Over Jasper Vis (@vision23)

(Duurzame) Energie Public Affairs Klimaatverandering Blog op persoonlijke titel Directeur Nederland bij Ørsted

Wat zegt het MIT-rapport over kernenergie?

Kernenergie staat weer nadrukkelijk op de agenda in de discussie over de energietransitie in Nederland. Er wordt regelmatig verwezen naar een recent rapport van het MIT: met kernenergie zou een volledig CO2-vrije energievoorziening veel goedkoper zijn dan zonder en kernenergie zou flexibele ‘achtervang’ kunnen zijn voor als het niet waait en de zon niet schijn. Het leek mij hoog tijd het rapport zelf eens te lezen. In deze blog haal ik er een aantal punten uit die mij opvielen en me relevant lijken voor de discussie in Nederland (het is dus  geen poging om het hele rapport samen te vatten).

MIT rapport nuclear in carbon constrained world

In het kort:

  • Het rapport gaat over de bijdrage van kernenergie op de lange termijn: de goedkoopste CO2-arme elektriciteitsproductie is voor een aantal regio’s berekend voor 2050.
  • MIT constateert dat de kosten van nieuwe kerncentrales op dit moment hoog zijn en dat het in de VS en West-Europa nu geen aantrekkelijke investering is.
  • Bij gematigde CO2-reductie is duurzame energie (wind en zon) volgens het MIT-rapport goedkoper dan kernenergie.
  • Het rapport concludeert dat kernenergie een flinke rol kan spelen in een CO2-vrije elektriciteitsproductie, maar dat dat alleen economisch is als de kosten van nieuwe kerncentrales fors omlaag gaan.
  • In regio’s in de Westerse wereld met veel wind en zon (zoals Texas) speelt kernenergie alleen een rol in de MIT-scenario’s met zeer lage CO2-uitstoot of als de kosten van nieuwe kerncentrales extreem laag worden.
  • In China ziet MIT een grote rol voor kernenergie omdat de kosten van nieuwe kerncentrales daar veel lager zijn dan in het Westen.
  • In de scenario’s van MIT speelt kernenergie geen rol als flexibele ’achtervang’ voor duurzame energie, maar produceren ze ’basislast’ waarbij de kerncentrales het grootste deel van de tijd op volle kracht draaien.
  • MIT heeft naast kernenergie alleen gekeken naar batterijen als flexibele/regelbare CO2-vrije optie, niet naar waterstof, biogas of andere vormen van biomassa of biomassa met CO2-opslag. Windenergie op zee is in de studie ook niet meegenomen.

Nieuwe kerncentrales in het Westen zijn veel duurder dan benchmark uit vorige MIT rapport uit 2009

Het MIT overzichtsrapport over de status en toekomst van kernenergie heet ’The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World’ en verscheen in september van dit jaar. Het is een update van vergelijkbare rapporten uit 2003 en 2009.

In het vorige rapport uit 2009 stelde MIT de vraag: gaat het lukken om nieuwe kerncentrales op tijd en zonder grote kostenoverschrijdingen te bouwen? In de grafiek hieronder vergelijkt MIT de investeringskosten voor de nieuwe kerncentrales die in aanbouw zijn in Finland, Frankrijk, het Verenigd Koninkrijk en de VS met de benchmark uit het 2009 rapport. MIT concludeert dat de eerste nieuwe kerncentrales van de III+ generatie in het Westen ’spectaculair gefaald’ zijn voor deze test.

MIT grafiek CAPEX nieuwe kerncentrales US en EU vs benchmark 2009

Het rapport constateert dat de kosten van nieuwe kerncentrales hoog zijn en dat het bouwen ervan in de VS en West-Europa op dit moment geen aantrekkelijke investering is. De bouw van de kerncentrale ‘V.C. Summer 2&3’ werd in 2017 gestopt vanwege de grote kostenoverschrijdingen.

MIT concludeert dat de bouw van nieuwe kerncentrales in Zuid-Korea en China veel goedkoper is dan in het Westen, zie de rechterhelft van de grafiek hieronder (links zijn de kosten van kerncentrales in het verleden). Volgens MIT komt dat deels doordat in het Westen lange tijd geen nieuwe kerncentrales gebouwd zijn en omdat het om nieuwe reactorontwerpen gaat (AP1000 en EPR) die geplaagd worden door ‘First of a Kind’ problemen. Daarnaast zijn de arbeidskosten in China en Zuid-Korea volgens MIT lager en de arbeidsproductiviteit hoger.

MIT grafiek CAPEX nieuwe kerncentrales historisch

Het rapport stelt dat voor kostenreductie de focus niet moet liggen op het ontwerp van de reactor, maar vooral op de manier waarop de centrale wordt gebouwd en op het verkorten van de bouwperiode.  Standaardisatie van het ontwerp en hetzelfde ontwerp vaak toepassen zou volgens MIT een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan lagere kosten. Hoofdstuk 2 van het rapport doet aanbevelingen hoe dat zou kunnen en stelt dat daarmee een kostenreductie van 25-30% haalbaar is voor nieuwe kerncentrales in de VS.

Scenario’s voor CO2-reductie elektriciteitsproductie in 2050

Met het computermodel GenX heeft het MIT de goedkoopste manier berekend om in 2050 elektriciteit te produceren bij verschillende doelstellingen voor de CO2-uitstoot. Deze analyse is uitgevoerd voor 2 regio’s in de VS (Texas en New England), 2 regio’s in China, het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk. In de analyse zijn de volgende technologieën meegenomen: zonnepanelen, windenergie op land, kolencentrales met en zonder CO2-opslag, gascentrales met en zonder CO2-opslag, kerncentrales (LWR) en batterijen. Daarnaast is er voor elke regio een maximaal vermogen van 500 MW aan waterkrachtcentrales met pompaccumulatie opgenomen (mijn indruk is dat bestaande stuwmeren met pompaccumulatie zoals in Frankrijk niet zijn meegenomen). Ik vind het opvallend dat windenergie op zee, biomassa en waterstof niet zijn meegenomen. Daarover later meer.

Voor elke regio is de berekening uitgevoerd bij verschillende ambitieniveaus voor de CO2-uitstoot: 500, 100, 50, 10 en 1 gram CO2 per kilowattuur elektriciteitsproductie. Ter vergelijking: in Nederland is de CO2-uitstoot van elektriciteitsproductie op dit moment ongeveer 500 gram per kilowattuur en in Frankrijk ongeveer 90 gram/kWh (door de grote rol van kernenergie). Voor de ‘nominale’ kosten voor nieuwe kerncentrales in 2050 heeft MIT gerekend met een investering van $5500 per kilowatt vermogen. Merk op dat dat aanzienlijk lager is dan voor de nieuwe kerncentrales die momenteel in aanbouw zijn in de EU en VS ($6500-$8500/kW volgens MIT, zie figuur 2.3 hierboven). De goedkoopste elektriciteitsproductie is steeds berekend voor 5 scenario’s voor kernenergie.: geen kernenergie, kernenergie met ‘nominale’ kosten, met hoge kosten (+25% vergeleken met ‘nominaal’), met lage kosten (-25%) en met extreem lage kosten (-50%).

