Ierse windstroom in 2012 en de Nederlandse politiek.
F. Udo
Herziene versie [1]
Abstract (Engl.)
The governmental sustainable energy authority of Ireland, SEAI, published a report about the performance of its wind turbines. It admits fuel saving to be less than 100% when using the algorithm adopted by the European Union. This is the first time in EU history that a governmental agency admits such a loss.
Their figure, 80%, however is artificially enhanced. Comparison with a more realistic scenario reduces this result to 53%. Moreover two corrections not considered in the report reduce the fuel saving level to around 40% of the expected saving. The Netherlands have to face a much lower result, aiming at 25% wind power in 2023 as compared to 15,3% in Ireland now. Which increases system loss. The result is further reduced, because Ireland has some hydro storage capacity. Hydropower is absent in the low countries.
1. Inleiding.
De inpassing van grootschalige windstroom gaat gepaard met rendementsverlies in de klassieke centrales. De grootte van de inpasverliezen hangt samen met de windbijdrage, maar de verliezen groeien sneller dan evenredig met het percentage wind. De hoeveelheid wind in het Nederlandse stroomnet is nog klein (enkele procenten), dus de verliezen in het fossiele net vallen nog niet erg op. Daarom kan de regering nog steeds volhouden, dat de inpasverliezen wel meevallen. Volgens de EU rekenwijze, die ook onze regering hanteert, vervangt een kilowattuur (kWh) windstroom een kilowattuur klassiek opgewekte stroom. Dit is de “nominale besparing”:
Een aandeel van X% wind levert X% brandstofbesparing in de elektriciteitsproductie voor elke waarde X. In België worden hiermee de vergoedingen voor windstroom berekend.
Dit fictieve beeld over windenergie wordt kritisch besproken in een eerder artikel [2]. Dat artikel is volledig gebaseerd op empirische gegevens. Het blijkt, dat de brandstofbesparing door een bijdrage van 25% windenergie in Nederland (het doel van het Energieakkoord) niet meer dan een derde kan bedragen van de nominale besparing. De restrictie “in Nederland” is nodig, omdat in ons vlakke land geen opslag van stroom door waterkracht mogelijk is.
De regering bij monde van minister Kamp weigert om de conclusies, zoals neergelegd in het aangehaalde artikel, te aanvaarden. De Bijlage onder dit artikel illustreert dit met enige citaten uit een brief van minister Kamp aan de vaste commissie voor Economische Zaken. De minister geeft de voorkeur aan modellen, die meestal een te optimistisch beeld geven van de gevolgen van grootschalige windenergie.
“One of the primary reasons we don't seek counsel from the wise people around us is that we already know what we are going to hear - and we just don't want to hear it.”
(Andy Stanley, 1958 -, American Christian Pastor and Author.)
Dit artikel doet precies wat de minister vraagt, namelijk het berekenen van de brandstof besparing door windenergie middels berekeningen van de “Sustainable Energy Authority of Ireland (SEAI) in een model, waarin windenergie de variabele is. Zoals de naam zegt is dit instituut belast met de officiële propaganda voor windenergie in Ierland.
2. Bespreking van het SEAI model.
In het jaarverslag over 2012 van de SEAI wordt met het PLEXOS simulatieprogramma berekend hoeveel brandstof de Ierse windturbines bespaard hebben in dat jaar [3]. De PLEXOS berekening houdt rekening met bijna alle parameters van de Ierse stroomvoorziening, dus deze berekening volgt de werkelijkheid op de voet.
In het rapport worden 3 scenario’s doorgerekend, waarvan alleen de eerste twee (met en zonder wind) voor ons doel geschikt zijn.
Scenario 1:
De werkelijkheid in 2012 met 80,4% fossiel. 15,3% wind en 4,3% ander duurzaam.
Scenario 2:
Geen wind, maar met 238 MW extra fossiele capaciteit.
Hier komt de groene aap uit de mouw, want in Scenario 2 wordt niet alleen een overbodige Open Cycle Gas Turbine (OCGT) centrale toegevoegd, maar uit figuur 13 van het rapport is te lezen, dat het gebruik van alle OCGT centrales is verhoogd van 18% naar 28%.
De resultaten genoemd in het rapport zijn dus verkregen door de werkelijkheid te vergelijken met een configuratie, die onnodig meer CO2 uitstoot.
(OCGT eenheden hebben een rendement dat zelfs lager is dan dat van kolencentrales.)
Deze ingreep verkleint een ander SEAI onwelgevallig fenomeen: Het weglaten van de windbijdrage vergroot het rendement van de overige (gas) centrales van het type CCGT (Combined Cycle Gas Turbine), omdat de belasting toeneemt. Dit gebeurt in het door de SEAI gekozen Scenario 2 in veel mindere mate.
Op pagina 29 van het SEAI rapport staat:
- Figure 15 shows that the levels of wind on the system in 2012 had the effect of reducing the total electricity system emissions intensity by 12% relative to a case where all wind generation was removed.
De 12% is het resultaat van een vergelijking tussen Scenario’s 1 en 2. Hier staat dus, dat de SEAI toegeeft, dat de CO2 besparing door 15,2% wind niet de nominale besparing geeft.
