Is duurzame electriciteit mogelijk?
windmolens, zonnepanelen, waterkrachtcentrales, getijdencentrales, geothermische energie
Electriciteit
Root server » TechTalk » Electriciteit » Generatoren » Duurzame electriciteit
Met duurzame electriciteit bedoelen we energie die CO2-neutraal opgewekt wordt: windmolens, zonnepanelen, waterkrachtcentrales, getijdencentrales, geothermische energie, golfslagcentrales, enz. Dit zijn hernieuwbare energievormen.

Dit artikel is gedeeltelijk gebaseerd op deze bron

Om de europese milieudoelstellingen te halen moeten we overgaan naar meer hernieuwbare energievormen. In de meeste europese landen is dit windenergie en zonneenergie. In bepaalde landen komt daar nog bij: waterkrachtcentrales, getijdencentrales, geothermische energie, golfslagcentrales, maar op het europees niveau zijn deze energievormen onbeduidend.

We moeten de CO2 uitstoot beperken door minder fossiele brandstoffen te gebruiken: vooral het verbranden van steenkool (nagenoeg zuivere koolstof) levert veel CO2 op. Door de verhoogde concentraties CO2 in de atmosfeer verandert het klimaat: meer stormen, meer hevige regens in bepaalde regios, meer droogte in de woestijnen. Door de verhoging van de temperatuur gaan de poolkappen smelten. Dit heeft niet alléén een verhoging van het zeespiegel tot gevolg, maar ook een verdere temperatuursverhogging: poolijs weerkaatst immers de warmtestralen van de zon, terwijl zeewater de warmte opneemt.

Zo ontstaat er een vicieuze cirkel die moeilijker en moeilijker te verbreken wordt: de inspanningen die geleverd moeten worden, worden steeds zwaarder. In ieder geval weet men al zeker dat het klimaat niet meer hetzelfde zal zijn: wetenschappers schatten dat de gemiddelde temperatuur minstens 2° zal stijgen in de komende jaren, en daar kan niets meer aan gedaan worden. Er zullen zwaardere stormen zijn, meer overstromingen en terzelfdertijd ook meer droogtes.

We moeten dus de CO2 uitstoot beperken, daar is geen onkomen aan (wat Trump ook mogen beweren). Maar wat zijn de mogelijkheden? We leggen ze op een rijtje en dan bespreken we ze één voor één:

  • Meer zonnepanelen en wondmolens zodat we geen traditionele thermische centrales meer nodig hebben
  • Verbinden van alle centrales zodat een produktieoverschot in één land in een ander land gebruikt kan worden
  • Opslag van energie als er overproduktie is (batterijen, waterbekkens die gevuld worden als er overproduktie is, enz)
  • Kerncentrales inzetten als vervanging van tradtionele thermische centrales
  • Vraag aanpassen aan het aanbod (en niet omgekeerd zoals nu het geval is)
Bepaalde denkpistes zijn afgevoerd, zoals biomassacentrales. Dergelijke centrales werken op houtafval en kunnen ook een deel huishoudelijk afval verwerken. Maar er is hier sprake van een verbranding, dus productie van CO2. De ecologische balans is niet positief genoeg om de zware investeringen te kunnen verantwoorden.


Geel: opbrengst zonnepanelen
Blauw: opbrengst windmolens
Rood: electrisch verbruik

Het zijn genormaliseerde waarden waarbij de maximale produktie en vraag = 100%.

Verbruik over één maand (één lijn per dag)

1- Meer zonnepanelen en windmolens

Dit lijkt de meest evidente zaak: men moet meer zonnepanelen en windmolens bouwen zodat we minder afhankelijk worden van fossiele brandstoffen. Op jaarbasis overtreft de hoeveelheid energie die men uit de wind kan halen het totaal verbruik. In de zuiderse landen kan men meer energie uit de zon halen dan wat nodig is. Op een gemiddelde dag kunnen de zonnepanelen meer energie leveren dat wat nodig is, en hetzelfde geldt voor de windmolens.