In Texas grote rol voor wind en zon

In Texas is veel wind en veel zon en daarom speelt duurzame energie uit wind en zon (geel in de grafiek hieronder) een grote rol in vrijwel alle scenario’s voor Texas. In het model is gerekend met een capaciteitsfactor van 35,6% voor windenergie op land in Texas en 26% voor zonne-energie. In de scenario’s met lage ambitie voor CO2-reductie (500 gram per kWh, vergelijkbaar met de huidige uitstoot in de VS) spelen conventionele aardgascentrales (oranje) een belangrijke rol. In de scenario’s met hogere CO2-ambities spelen CO2-opslag (groen) en energieopslag (blauw) ook een rol. In de scenario’s voor Texas speelt kernenergie bij ‘nominale’ kosten een bescheiden rol bij een doel van 10 gram CO2 per kWh en een grotere rol bij 1 gram CO2 per kWh. In de overige CO2-scenario’s speelt kernenergie alleen een rol als de kosten ervan laag of extreem laag worden.

MIT optimale mix capaciteit Texas

Kernenergie maakt CO2-reductie in Texas alleen veel goedkoper als kosten nieuwe kerncentrales extreem laag worden of CO2-ambitie extreem hoog

De kosten van elektriciteitsproductie zijn voor de meeste scenario’s voor Texas in dezelfde orde van grootte, zie de grafiek hieronder. Kernenergie verlaagt de kosten van elektriciteitsproductie in Texas in 2050 volgens MIT alleen flink als de kosten van kernenergie extreem laag worden (groene balk in de grafiek hieronder) of  als de CO2-uitstoot extreem laag moet zijn met 1 gram/kWh (rechts in de grafiek).

MIT Texas costs

Regio New England zelfde beeld maar met veel minder duurzame energie

Voor de regio New England (in het Noordoosten van de VS) is het potentieel voor duurzame elektriciteit lager dan in Texas volgens MIT dat rekent met een capaciteitsfactor van 27% voor windenergie op land en 16% voor zonne-energie. Voor New Engeland zit er in het scenario met ‘nominale’ kosten meer kernenergie in de kostenoptimale mix voor de CO2-doelstelling van 10 en 1 gram CO2/kWh. Er zit ook meer CO2-opslag (groen in de grafiek hieronder) in de scenario’s. Hoewel verschillende staten in New England op dit moment werken aan windenergie op zee, is deze optie niet meegenomen in het model.

MIT optimale mix capaciteit New England

In China ziet MIT grote rol voor kernenergie

In de scenario’s voor de 2 geanalyseerde regio’s in China zit veel kernenergie en dat levert volgens het model een grote kostenbesparing op ten opzichte van het scenario zonder kernenergie. Dat komt door de lage kosten voor nieuwe kerncentrales in China in het model (factor 2 goedkoper dan in de VS). Deze uitkomst lijkt me voor Nederland niet zo relevant en laat ik hier verder buiten beschouwing. Voor de liefhebbers: zie figuur 1.7 en 1.8 in het rapport.

Voor Verenigd Koninkrijk ziet MIT-model grote rol voor CO2-opslag en kernenergie en bescheiden rol voor duurzaam

Voor het Verenigd Koninkrijk spelen CO2-opslag (groen) en kernenergie (grijs) een grote rol in de scenario’s. Alleen in het scenario zonder kernenergie speelt duurzame energie (zon en wind, geel in de grafiek hieronder) een grote rol. Dat is opmerkelijk omdat in 2017 al 28% van het elektriciteitsverbruik in het VK uit duurzame bronnen kwam. Ik sluit niet uit dat daarin meespeelt dat in het model de kosten voor windenergie op land voor het VK met $2142/kW flink hoger zijn ingeschat dan voor de VS ($1553/kW). Het is mij niet duidelijk waarom. Daarnaast speelt in het VK windenergie op zee een forse rol en die optie is niet meegenomen in het model.

MIT optimale mix capaciteit UK

In VK levert kernenergie alleen grote kostenbesparing op in scenario met meest ambitieuze CO2-reductie (1 gram CO2/kWh)

Het verschil in kosten met en zonder kernenergie is voor de meeste scenario’s voor het VK klein zoals de grafiek hieronder laat zien. Alleen als de CO2-uitstoot per kilowattuur lager moet zijn dan 1 gram is het verschil in kosten groot.

MIT kosten stroom UKFrankrijk

De scenario’s voor Frankrijk laten een vergelijkbaar beeld zien, zij het dat er verrassend genoeg meer duurzame energie (geel in de grafiek hieronder) in de mix zit dan voor het Verenigd Koninkrijk. Het is mij niet duidelijk hoe dat komt. Ik kan in het rapport niet terugvinden met welke capaciteitsfactor voor zon en wind gerekend is voor het VK en Frankrijk.  Ik probeer dat nog na te vragen bij de auteurs van het rapport. Mogelijk dat dat een deel van de verklaring is.

MIT optimale mix capaciteit Frankrijk

Uitkomst van model over kostenbesparing door kernenergie is gevoelig voor de aannames over kosten van duurzame energie en energie-opslag in 2050

Bij een model zoals GenX dat de energiemix optimaliseert op de laagste kosten wordt de uitkomst sterk bepaald door de aannames over de kosten van de verschillende technologieën.  Het inschatten van de kosten van deze technologieën ver in de toekomst (2050) geeft grote onzekerheden. Denk maar aan de snelle kostenreductie die wind- en zonne-energie afgelopen jaren hebben doorgemaakt. In de studie wordt hieraan deels tegemoet gekomen door een gevoeligheidsanalyse voor Texas met andere inschattingen van de kosten van verschillende technologieën.  De grafiek hieronder laat zien dat de kostenbesparing door de inzet van kernenergie bij het meest ambitieuze CO2-doel van 1 gram CO2 per kilowattuur bijna wegvalt in een variant met veel lagere kosten voor duurzame energie en opslag (‘Low Renewable/Storage Costs’, het meest rechtse staafje in de grafiek). Tegelijk valt de kostenbesparing door kernenergie bij dat ambitieuze CO2-doel veel hoger uit als duurzame energie en opslag duurder zijn (‘High Renewable/Storage Costs’). Omdat het zo moeilijk is om de kosten van energietechnologieën in te schatten voor een moment ver in de toekomst (2050), ben ik geneigd om voorzichtig te zijn met uitspraken op basis van een dergelijk model over hoe groot de kostenbesparing door inzet van een bepaalde technologie is.

MIT gevoeligheidsanalyse Texas

Het zou de moeite waard zijn om de aannames in het model voor de kosten in 2050 van wind- en zonne-energie en batterij-opslag (zie de tabel hieronder) te vergelijken met andere inschattingen. Wie biedt?

MIT kosten input technologien.PNG

Verder is mijn indruk dat de capaciteitsfactor voor wind en zon tot 2050 constant is gehouden. Voor windenergie zal deze de komende jaren verder toenemen doordat windturbines hoger worden (op grotere hoogte waait het harder) en doordat de wieken langer worden (waardoor de windturbine meer wind vangt).

