Opslag van Energie

Dit artikel kan het beste worden bekeken met IE of Chrome.
Andere browsers geven niet elke formule goed weer.

Inhoud
Inleiding
Westerse landen willen minder afhankelijk worden van fossiele brandstoffen (kolen, olie, aardgas)
om de volgende redenen
    - vermindering van de CO2 concentratie
    - fossiele brandstoffen raken eens op
    - niet afhankelijk zijn van totalitaire regimes
Over de invloed van de CO2 concentratie (gestegen van 280ppm in 1900 naar 400ppm in 2013)
op het klimaat zijn de meningen verdeeld. (ppm = parts per million, 400ppm = 0,04%)
"Alarmisten" staan hier tegenover "realisten".
De eersten vrezen verhoging van de temperatuur en zeespiegelstijging en stellen drastische maatregelen voor,
de laatsten achten het waarschijnlijker dat een verhoogde CO2 concentratie in de atmosfeer
de plantengroei zal bevorderen, dus tot hogere landbouwopbrengsten zal leiden,
bij slechts een zeer geringe verhoging van de temperatuur.

De alarmisten gaan uit van de klimaatmodellen van het IPCC.
Die modellen bieden geen verklaring voor de Romeinse en Middeleeuwse warmteperioden
en ook niet voor de kleine ijstijd.
Sinds 1998 is de gemiddelde temperatuur van de aarde niet meer gestegen.
De klimaatmodellen hebben dat verkeerd voorspeld.
Dat alles pleit in het voordeel van de "realisten".
Het ziet er naar uit, dat het klimaatalarmisme virtueel is.
Satellietbeelden tonen aan, dat vooral in droge gebieden de plantengroei toeneemt.

De komende jaren openen India en China 800 nieuwe kolencentrales,
zodat sluiting van enkele centrales in Europa of CO2 opslag onder de grond
mondiaal geen aantoonbaar effect zal sorteren.

Ook stoot een hoogoven drie maal meer CO2 uit, dan een groot windpark bespaart.

Alternatieven voor kolen, olie en gas olie zijn:
    - windmolens
    - zonnecellen
    - thermische zonnecentrales / zonnetorens
    - vergisting van agrarisch afval tot methanol
    - waterstof (vloeibaar of samengeperst)
    - kernenergie
In het geval van windmolens, zonnecentrales of zonnepanelen is er een probleem:
de zon schijnt niet altijd en ook de windsterkte is sterk variabel.
Tijdens gunstige omstandigheden moet dus energie worden opgeslagen voor minder gunstige tijden,
want een moderne samenleving heeft 24 uur per dag, 7 dagen per week, elektrische energie nodig.

In dit artikel bekijk ik een aantal mogelijkheden voor deze energieopslag.
Ook worden brandstoffen vergeleken.

Wat niet wordt meegerekend zijn rendement, onderhouds- en aanlegkosten van deze alternatieven.

Aanleiding voor deze kleine studie was aanvankelijk een artikel waarin werd gesteld dat een stuk Sahara
even groot als Nederland geheel Europa van stroom kan voorzien door gebruik te maken van thermische zonnecentrales.
Zo'n centrale bestaat uit parabolische spiegels die zonlicht concentreren op ketels of leidingen.
Zo wordt water verhit tot stoom die turbines aandrijft die gekoppeld zijn aan generatoren.
De elektrische energie gaat door kabels naar de diverse landen.
Elke stad, wijk of huishouden moet echter voor minstens een aantal dagen energie in voorraad houden
om niet stroomloos te raken bij storingen of als de zon even niet schijnt.

Typen opslagsystemen:
    - elektrisch (accu's)
    - mechanisch
      - potentiële energie (stuw- of valmeren)
      - kinetische energie (vliegwielen)
    - pneumatisch (perslucht-cilinders)
    - chemisch
      - waterstof
      - synthetische brandstoffen
Doelstelling is de hoeveelheid energie op te slaan die een huishouden gemiddeld per dag verbruikt.

Energie Algemeen
Energie is wat verandering veroorzaakt
    elektrisch : bewegende elektronen
    mechanisch : bewegende voorwerpen
    thermisch : trillende/rondvliegende atomen
    chemisch : binding van atomen
Elektriciteit is geen energie maar een overbrengingsmechanisme, vergelijkbaar met een fietsketting.
De kracht van uw boormachine is in werkelijkheid een beetje van de kracht van een generator in een elektriciteitscentrale.
Het huidige elektriciteitsnet slaat geen energie op.

Energie gaat nooit verloren.
Wel kan de ene soort in de andere worden omgezet, bijvoorbeeld:
    chemisch naar elektrisch : batterij
    elektrisch naar mechanisch : elektromotor
    mechanisch naar elektrisch : dynamo, generator
    chemisch naar thermisch : verbranding
    thermisch naar chemisch : plantengroei
De eenheid van energie is de Joule.
Die is als volgt gedefinieerd:
Denk aan een massa van 1kg. , los van de aarde.
Als op een massa een kracht werkt, dan zal die massa (steeds sneller) gaan bewegen.
Een bepaalde kracht zal een massa van 1kg. een versnelling geven van 1m/sec2,
de snelheid neemt dan elke seconde toe met 1 meter per seconde.
Deze kracht is 1Newton. Op aarde is 0,102 kg. gelijk aan 1 Newton.
De aardse zwaartekracht geeft een massa een versnelling van 9,8m/sec2.

