Transcript Grootschalige ZONNE-ENERGIE uit Spanje en Noord-Afrika

Grootschalige ZONNE-ENERGIE
uit Spanje en Noord-Afrika
Dr. Evert du Marchie van Voorthuysen
ZONNE-ENERGIE
Hoeveel woestijngrond is er nodig?
Intensiteit zon boven atmosfeer:
1376 W/m2
Intensiteit op de grond:
1000 W/m2, 6 uur per dag
24-uurs gemiddelde intensiteit:
2 50 W/m2
zonnecentrales met 10% rendement: 25 W/m2 = 25 MW/km2
Wereldverbruik aan kolen, olie, gas, uranium:
14000 GW = 14.000.000 MW
Benodigd oppervlak: 14.000.000 / 25 = 560.000 km2
Oppervlak van Frankrijk:
552.000 km2
Sahara >> Frankrijk —> Er is ruimte genoeg
om de hele wereld te voorzien!
Er is genoeg land om de hele wereld van zonneenergie te voorzien!
Bedek het vierkant met
CSP-centrales.
De stroom uit die
centrales kan alle olie,
gas, kolen en uranium
op de hele wereld
vervangen.
3
ZONNE-ENERGIE
1990:
Duurzame energie staat op de politieke
agenda.
Overal worden windturbines gebouwd.
Niemand spreekt of schrijft over
grootschalige zonne- energie in de
woestijnen.
Waarom?
Wat is hier aan de hand?
ZONNE-ENERGIE
2003: Enquête onder fysici en chemici:
Noem 2 technologiën waarmee je electriciteit kunt maken
uit zonlicht.
>90%: fotovoltaische zonnepanelen (PV) en ???
<10%: fotovoltaische zonnepanelen (PV) en zonnestralen
concentreren met spiegels (CSP)
5
Concentrating Solar Power CSP
Spiegelveld van 150 Mwe
zonthermische krachtcentrale in Kramer Junction,
Californië
6
Doorsnede van parabolische trogspiegel
7
Spiegelvelden van vijf 30 MW centrales op
samen 4 km2
8
Power block van een 30 MW zonthermische
krachtcentrale
9
Blokschema van een gewone thermische krachtcentrale
gestookt met olie, gas of kolen, en met zeewaterkoeling
10
Rankine cyclus
Blokschema van een gewone thermische krachtcentrale
gestookt met olie, gas of kolen, en met zeewaterontzilting
11
Blokschema van een zonthermische krachtcentrale met
warmteopslag en zeewaterontzilting,
bedrijfsvoering overdag 12
Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en
zeewaterontzilting,
bedrijfsvoering ‘s nachts 13
Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en
zeewaterontzilting, bij langdurig bewolkt
weer
14
lineaire Fresnelspiegels:
15
Voordelen t.o.v. trogspiegels:
Minder land nodig
Goedkoper
Australie: levering van stoom aan kolencentrale: kolenbesparing
Dit is de technologie waar de Nederlandse
zonexploitatiemaatschappij SOLAQ voor kiest.
15
zonnetoren
16
•
Voordelen van de zonnetoren
boven de lineaire spiegels:
•
Hogere concentratiefactor, dus
hogere temperaturen (800oC),
dus hoger Carnot-rendement.
In de toekomst zonnechemie
mogelijk: directe productie van
waterstof.
•
•
Nadelen:
•
Voornamelijk
laboratoriumervaring,
nog weinig commerciële
ervaring.
•
Er wordt momenteel bij Sevilla een
12 MWe zonnetoren gebouwd,
bijna klaar
Zonneschotel: de hoogste temperaturen
In brandpunt Stirlingmotor + generator.
Toekomst: Chemische reactor? Waterstofproductie?
17
Plataforma Solar de Almería, Spanje
Twee zonnetorens, parabolische trogspiegels,
schotelspiegels, ontzilting, enz.