‘Aanpak zonder kernenergie tot twee keer duurder’?

Recente stelde prof. Kloosterman dat het rapport van MIT laat zien dat een aanpak zonder kernenergie tot wel twee keer duurder is dan een volledig CO2-vrije energievoorziening mèt kernenergie. Die uitspraak moet gebaseerd zijn op de meest ambitieuze scenario’s met minder dan 1 gram CO2-uitstoot per kilowattuur. En zoals we hierboven zagen kan kernenergie deze kostenbesparing alleen waarmaken als nieuwe kerncentrales veel goedkoper worden dan de centrales die nu in aanbouw zijn. Daarnaast zijn in het model in mijn ogen een aantal belangrijke opties niet meegenomen.

Aantal belangrijke opties niet meegenomen in het model

  • Windenergie op zee zit niet in het model, terwijl dat o.a. voor het Verenigd Koninkrijk (en Nederland) een belangrijke optie is waarvan de kosten afgelopen jaren spectaculair gedaald zijn.
  • Biomassa zit niet in het model. Biomassa kan een belangrijke rol spelen als bron van regelbaar vermogen in scenario’s met zeer ambitieuze CO2-doelen (10 en 1 gram CO2/kWh). In die scenario’s kunnen gascentrales met CO2-opslag maar een beperkte rol spelen omdat daarbij maar 90% van de CO2 wordt afgevangen.
  • Biomassa met CO2-opslag zit ook niet in het model. Zeker in een scenario met zeer hoge CO2-ambities kan die optie een rol spelen. Volgens sommige klimaatscenario’s moet de totale uitstoot van de elektriciteitssector in 2050 negatief zijn om klimaatverandering binnen de perken te houden. Dan zijn opties met negatieve uitstoot dus onmisbaar.

In de MIT-studie fungeert kernenergie niet als flexibele ‘achtervang’ voor duurzame energie maar als basislast

Stroomproductie uit wind en zon is afhankelijk van het weer. Inpassing van zeer grote hoeveelheden wind en zon kan daarom alleen als het energiesysteem voldoende flexibel is om de weersafhankelijke fluctuaties op te vangen. In de recente discussie in Nederland wordt voorgesteld dat kernenergie een rol als ‘achtervang’ voor wind en zon zou kunnen spelen. In de MIT scenario’s met veel kernenergie functioneren de kerncentrales echter niet of nauwelijks als achtervang, maar als basislast: centrales die vrijwel steeds op vol vermogen draaien. De grafiek hieronder illustreert dat voor een van de scenario’s voor Texas. De kerncentrales (oranje in de grafiek) produceren vrijwel de hele week die in de grafiek zichtbaar is op hetzelfde niveau. De flexibiliteit voor het opvangen van fluctuaties in de elektriciteitsvraag worden vooral opgevangen door gascentrales met (in groen) en zonder (in geel) CO2-opslag en door energie-opslag (grijs). Merk op dat de titel van de grafiek ook meldt ‘Nuclear provides reliable baseload generation’.

MIT nuclear baseload

De rol van kerncentrales als basislast is nog beter te zien in het scenario met het meest ambitieuze CO2-doel (1 gram CO2 per kWh) waarin volgens MIT de kostenbesparing door kernenergie het grootst is. Zie de grafiek hieronder voor Texas. In dit scenario wordt energie-opslag gebruikt om elektriciteit uit kerncentrales op te slaan als de stroom niet nodig is (de oranje ‘hobbeltjes’ onderaan de grafiek, waarschijnlijk ’s nachts). Daardoor kunnen de kerncentrales meer uren op vol vermogen draaien. Op de momenten met de hoogste elektriciteitsvraag levert de energie-opslag de stroom weer terug aan het netwerk. Dat is economisch slim (en gebeurt volgens mij nu in Frankrijk al met opslag in stuwmeren) maar onderstreept dat kernenergie er uit economisch oogpunt baat bij heeft om als basislast te kunnen draaien. Kerncentrales zijn economisch niet erg geschikt als flexibele ‘achtervang’ voor wind en zon maar juist zelf gebaat bij andere opties die flexibiliteit leveren.

MIT nuclear baseload 1 gram CO2 per kWh Texas

Merk ook op dat in dit scenario voor Texas relatief weinig duurzame energie zit (blauw in de grafiek hierboven) terwijl Texas uitstekende mogelijkheden heeft voor goedkope wind- en zonne-energie.

Gesmolten zout reactoren (MSR)

Als uitsmijter: In Nederland is een zeker enthousiasme voor een ander concept voor kernreactoren, namelijk met gesmolten zout (MSR), waarbij thorium vaak genoemd wordt als alternatieve splijtstof. In de MIT-studie is ook een analyse opgenomen van geavanceerde reactortechnologieën. Voor MSR verwacht MIT dat de eerste commerciële reactor pas na 2050 gebouwd kan worden.

MIT advanced reactor technologies incl MSR

Advertenties

Gas nodig voor gasloos?

“Gas nodig voor gasloos” kopte de Telegraaf gisteren. Het artikel stelt dat Diederik Samsom aan de klimaattafel zijn gesprekspartners probeert te overtuigen dat alle huizen in 2050 voorzien moeten zijn van een warmtepomp en suggereert dat die vooral op aardgas zullen draaien. Sta mij een paar kritische opmerkingen toe bij dat artikel, want er is geen sprake van dat er plannen zijn om álle huizen in Nederland te voorzien van een warmtepomp. En de huizen die wel een warmtepomp krijgen, zullen daarvoor binnen 7 jaar vooral elektriciteit uit wind en zon gebruiken.

gas nodig voor gasloos

Welk gasbesluit wil de Volkskrant heroverwegen?

De Volkskrant had voor deze ingezonden brief geen plaats. Ik wel. 

Sander van Walsum vroeg zich in de Volkskrant van 2 november af of ‘het aardgasbesluit’ niet moet worden heroverwogen. De grote vraag is welk aardgasbesluit van Walsum bedoelt. Hij verwijst naar ‘verhalen’ dat Nederland onverhoeds van het aardgas af moet en huizenbezitters daarom op korte termijn dure warmtepompen moeten kopen. Voor zover ik weet is er echter geen sprake van een besluit dat bestaande woningen in Nederland op korte termijn van het aardgas af moeten. Er is wel een besluit dat nieuwbouw niet meer op het aardgasnet aangesloten hoeft te worden. Voor nieuwe woningen zal dat steeds vaker betekenen dat ze direct bij de bouw een andere warmtebron krijgen. Daarnaast is er een besluit om de gaswinning uit het Groningen veld te beëindigen, maar ik kan me niet voorstellen dat van Walsum dat besluit wil heroverwegen.

In het Regeerakkoord staat dat de hele voorraad van 6 miljoen bestaande woningen in de 30 jaar tot 2050 verduurzaamd moet worden. Gemeenten maken nu plannen voor aardgasvrije wijken en 27 gemeenten doen mee aan een proef op dat gebied. Bewoners van sommige wijken krijgen dus op korte termijn te maken met deze ontwikkeling. De suggestie dat alle woningen op korte termijn van het aardgas af moeten, helpt echter niet om het goede klimaatdebat te krijgen waar van Walsum voor pleit. Integendeel.

