voor reacties:  
zie ook:


see also:
Jan van Staveren   (auteur)
Energiefeiten.pdf
Korte versie.pdf
Gaat het lukken met de energietransitie?.pdf
Energy facts.pdf


Een relativerend verhaal over

energie

"Grote getallen zeggen niets, verhoudingen wel"


Inhoud
Enkele opmerkingen vooraf
Inleiding
Enkele definities en fundamentele wetten
- Vermogen
- Energie
- Wet van behoud van energie
- Wet van behoud van massa
- Rendement
- Produktiefactor
- Enkele rendementen
- Eenheden en omrekenfactoren voor vermogen
- Eenheden en omrekenfactoren voor energie
- Primaire energie
- Energie-inhoud van enkele brandstoffen
- Mechanisch warmte-equivalent
- Rendementen bij de omzetting van energie
- De formule van Carnot
- De wetten van Newton
Energieverbruik van een huishouden
Groene energie
Zonne-energie
Windenergie
Opslag van zonne- en windenergie
Waterkracht
Geothermische energie
Getijdencentrale
Biomassa
Energie-opslag in de accu's van elektrische auto's
Smart grid
Warmte-kracht koppeling
Warmtepomp
Batterijen en accu's
De nucleaire batterij
Lopen en fietsen
Elektrische fiets
Elektrische treinen
Vaartuigen
Vliegtuig
De benzine auto
De diesel auto
De elektrische auto
De hybride auto
De brandstofcel auto
De Waterstof Economie
Kernfusie
Kernenergie


Enkele feiten, berekeningen en wetenswaardigheden
Het energieverbruik in Nederland
Het rendement van de produktie van elektriciteit
Het rendement van de produktie van benzine
Het massa-energie equivalent
Massa en gewicht
De Zon
De Leopoldhove
Daglengte in Nederland
Windenergie
Vergelijking van zonne- en windenergie
Brandstoffen en CO2   (gewijzigd februari 2019)
De CO2-uitstoot "well-to-plug" van elektriciteit
Het broeikaseffect
Lichtbronnen
Vliegtuigen
Elektrische trein
Fietsen
Elektrische fietsen
De Waterstof fiets
Elektrische centrales
De STEG centrale
Kerncentrales
Het elektriciteitsverbruik in Nederland
Vergelijking aantal centrales, nodig voor Nederland
Elektrische auto's
Elektrische auto's met zonnecellen
De elektrische race-auto
De plug-in hybride auto
De CO2-uitstoot bij verschillende soorten auto's
De actieradius van auto's
Vergelijking vervoermiddelen
Enkele projecten van Wubbo Ockels
De World Solar Challenge
Shell eco-marathon
Biobrandstof
Een paar wetenswaardigheden
Enkele eenheden
Tabellen en grafieken
Alternatieve energiebronnen
Vrije energie
Opslag van energie
Energiebesparing
Het energieneutrale huis
De ineenstorting van de olie-economie
Hoe zal het nu verder met de energie gaan?
Energie-inhoud van een accu
Watervoorbeeld
Energie en arbeid
Energieverbruik van enkele huishoudelijke apparaten
Het Energieakkoord
Het Klimaatakkoord
Minder gas uit Groningen
Enkele persberichten over klimaattoppen
Boeken over energie