Mechanische energie is het product van kracht en afgelegde weg.
Als een constante kracht van 1 Newton een massa 1 meter verplaatst,
dan is een hoeveelheid energie verbruikt van 1 Joule.
Die energie is dan omgezet in wrijvingswarmte.

De formule: F = m.a ........geeft het verband tussen kracht F (Newtons) , massa m (kg) en versnelling a (m/sec2)

De per seconde verbruikte energie heet vermogen (power).
Als gedurende een periode van t seconden een constant vermogen P wordt geleverd,
dan is
    E = P.t
    P = E / t.
De eenhied van vermogen is Watt, 1 Watt is 1 Joule/seconde.
Omdat 1 Watt een heel klein vermogen is, wordt het vermogen van straalkacheltjes of motoren aangegeven in kiloWatt (kW).
Omdat een kW gedurende 1 seconde nog steeds een kleine hoeveelheid energie is, rekenen
elektriciteitsmaatschappijen in kWh, kilo-Watt-uren, zodat:
    1 kWh = 1000*3600 = 3,6MJ.....{3,6 mega-Joule}
Concreet: een stofzuiger heeft ongeveer een vermogen van 1KW, dus 1kWh energie is goed voor 1 uur stofzuigen.

Een andere (oudere) eenheid van energie is de calorie.
Eén calorie is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 gram water 1 graad in temperatuur te laten stijgen.
1 calorie = 4,1858 Joule.
Om 1 liter water 1 graad op te warmen is dus een energie nodig van 4,1858kJoule.

Uw waterkoker brengt in 1 minuut 0,5 liter water van 15 graden aan de kook.
Daarvoor is nodig een vermogen P = 500 * 4,1858 * (100-15) / 60 = 2,96kW.

Verbruik huishoudens
Een Nederlands huishouden verbruikt gemiddeld per dag
    - elektrische energie: 10kWh
    - aardgas : 5m3, dat is 5 * 35MJoule = 175MJoule = 50kWh
Het totale energieverbruik van een huishouden komt daarmee op 60kWh per dag.

Het landelijk energieverbruik per persoon per dag in Nederland is 185kWh.
Een huishouden telt gemiddeld 2,2 personen, dus het landelijk energieverbruik is 400kWh per huishouden per dag.

Om de 10kWh elektrische energie op te wekken is primair circa 20kWh fossiele energie nodig.
Huishoudens gebruiken dus (20 + 50)/400 = 17,5% van de totale landelijke energie.
De transportsector gebruikt 30%, de rest gaat naar het bedrijfsleven.

Vloeibare brandstoffen
Eén liter benzine levert bij verbranding 30MJ = 8,33kWh, zodat elk huishouden zijn dagelijkse energiebehoefte
kan dekken met een tank van 7,2 liter.

De energiedichtheid van methanol is iets lager: er is 2 liter van nodig voor 36MJ.
Methanol kan worden verkregen door vergisting van agrarisch afval of zelfs slachtafval.
Het kan, evenals waterstof, worden gebruikt in brandstofcellen om direct stroom op te wekken.

Vloeibaar waterstof heeft een energiedichtheid van 8,4MJ = 2,33kWh per liter.
Dat lijkt interessant, maar vloeibaar waterstof kan alleen bestaan dichtbij het absolute nulpunt,
dat is zo'n 270 graden onder nul. Het koelen kost veel energie.

Batterijen
Hiermee wordt het wat moeilijker: de beste oplaadbare batterijen, type Li-ion hebben een energiedichtheid van 0,1kWh/kg.
Er is dus 60 / 0,1 = 600 kg. aan Li-ion batterijen nodig per huishouden om één zwaar bewolkte windstille dag door te komen.
Voor ca. 10.000 euro is een accusysteem van 5kWh te koop.
Voor één dag bufferen van alle energie moet per huishouden dus 120.000 euro worden geïnvesteerd.

Gassen
Gasvormige waterstof met een druk van 200 bar heeft een energiedichtheid van 1,9MJ / liter = 0,528kWh.
dat is ongeveer 16 maal minder dan van benzine.
Voor een windstil dagje is dus een tank nodig van 60 / 0,528 = 113 liter.
De energie nodig voor het samenpersen is groot, maar die wordt hier niet meegerekend.

Het aardgas in Nederland bestaat voor 90% uit methaan. De energiedichtheid is 35MJ/m3.

Potentiële energie
Dat is het principe van de koekoeksklok : een opgetakeld gewicht.
In ons huis brengen we een schacht aan waarbinnen een blok beton kan bewegen.
    gewicht

Als een massa m (kg) over een hoogte h (meter) wordt opgetild, dan is daar een energie voor nodig
    E = m.g.h
waarbij g = 9,8 m/s2, de versnelling van de zwaartekracht op aarde.
Stel dat elk huis een blok beton van 1 m3 over 10 meter kan optillen.
De dichtheid van beton is ongeveer 2500kg/m3 zodat een blok in de hoogste positie
een energie heeft opgeslagen
    E = 2500.9,8.10 = 245kJ.