18
Huidige kosten:
19
Nieuwe trogcentrale van 64
MWe in Nevada: 9 – 13
$ct/kWh
Kostenontwikkeling van de in
1985-1990 gebouwde
trogcentrales in Californië:
→
De kosten hangen sterk af van de jaarlijkse instraling.
DNI: Direct Normal Irradiation.
De jaarlijkse instraling op een vlak ┴ zon (normaal // zon)
20
Belangrijkste kostenfactor:
Kapitaalslasten
21
De nieuwe centrale in Nevada kost 3,7 miljoen dollar per
geïnstalleerde Megawatt.
De nieuwe kerncentrale in Finland kost 2,5 miljoen dollar
per geïnstalleerde Megawatt.
Belangrijkste kostenpost: het spiegelveld
Nu:
Toekomst:
150 – 300 $/m2
50 – 100 $/m2
Markten waar CSP nu al rendabel is
• Olie-exporterende landen aan de Persische Golf
• Hoteldorpen langs de Egyptische Rode-Zee kust
Markten met een gunstig subsidieregime:
• Spanje betaalt 22 cent/kWh voor zonnestroom
• Algerije heeft ook een gunstig tarief voor stroom uit
hybride gas-zonne centrales
22
Kunnen de kosten omlaag?
Jazeker! Door veel centrales te gaan bouwen:
23
De leercurve voor
CSP volgens
Sargent&Lundy en
volgens Sunlab:
Leercurven voor electriciteitscentrales:
24
25
Absorptie van zonnestraling in de atmosfeer:
26
Absorptie van zonnestraling in de atmosfeer:
In de ruimte:
I0 = 1376 W/m2
Op de grond:
DNI (θZ ) = 1376 T (θZ ) W/m2.
θZ : zenithoek
cos θz = sin δ sin φ + cos δ cos φ cos ω
δ: declinatiehoek (-23.50 < δ < 23.50)
(seizoen)
φ: geografische breedte
ω: uurhoek ω = (t – 12).150,
T (θZ ) = ao + a1 exp( -k/cos θz)
Op zeeniveau: ao = 0,13, a1 = 0,76, and k = 0,39.
Zonneschotel steeds op de zon gericht: instraling = DNI
Fresnel spiegelveld is horizontaal, instraling:
Ihor (θZ ) = DNI (θZ ). cos θz
Nog geen rekening gehouden met wolken.
27
Seizoenseffecten zijn groot:
Darwin, Australië:
28
Zuid-Marokko
Zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die
continu 1 gigawatt (1000 Mwe) levert:
29
Fresnel spiegelveld.
Over het jaar gemiddelde instraling:
Ihor = 4,65 kWhth/m2/dag = 194 Wth/m2 continu.
Rendement:
Zoninstraling → hogedruk stoom:
Hogedruk stoom → electriciteit:
Samen:
15%
50%
30%
Opbrengst van het spiegelveld: 194 x 15% = 29 We/m2 = 29
MWe/km2
De centrale heeft een spiegeloppervlak nodig van 34 km2 aan
woestijngrond.
Dit is 6 x 6 kilometer (de bebouwde oppervlakte van Assen of
Emmen)
De zon schijnt niet altijd.
Probleem 1: dag/nacht
Oplossingen, warmte opslaan in:
1.
Vloeibare zoutmengsel
2.
Goedkope materialen (beton, grind, ......)
3.
Ondergrondse waterreservoirs onder hoge druk
4.
Reversibele chemische reacties:
MgH2
TiH2
NH3
↔ Mg + H2
↔ Ti + H
↔ ½N + 1½H
2
2
2
30
De zon schijnt niet altijd.
Probleem 2: zomer/winter (60% effect)
Nog geen oplossing gevonden, uitdaging voor
chemici!
‘s Zomers chemisch-potentiële energie maken, bv. zink metaal:
in zonneschotels (Solar dishes):
ZnO (1700 0C)
→ Zn + ½O
2
‘s Winters:
Zn + H2O
→ ZnO + H
2
Dit kan ook in auto’s e.d.
