Baseload maken met opslag erg kostbaar
Toelichting bij de grafiek
De hierboven afgebeelde grafiek toont de geproduceerde vermogens per uur van een 5 MW windmolen op zee op locatie euro 321 in het jaar 2017. Dit jaar komt meteorologisch goed overeen met een standaard jaar. Het KNMI heeft uurgegevens voor dit station opgenomen.
De vermogens zijn gesorteerd van laag naar hoog. Dit noemen we ook wel een jaarbelastingduurkromme. In deze kromme is goed te zien dat er circa 1.000 uur per jaar geen productie is. Ook is het gemiddeld vermogen af te lezen: 2.079 kW.
We kunnen zien dat indien we een heel jaar constante stroom willen er dan 38,5% van de jaarproductie via een batterij aan het net moet worden afgegeven. Om dit mogelijk te maken volgt uit uurberekeningen dat de batterijcapaciteit voor wind op zee op locatie Euro 321, 14% van de jaarproductie moet zijn.
De batterijcapaciteit om jaarrond een vast volume elektriciteit te leveren is te zien in onderstaande tabel. Bij zon is dat 33% en bij wind op zee 14% van de jaarproductie. (In de tabel zijn we uitgegaan van een batterijprijs van € 100 per kWh met Li-ion eigenschappen)
Voor waterstofproductie zullen de elektrolysers vaak in deellast aangedreven worden door de windmolens. Dat verhoogt de stand-by en stilstandkosten.
De vermogens zijn gesorteerd van laag naar hoog. Dit noemen we ook wel een jaarbelastingduurkromme. In deze kromme is goed te zien dat er circa 1.000 uur per jaar geen productie is. Ook is het gemiddeld vermogen af te lezen: 2.079 kW.
We kunnen zien dat indien we een heel jaar constante stroom willen er dan 38,5% van de jaarproductie via een batterij aan het net moet worden afgegeven. Om dit mogelijk te maken volgt uit uurberekeningen dat de batterijcapaciteit voor wind op zee op locatie Euro 321, 14% van de jaarproductie moet zijn.
De batterijcapaciteit om jaarrond een vast volume elektriciteit te leveren is te zien in onderstaande tabel. Bij zon is dat 33% en bij wind op zee 14% van de jaarproductie. (In de tabel zijn we uitgegaan van een batterijprijs van € 100 per kWh met Li-ion eigenschappen)
Voor waterstofproductie zullen de elektrolysers vaak in deellast aangedreven worden door de windmolens. Dat verhoogt de stand-by en stilstandkosten.
| Systeem | Jaar productie per KW | Opslag behoefte | Opslag capaciteit | Kosten li-ion pakket | CAPEX zonder opslag | CAPEX met opslag |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Per KW vermogen | [kWh] | % van jaar productie | [kWh] | [€] | [€/kW] | [€/kw] |
| Wind op zee | 3.800 | 14,0% | 532 | 53.200 | 1.700 | 54.700 |
| Wind op land | 2.400 | 18,0% | 432 | 43.200 | 1.250 | 44.700 |
| Zon | 900 | 33,0% | 313 | 31.350 | 750 | 32.150 |
We kunnen concluderen dat opslag leidt tot draconische kosten om een baseload te maken.
De kWh kosten van wind op zee zullen bijvoorbeeld stijgen met € 0,73 per kWh en die van zonne-
energie met € 1,48 per kWh indien met opslag een baseload wordt gemaakt.
De prijzen zijn berekend zonder netwerkkosten en de kosten van aansluiting op het openbare net.
De CAPEX (Capital expenditures)
ONDERWERPEN
STIKSTOF
CO2
ENERGIEPRIJZEN
WATERSTOF
TRANSITIE EN OPSLAG
ELEKTRISCH RIJDEN
“Politieke kwesties”
Stikstof
- Milieu problemen worden "als regel" veroorzaakt door een te grote concentratie van stoffen op één plaats. Te veel stikstof op één plek zoals koeienmest en urine is niet goed voor de bodem.
Stikstofoxiden (NOx) en ammoniak (NH3) zijn schadelijk voor de natuur als er te veel in de bodem of het water terechtkomt. Planten als bramen, brandnetels en gras gaan er harder door groeien en overwoekeren andere planten. Daardoor verdwijnen ook insecten, vlinders en vogels.