Enkele opmerkingen vooraf
• 




























Afkortingen zijn in dit verhaal zo veel mogelijk vermeden.
Bij de combinatie van eenheden wordt een koppelstreepje gebruikt. Bijvoorbeeld: kilogram-
meter, ampère-uur, newton-meter  etc.
Eenheden zijn niet met een hoofdletter geschreven, maar wel steeds voluit. Bijvoorbeeld:
celcius, volt, ampère, watt  etc.
Getallen zijn meestal afgerond. Het gaat in dit verhaal vooral om de verhoudingen en niet in de
eerste plaats om de exacte waarden. Die bestaan trouwens niet. Rendementen van auto's,
verlichting, energie-opwekking etc. worden steeds beter. Er bestaan natuurlijk wel exacte
wetten, zoals de Wet van behoud van energie
Veel getallen zijn een momentopname. Internetsites komen en gaan. Daardoor is het niet altijd
(meer) mogelijk om alle getallen via internet te verifiëren.
De hoeveelheid energie die nodig is om bijvoorbeeld auto's, windmolens, zonnepanelen,
biobrandstoffen etc. te produceren is niet in beschouwing genomen.
Er zijn zo weinig mogelijk verschillende eenheden gebruikt. Bijna alles is omgerekend in
kilowatt-uren en megawatt-uren.
Veel mensen hebben er geen idee van, hoe de verhoudingen liggen bij de verschillende vormen
van energie-opwekking en het energieverbruik. Dit verhaal probeert aan de hand van feiten
hierover duidelijkheid te verschaffen.
Vermogen en Energie worden vaak met elkaar verward. Voor dit energieverhaal is een goed
begrip van de definities noodzakelijk.
Discussies over energie gaan meestal alleen maar over de opwekking van elektriciteit. Dus
over kolencentrales, kernenergie, waterkracht, windmolens, zonne-energie etc. Men moet
echter wel bedenken, dat het totale energieprobleem (in Nederland) ruim 3 keer zo groot is.
Het moet daarom ook gaan over verwarming, industrie, vervoer, voedsel­produktie en vooral
ook auto's.
Men kan door middel van de verwijzingen naar internetsites en via eenvoudige berekeningen,
zelf vaststellen of de in dit verhaal verstrekte informatie juist is.
Het verhaal wordt continu bijgewerkt aan de hand van nieuwe feiten, nieuwe inzichten en
opmerkingen van lezers.
 


Inleiding

De meest effectieve milieumaatregel
Het energieverbruik en de daarmee gepaard gaande milieuvervuiling is evenredig met het aantal mensen op aarde. De meest effectieve milieu­maatregel is dus:
geen verdere toename van de wereld­bevolking. Dat lukt (op termijn) alleen als de repro­duk­tie­factor niet groter is dan 1. Dus niet meer dan 2 kinderen per echtpaar

Na ons de zondvloed
In het boek "Na ons de zondvloed" schrijft de auteur P. Gerbrands, oprichter van de "Club van 10 miljoen":  "Binnen redelijke marges is groei van het aantal mensen en economische uitbreiding mogelijk, zolang we ons daarbij weten te beperken tot het consumeren van de rente die de aarde ons biedt. Maar als ook het kapitaal dat aarde heet, zelf wordt opgegeten, slaan we als mense­lijke soort een doodlopende straat in".

Citaat uit het partijprogramma 2002 van "De Groenen" (blz. 6)
Een hevige bedreiging voor het leven op aarde is de tomeloos groeiende bevol­kingsomvang. Nog steeds is sprake van een explosieve groei van de wereld­bevolking. Zo wordt India binnenkort net als China een land met meer dan een miljard inwoners. (in 2010 had India al 1,2 miljard inwoners). Vervuiling van het milieu is direct gerelateerd aan de bevolkingsaanwas. Meer mensen zorgen voor meer afval, hebben meer voedsel nodig, ver­brui­ken meer grondstoffen, hebben meer ruzie, hebben minder leef­ruimte, krijgen minder aandacht en hebben meer geld nodig.
De conclusie is helder: geboortebeperking is noodzaak. Gebeurt dat niet, dan eindigen wij allen als de bacteriën op een beperkte voe­dings­bodem. Na onge­brei­delde groei volgt ongekende sterfte.
zie ook:  Are Humans smarter than Yeast?  en  Exponential Growth

De bevolkingsexplosie
Van 1990 tot 2000 nam de wereldbevolking elk jaar met gemiddeld 1,5% toe. Stel, dat deze toe­name vanaf het begin van onze jaartelling tot heden altijd had plaatsgevonden. Hoe groot zou dan nu de wereldbevolking zijn, uitgaande van 2 mensen in het jaar nul?