Gaat zink het opslag- en transportprobleem van de waterstofeconomie
oplossen?
31
Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe
zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu
stroom levert aan Europa (1)
32
onderdeel
stuksprijs
Spiegelveld
34.4 km2
Stoomturbine,
generator, etc.
50 M$/km2
1522
0,5 M$/MWe
500
Warmteopslag
46 GWhthermisch
9 M$/
GWhthermisch
414
totaal
Totaal (M$)
2436
Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe
zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu
stroom levert aan Europa (2)
33
Transportverlies langs de 3500 km lange
Gelijksspannings Hoogspanningsleiding: 14,5 %
compensatie
Investering in
leidingen, kabels
Transportkosten
totaal
17% x 2436 =
414 M$
430 M$
844 M$
Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe
zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu
stroom levert aan Europa (3)
34
Bouwkosten
centrale
transportkosten
Totaal:
Miljoen dollar:
2436
844
3280
Deze centrale levert Nederland 1000 MWe continu in de
maanden maart – september, 600 MWe continu in
december en januari.
Om het seizoensprobleem op te lossen:
Onderzoek intensiveren naar chemische energiedragers
Gedecentraliseerd oogsten van zonnehitte door
onafhankelijke “zonneboeren”
35
Bebossing van de woestijn
start
36
na 5 jaar
1 GWe CSP-ontziltingscentrale op 2 x 20 km langs de kust
Acacia’s hebben na twee jaar geen irrigatie meer nodig
Het bos groeit met een snelheid van 2.5 km/jaar de
woestijn in!
Realistisch scenario voor de wereldwijde groei van CSP:
37
0,35 GWe in 2006 naar 850 GWe in 2040 = helft van stroomproductie in 2003
Een sneller scenario = oorlogsscenario is bijna niet mogelijk.
De wereld heeft 50 jaar nodig voor de volledige transitie naar de zonne-economie!
Voor kernenergie geldt hetzelfde!
Er zijn decennia nodig voor de
volledige omschakeling naar
een nucleaire economie
Voor kolen + CO2-opslag geldt
hetzelfde!
Er is 50 jaar nodig voor de
omschakeling naar de schoonfossiele economie.
Conclusies van de technische en
economische beschouwing:
38
1. Er is genoeg ruimte in de woestijnen om de hele wereld te
voorzien
2. De investeringskosten voor zonnestroom in Nederland
zakken binnen 10-20 jaar tot 130% van die voor een
kerncentrale, maar….
3. Een CSP centrale verbruikt geen uranium en zadelt de
toekomstige generaties niet op met radioactief afval
4. Als we nu beginnen met massaal in CSP te investeren
i.p.v. (weer) in kernenergie, kunnen we Iran
geloofwaardiger tot de orde roepen.
5. De wereld moet NU de juiste beslissing nemen, want
IEDERE optie kost zeer vele decennia
Het politieke probleem:
39
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan?
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan 40
• Mondiale argumenten tegen CSP:
• Lage olieprijzen 1990-2003 (maar waarom groeiden
windenergie en zon-PV wel?)
• Kleinschaligheids ideologie: “Small-is-beautifull”
• Bestaande energiebelangen werken zitten niet te
wachten op nieuwe concurrent
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan?
41
Nederlandse argumenten tegen CSP:
• CSP is niet relevant voor Nederland
Adviesbrief van de Algemene Energieraad (AER) d.d. 3maart 2006
aan minister Brinkhorst:
• CSP-stroom, ingevoerd uit Noord-Afrika, wordt
goedkoper dan de rond 2020 te verwachten kosten
voor electriciteitsopwekking met wind, zon-PV en
biomassa.
• HOEZO, NIET RELEVANT?
• Dit advies van de AER wordt straal genegeerd in alle
andere studies en beleidsstukken!
