Door David Wojick.

Er wordt algemeen aangenomen dat het opwekken van elektriciteit uit offshore windenergie de CO₂-uitstoot aanzienlijk vermindert. Dit is in feite de belangrijkste reden voor de verschrikkelijke kosten en negatieve effecten van deze offshore megaprojecten.

Zoals met veel groene aannames, kan deze fout zijn. Ten eerste, gezien de manier waarop elektriciteitsopwekking werkt, is de vermindering van de uitstoot van fossiele brandstoffen misschien toch niet zo groot. Windenergie op zee zou zelfs de uitstoot van fossiele brandstoffen kunnen verhogen. Dit wordt hieronder uitgelegd.

Neem bijvoorbeeld New Jersey, dat voorop wil lopen in de ontwikkeling van offshore windenergie. Hun verklaarde doel is maar liefst 11.000 MW aan offshore windenergiecapaciteit voor een bedrag van ongeveer $ 100 miljard. Als het verminderen van de CO₂-uitstoot de rechtvaardiging is voor deze ongelooflijke kosten, dan kan er maar beter een grote reductie zijn. Het blijkt dat het misschien heel weinig is dat het project erg duur maakt, of zelfs een verhoging die het waardeloos zou maken.

Aan de producentenkant zijn er verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Ten eerste heeft New Jersey zijn 2.000 MW aan kolengestookte elektriciteitscentrales al gesloten, dus die potentiële emissiereducties zijn verdwenen. Erger nog, de helft van de huidige elektriciteitsopwekking is nucleair, wat geen CO₂-uitstoot veroorzaakt. Dus als een deel van de kernenergie wordt vervangen door windenergie, is er geen reductie.

De andere helft van de elektriciteit wordt opgewekt door gas en daar wordt het interessant, maar ook complex.

Bedenk dat het gasgestookte systeem is ontworpen om elektriciteit op te wekken wanneer mensen het nodig hebben. Windturbines daarentegen wekken elektriciteit op als het waait. Het meeste wordt gegenereerd als de wind sterk is, minder als de wind minder is en geen stroom als het zwak is. Grofweg neemt het vermogen lineair toe, van geen vermogen bij 16 km/u tot vol vermogen bij ongeveer 50 km/u.

Dit zijn aanhoudende windsnelheden, geen windvlagen; rond de 50 km/u zijn daarom zeldzaam. Aan de andere kant zijn snelheden onder de 10 mph relatief gebruikelijk en wordt er soms dagenlang geen stroom opgewekt. Tussendoor gaat de wind en kracht op en neer, op en neer. Prestatiefluctuaties van 20% in een uur zijn niet ongewoon.

Deze grillige windfluctuaties hebben ingrijpende gevolgen voor de uitstoot van gassen. Er zijn namelijk twee heel verschillende soorten gascentrales. Dit worden enkelvoudige en gecombineerde energiecentrales genoemd.

In een eenvoudige cyclusinstallatie wordt een generator aangedreven door een verbrandingsturbine. Deze turbine is als een straalmotor die wordt aangedreven door aardgas. Deze systemen zijn relatief inefficiënt, variërend in efficiëntie van 30 tot 38%, afhankelijk van hoe oud ze zijn.

Elektriciteitscentrales met gecombineerde cyclus werken ook met een verbrandingsturbine, maar gebruiken de extreem hete uitlaatgassen om water te koken, dat op zijn beurt een stoomturbinegenerator aandrijft, waardoor twee verschillende generatoren in combinatie kunnen werken, vandaar de naam. Met ongeveer 60% zijn energiecentrales met gecombineerde cyclus veel efficiënter dan eenvoudige energiecentrales.

Eenvoudige kringloopinstallaties hebben een snelle start en worden daarom vooral ingezet om piekvraag op te vangen wanneer het elektriciteitsverbruik omhoog schiet. Om deze reden worden ze vaak piekbelastingcentrales genoemd. Het is onwaarschijnlijk dat de piekvraag samenvalt met harde wind, vooral tijdens hittegolven en koude episoden die vaak worden gekenmerkt door weinig of geen wind. Beide weersextremen worden vaak veroorzaakt door stilstaande hogedruksystemen.

Daarom is het onwaarschijnlijk dat windenergie op zee veel zal doen om de emissies van elektriciteitscentrales met piekbelasting te verminderen. De uitstoot van steenkool is verdwenen, kernenergie heeft geen uitstoot en de uitstoot van elektriciteitscentrales met piekbelasting blijft voor het grootste deel bestaan, waardoor alleen de emissies van de gecombineerde cyclus overblijven voor potentiële reductie.

De constante veranderlijkheid van de wind vormt hier een groot obstakel om de uitstoot te verminderen.Het probleem is dat de enorme hoeveelheid water in de combiketel lang nodig heeft om op te warmen en de verbrandingsturbine na het opwarmen op volle toeren moet draaien om het water op kooktemperatuur te houden.

Het is geen snel reagerende technologie, het is ontworpen om min of meer constant te werken. Het kan niet op tijd op en neer gaan om de snelle op en neer gaande wind bij te houden.

Er zijn twee manieren waarop de energiecentrale met gecombineerde cyclus kan worden gebruikt om de onregelmatige vraag te dekken die wordt veroorzaakt door de fluctuerende output van de windgeneratoren. Helaas zijn beide erg inefficiënt – per geproduceerde eenheid elektriciteit moet veel meer gas worden verbrand, wat weer voor veel meer uitstoot zorgt.

Eén manier is om de dampdruk te handhaven tijdens de periode dat de windkracht hoog is, wat betekent dat er veel gas wordt verbrand zonder dat er veel of geen elektriciteit wordt geproduceerd. De andere optie is om het stoomsysteem uit te schakelen en alleen een eenvoudige verbrandingsturbine te laten draaien. Hier wordt veel meer gas verbrand dan vóór windenergie, toen de energiecentrale met gecombineerde cyclus relatief constant draaide.

Kortom, het toevoegen van een grote hoeveelheid intermitterende offshore wind aan de opwekkingsmix verslechtert de efficiëntie van gasgestookte opwekking radicaal. Het resultaat is dat de CO₂-emissie waarschijnlijk niet sterk zal afnemen en zelfs zal toenemen.

Wat er werkelijk gebeurt, is een onderzoeksvraag die ik nog niet heb onderzocht. Veel hangt af van de specifieke kenmerken van de storing, die waarschijnlijk van jaar tot jaar en van locatie tot locatie zal verschillen.

Het punt is dat er geen rechtvaardiging is om enorm dure offshore wind megaprojecten te bouwen als het terugdringen van de CO₂-uitstoot de belangrijkste reden is.

***


Over de auteur

David Wojick, Ph.D. is een onafhankelijk analist die werkt op het snijvlak van wetenschap, technologie en beleid. Voor oorsprong zie http://www.stemed.info/engineer_tackles_confusion.html

Voor meer dan 100 eerdere artikelen voor CFACT zie http://www.cfact.org/author/david-wojick-ph-d/ Beschikbaar voor vertrouwelijk onderzoek en advies .

***

Bron hier.

***