•  na 2000 jaar zou de toename zijn  1,0152000 = 8,55 × 1012
•  de oppervlakte van de aarde is  4 π r2 = 4 π × 40 × 106 vierkante kilometer
    (r = de straal van de aarde = 6400 kilometer)
•  het aantal mensen zou dan zijn  (2 × 8,55 × 1012 ) / (4 π × 40 × 106)
    = 34 000 per vierkante kilometer, oceanen en de polen meegerekend
 

In werkelijkheid leven er op aarde "slechts" 51 mensen per vierkante kilometer. (in 2010, op land). Nederland heeft een bevolkingsdichtheid van 504 inwoners per vierkante kilometer. Dat is per inwoner een oppervlakte van 45 bij 45 meter.


Overzicht van de bevolkingsaanwas  (afgerond)


1960

2000

2050

  Nederland

  11 miljoen  

  16 miljoen  

  17 miljoen  

  Wereldbevolking  

 3 miljard

 6 miljard

 9 miljard


Dagelijkse toename van de wereldbevolking  (medium variant)


  wereldbevolking  

  toename in 10 jaar  

  toename per dag  

    2010    

6 909 miljoen

- - -

- - -

2020

7 675 miljoen

766 miljoen

210 000

2030

8 309 miljoen

634 miljoen

174 000

2040

8 801 miljoen

492 miljoen

135 000

2050

9 150 miljoen

349 miljoen

  96 000



In 2011 werd de 7 miljardste aardbewoner geboren
• 







als we dit aantal mensen zouden tellen met een snelheid van 1 per seconde, dan heeft men daar
222 jaar voor nodig
bij een onderlinge afstand van 1 meter tussen 2 mensen, is dit een rij van 7 miljard meter, dat is
175 keer de aardomtrek
een vliegtuig met een snelheid van 900 kilometer per uur doet er 324 etmalen over om deze
afstand af te leggen
7 miljard mensen is een kolonne van 18 mensen breed en een lengte gelijk aan de afstand van
de aarde tot de maan  (bij een onderlinge afstand van 1 meter tussen de rijen)
 
(hoezo, overbevolking?)

Citaat uit "Bosbouwbeleggingen.nl"
We werpen ons nu wereldwijd op begrippen als energiebesparing en de ontwik­keling van "schone" energie, en verdringen graag dat het een­vou­digweg de steeds uitdijende existentie van de mense­lijke soort is, die maakt dat de wereld die we eens als soort aantroffen, ooit door onze soort zal worden achtergelaten in een desolate toestand.
Het "ga heen en ver­menig­vuldigt u" lijkt deerlijk uit de hand gelopen en lijkt onomkeerbaar. Binnen de menselijke tijdmeting kunnen we de kaal gekapte en geërodeerde bergen niet opnieuw van aarde voorzien en er oerwouden op doen groeien.
In tegendeel.  Zelfs voor "schone" energie gaan we nu extra land­bouw­ge­bie­den aanleggen, worden oerwouden gekapt, worden uit geteelde ge­was­sen palm­olie en andere energierijke produkten gewonnen, getrans­porteerd en in onze auto's en energiecentrales gestookt.
Arme oerwouden, arme flora en fauna; wat jammer toch, al die mensen !


In de afgelopen 6 jaar is de wereldbevolking met een half miljard toegenomen
Daar helpt geen enkele milieumaatregel tegen





Een relativerend verhaal over

energie


Enkele definities en fundamentele wetten


Vermogen
  Vermogen is een maat voor de snelheid waarmee energie kan worden geleverd of gebruikt  

    vermogen = energie / tijd    

Eenheden:

    1 watt = 1 joule / 1 seconde   (= 1 joule per seconde)    

Enkele voorbeelden:
• 


het vermogen van een centrale is 600 megawatt  (ook als de centrale niet in bedrijf is)
het vermogen van een automotor is 70 kilowatt  (ook als de auto stil staat)
het vermogen van een gloeilamp is 75 watt  (ook als de lamp niet brandt of nog in de doos zit)  
Vermogen is een eigenschap     Vermogen laat zien wat er (maximaal) mogelijk is.


