De zegeningen van hernieuwbare energie
Vermogensdichtheid: lakmoesproef van hernieuwbare energie
Vrijdag 6 november 2015
Een gastbijdrage van Jeroen Hetzler
Er wordt nogal eens gespeculeerd over vervanging van fossiele brandstoffen door hernieuwbare energiebronnen zijnde windmolens, zonnepanelen en biomassa.
Bij deze speculaties dreigen protagonisten van hernieuwbare energie nog wel eens het belang van voedingsgewassen, hout en grondbeslag uit het oog te verliezen. Toenemende behoefte aan biomassa voor energieopwekking en biobrandstof verscherpt de toch al toenemende competitie met voedingsgewassen gegeven de bevolkingsgroei.
http://www.wri.org/sites/default/files/avoiding_bioenergy_competition_food_crops_land.pdf
Deze competitie wil nog wel eens lieden verleiden om in te zetten voor eugenetisch aandoende draconische maatregelen omdat zij de mens als een vijand van Moeder Aarde beschouwen. Abortus, gedwongen sterilisatie, één-kind-politiek en meer van dergelijke bedenkele uitwassen lijken niet de juiste manier om kritische vragen omtrent energielevering en voedselvoorziening in de toekomst te omzeilen . Het is daarom raadzaam om de doelstellingen van de energietransitie, zoals door Urgenda gepropageerd, kritisch te bezien. Er zijn namelijk feiten die de bedenkers liever verdoezelen, namelijk kosten en oppervlaktebeslag, en daarmee maatschappelijke wenselijkheid. Over de kosten is al meer dan genoeg geschreven. Voor de kosten van tenminste € 73 miljard van windinspanning van het Nationale Energieakkoord (opbrengst 24% van de elektriciteitsvoorziening hoewel onbekend is wanneer die elektriciteit geleverd wordt en of er dan vraag naar is) kun je met gemak 10 kernreactoren bouwen die ruimschoots de Nederlandse elektriciteit gedurende 60 jaar gezamenlijk 100% van de tijd vraagvolgend leveren.
Hoe zit dit met hernieuwbare energie? Van de zijde van de milieubewegingen, diverse politici en activisten schijnt het dringend gewenst om over te stappen op hernieuwbare energie. Waar dit op gebaseerd is, blijft onduidelijk. Er worden allerlei rampen bedacht, maar waar die op gebaseerd zijn, is louter PR-speculatie. Ook hoorde ik mevrouw van Tongeren op het Noordwijkse strand vertellen dat we ons onafhankelijk moeten maken van import van gas en dat dit met windmolens moet gebeuren. Dagelijks importeren we allerlei producten uit alle hoeken van de wereld. Moeten we dan bijvoorbeeld ook de import van graan stopzetten en zelf graan gaan verbouwen teneinde ons onafhankelijk te maken van graanimport uit bijvoorbeeld de VS?
Laten we daarom liever maar eens kijken naar de Nederlandse energiestromen: import, export en gebruik.
Exclusief reeds gedekt door hernieuwbaar en afval plus overig, komen we op 3.218 PJ Verbruik. Bij uitsluiting van kernenergie, zal voor 28 PJ vervanging gezocht moeten worden. Het totale verbruik zal dan neerkomen op 3.246 PJ. Rekenen wij dit om naar Watt, dan komt het volgende uit de bus 901,7 TWh. Bij 8.760 uren per jaar komt dit op een theoretisch benodigd vermogen van 103 (afgerond) GW.
http://www.eenheden-omrekenen.info/Joule+in+Kilowattuur+omrekenen.php
Hier treedt de cruciale sleutel in werking om de deur naar het verdere rekenwerk te openen.
Bronnen: Vaclav Smil Power Density; A. de Goederen Onbeperkte klimaatneutrale stroom
Vermogensdichtheid kan op een aantal manieren berekend worden o.b.v. liter, kilo, kuub etc. Voor onderlinge vergelijking is toerekening naar vierkante meter. Een goede maatstaf en mondiaal in gebruik. Men moet dan denken aan een centrale inclusief alle (bij)gebouwen, opslagplaatsen, omvang mijnen e.d. Het boek Power Density van Vaclav Smil is beslist een aanrader voor wie hier het naadje van de kous wil weten. Voor zonnepanelen is ook lezenswaard Spain’s photovoltaic revolution van P.A. Prieto en C.A.S. Hall.
Bovenstaande tabel laat zien hoe groot de verschillen zijn, welke zich ook vertalen in de opwekkingskosten.
