. Nederland is het dichtst bevolkte land ter wereld met 490 inwoners per km2. Ter vergelijking, het wereldwijde gemiddelde is 50 inwoners per km2. De bevolkingsdichtheid van de 27 EU landen is 115 inwoners per km2. Bovendien is Nederland een ontwikkeld, geïndustrialiseerd land met een hoger dan gemiddeld energie verbruik ten opzichte van het wereld gemiddelde. Volgens wetenschapper David MacKay, die door Giling regelmatig geciteerd wordt, is het wereld gemiddelde energie gebruik 0,1 Watt per persoon per m2. De combinatie van een hoger energie verbruik met de dichte bevolkingsgraad leidt ertoe dat Nederland met 3.11 Watt per persoon per m2 een van de hoogste scores in de wereld heeft. Ruimte en regionale klimaat omstandigheden zijn cruciale factoren voor het ontwerp en uitbouw van duurzame energie infrastructuur. Om die reden moet de energie voorziening vanuit een continentaal, Europees perspectief bekeken worden. Wind- en zonneparken nemen ruimte in beslag en moeten dus bij voorkeur geplaatst worden:

1) in minder dicht bevolkte gebieden
2) in die gebieden met optimalere wind en zonne regimes

Simpel gesteld, je gaat geen zonneparken bouwen in het noorden van Scandinavië, of een windpark midden in een grote stad.

Bovendien zijn Giling en MacKay te pessimistisch als het gaat om de hoeveelheid windturbines die er geplaatst kunnen worden per km2. Giling gaat uit van 0,16 km2 per turbine van 3 megawatt. Dat is te ruim bemeten. Windparkontwerpen worden steeds efficiënter, en een oppervlakte van 0,11 km2 is, volgens een van de grootste windpark bouwers ter wereld, zeer goed haalbaar. Dit is een verschil van 30 procent. MacKay gaat er vanuit dat windenergie 2,5 Watt per m2 genereert. Deze calculatie is onjuist, zoals een simpele berekening laat zien. Zelfs uitgaande van de calculatie van Giling waarbij een 3 megawatt turbine een ruimte nodig heeft van 0,16 km2, kom je uit op een productie die aanzienlijk hoger ligt dan 2.5 Watt per m2, namelijk 4,7 watt per m2, bijna het dubbele. Ik reken u voor. Een 3 megawatt turbine levert 3 miljoen watt aan vermogen. Een op land geplaatste turbine levert dit vermogen, over een jaar genomen, gemiddeld 25 procent van de tijd. Daarom moet je het totale vermogen delen door 25 procent, waarna je het feitelijk geleverde vermogen krijgt. Vervolgens reken je het terug naar het vermogen per m2, en kom je uit op op een feitelijk geleverd vermogen van 4,7 watt per m2. Als je bovendien uitgaat van een benodigde oppervlakte van 0,11 km2 in plaats van 0,16 km2, dan wordt de energie productie per m2 bijna 3 keer zo hoog, 6,48 watt per m2. Uitgaande van deze gegevens zal, indien je 100 procent van de elektriciteit voorziening in Europa met windenergie zou voorzien, daar slechts 1,12 procent van het landoppervlakte van de EU voor nodig zijn. Dit sluit aan bij een ander wetenschappelijke onderzoek, dat vorig jaar november verscheen in het gezaghebbende blad, Scientific American. Daarin hebben wetenschappers M.Z. Jacobson en M.A. Delucchi een gedetailleerde analyse gemaakt van de verschillende duurzame energiebronnen. Na jarenlang onderzoek komen zij tot de slotsom dat wind-, zon- en waterkracht zowel concurrerend als technisch uitvoerbare alternatieven zijn voor kolen, gas, olie en kernenergie. Om in 50 procent van de totale wereldwijde energie behoefte te voorzien middels windenergie, zo stellen zij, zou slechts 1 procent van het totale landoppervlakte op aarde nodig zijn.

Het is belangrijk om daarbij in ogenschouw te nemen dat de grond tussen de windturbines gewoon gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld landbouw. Het is dus geen verloren ruimte, alhoewel een boer met energie productie aanmerkelijk meer geld zal verdienen dan met landbouw. De bekende econoom, wetenschapper en denker Lester Brown, beschrijft windenergie als: “….in overvloed beschikbaar, goedkoop, makkelijk uitbreidbaar, overal en snel inzetbaar…”
Inzake de benodigde ruimte voor de inzet van windturbines schrijft hij in zijn boek “Plan B 4.0: Mobilizing to save civilization” over windenergie: “Als we de hoeveelheid land in ogenschouw nemen om energie te produceren, dan zijn windturbines buitengewoon efficiënt. Als we bijvoorbeeld een acre (ca. 1/3 hectare) land gebruiken in het noorden van Iowa voor de plaatsing van een windturbine, dan kan deze turbine 300.000 dollar per jaar aan elektriciteit genereren. Zouden we diezelfde grond gebruiken om maïs te cultiveren voor de productie van bio-ethanol, dan zou dat slechts 480 gallons aan ethanol opleveren ter waarde van 960 dollar. Deze buitengewone hoge opbrengst van land met windenergie verklaart waarom investeerders windparken zo aantrekkelijk vinden.”