Om een bewolkte dag door te komen zijn dus 147 van die blokken nodig, alleen al voor de elektrische energie.
Een stofzuiger met een vermogen van 1KW kan 245 seconden oftewel ruim 4 minuten zuigen, dan is
het blok beneden aangekomen.
Handig aan zo'n blok is wel, dat in één oogopslag te zien is wat men zich die dag nog kan permitteren.
Als het blok dalende is, dan is het onverstandig de strijkbout aan te zetten.

Een grootschaliger aanpak zou zijn een gat van 100m. diep in de grond met erboven een
hijsinrichting met een betonblok van 1 miljoen kg.
Met zo'n enorme installatie is een hoeveelheid energie op te slaan van
    106.10.100 = 109 Joule, dat is evenveel als 33 liter benzine.


Valmeren
Windmolens en zonnepanelen kunnen niet zonder backup energie. Die wordt nu geleverd door gascentrales.
Voor een land zonder natuurlijke hoogteverschillen zou een valmeer in zee een oplossing zijn.
    valmeer

Zo'n valmeer bestaat uit een dam met daarin een opening met pompen en turbines.
Overtollige energie wordt gebruikt om het meer leeg te pompen.
Als energie nodig is laat men het meer weer vollopen.
Eens rekenen.
Stel, dat het meer een oppervlakte heeft van A km2 en de diepte H meter is.
De inhoud in liters (en ook in kilogrammen) is dan 108.A.H.10 = 109AH.
Gemiddeld is de waterhoogte H/2 meter, zodat de totale potentiële energie bedraagt
    E = mgh = 109AH.10.H/2 = 5.109AH2
(neem g = 10 m/sec2)

De Noordzee is niet zo diep, laten we H = 50m. nemen. Dan is dus met een meer van 1 km2 te bufferen
    E = 1,25.1013 Joule = 3,5 GWh ......(Giga Watt uur}
Alle huishoudens in Nederland verbruiken per dag samen 70GWh elektrische energie,
zodat hiervoor nodig is een meer van 70 / 3,5 = 20km2

Om alle energie voor Nederland voor 1 maand op te slaan is nodig een valmeer van ongeveer 25000km2
Dan zijn ook enorm zware, kilometers brede, hoogspanningsverbindingen nodig om opwekkers,
verbruikers en buffers met elkaar te verbinden.

merk op: bij kolen, gas of kerncentrales is die opslag overbodig, omdat de brandstof de buffer is.

Kinetische energie
Dat is toepassing van een vliegwiel.
Vliegwielen worden wel gebruikt om korte tijden van stroomuitval te overbruggen.
Bij langere storingen kan dan een dieselaggregaat worden opgestart.

    vliegwiel

We berekenen de energie van een vliegwiel.
Uitgangspunt is de formule voor de kinetische energie van een massa m (kg),
die met snelheid v (m/s) voortbeweegt:

    E = 
    1
    2
     m v 2
Probleem hierbij is, dat de snelheid van de massa afhankelijk is van de afstand tot het middelpunt.
We beschouwen nu een concentrisch cirkeltje met straal r en dikte Dr.
(in de figuur aangegeven met groen)
We nemen aan, dat alle groene massa dezelfde snelheid heeft.
Het materiaal heeft verder een dichtheid r (kg/m3).
De dikte van het wiel is d (meter).
De massa van een schilletje of afstand r van het draaipunt is dan
    Dm = 2pr.d.Dr.r

Bij n omwentelingen per seconde is de snelheid op afstand r van het midden
    v = 2pr.n

combinerend, is de energie in het schilletje op afstand r van het draaipunt:
    DE = 4p3drn2r3Dr
zodat
    E = 4 p 3 d r n 2 
    ó
    õ
    r 3 dr

    E = p3drn2R4....geïntegreerd van 0...R
Nu is de totale massa M van het wiel
    M = pR2rd
wat de formule vereenvoudigt tot
    E = Mn2p2R2
    E = M(pRn)2
Nu is de snelheid v van een punt op de omtrek
    v = 2pRn
zodat
    E = 
    1
    4
     M v 2
De dichtheid van beton is ongeveer 2500 kg/m3.
Laten we in ons huis een betonnen vliegwiel installeren met een straal van 1 meter
en een dikte van 0,25m.
Dat wiel laten we draaien met 25 omwentelingen per seconde.
De opgeslagen energie is dan:
    E = 0,25 . 3,14 . 0,25 . 2500(2 . 3,14.25)2 = 12MJ.
Niet slecht!
Hier kunnen we ruim 3 uur mee stofzuigen.
Helaas moet wat herrie voor lief worden genomen: geruisloos zijn die dingen bepaald niet.
    no-break systeem
In het onderste deel bevindt zich een horizontaal draaiend vliegwiel

Perslucht
Af en toe duiken in de pers artikelen op over auto's die op perslucht rijden.
Tijd om te kijken hoeveel energie er in een cilinder met lucht is te persen.

We gaan uit van een lange cilinder, waarin een zuiger naar binnen wordt gedrukt,
die de lucht erin samenperst.
    perslucht

De cilinder is rechts open en links gesloten.
Voor x = 0 is de druk aan beide kanten van de zuiger gelijk : 1 atmosfeer.

