Er zijn mensen, die geloven dat een toename van het aantal wind- en zonneprojecten de latere vooruitgang van deze hulpbronnen zal vergemakkelijken. Niets is minder waar.
Auteur: Planning Engineer.
Vertaling: Martien de Wit. 16-10-2022
Het verhogen van de penetratieniveaus van wind- en zonne-energie is als sisyfusarbeid, behalve dat het erger is. De uitdaging kan beter worden vergeleken met het duwen van een enorme rots die steeds zwaarder wordt, een heuvel op met een steeds steilere helling, terwijl de grond eronder gladder en onstabieler wordt. De problemen in verband met een grotere penetratie overschaduwen alle potentiële voordelen die door schaalvoordelen kunnen worden bereikt.
Het industriële elektriciteitsproductie-systeem is traditioneel sterk en zeer robuust. Er zijn over het algemeen geen noemenswaardige problemen in verband met het toevoegen van kleine systeemelementen (kleine hoeveelheden wind- en zonne-energie) die op het systeem leunen in plaats van het te ondersteunen. Het systeem heeft een beperkt vermogen om wind- en zonne-energie te absorberen en kan deze gebruiken om productie die afhankelijk is van dure brandstoffen te verdringen. Maar bij een hogere penetratiegraad wordt dit vermogen sterk verminderd en kan de economische situatie verslechteren en zelfs omslaan. Hieronder volgen enkele redenen waarom een verhoging van de penetratiegraad van hernieuwbare energiebronnen zal leiden tot snel stijgende kosten en ook een snel dalende betrouwbaarheid.
Wind en zon leveren niet gemakkelijk de essentiële leveringsbetrouwbaarheid. Conventionele opwekking heeft kenmerken die de stabiliteit en de werking van het net ondersteunen. Ze hebben een traagheidsmassa en draaien synchroon met de golfvormen die het systeem voeden, terwijl ze gemakkelijk spanning en frequentie ondersteunen. Naarmate wind en zon een groter percentage van de opwekkingsbronnen uitmaken, zien we een erosie van deze wenselijke kenmerken. Sommigen beweren dat elektronische emulatie het verlies van deze kenmerken kan compenseren, maar dat is duur en de resultaten zijn inferieur. Eerdere artikelen die in detail op dit onderwerp ingaan zijn hier en hier te vinden.
Wind en zon zijn intermitterende bronnen en hun beschikbaarheid en geleverd vermogen komen vaak niet overeen met de behoeften van het systeem of ondersteunen het niet. Hoewel er hoop is gevestigd op batterijtechnologie, zijn de huidige doelstellingen bescheiden. Andere bronnen moeten de wisselvalligheid van wind- en zonne-energie compenseren. Hoe groter het percentage wind- en zonne-energie, hoe groter de uitdaging en de kosten voor back-up. Eerdere geschriften over dit onderwerp zijn hier en hier te vinden.
Het succes van wind- en zonne-installaties is zeer locatiegebonden. U kunt kaarten opvragen die de geschiktheid van verschillende locaties voor zowel wind- als zonne-energie laten zien. Ook andere overwegingen van landgebruik maken locaties meer of minder geschikt voor wind- en zonne-energie. De huidige inspanningen om wind- en zonne-energie op te voeren maken gebruik van de meest optimale locaties. De resterende locaties zijn minder optimaal. Naarmate de penetratiegraad boven het huidige niveau stijgt, zal de geschiktheid van potentiële locaties afnemen. Een bericht bericht, dat samen met Rud Istavan is geschreven, bevat enige discussie over locatieproblemen. Zie hier.
Windenergie en zonne-energie zijn afhankelijk van materialen die moeten worden ontgonnen en hun mogelijkheden kunnen beperkt zijn. Als de productie van zonne- en windenergie sterk toeneemt, zullen de kosten waarschijnlijk stijgen en zullen er bevoorradingsproblemen ontstaan. Bij Europese windenergie wordt al gevochten om schaarse materialen.
Naarmate de penetratie van wind- en zonne-energie toeneemt, zal het voor andere bronnen een steeds grotere uitdaging worden om hun uitbreiding te subsidiëren. Het is één ding om een kleine component van de opwekkingsmix te subsidiëren, maar het is iets heel anders om de belangrijkste componenten te subsidiëren. Zie hier en hier.
Het kost veel energie om wind- en zonne-energie-installaties te bouwen. Hun exploitatie en ondersteuning kosten veel energie. Velen zien dat het twijfelachtig is of dergelijke installaties zichzelf kunnen onderhouden, de geplande hoeveelheid energie kunnen leveren en genoeg extra energie leveren om vervangende installaties van dezelfde soort te bouwen. Bovendien wordt het probleem nog groter als er ook nog elektrische voertuigen bijkomen. Het ‘groene’ plan om gastoestellen af te schaffen en de extra verliezen als gevolg van een grotere inzet van batterijen zullen ook niet helpen. Er zijn vele bedenkingen m.b.t. alle energie en middelen die door wind- en zonne-energie worden verbruikt. Dit wordt het probleem van de energiedichtheid of vermogensdichtheid genoemd. Hier zijn een paar links (hier, hier, hier en hier) die dit soort problemen bespreken. Deze zorgen vallen buiten mijn ervaringsgebied. Ik hoop dat de lezers meer referenties kunnen toevoegen in de commentaren.