Het is belangrijk zich te realiseren dat in de bovengegeven vermogensdichtheden de rendementsverliezen, efficiëntie en productiefactor, zijn verdisconteerd teneinde het theoretische, nominale, vermogen te corrigeren voor genoemde verliezen.
Wanneer de Nederlander op democratische wijze gestemd heeft om over te stappen op 100% duurzaamheid bijvoorbeeld 100% vervanging van fossiele brandstof door biomassa of voor andere varianten, dan kunnen we met vermogensdichtheid iets meer aan de weet komen. Vaclav Smil heeft bij zijn berekeningen rendementsverliezen ingecalculeerd, maar geen inpassingsverliezen op het net die zeker 25% kunnen bedragen. Deze laatste laat ik buiten beschouwing.
Laten we biomassa onder de loep nemen.
Biomassa
Het landoppervlak van Nederland bedraagt 41.543 km2. Hiervan is 22.644 + 4.865 = 27.509 beplantbaar terrein en dus in principe in aanmerking komend voor biomassa.
http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl/indicatoren/nl0060-Bodemgebruik-in-Nederland.html?i=15-18
De vermogensdichtheid van biomassa is 0,4 W/m2 (plantmassa) en 0,6 (hout). Nemen we gemiddeld 0,5, dan zien we het volgende:
Om 100% uit biomassa te voorzien is nodig 103 GW/0,5 W/m2 : 1.000.000 m2 = 206.000 km2 landoppervlak.
We zouden dan dus 7,5 van dergelijke Nederlanden nodig hebben, willen we alle biomassa van eigen agrarische en bosbodem kunnen halen. Hiermee komt dan een einde aan de Nederlandse voedselproductie voor eigen gebruik en export. Het wegvallen hiervan weerspiegelt zich een beetje in de roep om stadslandbouw als lapmiddel. De ervaringen in Engeland in de oorlogsjaren roepen associaties op met deze zienswijze. Ook zullen de Nederlandse bossen een kortstondig leven beschoren zijn door dergelijke massale verbranding. Het overstappen op een oorlogsindustrie, wat dit is, houdt dus stand voor slechts enkele jaren, waarna een overlevingsstrategie volgt. Het is derhalve maatschappelijk gezien een onverantwoordelijke ‘strategie’.
Bij deze berekening wordt geen onderscheid gemaakt naar sector, waar elektriciteitsproductie, warmteopwekking en vloeibare brandstoffen voor de transportsector ieder hun eigen eisen stellen. Laten we eens kijken hoe het zit met de transportsector.
Brandstofgebruik transport
Deze bestaat uit wegverkeer, luchtvaart, scheepvaart, landbouwverkeer en railvervoer (dieseltractie). Het energiegebruik bedraagt in 2014 542 PJ.
Dit wordt dan 150,6 TWh. Bij 8760 uren per jaar wordt dit dat 17,1 GW benodigd opgesteld vermogen. De vermogensdichtheid van bio-ethanol bedraagt inclusief alle rendementsverliezen 0,26 W/m2.
Om 100% uit bio-ethanol te voorzien is nodig 17,1 GW/0,26 W/m2 : 1.000.000 m2 = 65.770 km2 landoppervlak
We zouden dan dus 2,4 van dergelijke Nederlanden nodig hebben,willen we alle bio-ethanol van eigen agrarische en bosbodem kunnen halen. Wederom geldt hier het knelpunt van de voedselproductie.
En hoe zit het met onafhankelijkheid van aardgasverbruik?
Aardgasverbruik
Dit is 884 PJ en wordt 245,6 TWh. Bij 8.760 uren per jaar wordt dit dat 28 GW benodigd vermogen. De vermogensdichtheid van biomassa bedraagt inclusief alle rendementsverliezen gemiddeld 0,5 W/m2.
Om 100% uit biomassa te voorzien is nodig 28 GW/0,5 W/m2 : 1.000.000 m2 = 56.000 km2 landoppervlak.
We zouden dan dus ruim 2 Nederlanden nodig hebben. Dit afgezien van de investeringen in infrastructuur en nogmaals de voedselvoorziening. Dit laatste wordt haast eentonig.
Laten we eens kijken hoe windmolens het ervan afbrengen, ook die van mevrouw van Tongeren.
Windenergie
De vermogensdichtheid van windmolens is 1 W/m2.
