Zonne-energie

Springtij Masterclass Energie
Inzichten in energiesystemen en
hernieuwbare energietechnieken
Erik Lysen
Driebergen-Rijsenburg, 20 mei 2015
De zon als bron
Zonnestraling:
o Energiebron: fusie waterstof
=> helium
o Massa wordt omgezet in
energie (E = m.c2 )
o Massaverlies: 4,2 miljard kg
per seconde
o Universum “smijt” met
energie: 0,5 miljardste deel
straling bereikt onze
dampkring (1,73 * 1017 W)
NASA: Solar Dynamics Observatory
Zonne-energie op de aarde
Zonne-energie:
o Op aardoppervlak: 0,8 * 1017 W
(NB: 1 watt = 1 joule/sec)
o Per uur: 300 * 1018 joule
(= 300 EJ per uur)
o Wereld energieverbruik : 500 EJ/jaar
o Zonne-energie op Nederland:
3600 - 4000 MJ/m2/jaar
1000 - 1100 kWh/m2/jaar
(vgl: op Sahara: 2500 kWh/m2/jaar)
Zonnestraling in Nederland
Zonnestraling: drijvende kracht
vrijwel alle energiebronnen
• Zonne-energie, windenergie, waterkracht,
golfenergie, bio-energie
• Fossiele zonne-energie
bronnen:
– Kolen: planten
– Olie en gas: zeedieren
• Behalve:
– getijden (maan-aarde)
– aardwarmte (nucl. verval)
Windkaart Nederland (100 m)
SenterNovem
2005
Basisbegrippen:
energie en vermogen
Hoe langer een bepaald vermogen wordt
aangehouden, hoe meer energie er wordt geleverd:
energie = vermogen x tijd
1 joule = 1 watt
x 1 seconde
1 wattseconde (Ws) = 1 joule (J)
1 wattuur (Wh) = 60*60 J = 3600 J (1 watt, een uur lang)
1 kilowattuur (kWh) = 1000*60*60 = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Energie gebruiken = energie omzetten
(energie gaat nooit verloren)
Hoge kwaliteit energie (gas, elektriciteit) wordt na alle omzettingen
uiteindelijk gedegradeerd tot lage temperatuur warmte
(“Eindeloze Energie”, Erik Lysen, Aula 600, 1977)
Mens als energie-omzetter
• 2000 kcal/dag nodig om ons warm te houden
• Mens in rust “is kacheltje van 100 watt” *)
(daarom wordt een volle concertzaal gekoeld)
• Fietsen met 20 km/u vraagt 100 W vermogen
• Een uur fietsen kost 500 Wh aan “brandstof”
(rendement “mens als motor”: ~20%)
• 500 Wh = 1800 kJ = 430 kcal (1 ons koekjes)
• Afslanken: deze 430 kcal kan worden geleverd
door slechts 46 gram vet te “verbranden” …
*) 2000 kcal * 4,187 kJ/kcal = 8375 kJ
8375 kJ / (24*60*60) = 97 watt warmte stroom
Waar wordt energie voor gebruikt
in Nederland?