Toegift: In deze column reageerde Henri Bontenbal eerder op de manier waarop in Elsevier net gedaan wordt of het besluit over nieuwbouw ook geldt voor bestaande woningen.

Kernenergie als ‘achtervang’ voor wind en zon in Nederland?

De helft van de elektriciteit duurzaam in 2025? En 75% in 2030? In Nederland? Hoe dan?

Aandeel duurzame elektriciteit 2000-2030 per bron volgens NEV-2017

Volgens de laatste Nationale Energieverkenning komt in 2025 meer dan 50% van de elektriciteit in Nederland uit duurzame energiebronnen, en in 2030 circa 75%. Ik schreef dat in een eerdere blog in reactie op artikelen in de krant die stelden dat onze stroom nog zeker 15 jaar vooral uit kolen- en gascentrales komt. Ik kreeg nogal wat sceptische reacties: zoveel duurzame elektriciteit gaat nooit lukken op die termijn. Na alle berichten dat Nederland achterloopt op gebied van duurzame energie kan ik me dat wel voorstellen. Daarom hier een poging om te laten zien waar al die duurzame elektriciteit vandaan gaat komen. Het is een zomerse longread geworden. Kort samengevat: Bij de ontwikkeling van duurzame elektriciteit voor de komende jaren gaat het niet om vage doelstellingen. De kosten van wind- en zonne-energie zijn de afgelopen jaren sterk gedaald. De plannen voor de uitbouw van duurzame energie liggen op tafel en veel projecten zijn in voorbereiding of al in uitvoering. Windenergie op zee gaat de grootste bijdrage leveren en voor de windparken die tot en met 2030 gebouwd gaan worden zijn de locaties al aangewezen en de tijdlijn vastgelegd.

Elektriciteit

Eerst moeten we definiëren waar deze blog over gaat. We kijken naar elektriciteit in Nederland en dus niet naar de totale energievoorziening. Over de energiebronnen voor onze warmtevoorziening en over brandstoffen voor auto’s en industrie en de verduurzaming daarvan is ook veel te zeggen, maar zelfs een longread moet een beetje behapbaar blijven.  Bovendien was de aanleiding van deze blog de scepsis over de stelling dat in 2025 meer dan 50% van de elektriciteit in Nederland uit duurzame bronnen komt. En dat daarmee het gebruiken van elektriciteit in plaats van aardgas (in een warmtepomp) of in plaats van olie (in elektrische auto’s) leidt tot steeds grotere CO2-reductie. Maar laat voor de duidelijkheid vooraf gezegd zijn dat het aandeel duurzaam in het totale energiegebruik waarschijnlijk aanzienlijk lager zal blijven liggen. Zie de grafiek hieronder uit de Nationale Energieverkenning 2017. Dat komt dus doordat het aandeel duurzaam in de warmtevoorziening en in brandstoffen naar verwachting aanzienlijk lager zal dan in elektriciteit.

Aandeel duurzame energie NL 2000-2035 volgens NEV-2017

Meer elektriciteit uit windenergie op land, uit zonne-energie, uit biomassa en heel veel meer uit windenergie op zee

Eerst het totaalplaatje: op dit moment komt onze elektriciteit vooral uit aardgas (49% in 2017) en steenkool (29% in 2017). Duurzame bronnen (vooral wind, biomassa en zon) waren in 2017 goed voor 15% van de elektriciteitsproductie in Nederland. Dat gaat komende jaren snel veranderen door de sterke groei van windenergie (op land maar vooral op zee), zonne-energie en biomassa, zie de grafiek hieronder uit de Nationale Energieverkenning 2017 (NEV-2017). Het aandeel duurzaam in de Nederlandse elektriciteitsverbruik stijgt  in de NEV-2017 naar meer dan 50% in 2025 en ongeveer 75% in 2030. Elektriciteitsproductie NL per bron 2000-2030 NEV-2017

Ik baseer me voor de beschrijving van de verwachte ontwikkelingen op de Nationale Energieverkenning 2017. In de NEV brengen ECN, PBL, CBS en RVO jaarlijks in kaart hoe de Nederlandse energievoorziening zich volgens de beste inzichten op dat moment gaat ontwikkelen. De NEV-2017 is inmiddels al weer enigszins gedateerd omdat daarin nog rekening werd gehouden met de aangekondigde sluiting van alle kolencentrales in Nederland uiterlijk in 2030. Wat betreft duurzame elektriciteit geeft de NEV-2017 in mijn ogen nog steeds een goede en consistente inschatting van de mogelijke ontwikkelingen. Waarbij natuurlijk zoals altijd geldt: de toekomst voorspellen is erg moeilijk en omgeven met flinke onzekerheden. Hieronder meer details over de verwachte ontwikkelingen voor achtereenvolgens windenergie op zee, windenergie op land, zonne-energie en biomassa.

Windenergie op zee: circa 16% van het elektriciteitsverbruik in 2023

De afgelopen jaren heeft windenergie op zee zich snel ontwikkeld. Offshore windturbines zijn snel veel groter geworden (waardoor ze meer wind vangen) en de kosten van windenergie op zee zijn razendsnel gedaald. Op dit moment staan er 4 windparken met een gezamenlijk vermogen van ongeveer 1000 MW in de Nederlandse Noordzee. Deze windparken produceren in een gemiddeld jaar volgens het CBS ongeveer 3,4 miljard kilowattuur elektriciteit. Dat komt overeen met 2,8% van het totale elektriciteitsverbruik in Nederland want in 2017 was het totale elektriciteitsverbruik 120 miljard kilowattuur volgens het CBS.

In 2013 werd in het Energieakkoord afgesproken om het vermogen van windenergie op zee uit te bouwen tot ongeveer 4500 MW in 2023. In 2014 legde de Regering in een routekaart vast dat de nieuwe windparken zouden worden gebouwd in de gebieden Borssele, Hollandse Kust Zuid en Hollandse Kust Noord. Op de kaart hieronder van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) zijn de locaties van de bestaande en nieuwe windparken aangegeven.

Infographic windparken op zee NL van RVO

In het Energieakkoord was voor de bouw van de nieuwe windparken de voorwaarde opgenomen dat de kosten van windenergie op zee met minimaal 40% zouden dalen. Die doelstelling voor de kostendaling werd bij de eerste tender op basis van het Energieakkoord in 2016 al overtroffen.

Elk van de 5 nieuwe windparken op zee krijgt een vermogen van ruim 700 MW en produceert straks elk jaar ongeveer 3 miljard kilowattuur elektriciteit. Elk windpark is dus goed voor ongeveer 2,5% van het totale Nederlandse elektriciteitsverbruik.