Volgens de SEAI is de besparing 12%/15,2% = 79% van de nominale besparing.
De “Sustainable Energy Authority” heeft tot taak het propageren van windenergie in Ierland. Hun rapport laat zien, dat zij de zaken misschien te rooskleurig voorstellen, maar zij verzwijgen ze tenminste niet. Dit is de eerste keer, dat een regeringsinstituut in Europa moet toegeven, dat windenergie een beduidend rendementsverlies veroorzaakt in het elektriciteitsnet.
De werkelijkheid ziet er toch nog een stuk slechter uit.
3. Correcties op het SEAI model.
3A. De CO2 besparing van 12%.
De kunstgrepen van het SEAI worden hier gecorrigeerd door het introduceren van Scenario 2A.
In
| Scenario 2A: | blijft de OCGT capaciteit en bezettingsgraad ten opzichte van het Scenario 1 constant. |
Op deze manier wordt 4,4% van de gas productie van OCGT naar CCGT verschoven. Deze correctie is technisch verantwoord, omdat er in Ierland 2 nieuwe CCGT centrales staan, die door de hoge gasprijs nauwelijks worden gebruikt. Indien ze zoals in Scenario 2A wel worden gebruikt, i.p.v. OCGTs verlagen ze met hun hoger rendement de gaskosten (!). In principe kan de OCGT productie zelfs verder verlaagd worden, omdat in configuratie 2A de variatie in de stroomvraag kleiner is, dan in het scenario met wind.
Het Excel werkblad [4] laat zien, dat de het systeem in Scenario 2A 3,5% minder CO2 produceert, dan in configuratie 2 uit het SAEI rapport.
De invoering van Scenario 2A vermindert het effect van wind op de CO2 uitstoot van 12% naar 8,5%.
3B. Het aandeel windenergie.
SEAI berekent het aandeel wind van het totale stroomverbruik in Ierland. Geďmporteerde stroom maakt geen deel uit van het Ierse generator systeem, dus dat deel van het verbruik moet niet meegeteld worden in de berekening.
In het SEAI rapport staan de volgende getallen:
| T | Totale elektriciteitsverbruik | 34 562 GWh |
| I | Import | 2 284 GWh |
| TF | Totale opwekking in Ierland = T – I | 32 278 GWh |
| W | Windstroom | 5 240 GWh |
Hieruit volgt, dat het windaandeel 16,2% van de stroomproductie in Ierland is.
(W/TF = 5240 / 32278 = 0,162)
Uit §§ 3A en 3B volgt, dat de CO2 besparing van 16,2% wind gecorrigeerd wordt van 12% naar 8,5%. De brandstofbesparing door de duizenden zwaaipalen wordt nu:
8,5 / 16,2 = 53% van de nominale besparing.
Het verlies is berekend door 2 realistische scenario’s met en zonder wind met elkaar te vergelijken zonder in feite af te wijken van de simulaties gedaan met het PLEXOS programma.
De paragrafen 4 en 5 bespreken verdere correcties, die weliswaar nodig zijn, maar waarover het SEAI rapport niet rept.
4. De zelf-energie van het wind systeem.
De brandstof besparing door het bijvoegen van windenergie die berekend wordt uit operationele gegevens is altijd te hoog, want deze berekeningen verwaarlozen de energie nodig om dit overbodige en kostbare systeem te bouwen. De geďnvesteerde energie met bijbehorende CO2 uitstoot is genoegzaam bekend, zie bv.[5]. Hij kan verdisconteerd worden door windturbines een koolstof uitstoot van 40 gCO2/kWh toe te kennen gedurende hun levensduur van 15 jaar.
De bijdrage van 16% wind leidt dus tot een verhoging van de CO2 uitstoot van het systeem met
0,16 x 40g/kWh = 6,4 g/kWh.
De CO2 intensiteit van het systeem met wind is 500 g/kWh. Dit wordt dus 506 g/kWh. Dit is een toename van 1,2%.
Hiermee wordt het besparingsverschil tussen Scenario 1 en Scenario 2A verkleind met 1%, dus de CO2 besparing gaat van 8,5% naar 7,5%.
De besparing wordt nu: 7,5 / 16,2 = 46% van de nominale besparing.
5. De CO2 berekening.
De beperking van de CO2 berekeningen van Eirgrid, de Ierse netbeheerder, is aangetoond door voor een aantal jaren alle 15 minuten gegevens van Eirgrid op te tellen en te vergelijken met de CO2 uitstoot berekend uit brandstofgegevens [6]. Figuur 2 van ref 6 laat zien, dat de getallen van Eirgrid voor de CO2 uitstoot systematisch 7% te laag zijn.
Figuur 15 van het SEAI rapport laat zien, dat de CO2 uitstoot van het systeem met wind 500 g/kWh bedraagt. Ref 6 laat zien, dat de CO2 intensiteit afgeleid uit de brandstofgegevens 540 g/kWh is, dus de CO2 berekening van SEAI bevat dezelfde fout als die van Eirgrid.