Bij samenpersen van een gas geldt de natuurkundige regel : druk * volume = constant.
Dat geldt alleen als de temperatuur gelijk blijft.
De zuiger heeft oppervlakte A (cm2), zodat het volume V van de hele cilinder is
    V = A.L
De druk P is voor x = 0 gelijk aan 1 atmosfeer (ca. 1kg/cm2) zodat PV = AL

De zuiger wordt nu naar binnen gedrukt, waarvoor een steeds grotere kracht nodig is.
Als x is afgelegd, dan is het volume V van de samengeperste lucht
    V = A(L - x)
en omdat PV = constant = AL :
    PV = A.L
    PA(L - x) = AL
    P = 
    L
    L − x
Het drukverschil is P - 1 en omdat het zuigeroppervlak A groot is, is de kracht F,
nodig om de zuiger op zijn plaats te houden, gelijk aan
    F = (P-1)A
    F = A 
    æ
    L
    L − x
     − 1
    ö
    ­­
    èø
     = 
    A x
    L − x
Als de zuiger vanuit x een heel klein stukje Dx wordt opgeschoven,
dan mogen we F constant veronderstellen.
De benodigde energie daarvoor is
    D E = F D x = 
    A x
    L − x
     D x
en de totale energie van 0 ... x is
    E = 
    ó
    ô
    õ
    A x
    L − x
     dx
Stel nu
    u = L - x
    x = L - u
en de integraal gaat over in
    E = 
    ó
    ô
    õ
    A (L − u)
    u
     d(L − u)

    E = A 
    ó
    ô
    õ
    æ
    L
    u
     − 1
    ö
    ­­
    èø
     d(L − u)

    E = A 
    ó
    ô
    õ
    æ1 − 
    L
    u
    ö
    ­­
    èø
     du

    E = A(u - L.ln(u) + K)................K is een constante
    E = A(L - x - L.ln(L - x) + K)
als x = 0, dan ook E = 0, zodat
    K = L.ln(L) - L
    E = A(L - x - l.ln(L - x) + L.ln(L) - L)
    E = A 
    æL ·  ln
    æ
    L
    L − x
    ö
    ­­
    èø
     − x
    ö
    ­­
    èø
En omdat V = AL :
    E = V 
    æ ln
    æ
    L
    L − x
    ö
    ­­
    èø
     − 
    x
    L
    ö
    ­­
    èø
In deze formule zijn wat eenheden door elkaar gehaald.
De zuigeroppervlakte staat in cm2, bij 1 atmosfeer staat op elke cm2 een
kracht van 1 kg = 10N, dat is per m2 dus 100.000N.
Als de zuigeroppervlakte in m2 wordt gerekend dan moet de formule dus zijn:
    E = 10 5 V 
    æ ln
    æ
    L
    L − x
    ö
    ­­
    èø
     − 
    x
    L
    ö
    ­­
    èø
L
L − x
....is de compressiefactor (c) :
    c = 
    L
    L − x

    c L − c x = L
    L (c − 1) = c x
    x
    L
     = 
    c − 1
    c
En de formule voor E wordt hiermee:
    E = 10 5 V 
    æ ln c − 
    c − 1
    c
    ö
    ­­
    èø
V is het totale volume bij een druk van 1 atmosfeer.
Handiger is uit te gaan van het volume van de samengeperste lucht, dus we vervangen V door cV.

Een cilinder met volume V waarin de lucht een factor c is samengeperst bevat een hoeveelheid energie
    E = 10 5 c V 
    æ ln c − 
    c − 1
    c
    ö
    ­­
    èø
Voorbeeld:
Stel dat we op zolder een cilinder hebben die
- een diameter heeft van 50cm
- 2 meter lang is
- een druk heeft van 200 atmosfeer

dan bevat die een energie
    E = 105 . 200 . 3,14 . 0,252 . 2 (ln(200) - 199/200) = 33,7MJ = 9,4kWh.
Bijna drie maal zoveel als het vliegwiel.

Persluchtcilinders zouden heel geschikt zijn om remenergie van auto's op te slaan.
Nu gaat die energie verloren.
Bij het optrekken kan de persluchtcilinder weer kracht leveren.
Het rendement van een auto met verbrandingsmoter zou zo sterk kunnen worden verhoogd.
Die is thans zo'n 15%.

Vaste brandstoffen
Traditioneel is de mensheid de winter doorgekomen met hout en kolen.
Hieronder een tabel met de energiedichtheid van verschillende vaste "brandstoffen"
    steenkool30MJ/kg
    droog hout19MJ/kg
    plastic30MJ/kg
    autobanden35MJ/kg
    huisafval8..11 MJ/kg
    droge koemest15MJ/kg

Biobrandstoffen
Eeuwen geleden moesten onze voorouders het doen met biobrandstof, aangevuld met energie van molens.
Het werkpaard is te beschouwen als een motor die op biobrandstof "loopt".
1 pk is 736Watt, een paard verricht per werkdag ongeveer 6kWh aan energie.
Per paard is voor het voer 1,5 ha. weidegrond nodig.
Op grond van deze cijfers kunnen we de "footprint" van Nederland uitrekenen als wij ons transformeren
tot een "biobased economy".
Ons energieverbruik is 3TWh per dag, dat staat gelijk aan de arbeid van 500 miljoen paarden.
Die hebben 750 miljoen ha. weidegrond nodig.
Nederland heeft een landoppervlakte van 33.883 km2.
Zodat 221 maal de oppervlakte van Nederland nodig is als alle energie geleverd wordt door biobrandstof.
Wij kunnen ook zeggen dat het welvaartsniveau 221 maal kleiner zal zijn bij een duurzame leefwijze
en de zelfde bevolkingsgrootte.
In 1500 woonden er zo'n 1 miljoen mensen in ons land.
Hun levensstandaard was dus 221 / 17 = 13 maal lager dan thans.

