Windmolens en zonnestroom

1. Relativiteit van het energie vraagstuk.
2. Zon en wind zijn niet zo geschikt voor elektriciteit.
3. Zonnecellen & opslag.
4. Windmolens.
5. En de prijs.

1. Relativiteit van het energie vraagstuk.
Het is niet moeilijk het energievraagstuk te relativeren. Verreweg onze meeste energie komt gratis zonder onze tussenkomst van een enorme kernfusiereactor, de zon. Wij hoeven er niets voor te doen. Zo’n 1000 W/m² arriveert ononderbroken op de aarde. Daardoor is het hier niet 270 graden onder nul zoals elders in het heelal. Zonder de lucht zou het nog wel vriezen maar dankzij de atmosfeer van onze waterplaneet broeit het wat en is het gemiddeld ~ 15 ^oC. Toch willen wij wat extra om onze huizen bij te verwarmen, machines te laten draaien, voor transport en nog veel meer. Ook die energie geeft de natuur gratis in de vorm van wind, af te tappen zonnestraling, steenkool, olie, aardgas, kernbrandstof enz. Meestal moet je er de eigenaars van de grond waar het gevonden wordt voor betalen. En de machines die het opdiepen of in bruikbare vorm omzetten en voor consumptie geschikt maken, kosten ook een lieve duit. Onze overheid bv. strijkt een flinke som op van het gas dat wij uit de grond halen. Tot nu toe is ze nog niet op het idee gekomen om voor het plaatsen van windmolens te laten betalen, maar die tijd komt heus ook wel. De dingen vallen nogal op. Over de winbare voorraad van al die gratis energie in de schoot van moeder aarde zal ik in verband met de tijd nu niets zeggen.

In Nederland gaat heel wat om in de extra energie. Kijk maar naar dit plaatje, afgeleid uit KIvI’s ‘energiebalans’: bijna 20 000 Petajoule. Zelf gebruiken we maar net iets meer dan 3000. Daarvan 422 PJ in de vorm van elektriciteit. De rest, ~17 000 PJ exporteren we ongeveer half/half bewerkt en als grondstof. 20 elektrische petajoule komt van wind en zon. De ingenieurs die zich inzetten om met wind en zon een energie transitie te bewerkstelligen, hebben dus nog een hele klus. Ik bepaal mij vandaag tot de elektriciteit. Dat zijn de twee staven rechts in dit diagram.

Eigenlijk doet de regering dat ook met zijn plannen, al is het in woorden net alsof het om de hele energiehuishouding gaat. U ziet hier wat kengetallen. Voor windmolenontwikkelingen zijn er met betrokkenen afspraken in de maak die ook al in de Tweede Kamer zijn genoemd. We krijgen een land en een zee vol molens voor 0,3% van onze totale energieactiviteit! Over andere ‘renewables’ zoals zonnestroom is er meer onzekerheid evenals over maatregelen voor energiebesparing. De energie die wij uit biomassa halen blijft wat in de schaduw. Dat was in 2011 5 x zoveel als uit wind en zon. Jammer genoeg wordt het vrijwel geheel gebruikt voor elektriciteitsproductie met een vervelend laag rendement. Daardoor is het de vraag of bomen kappen in Amerika, die daar tot pellets verwerken, naar ons land verschepen en dan in centrales verstoken qua brandstofbesparing en CO₂ emissie reductie nog wel iets oplevert? Financieel zal het wel lonen. Dat komt door de regelgeving. Ik bedoel het technisch. Komt er minder CO₂ door in de lucht? Ik betwijfel het, maar zelf heb ik mij er niet in verdiept. Ik zal mij nu dus verder beperken tot wind en zon.

2. Zon en wind zijn niet zo geschikt voor elektriciteit.
Zon en wind zijn eigenlijk niet zo geschikt voor elektriciteitopwekking, waarvoor zij worden ingezet. Beide zijn niet vraag gestuurd. Wanneer het onvoldoende waait, of als het donker is, of er sneeuw valt, is er geen stroom. Elektriciteitsopslag zou dat bezwaar wegnemen. In dit plaatje ziet u wat kengetallen van opslagsystemen die er bij de huidige stand van de technologie voor in aanmerking komen:

Redox accu’s, die je de energie als vloeistof laten aftappen, gewone accu’s, wateropslag in hooggelegen stuwmeren, perslucht en waterstof. Aan alle kleven bezwaren. Stuwmeren met een hoogteverschil van 300 m zijn in Nederland ondenkbaar. Eigenlijk nergens in W.Europa behalve in Noorwegen. In dat land zijn ook de extra kosten irrelevant omdat ze de stroom gratis van Deense windmolens krijgen. (Het is trouwens geen echte opslag. Ze wenden de import direct aan. Ze zetten gewoon de stroomtoevoer van hun door neerslag gevulde stuwmeren even stil.) In andere landen kan ‘hydro’ helpen, hoewel het niet dè volledige oplossing biedt. Voor de rest betekent opslag een meer dan verdrievoudiging van de stroomprijs. Voor ons en NW Europa geldt dat wind en zon 100% achtervang van gewone centrales vergen om de leveringszekerheid te waarborgen. Dat wil zeggen dat alle investeringen in wind- en zonne-installaties plus de daarvoor benodigde bekabeling extra’s zijn bovenop de investeringen die we toch al zouden doen. Voor ons en NW Europa zit er de komende tientallen jaren niets anders op dan de conventionele- en kerncentrales het net te laten stabiliseren en ons van stroom te voorzien als zon en wind het laten afweten.

3. Zonnecellen & opslag.
Tijdens mijn werkzame leven heb ik met genoegen kunnen bewerkstelligen dat er geld was voor onderzoek aan zonnecellen en aan windmolens. Daarmee zijn resultaten bereikt, waarop ik nog steeds trots ben. Maar dat betekent niet dat ik ze bij de stand van de technologie ook geschikt acht voor grootschalige elektriciteitsproductie in de komende decennia. In tegendeel! In de energiebalans van zonnecellen heb ik mij nog niet verdiept. Hoeveel energie vergt de fabricage, plaatsing, netadaptatie en aanpassing van de operatie van de conventionele achtervang in vergelijking tot de geproduceerde elektriciteit? De PV-techniek was om economische redenen, zoals het plaatje laat zien, nog ver van grootschalige toepassing verwijderd. Een prijs van enkele tientallen eurocenten per kWh is niet realistisch. Zelfs met de beloofde 0,05 euro per kWh in 2040 is er nog slechts pariteit met kolen of kernenergie als de zon schijnt. Het probleem van de leveringszekerheid is bij die prijs niet opgelost. Ik weet wel dat met de huidige subsidieregelingen en de terug leveringsregel voor geleverde en ontvangen stroom particulieren niet eens erg een dief van hun eigen beurs zijn, wanneer ze zonnepanelen op het dak zetten. Maar dat is alleen dankzij die regels. Zodra bij grootschalige toepassing zulke regels niet langer zijn te handhaven – zie wat er nu in Duitsland gebeurt – verdwijnen de voordelen en blijven alleen de reële kosten over. Het is daarom goed grootschalig onderzoek naar verbetering van zonnecellen en opslagsystemen met kracht voort te zetten en grootschalige toepassing nu af te remmen. Het tegengestelde van wat voorstanders mogen beweren! Betrokkenen, hoe knap ook, zijn in dat opzicht geen onbevooroordeelde adviseurs.

4. Windmolens.
In de windmolens en hun inpassing in onze elektriciteitsvoorziening heb ik mij samen met enkele anderen na mijn pensionering echt verdiept. Ik weet dat onze bevindingen voor een deel worden weersproken door andere technici met als gevolg dat de windprestaties of het ontbreken ervan geen belangstelling krijgen van autoriteiten. Het is het ene technische advies tegen het andere! In de politiek is het dan al snel: waarmee krijg ik de meeste publieke instemming? Een gedegen analyse wilden noch ex-Minister Verhagen noch Minister Kamp laten maken.

Het is misleidend te zeggen dat windstroom ‘gratis en schoon’ is. Dat geldt ook voor gas, kolen en uraan. Waar het op aankomt is: Hoe duur en hoe schoon is het om wind, kolen enz. om te zetten tot bruikbare elektriciteit? Kolen en gas kosten alleen maar geld omdat de eigenaren van de grond er om vragen als je het er uithaalt. Nederlands gas kost geld omdat de Nederlandse overheid de NAM of de Gasunie er om vraagt. Indien het land zou besluiten voor ter plekke gewonnen windenergie geld te vragen, is ook die bron niet meer gratis.