Zonne energie is vergelijkbaar met wind energie voor wat betreft de benodigde oppervlakte en is zelfs gemiddeld zo’n 30 procent voordeliger. Nadeel is wel dat zonnepanelen de grond waarop ze geplaatsts zijn, volledig bedekken. Dit nadeel verdwijnt echter weer als zonnepanelen op broeikassen of gebouwen geplaatst worden.

3) De kosten van duurzame energie

Tot slot de kosten. Gilling beweert dat zonne en wind energie 20 keer duurder zijn dan fossiele brandstoffen. Misschien dat hij gekeken heeft naar de output van een van onze prachtige Hollandse 18e of 19e eeuwse molens, die her en der noch als monumenten in het landschap staan. Zijn stelling is echter niet houdbaar waar het de huidige generaties, krachtige windturbines betreft. In het eerder genoemde artikel uit de Scientific American wordt gesteld dat moderne windturbines elektriciteit leveren tegen een kostprijs van ca. 0,05 euro per kilowattuur, dezelfde kostprijs als een smerige kolencentrale. Ga je een kolencentrale upgraden, zodat de uitstoot van roet en CO2 aanzienlijk minder wordt, dan wordt een kolencentrale zelfs nog duurder. De kosten van geothermische energie en waterkracht liggen zelfs nog iets lager als windenergie. Zo’n 0,04 tot 0,05 euro per kilowattuur. Zonne-energie is nog relatief duurder (afhankelijk van locatie 0,20 tot 0,30 euro per kilowattuur), alhoewel de prijzen van zonne panelen de afgelopen 2 jaar met bijna 50 procent gedaald zijn. In zuidelijke gebieden met een hoge irradiation factor, gaat de kostprijs per kilowattuur nu richting 0,15 tot 0,12 euro. De heersende opinie onder deskundigen op het gebied van zonnetechnologie is dat zonne-energie de komende jaren nog verder in prijs zal dalen, en voldoende concurrerend zal zijn met andere brandstoffen. Zonnepanelen die echter op daken van gebouwen geplaatst worden is een ander verhaal. Het grote voordeel van deze constructie is dat gebouwen energie onafhankelijk worden, en dat de normale kosten van distributie middels het elektriciteit netwerk, wegvallen. Bovendien concurreert het gebruik van de ruimte op daken van gebouwen niet met andere activiteiten.

Mijn conclusie, en die van de hier geciteerde wetenschappers is, dat het mogelijk is om uiteindelijk de wereld van energie te voorzien die door wind, zon en water opgewekt wordt tegen prijzen die lager liggen dan de huidige prijzen die wij betalen voor fossiele brandstoffen. Wel zal de infrastructuur voor distributie en met name opslag van elektriciteit aanzienlijk verbeterd moeten worden. De technologieën hiervoor zijn voorhanden en de problemen alleszins oplosbaar. Dhr. Giling schetst een eenzijdig en negatief beeld van de mogelijkheden van duurzame energie, een beeld wat niet ondersteund wordt door de harde feiten en nuchtere cijfers. (Auteur: Henk Keilman / Bron: FTM)

Wil je meer HappyNews?

We're on a mission to spread meaningful and happy content far and wide.
Probeer onze wekelijkse HappyNewsletter en zie het voor jezelf!

, , , ,

Reacties

  1. Gert-Jan:

    Geweldige analyse.
    Ik ben zelf voorstander van geotermisch in combinatie met Zonne-energie om van centraal naar decentrale opwekking te gaan. Het stimuleert besparing op energie (je ontdekt direct wat er nodig is om energie op te wekken) daarnaast zijn er geen dure energie netwerken of dubieuze energie leveranciers meer nodig.

    Het enige probleem is de opslag. Maar gezien de ontwikkelingen m.b.t electrische auto’s zou het best wel eens kunnen dat binnenkort een super batterij wordt uitgevonden.

Reageer op dit bericht

Wil je weten hoe je een eigen afbeelding naast je reacties kan krijgen?