Energie
  Energie wordt gedurende een bepaalde tijd geleverd of gebruikt  

    energie = vermogen × tijd    

Eenheden:

    1 joule = 1 watt × 1 seconde   (= 1 watt-seconde)    

Enkele voorbeelden:
• 





de energie die een centrale van 600 megawatt in 5 uur levert = 600 megawatt × 5 uur  
= 3000 megawatt-uur  (bij vol vermogen)
de energie die een automotor van 70 kilowatt in 2 uur levert = 70 kilowatt × 2 uur
= 140 kilowatt-uur  (bij vol vermogen)
de energie die een gloeilamp van 75 watt in 10 uur gebruikt = 75 watt × 10 uur
= 750 watt-uur  (deze energie wordt omgezet in 5% licht en 95% warmte)
Energie levert altijd iets op: elektriciteit, beweging, licht, warmte, geluid, radiogolven,
een chemische reactie etc.



In de winkel betaalt men voor het vermogen  (bijvoorbeeld het vermogen van een stofzuiger)
Thuis betaalt men voor de energie  (de energie die door de stofzuiger wordt gebruikt)


In het dagelijkse leven geldt
• 

de basiseenheid voor vermogen is watt
de basiseenheid voor energie is watt-uur  


Wet van behoud van energie
• 



energie kan niet verloren gaan
energie kan niet uit niets ontstaan
energie kan worden omgezet van de ene vorm in een andere,  
maar de som van de energieën verandert daarbij niet


Wet van behoud van massa
• 



massa kan niet verloren gaan
massa kan niet uit niets ontstaan
massa kan worden omgezet van de ene vorm in een andere,  
maar de som van de massa's verandert daarbij niet


Energie en massa worden dus nooit "verbruikt"
In het normale taalgebruik heeft men het meestal toch over "verbruikt". Als je bijvoorbeeld de tank van een auto leeg rijdt, dan is de benzine verbruikt. Maar ook dan geldt de “wet van behoud van energie” en de “wet van behoud van massa”.


Wet van behoud van energie
  De chemische energie in benzine wordt bij verbranding in een benzinemotor
  omgezet in mechanisch energie (= arbeid) en thermische energie (= warmte)
  de chemische energie = de mechanische energie + de thermische energie  

Wet van behoud van massa
  Benzine is een chemische verbinding van de elementen koolstof en waterstof
  Bij de verbranding van benzine met zuurstof, ontstaat kooldioxide en water
  de massa van benzine + zuurstof = de massa van kooldioxide + water
 


Rendement

  rendement = nuttige energie / toegevoerde energie  

Voorbeeld: een benzinemotor
• 



stel, een benzinemotor levert 50 kilowatt-uur nuttige, mechanische energie.
stel, de hoeveelheid toegevoerde energie is 200 kilowatt-uur  (= 22 liter benzine)  
het rendement is dan (50 / 200) × 100% = 25%
hierbij wordt 150 kilowatt-uur in de vorm van nutteloze warmte afgevoerd
  Rendementen zijn altijd kleiner dan 100%   Perpetuum Mobile bestaat dus niet


Produktiefactor  (de beschikbaarheid)

  produktiefactor = werkelijke jaaropbrengst / theoretische jaaropbrengst  

Voorbeeld: windenergie
• 



stel, een windmolen heeft een vermogen van 3 megawatt
stel, de werkelijke jaaropbrengst is 7 884 megawatt-uur
de theoretische jaaropbrengst is 3 megawatt × 24 uur × 365 dagen = 26 280 megawatt-uur  
de produktiefactor is dan (7­ 884 / 26­ 280) × 100% = 30%


Rendement en produktiefactor zijn 2 geheel verschillende begrippen
Voorbeeld: zonne-energie
• 

Het rendement van een zonnepaneel is 15%  De produktiefactor van zonne-energie  
in Nederland is 11,4%  Bij de Evenaar 31,8%  
Voorbeeld: windenergie
• 

Het rendement van een windmolen is 50%  De produktiefactor van windenergie  
op land is 30%  Op zee 45%  
Het rendement is een eigenschap van het zonnepaneel of de windmolen.
De produktiefactor wordt bepaald door de plaats waar het zonnepaneel of de windmolen staat.