- Een goede indicator voor bodemleven wordt gevormd door het aantal regenwormen per m2. Dat moeten er tenminste 200 zijn. In humusrijke grond zijn dat er wel 438. Wij meten in met stikstof vervuilde landbouwgebieden soms nog niet eens 10 regenwormen. Wormen zorgen voor een goede waterhuishouding, woelen de grond om en verwerken organisch afval tot compost.
- Er zijn twee basisproblemen in onze landbouw.
- Kunstmest
- Import van krachtvoer
Thomas Oudman beschrijft in zijn boekje "Uit de Shit" op heldere en wetenschappelijk verantwoorde wijze hoe we weer terug kunnen naar een gezonde exploratie van onze landbouwgronden.
Een overschot aan stikstof doodt het bodemleven waaronder regenwormen.
Alwin Seifert beschrijft in zijn boek "Tuinieren zonder gif" hoe wij landbouw kunnen bedrijven op een gezonde manier voor flora en fauna
Alwin Seifert beschrijft in zijn boek "Tuinieren zonder gif" hoe wij landbouw kunnen bedrijven op een gezonde manier voor flora en fauna
CO2 - Koolzuurgas in onze atmosfeer
- Het huidige CO2 niveau bedraagt anno 2024 ruim 400 ppm. In de afgelopen duizenden jaren is bewijs te vinden in ondermeer ijslagen dat het niveau wel meer dan 2.000 ppm is geweest.
- Ik heb kennis genomen van IPCC rapporten. (Intergovernmental Panel on Climate Change). Grote delen van de politieke en wetenschapscomminities onderschrijven de bevindingen.
- Ook kom ik tegen dat Nobelprijs winnaars natuurkunde en vermaarde wetenschapper smet emeritaat vraagtekens zetten bij de stelligheid waarmee CO2 verantwoordelijk wordt gesteld voor de opwarming van de aarde. Deze groep stelt dat er tijden zijn geweest dat de CO2 meer dan 2000 ppm was en dat niet CO2 maar de Zon de voornaamste motor is voor opwarming. Daarnaast hebben gassen als waterdamp een veel grotere invloed op het broeikaseffect.
- Daarnaast melden wetenschappers dat zij onderzoek beurzen verliezen als zij openlijk vraagtekens zetten bij het vermeende CO2 adagium van het IPPC.
- De grote hoeveelheid CO2 in de atmosfeer zou juist millennia geleden verantwoordlijk zijn voor de diversiteit aan plantengroei.
- CO2 + H2O + zonlicht -> de vorming van suikers en koolwaterstoffen C6H12O6 - de bouwstoffen van leven. Proeven aan WUR hebben aangetoond dat CO2 niveaus van 1000 ppm de groei van planten sterk bevordert. Meer CO₂ is gunstig voor de natuur en maakt de aarde groener: extra CO₂ in de lucht heeft de wereldwijde groei van bomen en planten bevorderd. Het is ook goed voor de landbouw en verhoogt de opbrengsten van gewassen wereldwijd bij een concentratie van 1270 ppm.
Tarzan raakt zijn bos kwijt. Een briljante vergissing van vermeend CO-2 neutraal houtkappen, die de aarde vernielt.
Meer CO2 is niet zozeer een probleem. Wel houtkap en uitstoot van schadelijke gassen en het vervuilen van de bodem en oppervlaktewater met pesticiden en teveel stikstof.
Voorts valt op te merken dat de CO2 lens jaren blijft. Stoppen we vandaag met CO2 wereldwijd, dan duurt het nog decennia voordat het niveau onder de 300 ppm zakt.
Meer CO2 is niet zozeer een probleem. Wel houtkap en uitstoot van schadelijke gassen en het vervuilen van de bodem en oppervlaktewater met pesticiden en teveel stikstof.
Voorts valt op te merken dat de CO2 lens jaren blijft. Stoppen we vandaag met CO2 wereldwijd, dan duurt het nog decennia voordat het niveau onder de 300 ppm zakt.
