Tag Archives: zonnepanelen

Wat iedereen moet weten over de energietransitie

17 Jun

koeien-in-weiland

Of, hoe hou je verjaardagspartijtjes gezellig?

De Nederlandse politiek, het bedrijfsleven en de milieubeweging lijken elkaar gevonden te hebben in het streven naar een samenleving zonder CO2-uitstoot[1]. Naarmate meer personen zich de consequenties daarvan realiseren, komen er meer vragen maar ook meer weerstand. Dat kan ten koste gaan van de sfeer van menig verjaardagspartijtje of ander gezellig samenzijn. Daarom zou eigenlijk iedereen het volgende moeten weten en de moeite moeten nemen om deze saaie blogpost te lezen, zo niet van buiten te leren.

Vooraf

Enkele basale begrippen

Watt:

Maat voor elektrisch vermogen. Een zonnepaneel met een vermogen van 300 watt produceert onder ideale omstandigheden een constante ’stroom’ van 300 watt. Daarom wordt in dit geval van wattpiek gesproken.

Joule / kilowattuur

Maten voor de hoeveelheid geproduceerde energie binnen een gegeven hoeveelheid tijd.

  • 1 joule is de productie (of het verbruik) van 1 watt per seconde.
  • 1 kilowattuur is de productie (of het gebruik) van 1000 watt gedurende een uur.

Het energieverbruik van een gemiddeld huishouden per jaar

Aardgas: 1500 m3; komt overeen met 15.000 kilowattuur

Elektriciteit : 3500 kilowattuur

Brandstof:

Benzineauto bij 20.000 km per jaar en verbruik 1: 20. Dit is 1000 liter en komt overeen met 10.000 kilowattuu

Elektrische auto (BMWi3) gebruikt bij 20.000 km per jaar 3200 kilowattuur.

Treinreis: 1 km (benzine)auto = 4 km per trein.

Vliegtuigreis: 1 km (benzine)auto = 1 km per vliegtuig

Unknown-3

De zon als energieleverancier

Vermogen per paneel

Het vermogen van een zonnepanelen varieert van 250 – 350 wattpiek.

Dat wil zeggen dat ze onder ideale omstandigheden (loodrechte inval van zonnestraling, alle dagen per jaar gedurende 8 uur per dag) 250 resp. 350 kilowattuur aan elektriciteit per jaar produceren.

Dergelijke ideale omstandigheden doen zich in Nederland niet voor. Uitgangspunt is daarom dat een paneel van 300 wattpiek gemiddeld 250 kilowattuur per jaar oplevert.

Voor het gemiddelde huishouden zijn 14 zonnepanelen voldoende zijn om de behoefte aan elektriciteit te dekken. 

Zonne-energie in Nederland

In 2015 was het opgesteld vermogen voor de productie van zonne-energie 2000 megawatt op een oppervlak van 12 km2. Dit is voldoende stroom voor ongeveer 450.000 huishoudens.

Dat zal naar verwachting groeien naar 6000 megawatt in 2020.

Ter vergelijking, de in 2015 geopende Eemshavencentrale van RWE heeft een vermogen van 1500 megawatt.

Het ruimtebeslag van zonnepanelen

Zonnepanelen zijn verspreid over daken van particulieren en bedrijven, maar ze kunnen ook ‘grondgebonden’ zijn (zonneparken, zonneweiden).

Panelen op dak:

Het aantal panelen dat op een dak past varieert sterk. Op een schuinstaand dakoppervlak van 100 x 100 m. zonder ramen en schoorstenen passen ongeveer 4500 zonnepanelen (stroom voor 350 gemiddelde huishoudens).

Grondgebonden panelen[2]

Op een zonneweide van 1 ha passen ongeveer 2500 zonnepanelen. Dit is goed voor 175 gemiddelde huishoudens.

Bij een aanzienlijk groter aaneengesloten oppervlak loopt dit aantal op tot 4500 panelen – of meer – per ha (goed voor ruim 350 gemiddelde huishoudens).

Soms lenen grote oppervlakten zich voor de plaatsing van windmolens en zonnepanelen tegelijkertijd.

De kosten van een zonnepark van 100.000 panelen (25 ha) bedragen ongeveer €25 miljoen.

59AF0F5B-1ABB-42CB-B024-9C8288284F3E

De wind als energieleverancier

Windenergie in Nederland

In 2015 stonden in Nederland 2500 windmolens die elektriciteit opwekten met een gezamenlijk vermogen van 3000 megawatt.