Vergelijken van energiebronnen
Bij het vergelijken van energiebronnen moet men niet kijken naar het vermogen, maar naar de energie-opbrengst. Dat geldt vooral voor zonne-energie, want daarbij is het rendement en de produktiefactor erg laag.



Enkele rendementen  (bij benadering)
- fotosynthese
- gloeilamp
- elektrisch zonnepaneel
- geconcentreerde zonnestraling
- van voedsel naar mechanische energie  
- benzinemotor
- spaarlamp
- kerncentrale
- Atkinson benzinemotor  (Prius)
- dieselmotor
- conventionele elektrische centrale
- TL-buis  (Tube Luminiscent)
- led-lamp  (light emitting diode)
- stoomturbine
- brandstofcel
- windmolen
- STEG centrale  (stoom en gas)
- thermisch zonnepaneel  (zonneboiler)
- elektrolyse van water
- laadcyclus van een loodaccu
- waterkrachtcentrale
- elektromotor
- warmte-kracht koppeling
- generator in een elektrische centrale
- laadcyclus van een supercondensator  
=    1%
=    5%
=  15%
=  15%
=  25%
=  25%
=  29%
=  33%
=  34%
=  35%
=  40%
=  41%
=  44%
=  45%
=  50%
=  50%
=  58%
=  65%
=  70%
=  75%
=  80%
=  90%
=  90%
=  95%
=  97%


Eenheden en omrekenfactoren voor vermogen
 1 watt
 1 kilowatt  
=  1 joule per seconde
=  1 kilojoule per seconde  
=  1 newton-meter per seconde
=  1 kilonewton-meter per seconde  

Eenheden en omrekenfactoren voor energie
 1 watt-seconde  
 1 kilowatt-uur
=  1 joule
=  3600 kilojoule  
=  1 newton-meter
=  3600 kilonewton-meter  


Primaire energie
  Primaire energie is de energie-inhoud van brandstoffen in hun  
  natuurlijke vorm, voordat enige omzetting heeft plaatsgevonden  


Energie-inhoud van enkele brandstoffen
1 kilogram droog hout
1 kilogram steenkool
1 kubieke meter aardgas  
1 liter benzine
1 liter dieselolie
1 kilogram waterstof
=
=
=
=
=
=

    5,3 kilowatt-uur
    8,1 kilowatt-uur
    8,8 kilowatt-uur
    9,1 kilowatt-uur
  10,0 kilowatt-uur
  33,6 kilowatt-uur



1 liter benzine-equivalent = 9,1 kilowatt-uur
In het navolgende is het energieverbruik of de energie-opbrengst steeds zo veel mogelijk omge­rekend naar liters benzine-equivalent. Dat spreekt wat meer tot de verbeelding en het maakt een goede onderlinge vergelijking mogelijk.


Thermische energie in 1 liter benzine
  1 liter benzine =  7800 kilocalorie  
Hiermee kan men 7800 liter water, 1 graad celsius verwarmen.