De tenders van de eerste drie windparken zijn inmiddels succesvol gehouden en de volgende twee tenders volgen in 2018 en 2019, zie dit overzicht van RVO. De windparken moeten binnen 4 tot 5 jaar na de uitslag van de tender volledig operationeel zijn. De voorbereiding van de eerste drie windparken is inmiddels in volle gang:

  • Ørsted (het bedrijf waar ik in het dagelijks leven voor werk als directeur Nederland) is druk bezig met de voorbereiding van de bouw van windpark Borssele 1+2. Eind 2018 starten we met de bouw van de onderhoudsbasis voor het windpark in Vlissingen.  Het windpark krijgt 94 SiemensGamesa windturbines met een vermogen van 8 megawatt.
  • Het Blauwwind consortium bouwt het windpark Borssele 3&4. In juni 2018 kondigde het consortium aan dat de financiering van het windpark rond is. Het windpark krijgt 77 windturbines van MHI Vestas met een vermogen van 9,5 MW. Het consortium liet in de aankondiging weten dat in het vierde kwartaal van 2019 zal worden begonnen met de belangrijkste bouwwerkzaamheden en dat de stroomproductie begin 2021 van start gaan.
  • Vattenfall (het moederbedrijf van Nuon) won in maart 2018 de tender om het windpark Hollandse Kust 1&2 te bouwen.

Als de 5 nieuwe windparken op zee klaar zijn in 2023 (of de laatste uiterlijk in 2024), dan is de jaarlijkse elektriciteitsproductie van windenergie op zee ongeveer 18 miljard kilowattuur (ruim 3 miljard kWh uit de bestaande windparken en 5 keer 3 miljard kWh voor de nieuwe windparken). De productie van stroom uit windenergie op zee is in 2023 dus ongeveer 6x zo hoog als nu. Windenergie op zee levert dan ongeveer 16% van het verwachte Nederlandse elektriciteitsverbruik.

Windenergie op zee: circa 21% van het elektriciteitsverbruik in 2025 en 43% in 2030

Minister Wiebes van Economische Zaken en Klimaat heeft inmiddels de routekaart vastgesteld voor de verdere uitbreiding van windenergie op zee tussen 2023 en 2030. In die periode komt er 7000 MW aan windenergie op zee vermogen bij. In de routekaart is beschreven waar de windparken komen te liggen, namelijk in de gebieden Hollandse Kust West, Ten noorden van de Wadden en IJmuiden Ver, zie de kaart hieronder uit de routekaart.

routekaart wind op zee 2030

In de routekaart is ook vastgelegd wanneer de tenders voor deze windparken worden gehouden en wanneer ze operationeel moeten zijn, zie het schema hieronder (omvang van de windparken in GW = 1000 MW).

schema routekaart wind op zee 2030

De windparken in het gebied Hollandse Kust West moeten in 2025 klaar zijn. Het totale vermogen van windenergie op zee is dan 6.900 MW. De totale stroomproductie ca. 24 miljard kWh ofwel 21% van het totale elektriciteitsverbruik

Als in 2030 al deze windparken draaien, dan stijgt het totale vermogen voor windenergie op zee tot 11.500 MW en de stroomproductie naar ca. 49 miljard TWh.  Dat is dan goed voor ca. 43% van het verwachte totale stroomverbruik.

Windenergie op land

De stroomproductie uit windenergie op land is toegenomen van nagenoeg niets in 1990 tot 6,3 miljard kWh in 2017. In 2017 kwam dat overeen met 5,2% van het totale Nederlandse elektriciteitsverbruik, zie de grafiek hieronder op basis van cijfers van het CBS. Daarmee is het op dit moment de grootste bron van duurzame elektriciteit in Nederland.

Windenergie op land NL 1990-2017 CBS absoluut en aandeel in totale verbruik

In 2017 was het opgestelde windenergie op land vermogen volgens het CBS 3254 MW. De afspraak met de provincies is om dit vermogen uit te bouwen tot 6.000 MW in 2020. De NEV-2017 gaat ervan uit dat die doelstelling niet gehaald wordt en dat in 2020 het totale vermogen van windenergie op land 4.800 MW zal zijn en dat de doelstelling van 6.000 MW pas in 2023 bereikt wordt. De NEV-2017 verwacht dat het vermogen van windenergie op land daarna nog iets doorgroeit en na 2025 licht afneemt (doordat er meer oude windparken worden afgebroken dan dat er nieuwe bijkomen). In de NEV-2017 is windenergie op land in 2025 goed voor 17% van het totale elektriciteitsverbruik en in 2030 voor 16%.

Ontwikkelingen sinds het uitkomen van de NEV-2017 geven aan dat windenergie op land na 2020 een grotere rol kan spelen dan in de NEV-2017 is aangenomen:

  • De recente ‘Monitor windenergie op land 2017’ van RVO heeft overigens een iets hogere verwachting van 5.153 MW in 2020.
  • In een recente studie van PBL naar de kosten van de energie- en klimaattransitie is het kosteneffectieve potentieel voor windenergie op land in 2030 geschat op 9.000 MW waarmee 34 miljard kWh elektriciteit per jaar geproduceerd kan worden.

In deze blog houden we voor de consistentie vast aan de inschatting uit de NEV-2017 voor windenergie op land. Deze inschatting is voor 2025 en 2030 waarschijnlijk eerder conservatief dan optimistisch.

Zonne-energie

De elektriciteitsproductie uit zonne-energie is de afgelopen jaren exponentieel gegroeid zoals de onderstaande grafiek op basis van cijfers van het CBS laat zien. Tot 2010 was de bijdrage aan het totale elektriciteitsverbruik nog erg klein. In 2017 stond er volgens het CBS 2.864 MWp aan zonnepanelen en was zonnestroom al goed voor 1,8% van het Nederlandse elektriciteitsverbruik.

zonne-energie NL 1990-2017 CBS absoluut en aandeel in totale verbruik

De NEV-2017 gaat ervan uit dat het vermogen van zonnepanelen in Nederland doorgroeit naar 6.000 MW in 2020, 8.500 MW in 2025 en 14.500 MW in 2030. En dat in 2025 daarmee 9% van het totale elektriciteitsverbruik wordt opgewekt en in 2030 12%.

Recent voorspelde de onvolprezen statisticus van de Nederlandse zonne-energie   dat er in Nederland in 2018 minstens 1200 MW aan zonnepanelen bijkomt. Dat zou betekenen dat het totale elektrische vermogen van zonne-energie eind 2018 al meer dan 4.000 MW zou zijn. In dat tempo zou er in 2020 al meer vermogen kunnen staan dan de NEV-2017 veronderstelt.

Brancheorganisatie Holland Solar is een stuk ambitieuzer dan de cijfers uit de NEV-2017 en heeft een scenario gepresenteerd waarmee in 2030 het totale elektrische vermogen van zonne-energie in Nederland 58.000 MW zou kunnen zijn waarmee 58 miljard kWh elektriciteit geproduceerd zou kunnen worden. Ook bij zonne-energie is de NEV-2017 dus zeker niet het meest optimistische scenario.

Biomassa

In 2017 waren verschillende vormen van biomassa volgens het CBS goed voor ongeveer 4% van het totale elektriciteitsverbruik in Nederland. Het ging daarbij om een groot aantal verschillende vormen van biomassa, zie de grafiek hieronder op basis van de CBS-cijfers.

