Toronto’s Quayside: overspeelt Google zijn hand?

De betrokkenheid van Google’s zusterbedrijf Sidewalk labs bij stedenbouwkundige ontwikkelingen komt voort uit de wens van Google om over steeds meer verhandelbare data te beschikken van burgers

Advertenties
Quayside; het gebied tussen de snelwegen en het Lake Ontario. Foto: Sidewalk labs

De ontwikkeling van Quayside, een braakliggend terrein van 12 hectare aan de rand van het centrum van Toronto, is een perfect voorbeeld van hoe informatietechnologie aan de het bestuur van steden dreigt te ontsnappen. Vorig jaar besteedde ik aandacht aan de rol van Sidewalk Labs (een zusterbedrijf van Google) in dit project. Ik was verheugd over de stedenbouwkundige aanpak en het uitgebreide proces van burgerparticipatie. Wel was ik verbaasd waarom Google interesse had om projectontwikkelaar te worden en er bovendien 50 miljoen Canadese dollar voor uit te trekken (nu weet ik waarom). Daniel Doctorow, de CEO van Sidewalk Lab, stelde me gerust met de verklaring dat de realisatie van een mensgericht stadsontwerp voorop staat en niet technologie: Expect very little of the value we create is about technology[1].

Het bleek dat ik te goedgelovig was. Maar laten we bij het begin beginnen.

In maart 2017 deed Waterfront Toronto, een ontwikkelingsmaatschappij in eigendom van de overheid, een oproep om voorstellen in te dienen om het oude havengebied van Toronto te transformeren in een sustainable mixed-use, mixed-income neighborhood. Sidewalk Labs diende een 200-pagina’s omvattend plan in voor een nieuw soort stad: Modular, dynamic wooden carbon-negative buildings that could easily be adapted to new uses, affordable housing, subterranean utility channels, outdoor spaces for walking and biking and designed to minimize the impacts of bad weather. Public transport and self-driving cars instead of private cars take care of transportation[2].De burgers van Toronto zouden worden betrokken bij een gezamenlijk planningsproces dat een jaar zou duren, met live gestreamde presentaties, rondetafelgesprekken, workshops en een zomerkamp voor kinderen.

Een collage van impressies hoe Quayside Toronto zou kunnen gaan uitzien: Tekeningen: Sidewalk Labs

Sidewalk deed geen moeite om te verbergen dat zijn belangstelling verder ging dan Quayside en het gehele 800 hectare grote havengebied betrof. Het bedrijf kondigde ook aan dat het gebied from the Internet up zou worden ontwikkeld mede met behulp van ubiquitous sensing. Volgens waarnemers zou het gebied de grootste sensor- en cameradichtheid ter wereld krijgen. Waterfront Toronto geloofde een partner te hebben gevonden die niet alleen wilde investeren, maar ook in staat was om het ultieme voorbeeld van een smart city te ontwikkelen[3]. Uitgangspunt – zo dacht men – was dat de beoogde dataverzameling ten doel had om de belangrijkste smart city functies te ondersteunen.  Voorbeelden die daarbij werden genoemd waren:

  • smart metering om het elektriciteitsverbruik te verminderen en de distributie van elektriciteit te optimaliseren
  • Displays met real time informatie over aankomst- en vertrektijden van de beschikbare transportopties.
  • Sensoren om verkeers- en voetgangersstromen, alsmede CO2-emissies te meten, mede om het effect van verkeer-beperkende maatregelen te testen.
  • Sensoren ten behoeve van een geautomatiseerd systeem voor afvalinzameling.
  • Een digitaal platform voor gezond eten, ontspanning en stimuleren van de band met de buurt.
  • En meer van dit soort aantrekkelijke zaken.

Vanwege de directe band met gewenste smart cityfuncties, leek de gewenste dataverzameling onproblematisch, te meer daar Sidewalk Labs sympathiseerde met het principe van privacy by default. Dit betekent dat mensen niet om bescherming van hun persoonlijke gegevens hoeven te vragen maar dat hier als vanzelfsprekend in wordt voorzien. De verwachting was dat dataverzameling nooit zou resulteren in gepersonaliseerde profielen van inwoners.

Toen Ann Cavoukian, die al 16 jaar werkzaam was als de commissaris van de provincie Ontario voor informatie en privacy, adviseur werd van de raad van bestuur van Waterfront Toronto, wekte dat het nodige vertrouwen,  hoewel velen zich bleven afvragen hoe Sidewalk Labs (lees Google) zijn geld wil verdienen.

In de loop van het afgelopen jaar stak er in Europa, de VS en Canada een groeiend verzet op tegen de ongebreidelde dataverzameling door giganten als Google, Facebook en Amazon. Facebook werd beschuldigd van het schenden van privacywetten en staat in de VS een enorme boete te wachten. Ook Google moet inmiddels miljarden aan boete betalen aan de EU.  

De database van Google bestaat uit gepersonaliseerde profielen van vele honderden miljoenen mensen, inclusief hun daadwerkelijke locatie en financiële positie. Het bedrijf verdient ontzettend veel geld door data te verkopen aan vele duizenden marketeers op elke plaats op aarde. Data waarmee ze potentiële klanten direct kunnen benaderen met aantrekkelijke voorstellen om te voldoen aan latente materiële of spirituele behoeften. Details werden openbaar gemaakt door inside-stories van voormalige werknemers[4]. Het raffinement én het effect van de invloed die marketeers op onze gedachten en ons gedrag proberen uit te oefenen, stemt tot nadenken.

Een wetenschappelijk rapport van Douglas C. Schmidt, hoogleraar Computer Science aan de Vanderbilt University, onthult welke gegevens Google verzamelt en hoe[5]. Vooral gebruikers van Android en Chrome zijn een makkelijk doelwit, ook als ze hun telefoon niet actief gebruiken. Onderstaande illustratie toont de informatie die Google in één dag heeft verzameld van één specifieke persoon. Na de publicatie van het rapport gaf Google geen commentaar op de inhoud ervan, maar volstond met de geloofwaardigheid van de auteur in twijfel te trekken: “Dit rapport is ……. geschreven door een getuige voor Oracle in hun lopend geschil met Google over copyright. Het is dus geen verrassing dat het zeer misleidende informatie bevat. ” Prof. Schmidt antwoordde dat hij meer dan twee jaar geleden eenmalig was uitgenodigd als getuige-deskundige in het proces van Oracle versus Google inzake eerlijk gebruik van copyrights[6].

Persoonlijke data van een gebruiker van een Androïd telefoon gedurende een dag. De grijze stippen bevatten onder andere locatiegegevens die werden verzameld terwijl de telefoon niet actief werd gebruikt – Tekening: Pamela Saxon (Vanderbilt University).

Publicaties als voornoemd geven inzicht in wat Sidewalk Labs zou kunnen bedoelen met development from the Internet up en ubiquitous sensing. Ook Ann Cavoukian was geschokt; ze zei: Once people’s interests and comings and goings are [tracked], it would be a nightmare. In haar hoedanigheid als adviseur van de raad van bestuur van Waterfront Toronto vroeg Cavoukian om een eenduidig verbod op het verzamelen van persoonlijke gegevens. Een belofte die Sidewalk Labs zei niet te kunnen doen, waarna ze zich terugtrok, samen met een aantal andere adviseurs.

Blayne Haggert – Foto Brock University

Tijdens een persoonlijke ontmoeting schoof mijn Canadese collega, de politicoloog Blayne Haggart, de puzzelstukjes van de betrokkenheid van Google in elkaar[7]. Sidewalk Labs wil een ‘digitale laag’ bouwen over Quayside met behulp van een robuuste verzameling API’s (application programming interfaces). Deze stellen ontwikkelaars in staat om toepassingen te maken ten behoeve van inwoners en bedrijven. Hoe groter de hoeveelheid en de diversiteit van de te verzamelen gegevens hoe groter de inkomsten voor Sidewalk Labs zijn. Dit verdienmodel dat volledig aansluit bij de kernactiviteiten van Google, is nooit expliciet gemaakt. Het verklaart wel waarom Sidewalk Labs onmogelijk afstand kon nemen van het gebruik door derden te personaliseren gegevens.