Energieprijzen
- De prijs van gas, olie en steenkool zijn in grote mate bepaald door politiek en door fiscale maatregelen. Zo betalen wij anno 2024 in Nederland € 2,00 voor een liter benzine en in Venezuela € 0,022.
- De productieprijs van elektriciteit met zon en wind zonder subsidie zijn in de tabel hieronder te vinden. De kosten van netcongestie zijn hierin niet verwerkt. We zien overal in het land verzwaring en aanleg van stroomkabels. Doordat het aantal vollasturen beperkt is kunnen zon en wind geen basislast maken en hebben we een back-up nodig.
- Dat kan met batterijen, maar die zijn erg duur en verhogen de prijs per kWh met € 0,73 voor wind op zee en € 1,48 voor zonnevelden bij prijs voor opslag met li-ion van € 100 per kWh
- Het kan ook met kernenergie, die prijs wordt begroot op 8 cent per kWh.
- Tenslotte kan dat met gascentrales, maar door die alleen in te zetten voor backup wordt de prijs per kWh ruim 15 cent, omdat het aantal vollasturen dan flink zal afnemen voor de gascentrales.
- Van gas (8,8 kWh/m3), olie (10 kWh/ltr) en kolen (5,6 - 8,3 kWh/kg) wordt elektriciteit gemaakt. Met rendementen van respectievelijk 55%, 45% en 35 - 40%. Een kilo steenkool levert dan over zijn levensduur als energiebron 2 tot 3,7 kWh elektriciteit.
Tabel opbouw elektriciteitsprijzen in Nederland. Prijspeil 2024.
(Zonder opslagkosten)
Inkoop per kWh is berekend inclusief rendementsverlies van het proces.
Zo kost gas € 0,30 per m3 en bevat 8,8 kWh. Dus per kWh € 0,30/8,8.
Echter het centrale rendement bedraagt 55%, waardoor de
bruikbare kWh inkoopprijs stijgt naar € 0,30/8,8/55% = € 0,062
De LCOE (Levelized Cost Of Electricity) is een kengetal in [€/kWh]
waarin de integrale kosten zijn berekend van een productiemethode van elektriciteit.
| Systeem | vollast [uren/ jaar] | investering per kW [€] | Inkoop per kWh [€] | Kosten aansuiten op Netwerk per kW [€] | Levens duur in jaren | Onderhoud en verzekering | Rente | Jaar kosten per KW [€] | LCOE per kWh [€] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zon | 900 | 800 | nvt | 25 | 25 | 2,0% | 6% | 81 | 0,089 |
| Wind op land | 2.300 | 1.600 | nvt | 25 | 20 | 4,5% | 6% | 214 | 0,093 |
| Wind op zee | 4.500 | 2.100 | nvt | 160 | 18 | 6,0% | 6% | 335 | 0,074 |
| Gas | 8.500 | 1.200 | 0,062 | 25 | 30 | 4,5% | 6% | 143 | 0,080 |
| Olie | 8.000 | 1.500 | 0,113 | 25 | 30 | 5,0% | 6% | 186 | 0,136 |
| Kolen | 7.000 | 1.500 | 0,025 | 25 | 30 | 6,0% | 6% | 201 | 0,054 |
| Waterstof | 8.000 | 2.000 | 0,146 | "pm" | 20 | 6,0% | 6% | 276 | 0,183 |
| Kernenergie | 8.000 | 3.000 | 0,025 | 25 | 40 | 8,0% | 6% | 441 | 0,080 |
Waterstof
Waterstof
Voordat waterstof gebruikt kan worden in voertuigen zijn een aantal processtappen noodzakelijk:
elektrolyse => compressie => opslag => transport => distributie
1 kg waterstof bevat 39,4 kWh aan verbrandingswarmte.
De nuttige energie om stroom van te maken bedraagt 33 kWh
Het rendement om stroom te maken via brandstofcellen bedraagt 60%
Ergo in de accu komt dan 19,8 kWh terecht.
De accu heeft 5% verlies, daarom komt 95% van de 19,8 kWh
aan de wielen terecht zijnde 18,8 kWh.