Mechanische energie in 1 liter benzine
  1 liter benzine =  9,1 kilowatt-uur  

Hierop zou een motor van 91 kilowatt gedurende 0,1 uur (= 6 minuten) op vol vermogen kunnen draaien. Het rendement van een benzinemotor is slechts 25%. Daarom draait zo'n motor maar 1,5 minuut op 1 liter benzine. Van de toege­voer­de energie wordt 75% omgezet in nutteloze warmte


  1 liter benzine =  3 340 000 kilogram-meter  

Met 1 liter benzine kan men theoretisch een Jumbo van 334 000 kilogram, 10 meter omhoog take­len. Zo'n vliegtuig 10 kilometer omhoog brengen, kost dus 1000 liter brandstof. (de voorwaartse snelheid, luchtweerstand, rendementen etc. buiten beschouwing gelaten)



Mechanisch warmte-equivalent
  Het mechanisch warmte-equivalent laat de relatie zien tussen thermische energie (= warmte)  
  en mechanische energie (= arbeid)
  1 kilocalorie is equivalent aan 427 kilogram-meter  
Een voorbeeld:
• 





1 kilocalorie is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kilogram (= 1 liter)
water met 1 graad celsius te verhogen
als men zijn hand 1 minuut in een liter koud water steekt, dan is daarna de temperatuur van het
water ongeveer 1 graad gestegen
dit komt dus overeen met een hoeveelheid mechanische energie van 427 kilogram-meter
daarmee kan men een koe 1 meter omhoog takelen
 


Rendementen bij de omzetting van energie
  Omzetting van thermische energie naar mechanische energie  
Hierbij is het rendement begrensd volgens de formule van Carnot.
In de praktijk is het maximaal haalbare rendement zo'n 50%
Voorbeeld:
Het rendement van een stoomturbine in een elektrische centrale is 45%

  Omzetting van mechanische energie naar elektriciteit  
Dit kan theoretisch plaats vinden met een rendement van 100%
Voorbeeld:
Het rendement van een generator in een elektrische centrale is 95%

  Omzetting van elektriciteit naar mechanische energie  
Dit kan theoretisch plaats vinden met een rendement van 100%
Voorbeeld:
Het rendement van de elektromotor van de zonnewagen is 97%


De formule van Carnot
  Met de formule van Carnot kan men het maximaal haalbare rendement berekenen,
  bij de omzetting van thermische energie (= warmte) naar mechanische energie (= arbeid)
 
De thermische energie is evenredig met de absolute temperatuur T kelvin
  rendement  =  (Thoog - Tlaag) / Thoog  
Thoog - Tlaag  =  de warmte die wordt omgezet in nuttige mechanische energie
Thoog  =  de hoogste temperatuur in het proces  =  de toegevoerde energie
Tlaag  =  de laagste temperatuur in het proces  =  de resterende energie
Voorbeeld:
De inlaat temperatuur van een stoomturbine is 527 graden celsius en de
uitlaat temperatuur is 207 graden celsius.  (0 graden celsius = 273 kelvin)
Thoog  =  527 + 273 = 800 kelvin
Tlaag   =  207 + 273 = 480 kelvin
Het maximaal haalbare rendement is dan  (800 - 480) / 800 = 0,40 = 40%


De wetten van Newton
  1. de traagheidswet
      een voorwerp waarop geen kracht werkt is in rust, of het beweegt met een constante
      snelheid in een rechte lijn.
  2. een kracht verandert een beweging
      een kracht versnelt of vertraagt de beweging van een voorwerp en kan ook de richting
      ervan veranderen
  3. actie = reactie
 
(deze wetten zijn duidelijk zichtbaar bij het biljarten)

1 newton
  1 newton is de kracht die aan een massa van 1 kilogram  
  een versnelling van 1 meter per seconde2 geeft


Energieverbruik van een huishouden

Een gemiddeld huishouden in Nederland bestaat (statistisch gezien) uit 2,28 personen.
In het jaar 2008 was het energieverbruik per huishouden:
• 



voor verlichting 528 kilowatt-uur elektriciteit  
voor de koelkast, TV, wassen, strijken, stofzuigen etc. 3032 kilowatt-uur elektriciteit  
voor verwarming, warm water en koken 1625 kubieke meter aardgas
voor de auto 1444 liter benzine

De elektriciteit wordt opgewekt met een rendement van 40%. Onderstaande tabel laat zien hoe­veel primaire energie per jaar door een huishouden wordt verbruikt. Dat is gelijk aan de energie-inhoud van 4000 liter benzine.