De gretigheid van Google om betrokken te worden bij de ontwikkeling van smart cities heeft niets te maken met affiniteit met stedenbouw, noch met het creëren van smart city ‘gadgets’ zoals adaptieve verlichting, ondergronds afvaltransport of energie-neutrale huizen. Het belang van Google is ubiquotous sensing van het leven van de bewoners om zijn al enorme verzameling gepersonaliseerde profielen uit te breiden met real-time kennis van waar mensen zijn, wat ze willen of doen. Daarmee worden geïnteresseerde bedrijven voor veel geld voorzien van bruikbare marktinformatie. Bovendien ligt het in Sidewalk Lab’s bedoeling om zusterbedrijven, zoals Waymo (autonome taxis) een belangrijke rol te laten spelen in de herontwikkeling van het havengebied van Toronto[8].

Als Sidewalk Labs niets anders was geweest dan een projectontwikkelaar met de ambitie om een ​​smart city te bouwen, deed het bedrijf tot nu toe goede dingen. Het zou een passende beloning hebben gekregen voor zijn werk voor Quayside en zou zeer waarschijnlijk ook betrokken worden bij de rest van Waterfront Toronto. Maar dit is niet de reden waarom Google Sidewalk Labs heeft opgericht.

De eerste les die steden kunnen leren van Quayside, is de noodzaak van expertise met betrekking tot databeheer en om van daaruit regels te formuleren voor de samenwerking met commerciële partijen[9]. Een stadsbestuur moet ondubbelzinnig voorschrijven hoe gegevens worden verzameld, gebruikt en beheerd. Het bestuur van Toronto Waterfront en het stadsbestuur van Toronto hebben dit overduidelijk nagelaten. 

De tweede les is dat alle plannen voor stadsontwikkeling moeten expliciteren hoe deze bijdragen aan de levenskwaliteit van de burgers, en waarom de verzameling van bepaalde data daarbij een middel is. Niets minder, niets meer[10].


[1]http://smartcityhub.com/governance-economy/googles-sidewalk-labs-takes-the-lead-in-smart-city-development-in-toronto/

[2]Molly Sauter: Google’s Guinea-Pig City: Will Toronto turn its residents into Alphabet’s experiment? The answer has implications for cities everywhere. https://medium.com/the-atlantic/googles-guinea-pig-city-e022e50aa7d

[3]Sidney Fussel:  City of the Future Is a Data-Collection Machine  https://medium.com/the-atlantic/the-city-of-the-future-is-a-data-collection-machine-b06e0b9a1dba

[4]Hier is de eerste aflevering van een reeks: https://medium.com/s/story/the-complete-unauthorized-checklist-of-how-google-tracks-you-3c3abc10781d

[5]https://bloximages.newyork1.vip.townnews.com/wsmv.com/content/tncms/assets/v3/editorial/f/1b/f1bc6c94-a539-11e8-905a-136f4f930796/5b7bff66f1d7a.pdf.pdf

[6]https://phys.org/news/2018-11-google-scrutiny-digital-privacy.html

[7]Blayne Haggard & Zachary Spicer: Infrastructure, Smart Cities and the Knowledge Economy 

Paper ten behoeve van de conferentie Making the smart city safe for citizensop 28 en 29 november, 2018 te Heerlen (Open Universiteit).

[8]https://medium.com/radical-urbanist/googles-next-big-product-the-city-de642eefc369

[9]https://stadszaken.nl/smart/gebiedsontwikkeling/1953/is-de-slimme-stad-straks-van-google

[10]Zie mijn overzicht van uitdagingen voor stadsbesturen om een humane stad te ontwikkelen: http://smartcityhub.com/collaborative-city/long-read-beyond-the-smart-city-challenges-for-a-humane-city/

Maken autonome auto’s autorijden veiliger?

Voor wat betreft de toekomst van het autogebruik moet een onderscheid worden gemaakt tussen zelfsturende en autonome auto’s. Vooral deze laatste kunnen een grote bijdrage aan de veiligheid leveren, in het bijzonder als auto’s met bestuurders van de weg worden verbannen.

Autonome testauto. Foto: Waymo

Degenen die denken dat autonome auto’s zullen bijdragen aan een meer leefbaar milieu, verwijzen ook naar de potentiële redding van miljoenen levens. De meeste uitspraken over de veiligheid van bestuurders, fietsers, voetgangers en niet te vergeten dieren in een wereld van zelfsturende auto’s zijn echter speculatief. Eén ding is zeker, op dit moment, zeggen de meeste mensen – 63% van alle automobilisten in de VS – bang te zijn om in autonome voertuigen te rijden. Dit percentage steeg tot 73% na enkele recente dodelijke ongelukken die wereldwijde aandacht kregen[1].

Ongevallen

Op 18 maart 2018 raakte een Uber zelfsturende auto een vrouw die met haar fiets de straat overstak. De verplicht aanwezige medewerkster lette niet op de weg, maar bekeek de diagnostische instrumenten, wat was toegestaan. Minder dan een seconde voor de crash zag zij het naderende onheil en ze slaagde erin de snelheid te verminderen. Analyses achteraf tonen dat ‘het systeem’ de vrouw 6 seconden voor de crash identificeerde als ‘een onbekend object’ en dat het 4,7 seconden later een noodstop wilde maken, ware het niet dat het Uber-team deze functie had uitgeschakeld.

Minder dan een week later veranderde een Tesla Model X zonder enige noodzaak van richting, sloeg tegen een betonnen barrière, vatte vlam en de bestuurder werd gedood. Net als een ander dodelijk ongeval met een Tesla Model S, had de bestuurder de ‘autopilot’ ingeschakeld op een weg waar het gebruik ervan niet was toegestaan ​​en hij had ook zijn handen van het stuur gehaald.

Automatische en autonome auto’s

De mogelijkheden van auto’s om zichzelf te besturen verschillen in grote mate. Om deze reden heeft de Society of Automotive Engineers (SAE) een classificatie op zes niveaus ontwikkeld (figuur hieronder)

Bron: Society of Automotive Engineers

Niveaus van automatisering

Deze classificatie laat zien dat SAE-niveau 2-auto’s in staat zijn om te sturen en te accelereren onder specifieke omstandigheden zoals autosnelwegen en alleen overdag. Onder deze omstandigheden kunnen bestuurders veilig hun handen van het stuurwiel houden, tenminste als de nationale wetgeving dat toestaat. Zodra de invloed van de omgeving op sturen en accelereren toeneemt, bijvoorbeeld op een weg met kruispunten en verkeerslichten, moet de chauffeur de besturing overnemen. 12 miljoen voertuigen kunnen in 2018 geclassificeerd worden als SAE-niveau 2.

Bedrijven zoals Lyft, Uber en Google zijn doende om zich te kwalificeren voor de hogere niveaus. Hun dure auto’s (tot $ 250.000) monitoren de omgeving waar zij rijden met camera’s, radar, Lidar en HD-kaarten. Een goed werkend SAE-niveau 3 systeem maakt het mogelijk dat bestuurders hun ogen van de weg kunnen houden en zich met andere activiteiten bezighouden. De enige voorwaarde is dat ze in staat moeten zijn om onmiddellijk het rijden over te nemen zodra ‘het systeem’ een disengagement signalgeeft, wat betekent dat het de situatie niet langer kan hanteren.