Overigens is biobrandstof de smerigste die er is omdat naast de elementen koolstof en waterstof ook
fosfor en chloor voorkomen. Dat laatste zorgt voor dioxines bij verbranding, dat zijn zeer giftige verbindingen.
Door het grote ruimtebeslag en soms concurrentie met voedselgewassen is biobrandstof ook onethisch.

Algen
Regelmatig verschijnen in de kranten veelbelovende artikelen over algen.
Die groeien erg snel en er kan olie uit gewonnen worden.
Navraag levert op, dat van het zonlicht (hooguit) 5% van de energie in biomassa kan worden omgezet.

Hoeveel oppervlakte aan algenbakken zouden we nodig hebben om dagelijks een Jumbo
van Amsterdam naar New-York te laten vliegen?
Een m2 vangt 1000kWh / jaar, dus 2,75kWh / dag.
5% daarvan is 137wattuur / m2.
De Jumbo heeft 360MWh nodig voor de vlucht, wat neerkomt op 2,6km2 algenbakken.
De triomfantelijke uitroep in de media dat de economie straks op algen draait is dus niet erg geloofwaardig.
Het zou in ieder geval een totaal andere economie zijn.

Kernenergie
In kerncentrales wordt Uranium gesplitst, waarbij radioactieve splijtingsproducten
en warmte vrijkomen.
De energiedichtheid van het gebruikte uranium is 80.106MJ / kg.
Minder dan 1 gram is dus voldoende om een huishouden een jaar van energie te voorzien.
(iets meer, omdat het rendement niet wordt meegerekend)

Volgens de beroemde formule van Einstein is massa ook een vorm van energie:
    E = mc2
waarbij c de snelheid van het licht is in meter/s: c = 3.108m/s
Als het ooit lukt om massa direct in warmte om te zetten, dan levert 1kg. materie
    1 * (3*108)2 = 9*1016Joule = 2,5*1010kWh.
1 gram materie voorziet dan een huishouden meer dan 1000 jaar van energie .

Een nieuw onderwerp van research zijn thorium gesmolten zout reactoren. (thorium MSR)
Deze reactoren staan niet onder druk en zijn inherent veilig.
Het metaal thorium, dat op lood lijkt, komt vier maal meer voor dan uranium.
Thorium wordt in de reactor omgezet in Uranium-233.
De efficiency van dit proces is veel groter.
1 ton natuurlijk thorium levert evenveel energie als 250 ton natuurlijk uranium.
De hoeveelheid kernafval is veel minder en blijft ook minder lang gevaarlijk.
.
Samenvatting
Om per huishouden voor één dag elektrische energie (10kWh) in voorraad te houden volstaat een
van de volgende alternatieven:
    - 0,0005 gram uranium
    - 1 m3 aardgas
    - 1,2 liter benzine
    - 1,2 kg. steenkool
    - 1,9 kg. droog hout
    - 2 liter methanol
    - 2,4 kg. gedroogde mest
    - 4,5 liter vloeibare waterstof
    - 19 liter gasvormige waterstof bij 200 atmosfeer
    - 100kg. Li-ion batterijen
    - 150 blokken beton, elk 10 meter opgetild
    - een stuwmeertje van 5 meter diepte, afmeting 20 * 20 meter
    - een betonnen vliegwiel, straal 1,3m, dikte 0,25m, 25 omwentelingen/s
    - een cilinder met perslucht, ruim 2 meter lang, diameter 0,5m, druk 200 atmosfeer
Voor de totale energiebehoefte moeten bovenstaande getallen met 6 worden vermenigvuldigd.
Omdat verliezen bij energie-omzetting niet worden meegerekend, zal in de praktijk meer nodig zijn.

Landelijke energie
In 2010 was het totaal opgestelde elektrische vermogen (windparken, centrales) 25.264MW.
De productie was 119.817GWh (G = giga = 109).
Het rendement van die centrales was dus 54%.

Het prinses Amalia windpark voor de kust van Egmond bestaat uit 60 turbines van 2MW elk.
De productie was 435GWh.
Dat is de elektrische energie voor zo'n 125000 huishoudens als het tenminste hard genoeg waait.

De doelstelling van de EU is om in 2050 80% van alle energie duurzaam (niet fossiel) op te wekken.
Het Amalia windpark zou dan nog 26000 huishoudens bedienen.

Om bij deze doelstelling 50% van de landelijke energie met wind op te wekken zijn ruim 1300 windparken nodig.
De oppervlakte hiervan beslaat dan minstens 20.000km2
Voor een betrouwbare energieleverantie moeten nog wel de buffers worden ontwikkeld.
Die noodzaak wordt echter vooruitgeschoven, omdat het probleem lastig is en zeer kostbaar.

De huidige windparken zijn waardeloos zonder de backup van kolen- en gascentrales.