Primair energieverbruik van een huishouden  (2008)


    kilowatt-uur    
per jaar

  verlichting

  1 320

  koelkast, TV, wassen, strijken,  etc.  

  7 580

  verwarming, warm water, koken

14 300

  de auto

13 140

  totaal

36 340


Primair energieverbruik van een huishouden  (2008)
taart1

Een auto verbruikt per jaar anderhalf keer zoveel primaire energie, als een gemiddeld Nederlands huishouden voor verlichting, koelkast, TV, wassen, strijken, stofzuigen etc.

Alleen bezuinigen op de verlichting, (dat is slechts 4% van het totale energie­ver­bruik), heeft uit het oogpunt van energiebesparing weinig zin. Wèl helpt het om de verwarming wat lager te draaien.
Alle energie, die toegevoerd wordt aan verlichting en apparaten wordt uiteindelijk volledig omge­zet in warmte. Een woonkamer wordt niet merkbaar warmer als de TV aan staat of als het licht brandt. Kennelijk is het energieverbruik van de ver­lichting en de TV dus ver­waar­loosbaar ten opzichte van de energie die voor de verwarming nodig is.
Veel mensen denken: "alle kleine beetjes helpen". De "kleine beetjes" helpen maar een (heel klein) beetje en geven het misleidende gevoel, dat men heel wat doet voor het milieu en dat men daarom verder zijn gang wel kan gaan. (met de verwarming en met de auto)
Als iedereen een beetje doet, dan zullen we maar een beetje bereiken
Zodra het comfort in het geding is, is men niet meer "thuis".



Groene energie

Het netto energieverbruik van 1 huishouden   (toekomstig scenario)


  kilowatt-uur  
per jaar

  led-verlichting

200      

  koelkast, TV, wassen, strijken,  etc.  

3 000      

  verwarming, warm water en koken  

7 000      

  elektrische auto  (40 km per dag)

2 200      

  totaal

12 400      


Hoeveel zonnepanelen zijn er nodig voor 1 huishouden?
1 zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert 200 kilowatt-uur per jaar
Voor 1 huishouden zijn dus nodig: 12­ 400­ / 200 = 62 zonnepanelen

Hoeveel groene energie levert 1 windmolen?
1 windmolen van 3 megawatt (op land) levert 7 884 megawatt-uur per jaar
Dat is voldoende voor 7 884­ 000­ / 12 400 = 636 huishoudens

Wat is er nodig voor alle Nederlandse huishoudens?  (dus zonder industrie, vervoer etc.)
Heel Nederland omvat 7 500 000 huishoudens, dus:
of
of