Voor auto’s zonder bestuurder die bestemd zijn om goedkope taxidiensten aanbieden, is SAE-niveau 3 ontoereikend. Op SAE-niveau 4 daarentegen kunnen auto’s zelf alle voorkomende problemen oplossen, gegeven bepaalde omstandigheden, zoals autowegen, daglicht en een voorgeschreven snelheid. SAE-niveau 5 maakt het mogelijk om onder alle omstandigheden zonder bestuurder te rijden[2]. Geen enkele van de bestaande autonome modellen voldoet aan deze laatste norm[3].

The Mercedes-Benz F 015 Luxury in Motion Foto Mercedes

Hoewel SAE-niveau 5 de ultieme ambitie is, heeft de auto-industrie geen haast om de bestuurder achter het stuur te verwijderen. Hun missie is de komende jaren zoveel mogelijk elektrische auto’s te verkopen aan particulieren, met (semi-) automatische systemen als nuttige hulpmiddelen, tegen extra betaling. Daarbij is het consolideren van SAE-niveau 3 hun voornaamste prioriteit.

Aan de andere kant kunnen bedrijven als Google, Lyft en Uber niet wachten om hun ‘vloot’ op als SAE-niveau 4 te laten kwalificeren, wat de weg opent naar taxi’s zonder chauffeur.

Vooruitgang

Elk jaar maakt Navigant Research een ranking bekend van bedrijven die zelfrijdende voertuigen ontwikkelen (zie onderstaande tabel)[4]. In 2017 bevinden Waymo, een dochteronderneming van Alphabet, en Cruise, een divisie van GM, zich in een leidende positie, terwijl Apple, Uber en Tesla achterblijven, wat het onverantwoordelijke testgedrag van Uber zou kunnen verklaren.

Ranking automobiel- en technologiebedrijven. Bron: Navigant Research (openbaar domein)

De frequentie van de disengagement signals tijdens de eerste helft van 2017 illustreert hoe deze bedrijven ervoor staan. Waymo-auto’s reden gemiddeld 9000 km voordat de aanwezige medewerker moest ingrijpen. De medewerkers van Cruise moesten een beetje beter opletten en gemiddeld tijdens elke 2000 km eenmaal het stuur overnemen. Uber-chauffeurs werden om de 20 km gewaarschuwd.

Zowel Waymo als Cruise verwijzen naar steeds betere resultaten tijdens het afgelopen jaar.  Zij hebben dan ook toestemming gekregen om binnen in een buitenwijk van Phoenix (Waymo) en in delen van San Francisco  (Cruise) taxidiensten aan te bieden in auto’s zonder chauffeur. Overigens voorlopig nog wel met een medewerker van de desbetreffende bedrijven aan boord[5].

Uber’s slechte prestaties zijn strategisch voor het bedrijf een veel ernstiger probleem dan die van Tesla. Uber heeft een SAE-level 4 classificatie nodig om goedkope taxi’s te introduceren. Het leeuwendeel van de klanten van Tesla valt voor de rijkwaliteit van deze auto en staat niet te wachten om ‘het systeem’ al het werk te laten doen. 

De auto’s van Waymo hebben ruim 9 miljoen testkilometers gereden zonder ernstige ongevallen en bij geen van de ongelukken was de auto zonder bestuurder in de fout gegaan[6]. Tijdens al deze ritten was een medewerker van het bedrijf aan boord, die in staat was om op disengagement signalste reageren en kwaad te voorkomen. Wat de ongelukken waarbij Uber en Tesla zijn betrokken onthullen over veiligheid is dat Uber’s Volvo-auto’s zeker nog niet klaar zijn voor autonoom rijden op SAE-niveau 4. De auto-pilot van Tesla zit ergens tussen SAE-niveau 2 en 3 en bestuurders moeten daarom ook in de zelfsturende modus waakzaam zijn en deze uitsluitend gebruiken onder de door de fabrikant aangegeven omstandigheden.  

Juridische aspecten 

In juridisch opzicht zijn er grote verschillen tussen geautomatiseerde voertuigen (SAE-niveau 2 en 3, dus met bestuurder) en autonome voertuigen (SAE-niveau 4 en 5, zonder bestuurder). De regelgeving met betrekking tot de laatste categorie is overal ter wereld buitengewoon stringent[7]. De hiervoor beschreven ongelukken met auto’s op SAE-niveau 2, wijzen erop de omschrijving van de omstandigheden waaronder rijden ‘op de automatische piloot’ is toegestaan ​​scherper gedefinieerd en stringent nageleefd moeten worden[8].

De weg naar SAE-niveau 5 is nog lang. Auto’s zonder bestuurder hebben te maken met onvoorspelbaar gedrag van kinderen, voetgangers, fietsers en door mensen bestuurde auto’s maar ook met kuilen, omleidingen, versleten wegmarkeringen, calamiteiten en onduidelijke signalen van verkeersregelaars[9]. Verkeerslichten kunnen ook een probleem zijn; de hele wereld heeft een Uber-auto kunnen zien rijden door het rode licht.

https://embed.theguardian.com/embed/video/technology/video/2016/dec/15/uber-self-driving-car-drives-through-red-light-in-san-francisco-video

Tot nu toe, en in de (nabije?) toekomst, is de bouw van auto’s zonder bestuurder gebaseerd op veilige deelname aan het verkeer dat wordt gedomineerd door bestuurde auto’s en andere weggebruikers. Echte vooruitgang in veiligheid zal pas worden bereikt zodra auto’s zonder bestuurder in staat zijn om met elkaar te communiceren en de aanwezigheid van door mensen bestuurde auto’s op de openbare weg is verboden[10]. Veiligheid zal er bovendien baat bij hebben als de stedelijke omgeving wordt hervormd in zones waar autonome auto’s domineren en zones die bestemd zijn voor fietsers en voetgangers. In dit geval verschuift de focus van de discussie van de bijdrage van autonome auto’s aan veilig rijden naar hun bijdrage aan de kwaliteit van de leefomgeving. Veiligheid is dan geen technologisch probleem meer, maar een stedenbouwkundige opgave.


[1]Zie voor een uitgebreid verslag van de oorzaken van deze ongelukken: https://medium.com/@parismarx/are-self-driving-cars-really-safer-than-human-drivers-56a72bde2f41

[2]https://medium.com/@miccowang/autonomous-driving-how-autonomous-and-when-ce08182cfaeb

[3]Dit artikel geeft een overzicht van de stand van zaken van de ontwikkeling van zelfsturende en autonome auto’s voor een aantal automerken: https://www.engineering.com/DesignerEdge/DesignerEdgeArticles/ArticleID/15478/Driverless-Cars–The-Race-to-Level-5-Autonomous-Vehicles.aspx

[4]https://www.navigantresearch.com/reports/navigant-research-leaderboard-automated-driving-vehicles

[5]https://medium.com/enrique-dans/autonomous-vehicles-will-soon-transport-passengers-without-a-driver-in-california-24fca913ceb8

[6]http://www.umich.edu/~umtriswt/PDF/UMTRI-2015-34_Abstract_English.pdf

[7]https://www.wired.com/story/californias-plan-regulate-self-driving-car-biz/

[8]https://medium.com/@miccowang/autonomous-driving-how-autonomous-and-when-ce08182cfaeb

[9]https://medium.com/reclaim-magazine/all-hail-the-robot-car-8d672221b18e

[10]https://www.fhwa.dot.gov/pressroom/fhwa1703.cfm

Waterstof: Vooral geopolitiek bepaalt toekomstige rol

Het zijn niet technische overwegingen die de rol van waterstof in de toekomstige energievoorziening bepalen, maar de bereidheid om grote hoeveelheden waterstof in te voeren.