Distributie


"Het waait altijd wel ergens" is een veelgehoord antwoord op de vraag waar straks onze energie vandaan komt
beneden windkracht 3.
Hoge- en lage drukgebieden zijn vaak meer dan 1000 km in doorsnede.
Stel, dat elke Europese regio voldoende overcapaciteit in windenergie heeft geïnstalleerd.
Als Nederland op een windstille dag 50% van zijn energie uit Spanje moet betrekken, dan moet er
gemiddeld 64GWatt geïmporteerd worden.
Een hoogspanningsmast kan ongeveer 1GWatt transporteren, zodat er 64 parallelle masten nodig zijn.
De breedte van zo'n hoogspanningstracé is minstens 6 kilometer.
Duizenden kilometers van deze tracés zijn nodig om de Europese droom (80% duurzame energie) te realiseren.
De kosten bedragen miljarden euro's.
Onthullend en verbijsterend is vooral, dat politieke partijen die zich altijd fel hebben verzet
tegen aantasting van het landschap door industrieterreinen en uitbreiding van snelwegen,
nu van de natuur één groot industrieterrein maken met windmolens en het landschap met kilometers brede
hoogspanningstracé's gaan doorsnijden.

Windmolens staan twee-derde van de tijd stil wegens onvoldoende windsnelheid.
Bij koppeling van twee weersonafhankelijke regio's wordt er dus in 45% van de tijd nergens stroom geleverd.
"Het waait altijd wel ergens" , is een foute voorstelling van zaken.

Ook moet een nieuwe brandstof of een nieuw opslagmedium worden bedacht voor de transportsector.
Dat kan zijn synthetisch geproduceerde olie of waterstof.

Opmerking: een middelgrote centrale (kolen of kernenergie) levert, onafhankelijk van weer en wind, 1GWatt.
Dat is gelijk aan 1500 windmolens of 25 windparken.
Er zijn geen extra verliezen en extra ruimtebeslag omdat buffers overbodig zijn. De brandstof is namelijk de buffer.
Ook is geen ultra zwaar Europees koppelnet nodig.

Wat is vooruitgang?
Elk kind (en volwasene) loopt nu rond met een mobiele telefoon.
De computerpower van één zo'n klein kastje is groter dan de computercapaciteit
die in 1975 in heel Nederland was geïnstalleerd.
Daarbij is de prijs is met minstens een factor 100.000 afgenomen.
Het volume is miljoenen malen kleiner geworden.

Vooruitgang houdt in, dat diensten en producten beschikbaar komen voor meer mensen.
Dat is het geval als
    - de prijs afneemt
    - het volume (van een apparaat) kleiner wordt
    - de betrouwbaarheid toeneemt.
Treffende voorbeelden zijn uurwerken (kerkklokken .. polshorloges),
krachtbronnen (paard..stoommachine..verbrandings- en elektromotoren)
en computers (mainframe..pc..laptop..tablet).

Windmolens zijn behalve in technisch- ook in maatschappelijk opzicht sterke achteruitgang.
In oude feodale samenlevingen ging macht samen met het bezit van land.
Land was namelijk de enige bron van schaarse energie: voedsel en hout.
De energie van één mens is onvoldoende voor een comfortabel leven.
Daarom waren er vroeger slaven, horigen, lijfeigenen, pachters, lakeien en bediendes.
Zo hadden een paar mensen nog een mooi leven, wel ten koste van vele anderen.
De fossiele brandstoffen verschaften, onafhankelijk van landbezit,
genoeg energie, zodat het feodale tijdperk verlaten kon worden met vrijheid voor iedereen.
Maar met windmolens, hun enorme ruimtebeslag en onbetrouwbare energielevering,
dreigt terugkeer naar het feodale tijdperk.
Landeigenaren verdienen nu al veel geld, zonder tegenprestatie, door molens op hun land toe te laten.

Wind en zon kunnen nooit voldoende energie leveren om de huidige maatschappij in stand te houden met
zijn enorme amusementssector en een uitgebreid onderwijssysteem, dat mensen lange tijd aan het
arbeidsproces onttrekt.

De EU heeft als doelstelling om in 2050 80% minder fossiele brandstoffen te gebruiken.
Omdat olie ook grondstof is voor de chemische industrie, komt dat neer op volledige decarbonisatie
van de energievoorziening.
Wind- en zonne-energie worden grootschalig ingezet om dit te verwezenlijken.
Daarbij wordt een utopia geschetst met schone en betrouwbare energie, zonder welvaartsverlies.

Hieronder ziet u wat EU propaganda, met de suggestie dat een paar windmolens
voldoende zijn om een kerncentrale te vervangen.
De plaatsing van woonhuizen naast een centrale of windpark is ook volkomen onrealistisch.



Particuliere energieopwekking
De overheid stimuleert particulieren zelf energie op te wekken.
Daarbij mag aan het net worden geleverd.
De nieuwe regel (per 1 - 07 - 2013) is, dat net zoveel energie aan het net geleverd mag worden
als er ook werd afgenomen.
Dat ontslaat de producent dus van de aanleg van een eigen energiebuffer.