Maar de electriciteitsproduktie is zeer wisselvallig. Het enige wat men kan zeggen is dat de produktie tussen 0 en 100% zal liggen.

  • Over de ganse levensduur van een windmolen zal die gemiddeld tussen de 10 en de 45% van zijn nominaal vermogen geproduceerd hebben.
  • Dit is beter dan een zonnepaneel die gemiddeld tussen de 5 en de 30% van zijn nominaal vermogen zal leveren.
Dit is enkel het geval als de geproduceerde energie effektief gebruikt wordt.

Zou men de mogelijke tekorten niet kunnen opvangen door meer zonnepanelen en windmolens aan te leggen, zodat men zeker is dat er voldoende produktie is? Berekeningen hebben aangetoond dat men een produktiecapaciteit zou moeten opbouwen die tienmaal het gemiddeld verbruik is.

Een nadeel van deze werkwijze is dat er dan vaak een overcapaciteit is. Een deel van de produktie wordt noodgedwongen niet gebruikt omdat de netspanning anders veel te hoog zou worden. Men moet de wieken van de windmolens in zeilstand zetten om de produktie te beperken.

En dan? kan je je afvragen. Dit betekent dat hoe meer capaciteit men voorziet via alternatieve energiebronnen, hoe minder ecologisch alternatieve energie wordt.

Moeilijk te verklaren? Toch niet: de kosten voor het maken van een windmolen of zonnepaneel blijven dezelfde, dat de windmolen efficient gebruikt wordt of niet. Er moet staal geproduceerd worden, beton gemaakt worden, de grondstoffen moeten vervoerd worden enz. Bij het zuiveren van de grondstoffen voor zonnepanelen komen er schadelijke stoffen in het milieu. Het maken van een windmolen of zonnepaneel "kost" dus heelwat aan de maatschappij, zowel in euro's uitgedrukt als in afval en CO2 uitstoot bij de fabricage en vervoer. Als de energie die die windmolen opwekt dan ook nog vernietigd moet worden, dan is de ecologische balans van een zonnepaneel of windmolen zeker niet positief.

Er is een grote uitstoot van CO2 om de zonnepanelen en windmolens te maken en te vervoeren, maar die brengen onvoldoende op om ecologisch rendabel te zijn. De balans gaat des te meer in het rood naarmate men overcapaciteit incalculeert. Ergo: hoe groter het aandeel aan hernieuwbare energie, hoe slechter voor het milieu!

Zou men niet de bestaande centrales kunnen verder gebruiken om verbruikspieken op te vangen? Dit is wat men nu al doet, maar in feite betaalt men tweemaal zijn energie: men betaalt voor de bouw van een windmolenpark EN voor de bouw van een thermische centrale voor het geval er geen wind is (en de mensen klagen nu al dat de electriciteit te duur is).

Een investering van 1GW aan zonnepanelen of windmolens moet aangevuld worden door de bouw van een klassieke electriciteitscentrale van 1GW op aardgas om stroom te leveren als er geen zon en geen wind is.


Energieopbrengst van de windmolens
De gemiddelde poduktie over één maand is mooi evenwichtig,
maar dagelijks kan de produktie nagenoeg variëren tussen 0 en 100%.

2- Meer infrastructuur (verdeling hoogspanning)

En als we nu alle windmolenparken, zonnecentrales, waterkrachtcentrales met elkaar zouden verbinden? Het is niet op alle plaatsen windstil en men heeft ook nog geothermische energie, golfslagcentrales, getijdencentrales etc om de gaten in de produktie op te vangen.

Dit zou enkel kunnen werken op europees niveau. Als het ergens regent (weinig zon en weinig wind) dan is hetzelfde weertype vaak van toepassing op een groot gebied. Dat wilt zeggen dat men kabels moet aanleggen die de totale vraag van België uit Noorwegen of Spanje moet kunnen halen. Dit zijn kosten die niet te verantwoorden zijn, zowel uit economisch als uit ecologisch standpunt.