Waterstof opslag. Foto NASA (publiek domein)

Ik sta eerst stil bij de productie en de toepassing van waterstof als brandstof. Daarna komt de beschikbaarheid ervan aan de orde.

De productie van waterstof

Het proces van elektrolyse brengt water in aanraking met elektriciteit met als resultaat zuurstof en waterstof. Geen enkele schadelijke emissie dus. Schadelijke emissie ontstaat wel als bij de productie van waterstof ‘grijze’ stroom wordt gebruikt. Groene waterstof is gemaakt met elektriciteit, afkomstig van schone energiebronnen. Van blauwe waterstof is sprake als de vrijkomende CO2 tijdens de productie van elektriciteit wordt opgevangen en opgeslagen. Het onderstaande filmpje toont op begrijpelijke wijze hoe in het proces van elektrolyse waterstof wordt gemaakt.

De voor- en de nadelen van waterstof.

Het belangrijkste nadeel van waterstof is dat 60% van de energetische waarde verloren gaat als je elektriciteit gebruikt om waterstof te maken en deze daarna weer wordt omgezet in elektriciteit met behulp van een ‘brandstofcel’. Stroom bewaren in een accu levert maar 5% rendementsverlies op.

Soms wordt ook wel gewezen op het gevaar van waterstof: De ramp met de Hindenburg in 1937, een reusachtige zeppelin gevuld met waterstof. Achteraf blijkt dat de waterstof niet de oorzaak van deze ramp was. 

Waterstof is minder gevaarlijk dan aardgas. Je loopt in elk geval geen kans op koolstofmonoxidevergiftiging.

Het grote voordeel van waterstof is dat het goed kan worden opgeslagen, zeker in de vorm van vloeibare ammoniak. Ammoniak kan makkelijk weer worden omgezet in waterstof. Waterstofgas gedraagt zich hetzelfde als aardgas; je hebt er alleen de dubbele hoeveelheid van nodig en daarom branders met iets grotere gaatjes. Ook moet er een kleurstof worden toegevoegd, want waterstof brandt onzichtbaar.

De opslag van waterstof

Een kilo waterstof levert ongeveer evenveel energie als een volgelaten Tesla Power Wall. Een tank met 60.000 m3 ammoniak komt overeen met ruim 200 miljoen kilowattuur. Dat is de jaarproductie van een 30 moderne windturbines op land. Als die tanklading daarna weer omgezet wordt in elektriciteit, hebben daarvoor 75 windmolens een jaar staan draaien.

De conclusie is overduidelijk: Sla overtollige elektriciteit zo veel mogelijk op in accu’s en gebruik ammoniak alleen als je opgewekte stroom langdurig wilt opslaan of desnoods als je van de ammoniak weer waterstofgas maakt. Het rendementsverlies is dan ‘maar’ 30%. Met dit inzicht is het mogelijk om de potentiële toepassingen van waterstof te beoordelen[1].

Industriële toepassingen

Waterstof is een onvervangbaar hulpmiddel in de chemische industrie, ook vanwege de hoge temperatuur die ermee kan worden bereikt.

Groene waterstof levert een bijdrage aan de verduurzaming van de industrie. Een aantal bedrijven in Zeeland en België wil daartoe een waterstofnetwerk tussen Vlissingen en Gent aanleggen.

Fiets op waterstof. De Alpha 2.0. Foto Pragma Industries

Vervoer

Inmiddels zijn er voor alle vormen van vervoer – zelf fietsen[2]– op waterstof aangedreven varianten beschikbaar. 

Met het voorgaande in gedachten is waterstof als brandstof voor personenauto’s tamelijk onzinnig. De actieradius is ongeveer 600 km en het tanken gaat snel, maar het verschil met elektrische auto’s wordt snel kleiner. Er zijn nog maar weinig automerken die gaan voor personenauto’s op waterstof, waaronder Toyota. Vermeldenswaard is de ontwikkeling een hybride auto, die rijdt op elektriciteit en waarvan de accu onder het rijden wordt opgeladen door een brandstofcel. Hier werkt Daimler aan, na de ontwikkeling van een volledig door waterstof aangedreven personenauto te hebben stopgezet.

Voor andere transportmiddelen kan het oordeel positiever uitvallen[3]. De regel is, hoe groter de gewenste actieradius en hoe zwaarder vervoermiddel en lading zijn, des te meer de voordelen van waterstof opwegen tegen het gebruik van accu’s. Te denken valt aan bussen, vrachtauto’s maar ook aan vliegtuigen en schepen[4]. De provincie Groningen en QBuzz  experimenteren met bussen op waterstof. De 20 bussen gaan rijden op de lange trajecten. Dit in tegenstelling tot de rest van het wagenpark, dat op termijn geheel elektrisch zal zijn omdat laden in de dienstregeling kan worden ingepast. 

Verwarming

Waterstofgas is in principe een bruikbare vervanger van aardgas. Netbeheerder Stedin gaat groen waterstofgas inzetten om de woningen van een appartementencomplex in Rotterdam te verwarmen. De waterstof wordt lokaal geproduceerd en via speciale gasleidingen verder getransporteerd[5](foto). Voor deze oplossing is viermaal zoveel elektriciteit nodig dan voor een warmtepomp, uitgaande van een goede isolatie.

Waterstofinstallatie in Rotterdam (blauwe containers) en het appartementencomplex (links midden) dat met waterstof verwarmd zal worden. Foto: DNV GL

Woningcorporaties overwegen niettemin om waterstof in te zetten als alternatief voor dure isolatie van oudere woningen. Tenzij waterstof heel goedkoop kan worden ingevoerd, zal het een dure oplossing blijven. De kans is daarom groot dat verwarming op waterstof of biogas zal zijn voorbehouden aan historische binnensteden, waar weinig alternatieven zijn.

De conclusie is dat het gebruik van Nederlandse zonne- of windenergie voor de productie van waterstof een kostbare zaak is[6].Er is een grote hoeveelheid elektriciteit voor nodig. Het is zeer de vraag of we daarvoor hier opgewekte groene elektriciteit moeten gebruiken. Deze is hard nodig voor de elektriciteitsvoorziening en alleen daarvoor moet het areaal wind- en zonne-energie vele malen groter worden dan nu.

Geopolitieke aspecten

Waterstof kan beter worden geïmporteerd, net als steenkool indertijd. De productiekosten van zonne-energie in woestijngebieden liggen aanzienlijk lager dan die in Europa. Dit komt vooral door de aanzienlijk grotere lichtintensiteit, waardoor de opbrengt van zonnepanelen en -collectoren tweemaal zo groot is[7]. Zonne-energie zal dan worden omgezet in waterstof en met name ammoniak en kan per tanker worden vervoerd. De lage prijs compenseert het lagere rendement.

De toekomstige exportlanden van waterstof zijn – jawel – de huidige Golfstaten.  En dat ligt gevoelig.

 Pas als de internationale betrekkingen stabieler worden, zal van invoer op grote schaal sprake zijn en krijgen de voornoemde toepassingen van waterstof een reële kans.