Hoe sympathiek dit alles ook lijkt, zit er toch een flinke adder onder het gras.
Een producent is namelijk verantwoordelijk voor de kwaliteit van zijn product.
Er wordt garantie verleend, maar die vervalt uiteraard als de consument zelf gaat sleutelen.
De netbeheerder hoort aansprakelijk te zijn voor de kwaliteit van het elektriciteitsnet (constante spanning).
Maar als iedereen lukraak zijn overtollige energie op dat net mag dumpen, dan wordt de kwaliteitseis steeds lastiger.
Zodat dit principe alleen maar werkt zolang de omvang van de energielevering beperkt blijft.
Maar daarom is de teruglevering dan ook gelimiteerd.

Beter, maar ook veel duurder, zou zijn dat particulieren hun overschot aan opgewekte energie in een buffer
kunnen opslaan en dat alleen de netbeheerder beslist of zo'n buffer aan het net mag leveren.
Een soort "smart grid" dus.

Energiebeleid
Het energiebeleid kenmerkt zich door zeer dure, voorbarige maatregelen en gebrek aan research.
Het is, kort samengevat, oliedom en volksverlakkerij.
Want wat was de bedoeling ook al weer?
    1. reductie van de CO2 concentratie in de atmosfeer
    2. energietransitie omdat fossiele brandstoffen opraken
Zie de inleiding voor punt 1.
Voor 2. geldt, dat van energietransitie vooralsnog geen sprake is.
De bedoeling is om kolen, olie en gas te vervangen.
Waar ligt die vervanging? Nergens.
Wind en zon zijn geen vervanging van fossiele brandstoffen.
Energietransitie is voorraadtransitie, een punt dat iedereen negeert
omdat er geen grootschalig opslagsysteem voor elektrische energie bestaat.
De media geven blijk van groot technisch onbenul door het groene sprookje te ondersteunen.
Zolang die opslag er niet is moeten er centrales standby staan.
Want centrales zijn de enige die de netspanning constant kunnen houden.

Backup is iets anders dan een buffer.
Een buffer slaat energie op en kan die op elk gewenst moment direct weer leveren.
Bij backup gaat het om een permanent parallel draaiende voorziening die het werk overneemt,
in dit geval bij lage windsnelheid of duisternis bij zonnecellen.

Plaatsing van meer windturbines vergroot dus nooit de capaciteit van het elektriciteitsnet,
want er is altijd een even groot backup vermogen aan gascentrales nodig.
Backup generatoren kunnen maximaal 70% gas terugnemen.
Bovendien tonen studies aan dat het aandeel van windenergie maximaal 15% van de netcapaciteit kan bedragen,
daarboven zorgen fluctuaties van windturbines voor instabiliteit.

De doelstelling van de EU : 80% reductie van fossiele brandstoffen (in 2050) kan niet gerealiseerd worden.
De huidige weg loopt dood.

Beter, maar heel veel duurder, zou zijn een echte buffer te bouwen zoals een valmeer.
Maar bij kleine hoogteverschillen wordt de oppervlakte onrealistisch groot.
Ook zou met windenergie synthetische brandstof of waterstof geproduceerd kunnen worden of batterijen opgeladen.
Zo gebruikten onze voorouders de molens ook: om voorraden aan te leggen.

Weer even rekenen:
Met de stroom van windmolens is H2 (waterstof) op te wekken, daarmee is aardgas (CH4) te maken.
Dat aardgas slaan we op voor windstille dagen.
Het rendement van stroom ---> CH4 is (optimistisch) 50%.
De omzetting van CH4 naar stroom is ook 50%.
Zodat stroom ---> gas ---> stroom een rendement heeft van 25%.
Een windmolen genereert gemiddeld 33% van zijn piekvermogen.
Dus op één dag moet de molen de energie leveren voor 3 dagen.
NL gebruikt per dag zo'n 500GWuur elektrische energie.
Een molen moet dus op één dag leveren 500 + 2000 + 2000 = 4500GWuur.
Daarvoor is nodig een vermogen van 4500 / 24 = 187,5Gwatt.
Dat zijn 46875 molens, ruim 300 grote windparken, oppervlakte ruim 20.000 km2.
Dat is de stroom, nu de brandstof nog voor verwarming en transport, een veelvoud.

Opmerking: Thans kost autorijden op waterstof 65 euro per 100 km. (exclusief accijnzen)

Er is nog zeker voor 200 jaar fossiele energie.
200 jaar geleden was er nog geen gas en elektriciteit, laat staan kernenergie.
Het is volstrekt onvoorspelbaar welke technologieën de mensheid ter beschikking staan in het jaar 2200.
Alle reden dus om geen geld te verspillen aan nostalgische technologie, maar integendeel
research te bevorderen naar met name opslagsystemen, synthetische brandstoffen en kernenergie.
Zonnepanelen in de ruimte zijn een optie voor de verre toekomst.

De kern van de problematiek bij energietransitie is, dat fossiele brandstoffen ongelooflijk veel energie bevatten
en bijzonder handig zijn in het gebruik.
Onze maatschappij is erop gebouwd, we danken er onze welvaart aan.
En wat betreft de power worden ze alleen overtroffen door kernenergie.

De conclusie moet helaas zijn, dat regeringen een doodlopende weg zijn ingeslagen,
met grote kapitaal- en welvaartvernietiging als gevolg.
De verspilde miljarden aan subsidies verhinderen een echte aanpak van de energietransitie die eens nodig zal zijn.