Elektriciteit uit biomassa 2017 in NL CBS

De komende jaren zal de elektriciteitsproductie uit bijstook van biomassa in kolencentrales sterk toenemen. In het Energieakkoord is in 2013 afgesproken dat er maximaal 25 petajoule (6,9 miljard kWh) aan productie uit biomassa in kolencentrales gestimuleerd zou worden. Daarbij is ook overeenkomen dat deze biomassa een strenge duurzaamheidseisen moet voldoen. In 2016 is subsidie toegekend voor bijstook van biomassa in 4 kolencentrales. In de NEV-2017 stijgt de bijdrage van biomassa aan het totale elektriciteitsverbruik tot circa 10% in 2020. Daarna blijft het een aantal jaren constant om daarna weer te dalen tot ca. 4% in 2030. De daling komt doordat de subsidies voor de bijstook van biomassa in kolencentrales een looptijd hebben van 8 jaar. De huidige Regering heeft in het Regeerakkoord vastgelegd dat er na 2024 geen subsidie is voor bijstook van biomassa in kolencentrales.

Samenvatting

Hierboven hebben we gezien welke concrete plannen er zijn voor de 4 belangrijkste vormen van duurzame elektriciteit in Nederland en waarom hun bijdrage aan het totale elektriciteitsverbruik zo snel gaat groeien. In de tabel hieronder is dit nog eens samengevat.

Bijdrage van de belangrijkste duurzame energiebronnen aan het totale Nederlandse elektriciteitsverbruik volgens de NEV-2017

2025 2030
Wind op land 17% 16%
Wind op zee 21% 43%
Zon 9% 12%
Biomassa 10% 4%
Totaal 58% 75%

En daarom stelde ik in mijn eerdere blog dat in 2025 naar verwachting meer dan 50% en in 2030 circa 75% van het nationale elektriciteitsverbruik uit duurzame bronnen komt. De uitgewerkte plannen liggen er en aan de uitvoering wordt hard gewerkt.

CO2-uitstoot

Doordat het aandeel duurzame elektriciteit sterk gaat toenemen en het aandeel fossiel sterk gaat dalen, neemt de gemiddelde CO2-uitstoot per kilowattuur elektriciteit natuurlijk sterk af. Volgens de NEV2017 daalt de gemiddelde CO2-uitstoot per kilowattuur naar ongeveer 200 gram in 2030, zie de grafiek hieronder. Dat maakt elektriciteit een uitstekende energiedrager voor CO2-reductie in andere sectoren.

CO2 emissiefactor NL elektriciteitsproductie 2000-2035 volgens NEV-2017

Toegift

Jilles van den Beukel benadrukte op twitter terecht op dat toekomstige ontwikkelingen inherent onzeker zijn en dat er flinke verschillen zijn in verschillende verkenningen van de toekomstige Nederlandse elektriciteitsproductie. Hij wees op de samenvattende grafiek die het Britse bureau Aurora Energy Research recent op twitter zette naar aanleiding van hun analyse. Ik heb de grafiek hieronder opgenomen. Het rapport is alleen beschikbaar voor abonnees van Aurora.

Aurora ER on NL power production mix up to 2030

De belangrijkste verschillen met de NEV-2017 lijken mij zo op het oog dat Aurora:

  • wel rekening houdt met de sluiting van alle kolencentrales uiterlijk in 2030
  • minder groei van windenergie op land en zonne-energie verwacht
  • op de langere termijn een hoger verbruik van elektriciteit verwacht (op het oog lijkt het totale verbruik in 2035 bij Aurora ongeveer 127 miljard kWh, in de NEV-2017 is het ongeveer 110 miljard kWh in 2030)

Het aandeel duurzame elektriciteit in het totale elektriciteitsverbruik lijkt in de grafiek van Aurora ongeveer 45% in 2025 en in de orde van 60% in 2035. Dat is flink lager dan in de NEV-2017. Maar ook op grond van deze Aurora grafiek lijkt de conclusie gerechtvaardigd dat binnen 10 jaar meer dan helft van het elektriciteitsverbruik in Nederland uit duurzame bronnen komt. Ook de Aurora studie ondersteunt de conclusie dat stroom in Nederland op de middenlange termijn vooral uit duurzaam en gas (of gas en duurzaam zoals Aurora het zegt) komt en niet vooral uit kolen. En dat ook in de verkenning van Aurora de CO2-uitstoot per kWh elektriciteit laag zal liggen (de achterkant van mijn vakantie-bierviltje zegt in de orde van 300 gram CO2 per kWh in 2025 en in de orde van 200 gram CO2/kWh in 2035.

Tot slotte

In de NEV-2017 (zie p.79 en verder) is rekening gehouden met verschillende ontwikkelingen die een effect hebben op het totale elektriciteitsverbruik, zoals meer elektrische auto’s en warmtepompen. Maar ook een verder toename van de efficiency van elektrische apparaten.

Als er op grote schaal elektrificatie plaats vindt in de industrie en/of er heel veel meer elektrische voertuigen komen dan verwacht, dan is er meer duurzame elektriciteit nodig dan hierboven beschreven. In de hoofdlijnen voor het klimaatakkoord dat gericht is op 2030, zijn al pakketten beschreven om in dat geval de productie van duurzame elektriciteit verder op te voeren.

Verder roept deze blog ongetwijfeld de vraag op hoe zoveel elektriciteit uit bronnen die afhankelijk zijn van het weer kan worden ingepast in het elektriciteitssysteem. Dat onderwerp is een apart blog waard en wellicht schrijf ik die binnenkort. Nu alvast een paar opmerkingen over dit onderwerp:

  • In Denemarken produceerde windenergie in 2017 al 44% van het nationale elektriciteitsverbruik. Tegelijk is de elektriciteitsvoorziening vrijwel nergens ter wereld zo betrouwbaar als in Denemarken. Dit illustreert dat de elektriciteitsvoorziening een hoge betrouwbaarheid kan hebben terwijl de elektriciteit voor een groot deel uit duurzame bronnen als wind en zon komt. Het aandeel windenergie zal in Denemarken komende jaren overigens nog fors hoger worden door de bouw van nieuwe windparken op zee.
  • De inpassing van zoveel wind- en zonne-energie vergt zeker aanpassingen in het elektriciteitssysteem. Nederland heeft tegelijk een goede uitgangspositie voor deze operatie met een goed elektriciteitsnetwerk en goed functionerende elektriciteitsmarkt.
  • Nederland kan voor de inpassing van het fluctuerende aanbod -net als Denemarken- gebruik maken van een grote capaciteit van verbindingen met de buurlanden. Op dit moment worden de verbindingen met Duitsland verder uitgebreid en wordt er een nieuwe verbinding met Denemarken gerealiseerd.
  • Een deel van de variatie kan opgevangen worden door het gebruik van elektriciteit waar mogelijk aan te passen aan het aanbod op dat moment.
  • Er zijn ook verschillende manieren in ontwikkeling om elektriciteit op te slaan, zie bijvoorbeeld dit artikel in het Algemeen Dagblad. [In het artikel staat dat we ‘straks’ geen gascentrales meer hebben. Ik verwacht zelf dat gascentrales (al dan niet deels op biogas of waterstof) nog een flinke tijd een rol zullen spelen als achtervang voor langere perioden met weinig wind en zon].
  • De beheerder van het nationale elektriciteitsnetwerk TenneT is al hard bezig om zich voor te bereiden op de energietransitie en een veel grotere bijdrage uit wind- en zonne-energie.  Datzelfde geldt voor de beheerders van de regionale netwerken.
  • Nederland heeft een groot park van flexibele gascentrales die naar behoefte snel meer of minder elektriciteit kunnen produceren.
  • TenneT publiceert jaarlijks een monitor leveringszekerheid waarin wordt geanalyseerd of er extra maatregelen nodig zijn om de leveringszekerheid te garanderen. In 2017 was de conclusie ‘Leveringszekerheid van elektriciteit in Nederland blijft ook bij sterke groei zonne- en windenergie gewaarborgd‘.