Kabels bestaan uit koper, dat extreem duur is (aan koperdieven moet je het niet meer vertellen...). Bij het zuiveren van koper moet men gevaarlijke produkten gebruiken die meestal in het milieu terechtkomen (koper wordt vooral ontgonnen in bepaalde afrikaanse landen die de middelen niet hebben om de afvalstromen te recycleren). Het gebruik van aluminium als alternatief is vaak niet beter: om aluminium te maken heeft men... electriciteit nodig, heel veel electriciteit. Zo veel zelfs, dat de meeste aluminiumfabrieken naast kerncentrales of waterkrachtcentrales gelegen zijn, daar waar men over voldoende electriciteit kan beschikken.

Hoe meer kabels men aanlegt, hoe minder optimaal dat ze ook gebruikt zullen worden (hetzelfde probleem als met windmolens en zonnepanelen): om zeker te zijn dat een land altijd genoeg energie kan importeren moeten de kabels extreem overgedimensioneerd zijn. En het gaat hier niet om kabels die België met Nederland verbinden, maar om kabels die van Noorwegen naar Spanje lopen.

Op een electriciteitsfaktuur is de bijdrage van de distributiekosten nu reeds heel hoog. Als men een europees hoogspanningsnet zou willen aanleggen, dan zal die bijdrage nog veel hoger moeten liggen. Ook geen oplossing dus.

En vergeten we niet: zelfs als men de huidige distributieinfrastructuur zou vertienvoudigen, toch moet men rekenen op meer dan 60 dagen waarbij de vraag naar electriciteit niet gedekt kan worden door hernieuwbare energie. Iedere week zou men moeten rekenen op een stroomonderbreking. En om van die 60 dagen naar 30 dagen te gaan moet de infrastructuur nog zoveel malen verzwaard worden... gewoon niet te doen. Hoe meer kabels men aanlegt, hoe minder nuttig ze zijn. De verhoogde capaciteit wordt procentueel minder gebruikt, want de investering onrendabel maakt.

3- Opslag van energie

Zou het niet mogelijk zijn energie op te slaan als er overproduktie is, om die te gebruiken als er meer vraag is? We weten al dat de jaarlijkse electriciteitsproduktie van zonnepanelen OF van windmolens de vraag gemakkelijk kan dekken.

Voor de opslag van energie gebruikt men traditioneel batterijen. Maar de produktie van batterijen vraagt bijzonder veel energie. Daarbij komt nog dat er onvoldende grondstoffen op de wereld aanwezig zijn om efficiente batterijen in voldoende aantallen te maken. Dit geld met name voor lithium: om voldoende batterijen te kunnen bouwen moet men zijn toevlucht nemen tot armere grondstoffen, maar dan heeft men nog meer energie nodig om lithium te zuiveren en komen er meer vervuilende afvalstoffen in het milieu terecht.

Daarbij komt nog dat de levensduur van een lithium accu beperkt is tot 10 jaar (cfr. de batterijen van smartphones die niet langer dan twee jaar meegaan). Na 10 jaar moet men de accus dus recycleren. Er bestaan natuurlijk technologieën die op andere grondstoffen gebaseerd zijn (natrium of kalium in de plaats van lithium), maar deze batterijen zijn nog in ontwikkeling en worden niet in de komende jaren verwacht.

Het opslaan van de energie verloopt niet zonder verliezen. Batterijen slaan de energie op als gelijkspanning, terwijl het electriciteitsnet met wisselspanning werkt (dankt u, Tesla!) Maar ook zuiver chemisch is het rendement van een accu niet 100%: er zijn coulombverliezen en ohmse verliezen, zoals er ijzer- en koperverliezen zijn in transformatoren.

Dus naast de economische en ecologische kost om de batterijen te vervaardigen moet men nog de kost bijtellen van de electrische verliezen. Door de verliezen heeft men minstens 10% meer windmolens nodig, kabels die 10% dikker zijn, omzetters die zwaarder gebouwd moeten worden, enz.

Om één dag zonder zon en zonder wind te kunnen overbruggen moet men zoveel batterijen gebruiken dat het niet realiseerbaar is.