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan?
Nederlandse argumenten tegen CSP:
Je kunt geen elektriciteit over lange afstand transporteren
Dat kan wel.
Gebruik gelijkstroom i.p.v. wisselstroom.
Zuid-Marokko -> Nederland: 14,5% verlies, dus 17%
meer centrales bouwen.
42
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan?
43
Nederlandse argumenten tegen CSP:
Je moet geen samenwerking beginnen met onstabiele landen
(enge moslimlanden)
We doen dit al lang. De meeste olie komt uit Saoedi-Arabië, Iran,
Irak, enz. CSP uit Marokko of Tunesië is juist een welkome
diversificatie.
De 60-jarige vrede in West-Europa begon met de EGKS in 1952:
de aartsvijanden Duitsland en Frankrijk gingen samenwerken op
het gebied van kolen = energie.
Het concept FORT EUROPA leidt vroeg of laat tot oorlog. Er is
geen alternatief tegen globalisatie.
Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan? 44
Nederlandse argumenten tegen CSP:
Nederlandse bedrijven zijn niet geïnteresseerd
Bedoeld wordt: BESTAANDE Nederlandse bedrijven.
Nogal wiedes, er is geen enkele positieve aansturing
vanuit de overheid.
NIEUWE Nederlandse bedrijven zijn wel
geïnteresseerd!
De reactie van Shell:
Stroomkosten van de twee zonneenergie technologieën in zonnige
landen (Californië, Noord-Afrika, enz.)
World Energy Outlook 2004
Zonnecellen PV
(zonnecollectoren)
(IEA):
2002
31 – 38
$cent / kWh
2030
15 - 32
8 - 14
5 – 10
Zonthermische
krachtcentrales
CSP
Conclusie:
PV is veel duurder dan CSP
Shell investeert bewust in de duurste technologie
Shell meent nog 20-30 jaar de tijd te hebben.
De wereld heeft deze tijd niet meer.
In 2006 begint de victorie:
46
•
•
•
•
•
De 12 MWe zonnetoren bij Sevilla is klaar
Een 1 MWe trogcentrale in Arizona is klaar
Bouw begonnen van 64 MWe parabolische
trogcentrale by Boulder City, Nevada
Bouw begonnen van drie 50 Mwe centrales bij Guadix
met 7 uur warmteopslag
Nieuwe projecten aangekondigd met een totaal
vermogen van 1,4 GW!
Gaan we in Nederland de boot missen?
Nederlandse politieke actiepunten op korte
termijn:
47
• Uitbreiding van het Energie Transitiebeleid met een nieuw
Transitiepad Concentrating Solar Power (CSP)
• Verdrag met bv. Tunesië: op een stuk woestijngrond (liefst aan de
kust) mogen Nederlandse bedrijven gaan investeren in CSP. Zij
vallen dan gedeeltelijk onder het Nederlandse juridische stelsel en
krijgen Nederlandse subsidie.
• Verdrag met Algerije en/of Libië: de Gas-CSP-rotonde. (Plan
Heetebrij). Uitruil van LNG tegen aanleg van zonnecentrales in
Noord-Afrika door het Nederlandse bedrijfsleven. Financiering uit
FES fonds en opcenten op de gasstroom.
STELLINGEN:
48
1. Nederland heeft een verantwoordelijkheid jegens de wereld om het
klimaatprobleem op te lossen.
2. Nederland moet de totstandkoming van een Europees feed-in stelsel
bevorderen die particuliere investeringen in CSP uitlokt.
3. Uit het FES fonds moet een CSP-investeringsprogramma worden
bekostigd: De bedrijven hebben het laten afweten, dus de Overheid
moet het doen.
Grootschalige zonne-energie: Realiteit of Utopie?
REALITEIT!
DANK U VOOR DE AANDACHT
Dr.Evert du Marchie van Voorthuysen
www.zonisdetoekomst.nl
49