Een duurzame toekomst
Duurzaamheid is een handelswijze die lange tijd is vol te houden zonder welvaartsverlies.
Primitieve volkeren leven duurzaam, maar in armoede met een levensverwachting van hoogstens 40 jaar.
Ze koken hun potje op biomassa: hout of gedroogde mest.
De westerse mens heeft sinds de ijzertijd (1000 voor Christus) niet meer duurzaam geleefd.
IJzerbereiding vergt veel houtskool.
De Romeinen maakten zich al zorgen om ontbossing en tekorten van grondstoffen.
Vanaf 1600 vond grote innovatie plaats in wind- en houttechnologie, maar het hout moest uit Noorwegen en de
Baltische staten komen.
De brandstof was turf, goedkoop door transport per zeilschip.
Turf en later kolen, redde de bossen.
Olie redde de walvis, want tot 1850 brandden lampen op walvistraan.
Als onze voorouders duurzaam hadden geleefd, dan was de stoommachine er nooit gekomen
en 7 van de 8 mensen waren nooit geboren.
Terwijl de leefwijze van onze voorouders niet duurzaam was, was de maatschappij als geheel dat wel
omdat tijdig innovatie plaatsvond.

De huidige welvaart en bevolkingsomvang is mogelijk gemaakt door fossiele brandstoffen.
Wat te doen als deze opraken?
Alleen kernenergie overtreft in energiedichtheid kolen, olie en gas.
De voorraden uranium en thorium zijn voldoende voor tienduizenden jaren.
Het meest waarschijnlijke scenario is daarom dat er goedkope, veilige en compacte kerncentrales worden ontwikkeld,
die decentraal energie opwekken, daarmee een zwaar en duur koppelnet overbodig makend.
Elke stad zal eens over een eigen kerncentrale beschikken.
Elektriciteit zal spotgoedkoop zijn.
Veel mensen zullen even moeten wennen aan deze beweringen, omdat de pers jarenlang is meegegaan in de
demonisering van kernenergie door de milieubewegingen.
Standaard bezwaren zijn:

1. de kernramp van Fukushima

Dit was primair een natuurramp. De centrales stonden te dicht langs de kust.
Er was geen rekening gehouden met een vloedgolf van die hoogte.
Doden door straling waren er bij deze ramp niet te betreuren.

2. In het algemeen: risico's.

Jaarlijks komen er wereldwijd 500.000 automobilisten om het leven.
Toch is dit voor weinig mensen een reden om geen auto te kopen.
Het voordeel van een auto is vele malen groter dan het risico.
Ook leven miljoenen Nederlanders beneden de zeespiegel.
Daar slaapt niemand slechter van.
Risico's zijn dus een kwestie van wennen als de voordelen maar groot genoeg zijn.

3. Kerncentrales kunnen niet snel bijgeregeld worden om in te spelen op verandering van de vraag.

Kerncentrales zijn duur in aanleg, maar de brandstofkosten zijn gering.
Ze kunnen dus altijd op vol vermogen draaien.
Bij verminderde vraag kunnen batterijen worden opgeladen of synthetische brandstoffen
worden geproduceerd voor de transportsector.

4. Het kernafval blijft honderdduizend jaar gevaarlijk.

Dat geldt ook voor chemisch afval, dat zelfs eeuwig gevaarlijk blijft maar waarover je nooit iets hoort.
De ondergrondse voorraden daarvan zijn nu al voldoende om de wereldbevolking uit te roeien.
Het afvalprobleem wordt sterk overdreven. Kernafval kan een kilometer diep in de grond geen kwaad.
Als toekomstige generaties een kilometer diep kunnen graven dan beschikken ze ook over apparatuur
om straling te meten.
Maar research is geboden om kernafval te minimaliseren, om te werken naar nieuwe grondstoffen
en om materialen te gebruiken als thorium, dat afval oplevert dat slechts enkele honderden jaren gevaarlijk blijft.

Samenvatting:
De westerse wereld heeft een bevolkingsgrootte en welvaartsniveau dat ongekend is in de geschiedenis.
Beide zijn mogelijk gemaakt door overvloedige goedkope energie, geleverd door fossiele brandstoffen.
Eens raken die brandstoffen op.
Bij de huidige stand van de techniek betekent dat het einde van onze leefwijze en min of meer een terugkeer naar
het tijdperk van voor de stoommachine en een bevolkingsgrootte van hooguit twee miljoen.
Want wind, zon en biomassa leveren nooit genoeg energie om een technisch-industriële samenleving in stand te houden,
het is de technologie van primitieve samenlevingen.

De toekomst is niet te voorspellen.
Technische doorbraken kunnen in korte tijd zorgen voor grote veranderingen.
Zonnepanelen in de ruimte zijn misschien iets voor de verre toekomst.
Maar met de huidige inzichten is kernenergie de enige weg om in de wat verdere toekomst de benodigde energie
te leveren om onze welvaart te behouden.
Wegens demonisering staat kernfysisch onderzoek al decennia op een laag pitje.
Hier is juist innovatie te verwachten.
Met kernenergie kunnen we tienduizenden jaren vooruit, waarmee de mensheid dan duurzamer leeft dan ooit tevoren.

Interessante links
http://www.energiefeiten.nl/
energiestromen in Nederland
European Climate Foundation
prinses Amalia windpark
hoogspanningsnetten
waterstof tabel