Het vermogen per windmolen (in megawatt) groeit snel. De molens die nu in windparken op land worden geplaatst hebben per stuk een vermogen van 3,5 megawatt.

Het vermogen van windmolens op zee loopt inmiddels op tot 10 megawatt.

Vollasturen

De tijd die windmolens energie produceren wordt herleid op zogenaamde vollasturen. Het aantal vollasturen op land wordt gesteld op 2500 en dat op zee op 4000. Er zijn overigens ook vermeldingen van hogere en lagere waarden in omloop.

Een windmolen met een vermogen van 3,5 megawatt op land levert 8,75 miljoen kilowattuur aan energie (goed voor 2500 gemiddelde huishoudens)

Een windmolens met een vermogen op van 10 megawatt op zee levert 40 miljoen kilowattuur aan energie (goed voor 11.500 gemiddelde huishoudens)

Ruimtebeslag van windmolens

Windmolens moeten voldoende onderlinge afstand hebben. Deze is afhankelijk van de straal van de wieken.:

Bijvoorbeeld

Een windmolenpark in Drenthe telt 50 molens van 3 megawatt op een oppervlak van 500 ha. Zij leveren samen 320 miljoen kilowatt aan vermogen. Men gaat uit van 2000 volwinduren, wat 640 miljoen kilowattuur oplevert. Dit is stroom voor 90.000 gemiddelde huishoudens. De kosten bedroegen € 200 miljoen.

 

Energieverbruik in Nederland

We onderscheiden doorgaans vijf gebruikersgroepen: gebouwde omgeving, industrie, verkeer, landbouw, overig (waaronder luchtvaart).

Een andere indeling is: verkeer en vervoer, land- en tuinbouw, industrie en huishoudens (exclusief autogebruik)

De productie van energie

Om energie te maken gebruiken we grondstoffen, ook wel energiedragers genoemd. Deze grondstoffen voeren we in, winnen we zelf en/of voeren we uit. Hieronder tref je een overzichtelijk schema aan.

screenshot 2

Bron: Compendium voor de leefomgeving 2017

Energiedragers ondergaan doorgaans verschillende bewerkingen. Bijvoorbeeld aardgas, aardolie en steenkool worden omgezet in elektriciteit maar ook in talloze chemische producten. Bij deze omzettingen treedt energieverlies op.

Een deel van de energiedragers wordt gebruikt voor niet-energetische toepassingen, bijvoorbeeld in chemische industrie. Deze zijn inbegrepen in het totale energieverbruik van 3155 petajoule dat het schema vermeldt.[3]

Mix aan energiedragers

Het aandeel van de afzonderlijke energiedragers (voor energetische en niet-energetische toepassingen) is in de periode 2000 – 2015 gewijzigd[4]:

  • Het aandeel van aardgas is afgenomen van 47% naar 39% in 2015;
  • het aandeel kolen nam toe van 10% naar 15%.
  • Het aandeel van olie (38%) is licht gestegen.
  • Het aandeel hernieuwbare bronnen is toegenomen van 1,6% naar 5,8%. Dit groeit naar verwachting tot 12,4% in 2020 en tot 16,7% in 2023.

Zie hiervoor ook de onderstaande figuur

screenshot 4

Bron: Nationale energieverkenning 2017

Binnen de categorie hernieuwbare bronnen steeg het aandeel van zon en wind en daalde het aandeel van biomassa. In 2015 kwam nog meer dan 60 procent van de energie uit biomassa. In 2023 is dat naar verwachting iets minder dan 50 procent.

Elektriciteitsgebruik

Het elektriciteitsverbruik in Nederland zal tot 2030 stabiel zijn en ongeveer 412 petajoule bedragen. Groeiende efficiency zorgt voor daling en groeiend gebruik door elektrische auto’s en van meer apparaten – denk aan datacenters – voor toename.

Het aandeel van elektrische auto’s in het elektriciteitsverbruik is 2016 ongeveer 6 petajoule en zal stijgen tot 20 petajoule in 2030.

Als je het elektriciteitsverbruik voor huishoudens (81 petajoule) vergelijkt met het totale verbruik (3155 petajoule), of alleen het totale elektriciteitsverbruik (412 petajoule) dan moet je vaststellen dat de opmerking dat een wind- of zonnepark voor zoveel duizend huishoudens elektriciteit levert niet tot overmatig optimisme mag leiden.

 

Energieverbruik in de toekomst

Is een koolstofarm of -vrij Nederland haalbaar?