[1]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/energie/30369/waterstof-toepassingen

[2]https://www.pragma-industries.com/products/light-mobility/

[3]https://www.businessinsider.nl/zijn-waterstofautos-in-de-toekomst-onmisbaar-deskundigen-denken-van-wel-dit-is-waarom/

[4]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/logistiek/30429/is-waterstof-de-duurzame-oplossing-voor-de-binnenvaart?utm_source=nieuwsbrief&utm_medium=e-mail&utm_campaign=Daily+Focus+12+November

[5]https://www.stedin.net/over-stedin/pers-en-media/persberichten/eerste-huizen-verwarmd-met-waterstof-komen-in-rotterdam-rozenburg

[6]In het navolgende artikel rekent Thijs van den Brinck de kosten door van het gebruik van waterstof voor een aantal toepassingen. Zeer lezenswaardig: http://www.wattisduurzaam.nl/15443/energie-beleid/tien-peperdure-misverstanden-over-wondermiddel-waterstof/

[7]http://www.wattisduurzaam.nl/5969/energie-opwekken/zonne-energie/zonnestroom-mexico-duikt-4-dollarcent-per-kilowattuur/

Smart grid: waar sociale en digitale innovatie samenkomen

Als consumenten ook elektriciteit gaan produceren zijn zowel digitalisering van het netwerk als de vorming van energiecoöperaties een harde noodzaak

 

Electricity supply - picture Pxabay
Elektriciteitsvoorziening – beeld Pixabay

 

De ontwikkeling van ‘smart grids’ (slimme elektriciteitsnetten) leent zich goed om het belang van digitale innovatie te illustreren. Het is ook een voorbeeld van de manier waarop digitale en sociale innovatie elkaar nodig hebben[1].

Elektriciteitscentrales maken nu nog gebruik van een infrastructuur die in zijn geheel is ontworpen voor gecentraliseerde elektriciteitsopwekking, gekenmerkt door eenrichtingsverkeer van producent naar consument.

Naar een gedecentraliseerde elektriciteitsvoorziening

De netwerkstructuur van de toekomst zal een meer gedecentraliseerd karakter hebben en veelal bestaan uit twee of drie lagen. Deze gelaagdheid zal bijdragen aan de stabiliteit van de stroomvoorziening, maar dat kan alleen dankzij vergaande digitalisering. Deze nieuwe structuur is voorop in ontwikkeling. In 2016 werd wereldwijd ongeveer $ 47 miljard besteed aan infrastructuur en software om het elektriciteitssysteem flexibeler te laten werken, hernieuwbare energie te integreren en klanten beter te bedienen.

Steeds meer huishoudens beschikken niet alleen over energie-verbruikende apparaten, maar ook over voorzieningen om elektriciteit op te wekken en op te slaan (warmtepompen, fotovoltaïsche apparatuur, elektrische voertuigen, stationaire batterijen). Veel energieconsumenten worden ook producenten van hun eigen energie (prosumenten) en daarmee ‘beheerders’ van een eigen mini-net. Ze interfereren hiermee met de gangbare stroomvoorziening en dit kan de stabiliteit van het hoofdnet beïnvloeden. Een gevolg kan zijn om de roep om het hoofdnet te verzwaren, wat  miljarden kost.

Digitalisering: voorwaarde voor decentralisering

Het alternatief is om hoofdnet en mini-netten met elkaar laten communiceren. Het beheer van de productie van energie in grootschalige krachtcentrales (inclusief wind- en zonneparken) zal dan plaatsvinden in samenhang met de regulering van de in- en uitstroom van elektriciteit van het hoofdnet naar de mini-netten. Dat kan ook inhouden dat er signalen worden gegeven aan huishoudens om batterijen te laden of te ontladen en zelfs om de productie van energie te stoppen.

De beheersing van de verschillende elektriciteitsstromen vraagt om een geautomatiseerd monitoring- en controlesysteem. De uitwisseling van gegevens tussen mini-netten en hoofdnet heeft veel privacyaspecten, vooral als de netbeheerder toegang invloed krijgt op wat zich ‘achter de meter’ afspeelt. Om deze reden is een tussenlaag tussen hoofdnet en mini-netwerken van prosumenten zeer gewenst.

Het zijn lokale energiecoöperaties die de laag vormen tussen huishoudens en hun mini-netten en het hoofdnet, beheerd door de netbeheerder en van stroom voorzien door elektriciteitsbedrijven. Over coöperaties heb ik elders geschreven[2].

De energiecoöperatie: noodzakelijke schakel in energiebeheer

Een energiecoöperatie is een samenwerkingsverband van een kleine of middelgrote groep huishoudens. Huishoudens kunnen hierdoor hun overschotten en tekorten aan stroom onderling uitwisselen zonder directe tussenkomst van de netbeheerder of de elektriciteitsproducenten. De netbeheerder krijgt te maken met de overschotten en tekorten van het lokale net als geheel, waarmee de noodzaak om te interfereren in de mini-netten van individuele huishoudens vervalt.

De regulering van de stroom van en naar de mini-netten vindt plaats op coöperatieniveau. De coöperatie kan haar regulerende taak verder versterken door de ontwikkeling van lokale energiebronnen (wind- of zonnepark of aardwarmte) en de opslag daarvan in een districsbatterij. Het is zelfs mogelijk om lokale netwerken tijdelijk los te koppelen van het hoofdnet. Hierdoor ontstaat een situatie van autarkie, waardoor de veerkracht van het netwerk toeneemt bij storingen en calamiteiten[3].

 

Smart grid bron Phoenix contact
Een Smart grid: Afbeelding: Phoenix Contact

 

Flexibele energieprizen: basis voor stabiliteit stroomvoorzienig

In een drievoudig gelaagde netwerkstructuur moeten vraag en aanbod van energie op twee plaatsen in evenwicht worden gehouden: Tussen huishoudens en energiecoöperatie en tussen energiecoöperatie en netbeheerder en elektriciteitsmaatschappijen. Deze structuur is een garantie voor stabiliteit in de energievoorziening op elk van de drie niveaus. Flexibele prijzen voor elektriciteit spelen hierbij een belangrijke rol. Dankzij het feit dat stroomproductie en -consumptie real-time worden gevolgd, kan de prijs van de elektriciteit van minuut tot minuut worden vastgesteld. In eerste instantie voor de coöperatie als geheel, maar eventueel ook voor elk huishouden afzonderlijk. Dit laatste kan aan interessant zijn voor huishoudens die zelf veel investeren in opslagcapaciteit en de batterijen volledig vullen als de prijs van elektriciteit laag is. Dit alles gebeurt langs digitale weg zonder tussenkomst van mensen, op basis van vooraf onderhandelde algoritmen.

Lage prijzen kunnen bijvoorbeeld resulteren in het automatisch laden van alle beschikbare batterijen, maar tegelijkertijd kunnen de elektriciteitsmaatschappijen besluiten om een deel van de stroom te gebruiken voor de productie van waterstof om zo de voorraad van duurzame energie aan te vullen.

De onderstaande video illustreert hoe een slim lokaal netwerk kan werken:

Dankzij de tussenkomst van een energiecoöperatie wordt Interferentie met de privacy van individuele prosumenten weliswaar niet beperkt, maar wel inzichtelijk gemaakt. Bovendien weten ze precies waaruit deze interferentie bestaat en zijn ze bij de sturing ervan betrokken.

Digitale en sociale innovatie komen samen

De energiecoöperatie is een plaats waar technische en sociale innovatie samenkomen[4]. Prosumenten beslissen samen over de algoritmen die de stroom van elektriciteit binnen het lokale netwerk beheren. Bijvoorbeeld wanneer alle beschikbare batterijcapaciteit wordt gebruikt (de inkoopprijs is laag) en wanneer stroom wordt verkocht aan het hoofdnet (de prijs is hoog). Zie hiervoor een kleinschalig voorbeeld in Amsterdam. Maar ze bepalen onder extreme omstandigheden ook wanneer huishoudens de productie van elektriciteit moeten matigen, bijvoorbeeld omdat de collectieve opslagcapaciteit van de coöperatie vol is en de capaciteit van het hoofdnet maximaal benut is waardoor de verkoopprijs van elektriciteit aan het hoofdnet negatief is. Waar de leden van de coöperatie samen de algoritmen binnen de coöperatie vaststellen, onderhandelen hun vertegenwoordigers met over de algoritmes van de netbeheerder en de betrokken elektriciteitsbedrijven.