Om 100% van het elektriciteitsgebruik uit wind te voorzien is nodig 410 PJ = 113,9 TWh: : 8760 : 1 W/m2 : 1.000.000 m2 = 13.000 km2 benodigd oppervlak, (exclusief de minimale afstand van 600 meter tot bebouwing), wat neerkomt op 0,4 maal Nederland. (Nederland’s totale oppervlak van 41.543 km2 minus (semi) bebouwd en verkeersterrein = 36.353 km2). Willen windmolens het gehele Nederlands energiegebruik dekken, dan is er nodig 0,4/0,13 = 3,1 Nederland (het elektriciteitsgebruik bedraagt namelijk 13% van het totale energiegebruik in Nederland)
Mevrouw van Tongeren stelt dat windmolens ons onafhankelijk kunnen maken van gasimport, vooral van het PR-smaakvolle Russische gas. Nu dan, de gasimport bedraagt 810 PJ. Rekenen we dit om, dan krijgen we: 225 TWh : 8.760 : 1W/m2 : 1.000.000 m2 = 25.700 km2 benodigd landoppervlak. Bij een totaal oppervlak van 41.543 km2 minus (semi) bebouwd en verkeersterrein = 36.353 km2, zouden we 0,7 van dergelijke Nederlanden nodig hebben.
Alles bij elkaar 1,1 Nederlanden om gasimport en elektriciteitgebruik te dekken.
Als het niet of te hard waait, wordt er geen elektriciteit geleverd. Er bestaat thans geen economisch haalbare mogelijkheid hoe dit vraagstuk van opslag, want hier gaat het om, op te lossen.
Het vraagstuk wordt ernstig onderschat, verdoezeld en tot wensdenken verheven. Een accubatterij van 10 MWh die € 20 miljoen kost, is in staat precies 1 minuut het windpark Gemini van 600 MW te vervangen. Back up voor één etmaal windstilte kost dus 24 x 60 x € 20 miljoen = € 28,8 miljard. De kosten van opslag zijn zo astronomisch dat ze stelselmatig verzwegen worden door de windmolenindustrie.
Vooralsnog worden er daarom steeds meer kolencentrales gebouwd om dit manco op te lossen als gevolg van grootschaliger toepassing van de inferieure windturbinetechniek en het door subsidies uit de markt drukken van schonere gascentrales.
Voor zonnepanelen gelden soortgelijke overwegingen.
Zonnepanelen
De vermogensdichtheid van zonnepanelen is op onze breedte 6 W/m2 voor centrales en 12 W/m2 voor dakpanelen inclusief de winter.
Om 100% van de elektriciteit uit wind te voorzien is nodig 410 PJ = 113,9 TWh: : 8760 = 13 GW. Er is in Nederland 200 km2 dakoppervlak. Bij een vermogensdichtheid van 12 W/m2 komt dit neer op afgerond 2,4 GW. Resteert Voor zonnecentrales is de vermogensdichtheid 6 W/m2 vanwege looppaden e.d. Dus (13-2,4 = )10,6 GW : 6 W/m2 : 1.000.000 m2 = 1.770 km2 benodigd oppervlak. Totaal dus 1.970 km2.
Mevrouw van Tongeren stelt dat windmolens ons kunnen vrijwaren van gasimport. Het is opmerkelijk dat zij met geen woord rept over zonnepanelen. Nu dan opnieuw, maar dan voor zonnepanelen: de gasimport bedraagt 810 PJ. Rekenen we dit wederom om, dan zien we: 225 TWh : 8.760 : 6 W/m2 : 1.000.000 m2 = 4.280 km2 benodigd landoppervlak. Alles bij elkaar voor gasimport en elektriciteitsgebruik 6.050 km2. Exclusief 200 km2 dakoppervlak.
Bij een totaal oppervlak van 41.543 km2 minus (semi) bebouwd en verkeersterrein = 36.353 km2, zouden we 0,2 Nederland nodig hebben om gasimport en elektriciteitgebruik te dekken. Dit los van dezelfde problemen van vraagvolgendheid en opslag die ook voor windenergie gelden.
Hier zijn deze opslagproblemen wel uitgesprokener, gezien dag-nacht en zeker in de winter met ca. 14 uur donkerte.