Het waait niet altijd en niet altijd even hard. Het gevolg is dat met wind gemaakte stroom fluctueert. Hier ziet u de fractie van de stroom in Duitsland over een heel jaar genomen afkomstig van de wind. Zou je nu zo’n plaatje maken voor heel NW Europa, dan zou het niet anders ogen. Er zijn elk jaar in het hele gebied uren, soms zelfs dagen waarop het niet waait en ook als het wel waait moeten andere stroomleveranciers hun vermogen steeds aanpassen aan de veranderende windopbrengst. Windwisselingen zijn niet alleen dagelijks, ze zijn er elk moment. Het gevolg is dat de conventionele achtervang voortdurend moet op- en afregelen. Er moet dus voldoende conventionele opwekking zijn. En die hebben we gelukkig. De hele windmolenverzameling is een extra. Nergens in de wereld zijn conventionele eenheden opgedoekt vanwege de komst van de molens. Besparen die dan desalniettemin toch brandstof en CO₂-uitstoot?

De regering gaat er gedekt door Brusselse afspraken – die ze zelf heeft helpen maken – vanuit dat een kWh windstroom een kWh gewone stroom vervangt. Zij deelt die door het gemiddeld rendement van gewone generatoren en rekent de uitkomst als bespaarde brandstof en bespaarde uitstoot. Tegenwoordig geeft ze schoorvoetend toe dat de besparing misschien wel 10% minder is.

Omdat de molenbouw, opstelling, netaansluiting en –bekabeling plus de noodzakelijke netaanpassingen extra zijn moet de daarvoor gebruikte energie op de besparing in mindering worden gebracht. Die betekent dat een molen drie jaar moet produceren voor hij aan de besparing begint bij te dragen. De windsector beweert “een half jaar”, maar ik kom op 3 jaar (1,5 voor de molens en evenveel voor bekabeling en netuitbreiding). Een Australisch onderzoek op 2,8 jaar.
De capaciteitsfactor van het totale Nederlandse windmolenarsenaal was in 2011 23%. Een molen met 1 MW op zijn naamplaat levert dus over het jaar gemiddeld 230 kW vermogen. De regering overschat dat schromelijk met 32% voor ‘wind op land’. Een derde te veel. Ook de verwachtingen voor wind op zee zijn te hoog.
De fluctuerende windstroomproductie noodzaakt de andere generatoren tot verlaagde en wisselende productie die het rendement vermindert en dus brandstofverbruik en uitstoot per kWh verhoogt.
Bij veel wind moeten gewone generatoren ophouden met stroom produceren. Om echter weer snel bij te kunnen schakelen moeten ze veelal blijven draaien. Dat kost brandstof, 5 – 8% van werken op vol vermogen. Ook windmolens die stil staan vergen stroom. Bij 3 MW molens: 50 kW. Bedenk dat ze ook bij weinig wind niet zelf stroom produceren, al draaien de wieken. Draaien is nl. beter voor het mechaniek dan stilstaan.
‘Curtailment’ is het noodgedwongen afschakelen bij te hoge productie of het dumpen van stroom, bijv. door het gratis aan buurlanden te leveren. Bij geen vraag is de marktprijs voor stroom nul of zelfs negatief. Alle Deense windsubsidie vloeit volgens de Deense WRR, CEPOS, regelrecht naar Noorwegen. Duitse subsidie vloeit deels naar Nederland, omdat wij de overtollige energie voor minder dan 5 cent per kWh van ze kopen.
Het veelvuldig op- en afregelen verkort de levensduur van de generatoren in de centrales. Eerder vervanging kost extra energie. Windmolens zelf zouden een levensduur van 20, tegenwoordig 30 jaar hebben. Maar die van NUON bij Lelystad moesten al na 12 jaar vervangen. Die in het Amaliapark lijken maar net de 10 jaar te halen.
Al deze factoren tezamen verminderen de veronderstelde besparing. De regering bagatelliseert die vermindering tot ~ 10%. Volgens becijferingen van collega’s hier en in andere landen is de besparing minder dan 50%. Omdat gegevens ontbreken en er dus aannames in de sommen zitten, of bepaalde factoren niet zijn meegenomen, verschillen de uitkomsten. Het beste werk op dit gebied is de BENTEK studie in Texas en Colorado en Fred Udo’s analyse van de gegevens van de Ierse netbeheerder. Verder noem ik het werk van Post en Hawkins. Zelf behoor ik tot de meest extremen. Volgens mijn berekeningen op grond van CBS-statistieken is de brandstofbesparing en dus de CO₂ emissie reductie vrijwel 0 of zelfs negatief. Een resultaat dat met BENTEK overeenstemt. In 2012 informeerde ik regering en parlement. Omdat in die jaren de Nederlandse windbijdrage nog gering was, bleek die door de fluctuaties van jaar op jaar niet direct uit de bruto cijfers. Ik was dus gedwongen een aanname te doen en een differentiële truc toe te passen. Daarover vielen de windvoorstanders. Zij slaagden er in de autoriteiten van mijn ongelijk te overtuigen.