Wind en zon maken de studie, de controle en de werking van het energiesysteem ingewikkelder en onzekerder. Deze bronnen zijn intermitterend en minder voorspelbaar voor de exploitanten. Om de stabiliteit te handhaven is een goede modellering noodzakelijk. Er worden gedetailleerde modellen gemaakt met complexe differentiaalvergelijkingen. Planologen kunnen de bouwers van grote centrales dwingen goede gegevens over de effecten van de centrales te verstrekken. Het verkrijgen van goede gegevens voor verspreide projecten met veel kleine elementen die tijdens een project en na de installatie kunnen veranderen, is veel moeilijker. Ten slotte hebben systeembeheerders en planners jarenlange ervaring met grote roterende machines, maar veel minder met wind- en zonne-energie.
Een grootschalige toepassing van wind- en zonne-energie vereist dat de stroom over grote afstanden wordt getransporteerd (of je zou een onrealistische en ongelofelijke hoeveelheid batterijopslag nodig hebben). Groene voorstanders beweren dat onevenwichtigheden tussen belasting en opwekking door zonne- en windenergie kunnen worden overwonnen door bronnen uit een groter geografisch gebied aan te spreken. Dit vereist een nog grotere behoefte aan lange elektriciteitsleidingen en een robuust netwerk. Wind- en zonne-energie produceren gelijkstroom die met behulp van het net moet worden omgevormd tot wisselstroom. Edison en Tesla voerden jaren geleden al een strijd over wissel- en gelijkstroom. Tesla won omdat je voor het overbrengen van stroom over lange afstand een wisselstroomsysteem nodig hebt. Zoals eerder opgemerkt, leveren zon en wind onvoldoende elementen zoals inertie en VAR’s (Volt-Amps Reactive) om een dergelijk systeem stabiel te houden.
Terzijde: een hoogspanningsgelijkstroomleiding kan over grote afstanden energie overbrengen met minder verliezen. Om een gelijkstroom hoogspanningsleiding te gebruiken, is het echter noodzakelijk een sterk wisselstroomsysteem te hebben dat de stroom ontvangt. Het systeem moet zo robuust zijn dat de stroom kan worden omgezet van gelijkstroom naar wisselstroom. Gelijkstroom hoogspanningsleidingen zullen niet de redder zijn van een op wind- en zonne-energie gebaseerd systeem.
Hoewel een hoge penetratiegraad van wind- en zonne-energie een robuust net vereist, vermindert hun grotere aanwezigheid de capaciteit van het net.
Het bovenstaande is een formidabele lijst van uitdagingen. Hoe kunnen die worden overwonnen? Niet door schaalvoordelen van een grotere wind- en zonneproductie. Ten eerste is het moeilijk voor te stellen dat schaalvoordelen deze bronnen in staat zouden stellen de hierboven beschreven enorme uitdagingen te overwinnen. Ten tweede lijkt het er niet op dat significante verbeteringen van schaalvoordelen te verwachten zijn. Uit mijn studie van het onderwerp blijkt dat pogingen om schaalvoordelen te vinden allemaal zijn mislukt. Het bouwen van steeds meer kleinere eenheden zal waarschijnlijk geen grotere schaalvoordelen opleveren vanwege de hogere materiaalkosten. Grotere wind- en zonne-energie-installaties zorgen voor een heel ander kostenniveau, dat kleinere installaties niet hebben. Voorstanders van wind- en zonne-energie voeren daarentegen aan dat kleinere lokale projecten meer voordelen opleveren dan grotere installaties.
Kan kernenergie een onderdeel zijn van een toekomst met minder koolstofuitstoot? Zeer zeker. Geen van de bovenstaande bezwaren geldt voor kernenergie. De kosten van gestandaardiseerde kerncentrales en redelijke regelgeving zouden lager kunnen uitvallen. Ook waterkracht werkt goed samen met het energiesysteem. Helaas zijn er weinig tot geen mogelijkheden om de opwekking van waterkracht uit te breiden. (Opmerking: pompaccumulatie is een optie om energie op te slaan, maar niet om netto extra energie te produceren.)
Judith Curry. (Deze ‘posting’ is afkomstig van de website van Judith Curry: ‘Climate etc’.)
Het is veel te vroeg om te denken aan een 100% hernieuwbare toekomst met aanzienlijke bijdragen van de huidige wind- en zonne-energiecapaciteit. Het is geen goede strategie om de huidige ‘groene’ technologieën te ondersteunen en conventionele opwekking te verbieden in de hoop dat er een wonder gebeurt wanneer we dat nodig hebben. Misschien kunnen we met de grootschalige toepassing van kernenergie, CO2-afvang en andere technologieën een koolstofvrij netwerk benaderen. In het beste geval zullen de huidige wind- en zonnetechnologieën hoogstens een kleine rol spelen in een dergelijk plan.
***
0 reacties :
Een reactie posten