Lezenswaard is http://www.davdata.nl/groeneleugens.html
Constateringen
1. Er is weinig fantasie voor nodig om zich te realiseren dat overstappen op fossielvrije energieopwekking, in feite een oorlogsindustrie betekent van bovendien slechts tijdelijke aard wat betreft de Nederlandse bossen waarna deze bossen niet meer bestaan;
2. Het moge uit het vorige punt dan ook blijken dat hernieuwbare energie in strijd is met duurzaamheid;
3. Ik zou niet graag in december tijdens een windstille mistige nacht op de intensive care van een zich 100% hernieuwbaar off grid achtend ziekenhuis belanden. Ik laat in het midden hoe voorstanders van hernieuwbare energie bovendien verwarming en koeling denken op te lossen, laat staan alle petrochemische industrie vervangen;
4. Er wordt 2,8 maal meer energie uitgevoerd dan er wordt gebruikt wat geld oplevert om onze maatschappij mede te bekostigen. Aardgas staat als verdienmodel nu onder druk. Bij terugschroeven van de productie van 42,5 naar 30 miljard kuub loopt de export met bijna 30% terug en hiermee het verdienmodel waaruit o.a. onze welvaartstaat wordt bekostigd. De vraag is wat ter compensatie zal worden aangewend, zeker nu de immense lasten van hernieuwbare energie zich steeds nadrukkelijker doen gelden;
5. Uit dit alles moge immers blijken hoe futiel de kostenverslindende hernieuwbaarheidsdoelstellingen zijn;
6. Tot slot roept het bevreemding op wat de reden is van het nadrukkelijk propageren van windturbines, waar zonnepanelen ondanks hun ontoereikendheid wel betere papieren hebben, zeg met een factor 5 qua vermogensdichtheid. Daarbij roepen zonnepanelen aanmerkelijk minder maatschappelijke weerstand op. Men wordt als scepticus beticht van banden met de fossiele energiesector. Misschien is dit een goed moment om de vraag om te draaien: waarom voorkeur voor windmolens boven zonnepanelen? Windmolens zijn immers uitontwikkeld en niet levensvatbaar. Zontechniek daarentegen staat nog in de kinderschoenen en kan een betekenisvolle toekomst tegemoet gaan. Is hier sprake van gebrek aan visie? Of spelen andere belangen een rol die de keuze op windturbines doet vallen? Beleggingen op kosten van de belastingbetaler?
De toekomst
Naar mijn mening zitten de grootste uitdagingen in rendementsverbetering van levensvatbare technologie en de ontwikkeling van kernenergie, wil deze maatschappij kunnen blijven voortbestaan. Er is geen reden om te vrezen voor opdrogende energiebronnen in de afzienbare tijd, mits men zo verstandig is zich innovatief te richten op levensvatbare energiebronnen met voldoende vermogensdichtheid om onze moderne maatschappij in stand te houden voor de generaties na ons. Geen van de huidige hernieuwbare energiebronnen voldoet aan deze eis. Zie:
http://www.theenergycollective.com/barrybrook/471651/catch-22-energy-storage
Het is bovendien niet verstandig zich te verliezen in koffiedik kijken over de komende 80 jaar, iets wat de mainstream-volgers lijken te doen aan de hand van ontoereikend gebleken lineaire projecties van cyclische klimaatontwikkelingen –welke projecties alle als catastrofaal worden neergezet- voor periodes die ongerechtvaardigd zijn gegeven de huidige beperkte stand van kennis. Zelfs de uit de politieke lucht gegrepen 2 graden C opwarming zal niet voor 2100 bereikt worden, uitgaande van prognoses voor wat deze waard zijn. Thans lijkt klimaatwetenschap, wat hier voor moet doorgaan, geheel gekaapt door activisme zonder wetenschappelijke basis en een door gebrek aan kennis tandeloze Overheid alsmede een NOS die zich door bluf en gelikte PR een rad voor de ogen laat draaien, tenzij de NOS daadwerkelijk is afgestapt van haar verantwoordelijkheid van objectieve informatievoorziening.
De moderne technische ontwikkelingen, met name op het gebied van thoriumcentrales en kernfusie met een vermogensdichtheid voor kernsplijting van tenminste 10.000 maal die van hernieuwbare energiebronnen, bieden meer houvast.
http://www.npo.nl/eenvandaag/05-11-2015/AT_2042951
Zie vanaf 13 minuten.
Het zou van meer verantwoordelijkheidsgevoel getuigen als onze volksvertegenwoordigers zich hierop zouden richten. Slechts een enkeling in de Eerste en Tweede Kamer is zich dit bewust. De overigen vertegenwoordigen de ‘mening’ van de door de milieubeweging geïndoctrineerde burger en vertellen wat deze burger wil horen omwille van stemmen en ook uit angst voor de toorn van de milieubeweging, niet omwille van de volgende generatie.