Udo [7] berekent een besparing van 70% van de nominale, gebruik makend van de CO2 gegevens van Eirgrid.
Wheatley [8] heeft de besparingen berekend op grond van de verliezen van elke centrale afzonderlijk. Hij komt tot een besparing door wind van 54 procent van de nominale besparing voor het Ierse systeem in 2011.
Een vergelijking van deze twee resultaten laat alleen de conclusie toe, dat er een correctie nodig is voor de tekortkomingen van de statische CO2 berekening.
Met deze correcties blijken de Ierse molens 60% van de nominale brandstofbesparing te verliezen. Rekening houdend met foutenmarges in de correcties blijft de harde werkelijkheid vanwege verlies door rendement vermindering alleen:
In Ierland is de brandstofbesparing berekend met het PLEXOS model de helft van de nominale besparing zoals die ook door Nederland en andere EU-landen foutief wordt berekend.
Tot zover de situatie in Ierland.
6. Implicaties voor Nederland
De Ierse verliezen zijn niet zonder meer dezelfde als die in Nederland. De systemen hebben veel overeenkomsten, maar er zijn verschillen. Ierland beschikt over enige waterkracht, die o.a. als buffer tegen de windvariabiliteit dient. In april 2011 was de waterkrachtcentrale buiten bedrijf. In die maand viel de brandstofbesparing terug van 70% van de nominale naar 40% [7].
In Nederland zonder waterkracht zal de besparingsvermindering ten gevolge van rendementsverliezen navenant zijn.
In de PLEXOS studie van de SEAI leveren de windmolens 16,2% van de in Ierland geproduceerde elektriciteit. Nederland bouwt aan 25%. Wij lieten zien [6,7] dat de verliezen als gevolg van verlaagd conventioneel rendement meer dan evenredig toenemen met de windpenetratie. Alleen al een evenredig verloop, zou dat deel van het verlies, (100 – 53 = ) 47%, toenemen tot 47x25/16,2 = 73%.
De ontbrekende waterkracht en de grotere windpenetratie brengen het verlies in Nederland na voltooiing van het Energieakkoord daarom op meer dan 80%.
D.w.z. minder dan 20% brandstofbesparing en CO2 uitstoot van wat de regering verwacht.
7. Opmerkingen.
In deze berekeningen zijn wegens ontbrekende gegevens een aantal andere verliesgevende factoren nog niet verdisconteerd:
- de energie nodig voor de grootschalige uitbreiding en revisie van het hoogspanningsnet;
- de energie nodig voor het onderhoud (denk aan dat op zee!);
- die voor verwarming en in stand houding van de elektronica en ijsvrij houden van de molens bij gebrek aan wind.
- De opbrengst van wind turbines door veroudering daalt met 1,6% +/- 0,2% per jaar [9].
- De energie nodig bij de sloop na 15 jaar.
- De conclusies getrokken in ref. 2 voor het Nederlandse net met 25% wind worden dus onderschreven door deze cijfers over het Ierse systeem.
De minister schreef ook in zijn brief:
- Praktijkstudies zijn belangrijk om modellen van elektriciteitssystemen te toetsen, en daarmee de uitkomsten van simulatiemodellen te valideren.
Tot nu toe acht de politiek dit jammer genoeg niet van belang, want naar de letter van het energieakkoord wordt er 25% windstroom opgewekt in 2023. Dat deze miljarden verslindende operatie zinloos is, daar hebben bewindslieden geen boodschap aan.
De volksvertegenwoordiging heeft dit tot nu toe voor zoete koek geslikt.
Monnickendam, augustus 2015.
Herzien 20 nov. 2015 [1].
Op 14 nov 2014 schrijft de minister aan de Vaste Commissie Economische Zaken [10]:
- Praktijkstudies kunnen echter niet worden toegepast om de invloed van windenergie op het systeem vast te stellen, omdat het statische karakter van dergelijke studies het onmogelijk maakt om rekening te houden met de dynamiek van het elektriciteitssysteem.
- Praktijkstudies zoals gebruikt in de studie van de heer Le Pair c.s. houden in tegenstelling tot modelstudies geen rekening met de continue wisselwerking tussen deze factoren.
De minister eindigt zijn brief met:
- Net als in eerdere publicaties en bijdragen van de schrijvers van de notitie worden ook in de onderhavige notitie op basis van bronmateriaal dat daar niet voor geschikt is zeer negatieve conclusies getrokken over de bijdrage van windenergie aan het behalen van de doelstellingen op het gebied van duurzame energie en CO2-reductie. Ik onderschrijf deze conclusies niet en zie hierin dan ook geen enkele aanleiding tot het bijstellen van mijn beleid.
Noot en referenties.
www.dropbox.com/s/juozyojpilta00z/Excel%20sheet.xlsx?dl=0
http://fredudo.home.xs4all.nl/Zwaaipalen/12._Building_windturbines_2013.html
www.clepair.net/Udo-Ierland&NederlandNL2015.html
www.clepair.net/IerlandUdo-e.html
www.tweedekamer.nl/kamerstukken/brieven_regering/detail?id=2014Z20731&did =2014D41934
www.clepair.net/verduistering-vervolg.html