Ja, afgaande op berekeningen van het Planbureau van de leefomgeving[5]. Er moet wel aan vier voorwaarden worden voldaan:

  • Groot aandeel van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen in combinatie met voldoende opslagcapaciteit
  • Afvangen en opslaan van CO2 (CCS; carbon capture and storage)
  • Gebruik van biomassa
  • Energiebesparing

De kosten van de energietransitie worden geschat op € 25 miljard per jaar.

Mix van energiedragers

Het Parijse energieakkoord gaat uit van beperking van de CO2-uitstoot met ongeveer 95%. Dit betekent een geheel andere mix van energiedragers voor de productie voor energetische en niet-energetische doelen.

Bij de samenstelling van deze mix zijn de volgende componenten beschikbaar:

  • Hernieuwbare energiebronnen als de zon, de wind en aardwarmte
  • Overige ‘schone’ energiebronnen als hydro-energie en kernenergie
  • Biomassa, ook als bron voor de productie van biogas en als grondstof voor de chemische industrie
  • Steenkool, aardgas en aardolie, in combinatie met het opvangen en bewaren van CO2 (CCS; carbon capture and storage)
  • Waterstof met elektriciteit als ‘grondstof’
  • Lucht (als bron van warmte en koude met behulp van elektrisch aangedreven warmtepompen
  • Invoer van schone energie

Het onlangs verschenenrapport Verkenning van klimaatdoelen, van lange termijn beelden naar korte termijn actie van het Planbureau voor de leefomgeving [6](oktober 2017) laat zien dat elke mix heeft voor- en nadelen heeft. Hoe meer fossiele grondstoffen worden gebruikt, hoe meer CCS vereist is. Hoe meer elektriciteit wordt gebruikt, des te ingrijpender zijn de gevolgen voor de infrastructuur, maar hoe minder verliezen er tijdens het productieproces optreden.

capture-decran-2018-02-21-a-08-32-07

De opgave waarvoor Nederland staat: productie van 2000 – 2500 petajoule per jaar bij 95% reductie CO2

Het voornoemde rapport gebruikt verschillende modellen om bij gewenste bijdrage van de afzonderlijke componenten aan elk van de mixen vast te stellen.

Elke mix moet tussen 1800 – 2500 petajoule per jaar opleveren, afhankelijk van de omvang van de verliezen tijdens het productieproces (verschil tussen primair energieverbruik en finaal energieverbruik). Hoe meer elektriciteit wordt gewonnen met hernieuwbare bronnen, des te lager zijn deze verliezen.

Het aandeel van elektriciteit in de productie van elektriciteit in elk van de mixen is daarom groot, variërend tussen de 900 – 1300 petajoule.

Ik ga hierna in op de maximale productie van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen. Uitgangspunt daarbij is de opwekking van 1250 petajoule met zonne- en windenergie en van 50 petajoule met overige ‘schone’ bronnen.

De keuze van de overige componenten van de mix laat ik voor het moment buiten beschouwing.

Zonne- en windenergie moeten beide maximaal worden ingezet; ze vullen elkaar goed aan, Hierbij geldt dat minimaal ⅔ van energie afkomstig dient te zijn van de wind (835 petajoule; 235 miljard kilowattuur) en ⅓ van de zon (415 petajoule, 115 miljard kilowattuur)

Hoeveel windturbines leveren samen 235 miljard kilowattuur windenergie op?

Het huidige geplaatste vermogen (4000 megawatt) levert 10 miljard kilowattuur op.

Het resterende vermogen (225 megawatt) kan komen uit 3000 molens extra op het land (3,5 megawatt capaciteit, 2500 volwinduren) Dit levert ruim 25 miljard kilowattuur aan capaciteit.

De overige 200 miljard kilowattuur zou moeten komen van 5.000 molens op zee (10 megawatt, 4000 volwinduren)

Volgens de Nederlandse Windmolen Associatie is er op de Noordzee plaats voor 25.000 windmolens met een capaciteit van 10 megawatt, waarvan er 3400 kunnen staan op het Nederlandse deel[7]. Uiteraard zijn ook andere combinaties denkbaar, maar het plaatsen van windmolens op land is veel lastiger te combineren met andere vormen van landgebruik en zal meer weerstand oproepen.

Duurzaamheid - Zonnepanelen en windmolens 4

Hoeveel zonnepanelen leveren samen 115 miljard kilowattuur zonne-energie op?

Het huidige geplaatste vermogen aan zonnepanelen is ruim 2000 megawatt, hetgeen 2 miljard kilowattuur oplevert.

Nog te plaatsen zijn daarom 452 miljoen panelen (vermogen 300 wattpiek).