Komt de elektriciteit voor warmtepompen en elektrische auto’s uit kolencentrales?

Volkskrant brief prof Smeulders over kolenstroom

 

De afgelopen tijd waren er nogal wat kritische geluiden over gebruik van meer elektriciteit om fossiele brandstoffen te vervangen. Hoogleraar David Smeulders schreef in de Volkskrant van 28 juni over een gemiddeld gezin dat thuis van het gas afgaat en met elektriciteit gaat verwarmen. Hij stelde dat dit gezin 2700 kilogram meer CO2 uit gaat stoten omdat de elektriciteit uit kolencentrales komt. In een artikel in NRC (betaalmuur, want goede journalistiek is niet gratis) over warmtepompen stond op 6 april: “In de winter komt onze stroom vooral nog van kolen- en gascentrales. Dat zal de komende vijftien jaar nog het geval zijn”. En eerder deed het verhaal de ronde dat elektrische auto’s in Nederland vooral op kolenstroom rijden. Daarom in deze blog antwoord op de vraag of we het paard inderdaad achter de wagen spannen door van gas en olie over te stappen op kolenstroom?

Spoiler voor de snelle lezer: nee, slechts een gedeelte van onze elektriciteit komt uit kolen (27% in 2017). Onze stroom komt vooral uit aardgas (49% in 2017). Uiterlijk 2030 gaan alle Nederlandse kolencentrales dicht en binnen 7 jaar komt naar verwachting meer dan de helft van de Nederlandse elektriciteit uit duurzame bronnen (omhoog van 15% in 2017). Een warmtepomp of elektrische auto levert daarom wel degelijk CO2-reductie op vergeleken met het fossiele alternatief

Aanname prof. Smeulders: alle stroom uit kolen met 800 gram CO2 per kilowattuur

Prof. Smeulders schreef in zijn brief in de Volkskrant dat de CO2-uitstoot hoger wordt als we van gasverwarming afgaan doordat elektriciteit uit kolen komt. Hij ging daarbij uit van een CO2-uitstoot van 800 gram per kilowattuur elektriciteit.

494 gram was de gemiddelde CO2-uitstoot van Nederlandse elektriciteit in 2016

Het CBS publiceert jaarlijks een analyse van het rendement en CO2-uitstoot van de elektriciteitsproductie in Nederland. De meest recente analyse gaat over de situatie in 2016. In 2016 was de gemiddelde CO2-uitstoot van elektriciteit in Nederland volgens de zogenaamde ‘integrale methode’ 494 gram per kilowattuur, zie de grafiek hieronder.

CO2-uitstoot Nederlandse elektriciteitsproductie 2000-2016 CBS integrale methode

Grootste deel Nederlandse elektriciteit komt uit aardgas

De CO2-uitstoot per kWh elektriciteit die prof. Smeulders aanneemt is dus ruim 60% te hoog. Dat komt omdat hij ervan uit gaat dat alle elektriciteit uit kolen komt. Dat is niet het geval. In 2016 kwam volgens de gegevens van het CBS 32% van de Nederlandse elektriciteitsproductie uit kolen. In 2017 daalde het aandeel kolen naar 27%. Het grootste deel van de elektriciteitsproductie (49%) kwam in 2017 uit aardgas. Duurzame bronnen leverden 15% (volgens de ‘niet-genormaliseerde gegevens’, dat wil zeggen niet gecorrigeerd voor de weersomstandigheden in dat jaar) en kernenergie (de kerncentrale in Borssele) 3%.

Samenstelling NL elektriciteitsproductie 2000-2017

Vanaf 2025 komt grootste deel elektriciteit uit wind en zon

De afgelopen jaren is de hoeveelheid wind- en zonne-energie wereldwijd snel gegroeid en zijn de kosten ervan spectaculair gedaald. Ook in Nederland wordt de laatste jaren hard gewerkt aan meer duurzame energie. In 2017 waren wind en zon goed voor bijna 10% van het Nederlandse elektriciteitsverbruik (NB dat is iets anders dan het aandeel duurzame energie waarin ook warmte en brandstoffen meegenomen worden).

aandeel wind en zon in elektriciteit NL 2000-2017 gestapeld

De komende jaren zal de hoeveelheid duurzame elektriciteit in Nederland snel groeien door meer windenergie op land, zonne-energie en vooral ook windenergie op zee. Recent publiceerde Minister Wiebes van Economische Zaken de routekaart voor windenergie op zee 2030. Hierin wordt beschreven hoe de capaciteit van windenergie op zee gaat groeien tot 11.500 MW in 2030.

In de Nationale Energieverkenning 2017 (NEV2017) hebben ECN, PBL, CBS en RVO in kaart gebracht hoe de Nederlandse energievoorziening zich volgens de beste inzichten op dat moment gaat ontwikkelen tot 2035. In de grafiek hieronder heb ik op basis van de gegevens uit de NEV-2017 geïllustreerd hoe drastisch de elektriciteitsproductie gaat veranderen. Vanaf 2025 komt volgens de NEV2017 meer dan de helft van de elektriciteit uit wind en zon en komt in 2030 75% van de elektriciteit uit wind, zon en biomassa komen.

Elektriciteit productiemix NL 2010-2035 NEV-2017

Doordat het aandeel duurzame elektriciteit sterk gaat toenemen en het aandeel fossiel sterk gaat dalen, neemt de gemiddelde CO2-uitstoot per kilowattuur elektriciteit natuurlijk sterk af. Volgens de NEV2017 daalt de gemiddelde CO2-uitstoot per kilowattuur naar ongeveer 200 gram in 2030, zie de grafiek hieronder.

CO2 emissiefactor NL elektriciteitsproductie 2000-2035 volgens NEV-2017

De kolencentrales in Nederland gaan uiterlijk in 2030 dicht

De grafieken hierboven zijn op een belangrijk punt alweer achterhaalt. Het Kabinet heeft besloten dat alle kolencentrales in Nederland uiterlijk in 2030 gesloten worden. De 2 oudste kolencentrales moeten eind 2024 al gesloten zijn. Daarmee zal de CO2-uitstoot per kilowattuur verder dalen.