Onlangs ontdekte ik eenzelfde analyse als door mij gemaakt in Engeland. Daar vergeleek men de elektriciteitsproductie en het gebruik van fossiele brandstof in 2002 met die in 2006. In de tussentijd werd daar zo veel windvermogen toegevoegd, dat de gevolgen wèl direct in de bruto cijfers zichtbaar werden. Het totale elektriciteitsverbruik nam toe met 0,73 mtoe (miljoen ton olie equivalent) en de centrales gebruikten 4,664 mtoe meer brandstof. In die periode nam de elektriciteit afkomstig van nucleair, hydro en import af. Dat is met 2,363 mtoe aan brandstof door de centrales gecompenseerd, zodat de netto toename van het brandstofverbruik van de centrales slechts 2,301 mtoe is. Echter in dezelfde tijd nam de elektriciteitsproductie door windmolens, zonnepanelen, biogas en vuilverbranding toe met 2,123 mtoe. Die stroom hoefden de centrales dus niet meer te leveren, zodat zij 1,393 mtoe netto minder hebben geproduceerd. In het Verenigd Koninkrijk zien we dus een duidelijke vermeerdering van het brandstofverbruik bij een verminderde elektriciteitsproductie na de introductie van de ‘renewables’(!).
In Duitsland is hetzelfde aan de hand, maar die vergelijking is voorbarig, omdat daar eerst netjes zou moeten worden uitgerekend wat het gevolg is van de voortijdige sluiting van kerncentrales.
In Denemarken concludeerde het equivalent van onze WRR (CEPOS): "Het blote feit dat het windvermogen, dat zo kostbaar aan de consument is opgedrongen, de eenvoudige doelstellingen waarvoor het is gebouwd niet vervult en niet kan vervullen, zou een waarschuwing moeten zijn voor alle rangen in de energie hierarchie voor de aanzienlijke kloof tussen wens en werkelijkheid.” (vert.ClP). Het zal mij benieuwen of de cijfers uit het buitenland op onze overheid meer indruk maken dan die van eigen bodem. Ook voor de windmolens geldt technisch gezien dat voortgezet onderzoek gerechtvaardigd is, maar dat grootschalige inzet moet wachten tot er betere opslag of achtervang mogelijkheden zijn.

En de prijs
Tot slot dan de kosten. De opbouw van het windvermogen vanaf heden tot 2023 in het Energieakkoord kost ~19 miljard Euro. Meer dan de prijs van de Betuwelijn, de hogesnelheidslijn en de JSF-vliegtuigen samen. Het betekent een geleidelijke verdubbeling van de stroomprijs voor de burgerij - zonder inflatie - tot het eind van de periode. (Grootverbruikers betalen niet mee omdat dat de internationale concurrentie aantast. Daarom is de stroombelasting wel ‘de meest asociale belasting ooit’ genoemd.) De stroomprijs van molens op zee is 3x zo hoog en van die op land 2x als de prijs van de stroom van de huidige leveranciers. Hun stroom wordt trouwens ook duurder omdat hun machines niet meer optimaal kunnen functioneren. In elk geval is de hele investering niet nodig, omdat het conventioneel arsenaal voldoende de stroomvraag kan dekken. Wij zouden er n.m.m. beter aan doen een flinke kerncentrale, liefst twee neer te zetten. Dan doen we voor alle mooie idealen, besparing fossiele brandstof en CO₂-uitstoot, meer dan met alle windmolens en zonnepanelen. Daarmee blijft er ook geld over om de Nederlandse Zorg op gewenst peil te brengen. En ons landschap wordt geen psychedelisch proefstation.

Mijn collega’s en ik gaan dus nog even door met de strijd.

C. le Pair
clepair@casema.nl
Nieuwegein, 2014 04 30.