Wellicht nog belangrijker is dat de leden van een coöperatie samen worden geconfronteerd met een steeds groter aantal opties om gezamenlijk energie te produceren, bijvoorbeeld door zelf een zonnepark te ontwikkelen of door collectieve deelname aan de bouw van een windmolen. Op lange termijn zijn deze opties veel goedkoper dan elk dak vol te leggen met zonnepanelen. Elders schreef ik over de kleine gemeenschap van Feldheim (Duitsland) die energie-autarkisch werd door collectieve besluitvorming, gedreven door het streven naar de laagst mogelijke kosten[5].

Het elektriciteitsnet van de toekomst zal de waarden van digitalisering en menselijke samenwerking omarmen: Het zal actieve sturing door prosumenten van vraag en aanbod van elektriciteit mogelijk maken en het gebruik van schone energie stimuleren.

[1]Deze post bevat veel informatie uit een recent boek: Promoting Digital Innovations to Advance Clean Energy Systems. Geredigeerd door Varun Sivaram, juni 2018. Dit boek kan gratis worden gedownload: https://cfrd8-files.cfr.org/sites/default/files/report_pdf/Essay%20Collection_Sivaram_Digital%20Decarbonization_FINAL_with%20cover_0.pdf

[2]https://www.expirion.nl/blog-19–energietransitie–samenwerken-verrijkt.html

[3]https://www.fastcompany.com/90263250/this-new-florida-neighborhood-has-zero-emissions-tons-of-smart-tech-and-is-hurricane-proof?utm_source=postup&utm_medium=email&utm_campaign=Fast%20Company%20Daily&position=2&partner=newsletter&campaign_date=11082018

[4]https://wp.me/p32hqY-1Ei

[5]https://www.expirion.nl/blog-20–feldheim–100–energie-autarkisch.html

 

Zijn windmolens rechts en zonnepanelen links?

De berekeningen van het rendement van zonneweiden loopt sterk uiteen. Het lijkt erop dat om politieke redenen sterk gemajoreerd wordt

Unknown-1

Dat de energietransitie serieus is, dringt door tot steeds meer mensen. De versnelde afbouw van de aardgaswinning heeft daarbij de rol van wake-up call gespeeld[1].

Om in Nederland alle fossiele brandstoffen te vervangen door duurzame energie, zijn nodig: 75.000 windturbines (vermogen 3 megawatt; opbrengst 6,5 miljoen kWh per stuk)[2]of 3000 km2 zonnepanelen (bij een vermogen van 300 wattpiek per jaar per paneel van 1,7 m2), of uiteraard een combinatie hiervan.

Bovendien is opslagcapaciteit vereist voor de vraag naar energie in piekperioden. De voornoemde aantallen vallen lager uit als een deel van de gewonnen energie gebruikt wordt voor warmtepompen en de productie van waterstof.

Er kan geen plan ter tafel komen voor met name de opwekking van windenergie of een verontruste groep burgers heeft allerlei bezwaren: huizen verliezen hun waarde, er dreigen allerlei ziekten, de horizon vervuilt[3]. Bij zonnepanelen worden veel minder bezwaren gehoord. Dit bevreemdt niet; tot dusver konden deze op daken, schuren en fabriekshallen tamelijk onzichtbaar worden weggestopt. Daar is nog veel meer ruimte. De  vraag naar zonnepanelen zal echter dermate stijgen dat – net als in Duitsland – aanleg van grootschalige zonneparken noodzakelijk is. Daar zijn uiteraard evenzeer esthetische bezwaren tegen te bedenken.

Vooral de linkerzijde van het politieke spectrum lijkt een voorkeur te hebben voor zonneparken.

screenshot4
Animatie van zonnepark van 1 km

Ik heb eens goed gekeken naar een voorstel van D’66 om in de nabijheid van Utrecht een grootschalig zonnepark aan te leggen in plaats van de door de gemeente voorgestelde plaatsing van windmolens[4]. Het gaat daarbij om 125.000 zonnepanelen op een oppervlak van 25 ha. Wat daarbij vooral opvalt, is het gemak waarmee men de cijfers naar zijn hand weet te zetten.

Twee voorbeelden, zonder diep in te gaan op de berekeningswijze.

In de eerste plaats zijn 5000 zonnepanelen per hectare erg veel. Het kan wel, maar dat moeten ze vrijwel vlak op de grond komen te liggen (oost-west opstelling). Het becijferde rendement wordt dan zeker niet gehaald. Dat rendement wordt alleen behaald als de panelen op stellages haaks op de zon worden gezet (zuid opstelling). Dit leidt tot minder panelen per ha. omdat de afstand tussen deze stellages vrij groot moet. De panelen staan anders een deel van de dag in elkaars schaduw en presteren dan aanzienlijk slechter.

screenshot2
Oost-west opstelling

In de tweede plaats gaat men ervan uit dat 10.000 huishoudens van stroom kunnen worden voorzien. Dat gaat al niet lukken vanwege de lagere opbrengst. Bij de veronderstelde opbrengst van 26.000.000 kilowatt per jaar betekent dit dat per huishouden 2600 kilowatt beschikbaar is. De energiebehoefte van een gemiddeld huishouden is echter 3250 – 3500 kilowattuur per jaar.

screenshot3
Zuid-opstelling

In Nederland zijn talloze plannen voor windparken of zonneweiden in voorbereiding en elk voorziet in een berekening van de verwachte opbrengst[5]. Geen van deze plannen majoreert zo extreem als het plan van D’66 in Utrecht.

Wat wel opvalt zijn de grote verschillen tussen de aannames waarop men zijn berekening baseert:

Het rendement van de zonnepanelen, het aantal panelen per ha, het aantal huishoudens dat kan worden bediend. Daarnaast worden voortdurend vermogen (in piekwatt) en opbrengst (in kilowattuur) verwisseld.

Het onderliggende probleem is het nagenoeg afwezig zijn van vergelijkbare gegevens over de feitelijke stroomproductie van bestaande zonneparken en windmolens. Er is een studie, verricht door een dochter van de Universiteit van Wageningen met een ontnuchterend resultaat[6]: Een ha. levert energie voor 150 huishoudens bij de gunstigste opstelling en de best presterende panelen.  Er is drie achtereenvolgende jaren gemeten met verschillende typen zonnepanelen en opstellingen.

screenshot
Proefopstelling onderzoek Universiteit Wageningen

Het belangrijkste bezwaar tegen deze studie is dat het resultaat berust op extrapolatie. Er is berekend dat bij de gekozen opstelling 2000 panelen per ha mogelijk zijn.  Deze opstelling zelf, laat staan opstellingen met meer panelen, zijn nooit getest. In elk geval contrasteert het aantal van 2000 panelen wel erg met alle andere plannen in uitvoering en zeker met de 5000 panelen per ha. waar D’66 in Utrecht van uitgaat. Overigens constateert deze studie ook dat plaatsing van zonnepanelen lucratiever kan zijn dan voortzetten van het agrarische bedrijf.

Het bovenstaande leidt tot twee conclusies:

  1. Er is dringend behoefte aan feitelijke gegevens over het gerealiseerde rendement van zonne- en windparken, uitgaande van verschillende aantallen en opstellingen van panelen.
  2. Discussie over de keuze tussen zonnepanelen of windmolens is niet aan de orde. Beide manieren om energie op te wekken zijn complementair (zie afbeelding) en ze moeten beide maximaal worden gebruikt[7].

grafiek_zonnepanelen_winddelen

De centrale vraag is welke zijn qua energieopbrengst de beste en in visueel opzicht de minst slechte plaatsen voor beide typen parken.

Zeker is dat de planvorming een aanzienlijke versnelling behoeft om de hiervoor genoemde aantallen zonnepanelen en windmolens voor 2050 te realiseren.

