David Dirkse.

Een bijdrage van David Dirkse.

‘22.500 Winndmolens op zee.’

Dat berichtte mijn ochtendblad enige dagen geleden.

Het betreft zeer grote molens met een maximum vermogen van 8MWatt. Het consortium ‘North sea wind power hub’ bepleit om de molens te plaatsen op 10 eilanden met elk 15 GigaWatt vermogen. De benodigde oppervlakte is 5% van de Noordzee.

Voor 2050 zijn hiermee de Parijse klimaatdoelstellingen bereikt.

Gasunie wil op een deel van die werkeilanden waterstoffabrieken bouwen.

Tijd voor wat rekenwerk want de ervaring leert dat de berichtgeving over hernieuwbare energiebronnen vaak aan de optimistische kant is.

Volgens opgave van het CBS was in 2018 het totale landelijke energiegebruik 3100 PJoule.

Nu zeggen deze enorme getallen niet veel. Ik reken ze daarom om naar huishoudens per dag. Daarvan zijn er in Nederland 7,8 miljoen. Eén huishouden heeft per dag 50kWh nodig plus nog 250kWh voor industrie, transport, landbouw en dienstverlening. Totaal 300kWh.

Ter vergelijking: het vermogen van een stofzuiger is ongeveer 1kW.

In hoeverre kunnen die 22500 windmolens aan deze vraag voldoen ofwel: zijn wij in staat onze welvaart hiermee te handhaven? Want de windenergie dient te worden ingepast in een vraaggestuurd net wat slechts mogelijk is met grootschalige energie opslag.

Zo’n energiebuffer is alleen met waterstof te realiseren.

Wind op zee heeft een productiefactor van 40%. In 40% van de tijd moet de buffer worden gevuld met energie voor de overige 60% van de tijd dat het onvoldoende waait.

Energie conversie gaat met verliezen gepaard. Het rendement van de omzetting van stroom naar waterstof via elektrolyse is 75%. Samenpersen van de waterstof (tot 300 bar) kost 10% van de energie. Stroomopwekking met waterstof heeft een rendement van 50%.

Ik onderscheid nu drie gevallen:

  1. Nederland is van het gas los.
  2. De energievoorziening bestaat voor 50% uit stroom en 50% uit gas
  3. Alle energie wordt door gas geleverd

(1) Alles elektrisch

De windturbines leveren op een dag met voldoende wind 22500 . 8 . 24 = 4320GWh stroom.

Dat is 4320.10^9 / 7,8.10^6 = 554kWh per huishouden. 300kWh daarvan gaat meteen naar de gebruiker en 254kWh blijft over voor omzetting naar waterstof.

Voor de eenvoud stellen we dat het 40 dagen aaneen goed waait. Dan is een waterstofreserve opgebouwd van 254.10^3 . 40 . 0.75 , 0.9 = 6858kWh. Na omzetting naar stroom blijft hiervan over 0,5 . 6858 = 3429kWh per huishouden. De volgende 60 dagen is er geen wind, zodat per dag beschikbaar is 3429/60 = 57kWh. De economie komt tot stilstand.

Er moet dus sterk bezuinigd worden. Hoeveel energie kan er continu geleverd worden?

Stel die hoeveelheid x.

In 40 dagen bouwt een waterstofreserve op van 40(554-x).0,75.0,9kWh die in de volgende 60 dagen wordt geconsumeerd: 40(554-x).0,75 . 0,9 . 0,5 = 60x waaruit volgt dat x = 102KWh. (bij de omzetting van waterstof naar stroom gaat 50% van de energie verloren).

Dat betekent forse deïndustrialisatie, sluiting van Schiphol en Hoogovens.

(2) De energie wordt voor de helft als stroom en voor de helft als waterstofgas geleverd.

Een huishouden gebruikt 0,5x energie aan stroom en 0,5x aan waterstof.

In 40 dagen bouwt een waterstofreserve op van 40 (554-0,5x). 0,75 . 0.9.

In 100 dagen gaat daar van af als gas: 100.0,5x en op de windstille dagen als stroom 60.x

Totaal: 110x (0,5x stroom kost x aan gas).

Vergelijking: 40(554-0,5x). 0,75 . 0,9 = 110x zodat x = 121kWh, iets minder slecht.

(3)Alleen waterstof

In 40 dagen bouwt een waterstofreserve op van 40(554)0,75 . 0.9 = 14958kWh.

Dat is gemiddeld over 100 dagen plm. 150kWh per dag.

De omzettingsverliezen van gas naar stroom komen nu bij de gebruiker te liggen maar dragen daar wel bij aan de verwarming en zijn niet verloren. Micro WKK zien we hier.

Conclusie

Met alleen deze windenergie is onze welvaart niet te handhaven.

Volledige elektrificatie geeft het slechtste resultaat. Alleen gas het minst slechte.

Hieronder een grafiekje waarin horizontaal het percentage stroom en verticaal de energie opbrengst : y = 15000/(100+47x).

Hoeveel windmolens zouden er nodig zijn voor een dagelijkse constante afname van A kWh per huishouden?

Stel dat de molens hiervoor een energie E moeten leveren op dagen met voldoende windsnelheid.

X is het deel (0..1) dat als stroom wordt geleverd.

Dan wordt op winderige dagen opgebouwd 40(E-Ax).0,75,0,9 = 27(E-Ax)

Voor de overige windstille dagen verdwijnt uit deze buffer als stroom 2Ax.60 = 120Ax

100 dagen gaslevering onttrekt 100A(1-x) zodat 27E-27Ax = 100A+20Ax oftewel E = A(100 +47x)/27

Voor A=300 (welvaartshandhaving) en 100% stroomlevering wordt E = 1633 kWh.

Dat vereist 1633/554 . 22500 = 66322 windmolens.

Uitsluitend gaslevering vereist 45122 molens.

Samenvatting

In 2018 was het totale energieverbruik van ons land gemiddeld 300kWh (kilo watt uur) per huishouden per dag.

Alle onderstaande energie is voor de duidelijkheid uitgedrukt in huishouden per dag.

22.500 grote windmolens (8MWatt) op zee genereren bij voldoende windkracht 554kWh.

Voor constante weersonafhankelijke energielevering is (gas) opslag nodig.

Die conversie gaat gepaard met verliezen.

Als alle energie als stroom wordt geleverd dan kunnen de molens 100kWh leveren.

Bij uitsluitend gaslevering is dat 150kWh.

Inclusief windvariatie en conversieverliezen is de productiefactor van een windpark dan 18% (stroom) of 27% (gas).

Met 22.500 molens is welvaartshandhaving niet mogelijk, hun energieaanbod is slechts een derde deel van wat is vereist.

Volledige welvaartshandhaving bij 100% elektrificatie vereist minimaal 66.322 windmolens.

Links:

North sea windpower hub

energiegebruik 2018

Print Friendly, PDF & Email