Rapport waterstof productie
Energietransitie en optimum combi zon en wind
Met wind en zon is een volledige dekking van de stroomvraag niet mogelijk. Met name in periodes van dunkeflauwte zonder wind en zon is dat problematisch. De volgende kosten moet wel worden meegenomen in de berekening van de kosten van elektriciteit:
- Kosten voor backup met batterijen of snelle gascentrales
- Kosten voor het voorkomen van congestie door de aanleg van kabels en verdeel stations.
Als zon en wind ingezet worden als combi dan geldt dat er een optimum is als we opslag inzetten om een baseload te maken. In onderstaande tabel is te zien dat er een optimum ontstaat bij 20% zon en 80% wind.
In gebieden waar zonnevelden worden aangelegd in combinatie met windmolens op land dient de overheid zich hiervan rekenschap te geven.
De maatschappelijke kosten aan opslag worden snel hoger als er te veel zon wordt aangelegd.
| Aandeel zon | Aandeel wind | Opslag jaarproductie combi wind en zon [%] | Vereiste accu capaciteit % van jaarproductie combi wind en zon |
|---|---|---|---|
| 100% | 0% | 62,0% | 31,80% |
| 66% | 34% | 45,0% | 19,20% |
| 50% | 50% | 42,0% | 13,70% |
| 42% | 58% | 41,0% | 11,20% |
| 36% | 64% | 40,5% | 9,80% |
| 32% | 68% | 40,5% | 8,70% |
| 22% | 78% | 41,0% | 6,70% |
| 16% | 84% | 42,0% | 6,80% |
| 9% | 91% | 44,0% | 9,50% |
| 0% | 100% | 47,0% | 12,70% |
Elektrisch rijden
- Elektrische voertuigen zijn nu nog prijzig ten opzichte van fossiel gestookte voertuigen. Vergelijkbare benzineauto's zijn € 10.000 tot € 20.000 goedkoper.
- De levensduur van elektrische voertuigen belooft echter gunstig te zijn: 500.000 tot 800.000 km. Het elektrisch gedeelte slijt nauwelijks. Wel zullen de batterijen na circa 400.000 km vervangen moeten worden en dat is prijzig. Per km kost dat 5 - 7 cent.
- Voor zwaar vervoer, vrachtauto's, binnenvaart en vliegtuigen is elektrisch nu nog geen optie;- de actieradius is veel te klein t.o.v. het gewicht van de accu's.
- Waterstof: de voordeligste maakkosten per kWh inclusief van inkoop stroom liggen op € 0,183 per kWh. Het rendement om die kWh aan de wielen te krijgen is 60%. Ergo de kosten voor aandrijving bedragen circa € 0,30 per kWh. Praktijkcijfers geven een beeld dat vaak 2,5 x zo hoog ligt. Ter vergelijking benzine van € 2,00 per liter levert aan de wielen 3 kWh en kost dan € 0,66 per kWh.
Elektrisch rijden is energetisch gunstig zo blijkt uit bovenstaande illustratie. Echter batterijen zijn duur nu nog € 400 per kWh, waarvan er 40 - 70 kWh in een voertuig zijn gemonteerd.
Ook zijn batterijen zwaar: 7,5 kg per kWh. Dus kosten batterijen circa € 22.000 en hebben een gewicht circa 450 kg extra. De wegenbelasting wordt m.i.v. 2026 berekend en kost voor benzine circa € 0,50 per kg per jaar. Verwacht wordt dat elektrische voertuigen van 2.000 kg per jaar € 1.000 aan wegenbelasting krijt zijn
Daarbij is de actieradius beperkt per kWh. Spreiding ligt tussen 10 km - 4 km per kWh. En in de winter daalt de reikwijdte, omdat de verwarming aan boord veel energie vraagt.
Ook zijn batterijen zwaar: 7,5 kg per kWh. Dus kosten batterijen circa € 22.000 en hebben een gewicht circa 450 kg extra. De wegenbelasting wordt m.i.v. 2026 berekend en kost voor benzine circa € 0,50 per kg per jaar. Verwacht wordt dat elektrische voertuigen van 2.000 kg per jaar € 1.000 aan wegenbelasting krijt zijn
Daarbij is de actieradius beperkt per kWh. Spreiding ligt tussen 10 km - 4 km per kWh. En in de winter daalt de reikwijdte, omdat de verwarming aan boord veel energie vraagt.