In mijn volgende blogpost sta ik stil bij de berekening van de opbrengst van windmolens.

 

[1]https://www.expirion.nl/blog-4–waar-halen-we-energie-vandaan-in-toekomst-.html

[2]https://www.windenergie.nl/windenergie-op-land/feiten-en-cijfers

[3]http://www.duurzamebrabanders.nl/blog/2015/02/zonneweide-vergeleken-met-windpark-voor-drenthe/

[4]https://utrecht.d66.nl/content/uploads/sites/3/2014/01/Project-Zonneweide.pdf

[5]https://www.rvo.nl/sites/default/files/2016/09/Grondgebonden%20Zonneparken%20-%20verkenning%20afwegingskadersmetbijlagen.pdf

[6]http://edepot.wur.nl/336567

[7]https://www.windcentrale.nl/blog/windmolens-of-zonnepanelen/

De energietransitie is niet gebaat met spierballentaal

In plaats van de gaskraan voor huishoudens overhaast af te sluiten moeten alternatieven onderzocht en beproefd worden.

Duurzaamheid - carbon pollution_1
Over een paar jaar zal mogelijk blijken dan VVD-minister Wiebes de belangrijkste game changer was in de ontwikkeling naar een duurzame economie. Tegelijkertijd weten we nog weinig over hoe de economie gaat uitzien. Er zijn maar twee ‘zekerheden’: Binnen een jaar of 30 is duurzame brandstof het nieuwe normaal en is productie afhankelijk van opnieuw te gebruiken materalen.

Veel vragen zijn nu nog niet te beantwoorden.

Het gaat dan onder andere om wat dan de belangrijkste energiebronnen zijn, hier en elders ter wereld. wat de prijs van energie is en wat een circulaire economie betekent voor onze welvaart.

screenshot kopie

We gaan een transitietraject in waarin zich voortdurend nieuwe mogelijkheden voordoen of voor mogelijk gehouden oplossingen afvallen. Overheden en bedrijven moeten – uitgaande van deze onzekerheden – andersoortige transitieplannen maken dan de rationeel aandoende verandertrajecten waarvan men zich thans bij voorkeur bedient. In essentie betekent dit:

  • Veel opties open te houden.
  • Uiteenlopende alternatieven gelijktijdig beproeven.
  • Burgers, bedrijven en instellingen oproepen hetzelfde te doen.
  • Alternatieven voortdurend te evalueren.

En misschien wel het belangrijkste:

  • Communiceren, communiceren en nog eens communiceren.

Wat in elk geval niet moet gebeuren, is één oplossing verheffen tot heilige graal. De ferme taal van de installatiebranche, de fabrikanten van cv-installaties, milieuorganisaties en de energiesector die oproepen tot een verbod op de verkoop van cv-ketels is hier een voorbeeld van.

gasvlam

In plaats daarvan moeten met gezwinde spoed zo veel mogelijk alternatieven worden onderzocht, beproefd, ingevoerd en gefaciliteerd. Alternatieven die op korte termijn zoden aan de dijk zetten verdienen extra prioriteit. Bijvoorbeeld grootschalig gebruik van aardwarmte om grootgebruikers van het gas af te krijgen. Slechts 10% van het Nederlandse aardgas is bestemd voor huishoudelijk gebruik en daarom is het zinloos miljoenen huishoudens nu al op hoge kosten te jagen door onvoldoende uitontwikkelde alternatieven als (hybride) warmtepompen en infraroodkachels te propageren. Faciliteer huishoudens die dat nu al willen en evalueer samen met hen de resultaten.

Communiceren, communiceren en nog eens communiceren betekent in de praktijk:

  • Voorlichten over de noodzaak van de op handen zijnde energietransitie.
  • Eerlijk zijn over alle onzekerheden; niemand weet hoe veel gas, tegen welke prijs en voor hoe lang aangekocht kan worden in het buitenland als de kraan in Groningen definitief dicht gaat.
  • Informeren op maat (bijvoorbeeld door wijkgebonden teams) over wat de betrokkenen individueel te wachten staat en welke (keuze)opties er zijn.
  • Adviseren van bewoners wat ze al nu kunnen doen, bijvoorbeeld isolatie verbeteren en zonnepanelen aanschaffen.

Foto Smaack CC

De energietransitie is een gigantisch proces, dat zich hoe dan ook geleidelijk zal voltrekken. Zeker is dat er in de komende jaren elk jaar minder gas beschikbaar is en gespreid over een periode van 15 –  20 jaar de meeste Nederlanders overstappen op een alternatieve energiebron.

Wat vooral voorkomen moet worden is symbolisch beleid.

Een voorbeeld van symbolisch beleid is de discussie of de Haagse regeringsgebouwen van het gas af moeten. Er zijn immers veel argumenten om het Binnenhof en andere monumentale gebouwen en stadsdelen aangesloten te houden op een (op termijn) duurzame (bio)gasvoorziening. Dit om ingrijpende en dure aanpassingen te voorkomen.

Het is onverstandig om burgers te dwingen keuzen te maken, zo lang er nog diverse opties open zijn. Ik zou zeggen, vervang je cv-ketel nog niet als dat niet hoeft. Als dat wel moet, bijvoorbeeld omdat de oude stuk is, huur dan een nieuwe.

Ik zelf hoop binnen drie jaar all electric te gaan, liefst helemaal op groene stroom. Ik kijk uit naar dat moment en heb behoefte aan voorlichting op maat, state-of-the-art apparatuur, enige subsidie maar niet aan spierballentaal.

Aarde, lucht en water. Ook duurzame energiebronnen

Grootschalige winning van zone- en windenergie is niet voldoende. Mede ter vervanging van aardgas zijn warm- en koud-waternetten onmisbaar. Deze gaan met forse stedenbouwkundige ingrepen gepaard.

Samenleving - airconditionars

Verreweg de belangrijkste opgave van het Parijse energieakkoord is het zoeken naar alternatieven voor fossiele brandstoffen. Veel landen zijn daar allang mee bezig, maar Nederland loopt achter; aardgas heeft ons een halve eeuw verwend.

Inmiddels denken gemeenten na over de transitie naar duurzame energie én het beste alternatief voor aardgas. Uitsluitend gebruik van – schone – elektriciteit is kostbaar en bovendien is het net er niet op berekend. Biogas is op sommige plaatsen een alternatief, maar ook dat kent zijn bezwaren. Daarom wordt er behalve aan zonne- en windenergie gedacht aan een aanzienlijke uitbreiding van warm- en koud-waternetten, of te wel thermische districtsenergie.

Voorbeeld 1: Parijs

Parijs heeft het oudste en meest omvangrijke warm en koud waternet van Europa, waarbij onder andere de Seine wordt gebruikt voor koeling. De stadsverwarming van Parijs bedient het equivalent van 500.000 huishoudens, waaronder 50% van alle sociale woningen, alle ziekenhuizen en 50% van de openbare gebouwen, zoals het Louvre. Er wordt naar gestreefd om in 2020 60% duurzame energie te gebruiken.

Thermische districtsenergie

Thermische districtsenergie is gebaseerd op ondergrondse leidingen die stoom, warm en koud water transporteren naar huizen, gebouwen en fabrieken. De productie vindt overwegend decentraal plaats in district-energiecentrales.

Het UNEP-rapport District Energy In Cities; Unlocking the Potential of Energy Efficiency and Renewable Energy[1] is een uitstekende gids voor gemeentebesturen die uitbreiding van de warm- en koud-waternetten overwegen en dus ook nieuwe district-energiecentrales moeten bouwen. Het was ook de bron van inspiratie, afbeeldingen en grafieken van deze blogpost.