Zou men niet de batterijen van de electrische auto's kunnen gebruiken voor de opslag van energie? Zwijg over de electrische auto's! Als de electrische auto gemeengoed wordt, dan moet het aantal electriciteitscentrales gewoon verdubbeld worden! Benzine en diesel zijn heel geconcentreerde brandstoffen en de motoren zijn zodanig geëvolueerd dat men met één liter brandstof gemakkelijk 10 kilometers kan afleggen. Met 1kWh electriciteit kan men in het beste geval 5km afleggen.

Het enig voordeel van electrische auto's is dat ze meestal 's nachts opgeladen worden, als de vraag naar electriciteit minder is (maar dan is er ook geen zonneenergie, wat van het voordeel een nadeel maakt als men veel zonnepanelen installeert).

Een andere manier om energie op te slaan is in bepaalde waterbekkens: men pomt het water in een hoger gelegen reservoir als er overproduktie is, om het water dan weer naar beneden te laten stromen als er meer vraag naar electriciteit is.

In Coo gebruikt men een dergelijk systeem met twee hoger gelegen reservoirs en één lager gelegen reservoir. De centrale kan gedurende 6 uur een vermogen van 1.164MW leveren (dit is equivalent met één produktie-eenheid van een kerncentrale), nadien moet het water opnieuw naar boven gepomt worden, dit gebeurt met een efficientie van 75%. Dankzij de centrale kan men één produktie-eenheid van een kerncentrale uitsparen. Dit lijkt ideaal om de produktie van zonnepanelen en windmolens in de tijd uit te spreiden, ware het niet dat de kostprijs heel hoog ligt: meer dan één miljoen euro zijn er nodig geweest.

In België was men van plan een kunstmatig energie-atol te bouwen in zee. Voor de kust van De Haan, van Blankenberge of ergens anders, geen enkele burgemeester wou zo'n atol voor zijn kust hebben. Als er overproduktie is wordt het water uit het atol gepomt (de "kuip" is 30 meter diep en reikt tot op de zeebodem), als er meer vraag is laat men water opnieuw binnenstromen en zet men de teruggewonnen energie opnieuw op het net. Dit is zeer aantrekkelijk, maar absoluut onbetaalbaar. Iedereen is het daarover eens (wat heel zelden gebeurt in de politiek).

Dergelijke systemen kunnen in het beste geval dagelijkse variaties in het verbruik opvangen (bijvoorbeeld de ochtend- en avondpiek) maar kunnen geen energie leveren gedurende meer dan een paar uur. En hier ook geldt: hoe groter de tijdspanne die men wilt overbruggen, hoe duurder de installatie.

4- Meer kerncentrales

Kerncentrales werken het best als ze een constante stroom leveren. Ze kunnen stilgelegd worden indien nodig, maar het terug op nominaal vermogen komen duurt dagen indien men de veiligheidsvoorschriften opvolgt. Kerncentrales zijn dus ideaal om het basisverbruik te dekken: het verbruik van routers, van modems en van alle apparatuur die permanent met het net verbonden is en een kleine stroom verbruikt. Ook verkeerslichten, datacenters, ijzerverliezen in transformatoren en de werking van ziekenhuizen horen in deze categorie.

Op zich kunnen kerncentrales dus niet ingezet worden om de pieken in het verbruik op te vangen. In een systeem met veel alternatieve energiebronnen (en sterke wisselende produktie) zijn ze veel te lomp.

Het ecologisch rendement van een kerncentrale is goed, als die ook zo efficient mogelijk gebruikt wordt, dus als de produktie constant is. Een kerncentrale produceert geen CO2, er is relatief weinig brandstof nodig om een GWh aan energie te produceren (het transport van de brandstof valt dus mee). Ook kan men de opgebruikte brandstofstaven recycleren, want die bevatten mog gemiddeld 95% aan splijtbaar materiaal.

Kerncentrales zijn enkel ideaal als men voornamelijk zou werken met klassieke thermische centrales: de kerncentrales leveren het basisverbruik en de thermische centrales worden enkel ingezet om de pieken op te vangen. Vooral gasgestookte centrales kunnen snel opgestart worden. Maar we waren toch van plan het aantal klassieke centrales te verminderen?