Conclusie

Als we kijken naar het vervangen van aardgas in huis door elektriciteit (bijvoorbeeld met warmtepompen) of vervangen van olie door elektriciteit (elektrische auto’s), dan is het onzin om te stellen dat de elektriciteit volledig uit kolen komt. Op dit moment komt het grootste deel van onze elektriciteit niet uit kolen, maar uit aardgas. Voor een analyse van de CO2-reductie door de overstap op warmtepompen moeten we natuurlijk kijken naar de ontwikkelingen gedurende de levensduur van het apparaat. Komende jaren zal het aandeel duurzame elektriciteit snel groeien tot circa 50% in 2025 en 75% in 2030. Daarmee zal de CO2-uitstoot per kilowattuur naar verwachting dalen van 494 gram in 2016 naar minder dan 200 gram/kWh in 2030.

Als we ervan uitgaan dat de overige aannames van prof. Smeulders kloppen (ik heb ze niet nagerekend, maar zou bijvoorbeeld denken dat in een huis dat overstapt naar een warmtepomp isolatie voor de hand ligt waardoor het energieverbruik afneemt en de CO2-reductie groter wordt), dan levert een warmtepomp wel degelijk CO2-reductie op ten opzichte van verwarming met een CV-ketel op aardgas.

Naschrift over de hoofdlijnen voor het Klimaatakkoord

In de hoofdlijnen voor het Klimaatakkoord is de snelle groei van hernieuwbare energie verder uitgewerkt. In de hoofdlijnen voor het Klimaatakkoord is aan de ‘tafel elektriciteit’ ook afgesproken hoe de productie van duurzame elektriciteit verder verhoogd wordt als er meer vraag komt vanuit de andere sectoren (industrie, woningen&kantoren, mobiliteit, landbouw). Op die manier gaan de elektrificatie van het energiegebruik en de productie van meer duurzame elektriciteit hand in hand. Het PBL rekent de plannen komende zomer door. Wellicht heb ik dan tijd voor een update van deze blog.

Energie uit vallende regendruppels?

ranny sunpanel.png

Op verschillende plekken duikt het bericht op dat er in China een nieuw zonnepaneel ontwikkeld wordt dat energie uit vallende regendruppels haalt. De Britse The Guardian schrijft dat de praktische toepassing van deze vinding nog wel een aantal jaar op zich zal laten wachten.

Ik vraag me af hoeveel energie je hiermee theoretisch zou kunnen produceren. Want het lijkt me dat er niet zo heel veel energie zit in regendruppels die naar beneden vallen. Is dit weer een geval van een energie-uitvinding die te mooi is om waar te zijn? Hieronder een poging om te schatten hoeveel energie je uit vallende regendruppels zou kunnen winnen. Het antwoord zal helaas blijken te zijn dat dit slechts een minieme hoeveelheid energie op kan leveren.

Eerder schreef ik een blog over de vraag of je energie zou kunnen opwekken uit regenwater op het dak van een huis als je het door een waterrad met generator zou laten lopen. Mijn conclusie was dat dat maar heel weinig energie kan opleveren. In dat geval ging het om het gebruiken van de potentiële energie door het regenwater naar beneden te laten stromen. In dit geval gaat het om iets anders. Volgens het wetenschappelijke artikel over de vinding gaat het om het benutten van de mechanische energie van de regendruppels. Ik ga ervan uit dat het gaat om de kinetische energie, dat wil zeggen de energie van de regendruppels doordat ze met een bepaalde snelheid naar beneden vallen.

De kinetische energie hangt af van de massa van een voorwerp (m) en de snelheid van het voorwerp (v). De formule is:

formule kinetische energie

Om de kinetische energie van regendruppels uit te rekenen moeten we dus een schatting maken van de massa ervan en een schatting van de snelheid waarmee ze naar beneden vallen.

In Nederland valt gemiddeld per jaar ongeveer 800 millimeter neerslag ofwel 0,8 meter. Voor het gemak gaan we ervan uit dat het allemaal regen is (in werkelijkheid is een deel sneeuw en hagel, maar we maken het onszelf voor deze schatting zo makkelijk mogelijk).

Een standaard zonnepaneel heeft een oppervlakte van ongeveer 1,6 m2. Voor het gemak gaan we er even vanuit we een zonnepaneel hebben dat horizontaal ligt (dat is in Nederland niet de beste positie om zoveel mogelijk zonne-energie te produceren, maar zoals gezegd maken we het onszelf zo makkelijk mogelijk).

Op een horizontaal zonnepaneel valt in Nederland per jaar gemiddeld 1,28 m3 regen (0,8 x 1,6) ofwel 1280 liter. Een liter water weegt ongeveer een kilogram. De totale massa (in gewone taal het ‘gewicht’) van alle regendruppels die in een jaar op het zonnepaneel vallen is daarom ongeveer 1280 kg.

Om een schatting te kunnen maken van de hoeveelheid kinetische energie hebben we nu alleen nog een schatting nodig van de snelheid waarmee de regendruppels naar beneden vallen. Karel Knip schreef hier in 2009 in NRC een artikel over waarin staat: “De meteorologen R. Gunn en G. Kinzer hebben in 1949 terminale valsnelheden van alle soorten regendruppels in het laboratorium gemeten. De kleinste druppels vallen het langzaamst, de eindsnelheid van een druppel van 0,1 mm diameter is nog geen 0,3 m/s. Een druppel van 5 mm haalt wel 9 m/s.”. Om zeker te weten dat we de hoeveelheid energie niet onderschatten, stel ik voor te rekenen met een snelheid van 10 m/s ofwel 36 km/h. [Op deze aanname kreeg ik via twitter het nodige commentaar. Terecht, want de doorsnede van de gemiddelde regendruppel in Nederland is ongetwijfeld fors kleiner dan 5 mm. De schatting van de maximale hoeveelheid energie hieronder is dus een overschatting]

Als we de massa en de veronderstelde snelheid van de regendruppels invullen in de formule hierboven, dan kunnen we de kinetische energie van alle regendruppels samen schatten op 64.000 joule per jaar (1/2 x 1280 x 100).  Een behoorlijk groot getal, maar slechts een kleine hoeveelheid energie: 64.000 joule komt overeen met 0,018 kilowattuur (want 1 kWh=3,6 miljoen Joule).

In Nederland produceert een zonnepaneel ongeveer 250 kilowattuur elektriciteit per jaar. De kinetische energie van de regendruppels die in een jaar op een zonnepaneel vallen is dus zo goed als verwaarloosbaar vergeleken met de productie van elektriciteit uit de zon met datzelfde zonnepaneel.

Dus zelfs als het met de nieuwe vinding mogelijk zou zijn om alle kinetische energie uit de regendruppels die op een zonnepaneeel vallen om te zetten in elektriciteit, dan is de opbrengst daarvan verwaarloosbaar vergeleken met de opbrengst uit zonne-energie.

Mijn voorlopige conclusie is daarom dat de vinding technisch heel knap is, maar qua energieproductie geen potentieel heeft.

(vraag aan de lezers: zie ik welicht iets over het hoofd? Het wetenschappelijke artikel zegt ‘The hybrid energy harvesting system integrated electrode configuration can combine the advantages of high current level of a solar cell and high voltage of a TENG device’. Is er wellicht een interactie tussen de ‘triboelectric nanogenerator (TENG) device’ en het zonnepaneel die ik niet doorzie?)