• Primaire
energie:
3255 PJ/jaar
• Finale
energie:
2185 PJ/jaar
(2013)
Bijdrage hernieuwbare energie 2013
“Hernieuwbare Energie in Nederland 2013,
CBS, 2014
Biomassa: mix vele bronnen
“Hernieuwbare Energie in Nederland 2013,
CBS, 2014
Schatting bijdrage HE 2023
Bron: Duurzame Energie Koepel, 2014
Verschillen wind en zon-PV
• Wind op zee: 4450 MW levert 60 PJ (16,7 TWh:
dus 3750 MWh per MW)
• Zon-PV: 6000 MW levert 19 PJ (5,2 TWh, dus
875 MWh per MW)
• Wind: overdag + ’s nachts, hele jaar door, iets
meer in winter dan in zomer
• Zon-PV: overdag, vooral in zomer, weinig in
winter
• Dus: combinatie wind en zon vult elkaar aan
De ene megawatt
is de andere niet
Type centrale
Theoretisch (24 uur x 365 dagen)
Basislast (kolen, kern)
Midden- en pieklast
Waterkracht
Windturbines op zee
Windturbines op land
Zon PV (Nederland)
Ter vergelijking:
Zon PV (Middellandse Zee gebied)
Zon PV (Sahara)
Productie
(MWh per MW)
8760
6000 - 8000
3000 - 4000
3000 - 4000
3000 - 4500
1800 - 2500
800 - 1000
1200 tot 1500
2000 tot 2500
Zonnewarmte, -stroom, -brandstof
1. Zonnewarmte:
– Passief (zon door de ramen)
– Zonneboiler (warm water)
2. Zonnestroom:
– Photo-Voltaisch (PV)
– Concentrated Solar Power
(CSP: stoom > electriciteit)
1. Zonne-brandstoffen (solar fuels)
Zonnewarmte in Nederland
• Zonneboiler:
bespaart 150 – 200
m3 gas (40% warm
water van gezin)
• Zwembaden: > 40%
besparing
• Ruimteverwarming:
met seizoensopslag
(bijv. op wijkniveau)
kan deel vraag
gedekt worden
Zoneiland Almere, Nuon
Bron: Wim Sinke
SER
werkconferentie
28jan13
Zonnestroomtechnologieën:
Commerciële panelen
Wafergebaseerd silicium (88%)
- monokristallijn
- multikristallijn (& quasi mono)
Modulerendementen 14  21%
City of the Sun (NL)
Toyota
Dunne films (11%)
- silicium
- koper-indium/gallium-diselenide/sulfide (CIGS)
- cadmiumtelluride (CdTe)
Modulerendementen 6  14%
Würth Solar
HyET Solar
First Solar
FhGISE
Abengoa/Concentrix
Concentrator (<1%)
- meerlaags III-V halfgeleiders
- silicium
Modulerendementen 25  30%
Opbrengst
zonnestroom
systemen in
Nederland
(kWh/jaar per kWp
geïnstalleerde
capaciteit aan
panelen)
Bijdrage zon PV: vooral zomer
Lysen, 2015
Wisselend per dag bij één
installatie
Lysen, 2015
Voor heel land goed voorspelbaar:
PV bijdrage in Duitsland
(http://www.sma.de/unternehmen/pv-leistung-in-deutschland.html)
19 mei 2015
22
Duitsland: record dagen in 2014
“The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014”,
Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015
23
Integratie hernieuwbaar in Duitsland
Source: Fraunhofer ISE (2014)
24
Hernieuwbare elektriciteit in
Duitsland: 25.8% in 2014
“The Energiewende in the Power Sector: State of Affairs 2014”.
Agora Energiewende, Berlin, 7 January 2015
25
Analyse effect intermitterende
bronnen voor Duitsland
Kan de wereld / Europa volledig
op hernieuwbare energie draaien?
•
The Energy Report (WWF, Ecofys, 2011): “By 2050 we
can get all the energy we need from renewable sources”
•
Roadmap 2050 (ECF, McKinsey, 2010): “By 2050,
Europe could achieve an economy wide reduction of
GHG emissions of at least 80%.This requires a nearly
zero-carbon power supply”.
•
100% Renewable electricity (PWC, 2010): “Electricity in
Europe can be 100% renewable in 2050”
•
[R]enewables 24/7 (EREC & Greenpeace, 2009): “with
smart grids 90% of the electricity in Europe can be
renewable, 24/7”.
JA dus, mits serieuze energiebesparing
Wat kunt u zelf doen?
1. Bewust worden
2. Kennis vergaren
•
•
Meten: hoeveel gebruik ik (mijn organisatie) aan gas,
elektra, water? Standen opnemen, meters installeren
Lezen: Tim Jackson, Naomi Klein, e.v.a.
3. Handelen
•
•
•
•
Thuis of op werk: investeren in isolatie, LED lampen,
zonneboiler, zon PV systeem, …
Vervoer: meer fiets en OV, minder auto en vliegen
Voeding: meer vegetarisch en lokaal
Gewoontes: minder kopen, meer muziek maken en
sporten, duurzame producten en duurzame bank
Energieverbruiksmanager om
“slimme meter” echt slim te maken
http://www.energieverbruiksmanagers.nl/
Wasmachine draaien op de zon
Lysen, 2015
Energie opslag
•
“SunEdison Becomes First
Renewable Energy Company To
Offer Solar, Wind, And Energy
Storage” (5 March 2015)
•
Rocky Mountain Institute: “The
Economics of Grid Defection”,
2014
Breder perspectief
Tim Jackson
2009
Naomi Klein
2014
Paul Gilding
2011