5- Vraag aanpassen aan het aanbod

Een andere denkpiste is dat men rekening houdt dat de stroom kan uitvallen. Daar is onze maatschappij echter niet op berekend. Ik heb het hier niet enkel over ziekenhuizen die over dieselgeneratoren geschikken. Maar het volledig economisch leven hangt af van de beschikbaarheid van electriciteit: treinen en trams, wegsignalisatie, het internet, de sturing van de verwarming, enz.

Zonder electriciteit valt niet alleen het volledig economisch leven stil, maar er onstaan ook gevaarlijke situaties: mensen die vastzitten in liften, geen communicatie meer, de politiediensten die verlamd zijn, de gangsterbenden die vrij spel hebben, bejaardentehuizen die niet meer verwarmd worden, gevaarlijke situaties die in fabrieken onstaan omdat chemisch onstabiele produkten niet gekoeld kunnen worden, enz.

Men heeft een dergelijke situatie meegemaakt in Amerika, waar een hele streek geëvacueerd moest worden omdat een fabriek dreigde te ontploffen na de doortocht van een orkaan en de bijhorende stroomonderbreking.

Stroomonderbrekingen moeten dus kost wat kost vermeden worden. Het duurt uren (of dagen) om de gevolgen van een stroompanne ongedaan te maken: de electriciteitsverdeling moet weer op gang komen, de fabrieken moeten de schade zien te beperken, restaurants en warenhuizen moeten controleren welke etenswaren niet meer geschikt zijn voor consumptie, enz.

Een andere denkpiste is het beperkt uitschakelen van grote verbruikers als de vraag te hoog is. Het zijn niet noodzakelijk de grootverbruikers die de grootste bijdrage kunnen leveren, in tegendeel: zij hebben reeds investeringen gedaan en schakelen bepaalde productieprocessen uit als de electriciteitsprijs te hoog is. Veel meer ruimte om nog winst te boeken is er hier niet meer.

De waalse staalnijverheid die tegenwoordig gebaseerd is op recyclage werkt meer in het week-end als de electriciteitsprijs laag is (er is veel energie nodig in de electrische ovens waar schroot vloeibaar gemaakt wordt om gerecycleerd te worden).

Men kan echter veel meer bereiken door de gezinnen te laten meewerken, dit kan zowel spontaan (wasbeurten 's avonds laten starten, enz) of automatisch: de wasmachine die begint te werken als die een radiosignaal ontvangt van de electriciteitsdistributeur. Met IoT (internet of things) is dit gemakkelijk realiseerbaar: de hardware is er al. Maar de ochtend- en avondpiek zal blijven bestaan: de warmwaterboiler slaat aan, de koffie moet gemaakt worden, het eten moet gekookt worden, enz.

Conclusie

Het zal duidelijk zijn dat het inzetten op hernieuwbare energie alléén minder ecologisch is dan een evenwichtige mix: meer windmolens en meer zonnepanelen zodat er een grotere percentage van onze energiebehoefte geleverd wordt door hernieuwbare energievormen, maar ook een beter hoogspanningsnetwerk zodat de produktie van één land naar een ander land vervoerd kan worden.

Om de stijgende vraag naar electriciteit te kunnen dekken (denk maar aan de electrische auto's) moeten er meer traditionele centrales gebouwd worden. Maar ook meer kerncentrales, want met traditionele thermische centrales halen de de klimaatdoelstellingen zeker niet (minder CO2 uitstoot).

De oplossing is de juiste mix te laten berekenen door wetenschappers, onhafhankelijk van politieke inmenging. Meer zonnepanelen betekent meer groene energie, maar dezelfde zonnepanelen presteren slecht op ecologisch vlak als over hun gehele levensduur de produktie ervan regelmatig vernietigd moet worden omdat het aanbod te groot is. Wat de groene jongens niet kunnen snappen is dat meer zonnepanelen niet noodzakelijk betekent dat we ecologisch goed bezig zijn.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's