District-energiecentrales bestaan al vele jaren. Hun efficiëntie is veel groter dan de productie van warm en koud water door individuele gebruikers, ondanks rendementsverlies in de leidingen (zie schema hieronder).

rendement district energie

Hetzelfde geldt uiteraard voor de productie van CO2. Dankzij de uitbreiding van stadsverwarming heeft Denemarken de CO2-uitstoot sinds 1990 al verlaagd met 20%.

Voorbeeld 2: Frankfurt

Frankfurt heeft zich ten doel gesteld om voor 2050 af te stappen van het gebruik van fossiele energiebronnen voor stadsverwarming. Door de bouw van nieuwe district-energiecentrales zal bovendien de energie-efficiëntie verbeteren. De districtscentrales zullen onder andere afvalwarmte gebruiken.

Moderne zogenaamde 4de generatie systemen gebruiken verschillende energiebronnen waardoor een stapsgewijze afbouw van het gebruik van fossiele brandstoffen mogelijk is. Momenteel is 20% van alle energiebronnen van de districts-energiecentrales in de EU, duurzaam, inclusief waterkracht.

Warmtepomp

De warmtepomp van Helsinki, Katri Vala, vangt warmte af uit het afvalwater van de stad.

Hoe werkt het?

District-energiecentrales leveren stoom, warm water van verschillende temperaturen en koelwater en elektriciteit, dankzij het gebruik van warmtekrachtsystemen: Gasturbines, brandstofcellen of verbrandingsmotoren drijven dan generatoren aan die elektriciteit produceren. De warmte die daarbij vrijkomt wordt gebruikt voor stadsverwarming. Als er elektriciteit ‘over’ is, kan deze ook worden gebruikt voor de productie van warm water dat in grote boilers wordt opgeslagen.

Vierde generatie district-energiecentrales halen tevens warmte uit de ondergrond, uit afvalwater en desnoods uit de lucht met behulp van warmtewisselaars en warmtepompen[2]. Deze warmte kan ook worden gebruikt voor de productie van koud water (vergelijk de werking van een koelkast). Voor koeling kunnen ook ‘gratis’ bronnen worden gebruikt, zoals water uit zeeën, meren, rivieren, waterhoudende grondlagen en koelafval.

Voorbeeld 3: Dubai

In Dubai is 70% van het elektriciteitsverbruik bestemd voor airconditioning. Daarom ontwikkelt de stad ‘s werelds grootste koud waternet, waarop tegen 2030 40% van alle airconditioners zullen zijn aangesloten. Districtskoeling zal het elektriciteitsverbruik van Dubai met 50% verminderen.

Onderstaande figuur geeft een samenvatting van alle energiebronnen die een 4de generatie districtscentrale kan gebruiken.

Vierde generatie districh energie

Waar kan het?

In de meeste landen, waaronder Nederland, kunnen op veel meer plaatsen dan nu warm en koud waternetten worden aangelegd. De belangrijkste voorwaarden zijn:

  • Middelgrote tot grote concentraties van huizen en gebouwen om rendementsverlies in de leidingen te beperken;
  • Mogelijkheid om in bestaande huizen en gebouwen verwarmingsinstallaties te moderniseren (warme lucht- en vloerverwarming, plaatsing grotere radiatoren)
  • Mogelijkheid voor de aanleg van een nieuw netwerk voor warm (en eventueel) koud water;
  • De beschikbaarheid van voldoende voorraden ondergronds water (warm of koud);
  • Bij voorkeur de aanwezigheid van warm of koud industrieel afvalwater;
  • Ideaal is als tegelijkertijd een nieuwe riolering kan worden aangelegd bestaande uit afzonderlijke systemen voor zwart- en voor grijs afvalwater. De warmte van dat laatste kan via een warmtewisselaar worden gebruikt bij het opwarmen van water of lucht.

Zonnecentrale

Een grote thermische zonne-installatie met warmteopslag sluit aan op een stadsverwarmingsnetwerk in Brædstrup, Denemarken.

Grote lokale verschillen

Bij nieuwbouw kunnen huizen en gebouwen worden voorzien van verwarmingsinstallaties die toekunnen met warm water van een veel lagere temperatuur dan vroeger nodig was. Dit opent de weg naar grootschalige inzet van warmtepompen en -wisselaars. Hierdoor hoeven district-energiecentrales minder heet water te produceren wat warmteverlies tijdens het transport vermindert. In combinatie met lokaal opgewekte zonne-energie kan dan probleemloos van aardgas worden afgezien.

In nieuw te bebouwen gebieden met een lagere dichtheid is aansluiting op het warm en koud waternet meestal niet rendabel. In dat geval kunnen nieuwe huizen en gebouwen – behalve van zonnepanelen – ook worden voorzien eigen warmtewisselaars en warmtepompen. Zo’n installatie kan ook voor een klein aantal huizen worden gebouwd, die dan op een mini warm en koud waternet aangesloten worden.

Indien het niet mogelijk is om de verwarming in huizen en gebouwen te moderniseren dan blijft de levering van heet water (90 graden Celsius) noodzakelijk. Als het eveneens onmogelijk is om elektriciteit op te wekken met eigen zonnepanelen, dan kan moeilijk worden ontkomen aan de levering van biogas via delen van het nog bestaande gasnet. Dit geldt met name voor oude historische binnensteden.

Vraag en aanbod in kaart brengen

De eerste stap naar de aanleg van warm en koud waternetten is het maken van gedetailleerde kaarten van alle potentiële energiebronnen aan de ene en de vraag naar energie aan de andere kant.

Een uitstekend voorbeeld van een dergelijke inventarisatie is de Boston Community Energy Study: Exploring the Potential for Local Energy Generation, District Energy, and Microgrids (2015)[3].  Bij het in kaart brengen van de vraag is gebruik gemaakt van een door het MIT ontworpen simulatie om de energievraag op het niveau van individuele huizen en gebouwen te schatten. Gebruik van realistische gegevens was om overwegingen van privacy niet mogelijk. Vervolgens is in kaart gebracht waar zich ondergrondse warmwatervoorraden bevinden, waar zonnecollectoren geplaatst kunnen worden, welke bedrijven en instellingen afvalwater (warm en koud) beschikbaar hebben, waar al leidingen lopen en al district-energiecentrales staan. De studie identificeerde tweeënveertig districten in Boston waar districtsenergie een bruikbaar alternatief kan zijn.

Mapping amsterdam

Kaart uit de Energieatlas van Amsterdam

Andere steden hebben ook het potentieel voor districtsenergie in kaart gebracht. Amsterdam heeft een energieatlas[4] uitgegeven. Deze atlas biedt vergelijkbare informatie op wijkniveau. De makers van de atlas verwachten dat deze informatie bottom-up initiatieven zal stimuleren, die door de gemeente kunnen worden gesteund.

Aarde, lucht en water zijn onschatbare bronnen voor toekomstige verwarming en koeling, aangevuld met een beperkte hoeveelheid biogas. Zon en wind zijn de belangrijkste bronnen voor elektriciteit. Inspanningen moeten zijn gericht op de ontwikkeling van alle bronnen tegelijkertijd, waarbij een stabiele levering van duurzame energie voor de groot- en kleingebruikers gewaarborgd is.

[1] https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/9317/-District_energy_in_cities_unlocking_the_potential_of_energy_efficiency_and_renewable_ene.pdf?sequence=2&;isAllowed=

[2] Wikipedia bevat een uitstekende uitleg van de werking van warmtepompen, warmte wisselaars en warmtekrachtkoppeling.

[3] http://www.bostonplans.org/getattachment/d52c36d5-2b1a-40e3-b4cd-3d4fa01ed4e6

[4] https://www.amsterdam.nl/bestuur-organisatie/organisatie/ruimte-economie/ruimte-duurzaamheid/making-amsterdam/publications/sustainability-0/energy-atlas/