Deloitte heeft onlangs berekend dat er in Nederland 892 km2 bruikbaar dakoppervlak is. Daarop passen in totaal 270 miljoen panelen[8]. Het is aan te bevelen om deze capaciteit met voorrang te benutten.

Er resteren dan 182 miljoen panelen (45 miljard kilowattuur). Deze zullen een ‘grondgebonden’ karakter moeten hebben. Ervan uitgaande dat er 450.000 panelen op een km2 grond geplaatst kunnen worden, betekent dit dat ongeveer 400 km2 aan grond met zonnepanelen bedekt moet worden. De grond kan deels dezelfde zijn al waar ook windmolens komen te staan.

screenshot2

Het venijn zit in de staart

Op dit moment lijkt de energietransitie een breed draagvlak te hebben. Naarmate de implicaties duidelijker worden, zal het verzet toenemen. Gezien het ingrijpende karakter van de transitie is dat begrijpelijk. Maar om diezelfde reden is ook een breed draagvlak nodig. Daarom is een constructieve en open discussie gewenst. De volgende tegenwerpingen zullen vrijwel zeker worden gehoord; ze laten zich goed van een wederwoord voorzien

De opwarming van de aarde is het gevolg van klimaatsverandering. De vele miljarden voor duurzame energie zijn daarom weggegooid geld. Er is nog voor vele tientallen jaren olie- en steenkoolreserves en in deze periode moet worden door alternatieven voor de periode daarna.

Het is zeer wel mogelijk dat we ons in de aanloop naar een warmere periode bevinden. Zeker is dat een eventuele ‘natuurlijke’ opwarming versneld wordt door menselijk handelen. Het afbouwen van de CO2-emissie zal de desastreuze gevolgen van klimaatverandering – een proces dat duizenden jaren duurt – zeker vertragen. Bovendien verdwijnen in een koolstofvrije economie ook andere emissies, zoals fijnstof die in elk geval een negatief effect op onze gezondheid hebben.

De gevaren van kernenergie worden schromelijk overdreven. Kernenergie is schoon en een uitstekend alternatief voor fossiele brandstoffen. Voor de toekomst bieden alternatieven, zoals kernfusie en thorium-reactoren, mogelijk nog veiliger oplossingen.

De gevaren van kernenergie mogen niet worden onderschat, waarbij terrorisme een niet te verwaarlozen rol speelt. Bovendien zadelen we vele generaties na ons op met de opslag van radioactief afval, evenmin niet zonder gevaren.

Er zijn veel betere plaatsen te vinden voor de plaatsing van windmolens dan in mijn directe omgeving

Er is inderdaad een zeer zorgvuldig proces nodig waarin op een transparante manier alternatieven voor vestigingsplaatsen van zonne- en windparken vergeleken worden. Het streven om zo veel mogelijk windenergie op zee te halen en zonnepanelen zo veel mogelijk op daken te leggen helpt.

Het is onrealistisch om Nederland al in 2050 voor 95% karboonvrij te hebben

Dat zou best wel eens kunnen. We moeten echter af van de traditionele manier van projectmatige planning. Nederland karboonvrij in 2050 is de stip aan de horizon. We moeten terug redeneren vanaf dat punt en vervolgens stap voor stap aan de slag gaan om dit ambitieuze doel te bereiken. Van elke eerstvolgende stap kan het tijdsbeslag worden ingeschat.  Als we langer over de tussenstappen doen, komt het voorlopige einddoel verder weg te liggen. Dat is echter te prefereren boven een aanpak die nu al inzet op de realisering van minder ambitieuze doelen op lange termijn.

De grootste bedreiging van de realisering van de plannen is overigens het gebrek aan voldoende vakmensen. Niet aan geld.

[1]http://themasites.pbl.nl/energietransitie/

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

[3]http://www.clo.nl/indicatoren/nl0201-aanbod-en-verbruik-van-energiedragers

[4]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2017-nationale-energieverkenning-2017_2625.PDF

[5]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/PBL-2011-Routekaart-energie-2050-500083014.pdf

[6]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2017-verkenning-van-klimaatdoelen-van-lange-termijnbeelden-naar-korte-termijn-actie-2966.pdf

[7]http://www.nwea.nl/standpunten/wind-op-zee/visie-nwea-op-windenergie-op-zee

[8]https://www2.deloitte.com/nl/nl/pages/data-analytics/articles/zonnepanelen.html

 

Advertenties

Zijn windmolens rechts en zonnepanelen links?

11 Mei

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/