  7 500 000­ × 62   =
  7 500 000­ / 636  =

 465­ 000­ 000
11 800

zonnepanelen van 1,6 vierkante meter  
windmolens van 3 megawatt


Zonne-energie

Bijna alle energie op aarde is afkomstig van de zon
• 





















buiten de dampkring en bij loodrechte instraling is het vermogen van de zonnestraling
1,36 kilowatt per vierkante meter. (dat is de zonneconstante)
ter hoogte van het aardoppervlak, bij een geheel onbewolkte hemel en bij loodrechte instraling
is het vermogen van de zonnestraling 1 kilowatt per vierkante meter.
de theoretische energie-instraling per vierkante meter per jaar is dus:
1 kilowatt × 24 uur × 365 dagen = 8760 kilowatt-uur
de werkelijke energie-instraling in Nederland per vierkante meter per jaar = 1000 kilowatt-uur
(seizoenen, bewolkte hemel, dag en nacht meegerekend)
de produktiefactor is dus (1000 / 8760) × 100% = 11,4%
het rendement van een zonnepaneel is ongeveer 15%
een standaard zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert 200 kilowatt-uur per jaar
voor een maximale jaaropbrengst, moet een zonnepaneel in Nederland gemonteerd zijn onder
een hoek van 36 graden met het horizontale vlak en gericht zijn op het zuiden
bij loodrechte instraling van zonlicht op een zonneboiler, een zonnepaneel, een parabolische
spiegel, of een zonnetrog, is de hoeveelheid ingestraalde energie per vierkante meter en
gedurende dezelfde tijd (uiteraard) gelijk
de energie, die een zonnepaneel in Nederland opvangt, bestaat voor 40% uit direct zonlicht en
60% indirect zonlicht.
bij de Evenaar is de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie op een horizontaal vlak slechts
3 keer zoveel als in Nederland  (gedurende een jaar en bij dezelfde oppervlakte)
de hoeveelheid zonne-energie die in een jaar op de gehele aarde wordt ingestraald, is 7000 keer
zoveel als het wereldverbruik van primaire energie.
 

Enkele mogelijkheden om zonne-energie te gebruiken zijn:
1. elektriciteit produceren met zonnepanelen
2. elektriciteit produceren met geconcentreerde zonnestraling  
3. verwarmen van water  (zonneboiler)
4. fotosynthese  (biobrandstof)

1. Zonnepanelen
waldpolenz
1.1. Waldpolenz Solar Park
• 







het Waldpolenz Solarpark is een grote zonnecentrale in de buurt van Leipzig
de elektriciteit wordt opgewekt door 550 000 zonnepanelen van 0,73 vierkante meter  
de totale (netto) oppervlakte van de panelen is dus 0,4 vierkante kilometer
de grondoppervlakte is 1,2 vierkante kilometer
het vermogen van de centrale is 52 megawatt
de jaarproduktie is 52 000 megawatt-uur
de produktiefactor is 11,4%
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 80 keer zoveel energie

1.2. Topaz zonnepark
• 






in Californië staat de grootste zonnecentrale ter wereld, het Topaz zonnepark  
de elektriciteit wordt opgewekt door 9 000 000 zonnepanelen
de grondoppervlakte is 25 vierkante kilometer
het vermogen van de centrale is 550 megawatt
de jaarproduktie is 1 096 000 megawatt-uur
de produktiefactor is 23%
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 4 keer zoveel energie  

2. Geconcentreerde zonnestraling
Hierbij wordt de zonnestraling door middel van spiegels op een klein oppervlak geconcentreerd.
Dit kan op verschillende manieren worden gedaan:
• 


met parabolische spiegels  
met zonnetroggen
met heliostaten

Voorwaarden voor geconcentreerde zonnestraling
• 





een zonvolgend systeem
de nauwkeurigheid waarmee de stand van de zon moet worden gevolgd, is tenminste 1 graad  
het systeem moet dus elke 4 minuten worden bijgesteld
alleen bruikbaar op plaatsen waar de zon de hele dag schijnt
bij een bewolkte hemel werkt geconcentreerde zonnestraling niet
het kan dus niet in Nederland worden toegepast

2.1. Parabolische spiegels
parabool
• 




een parabolische spiegel draait om 2 loodrecht op elkaar staande assen met de stand van de zon mee  
het zonlicht wordt met een factor 500 geconcentreerd  
in het brandpunt ontstaat dan een temperatuur van 1000 graden celsius
daar kan bijvoorbeeld een heteluchtmotor worden geplaatst, die een generator aandrijft
de generator wekt elektriciteit op

2.2. Zonnetroggen
zonnetrog
• 














een zonnetrog is een trogvormige spiegel, waarbij de dwarsdoorsnede de vorm van een
parabool heeft
de lengte-as is in noord-zuid richting opgesteld en de zonnetrog draait om die as met de stand
van de zon mee, dus elke dag van oost naar west
de concentratie van het zonlicht in de "brandlijn" is een factor 80, waarbij een temperatuur van
400 graden celsius wordt bereikt.
in de brandlijn bevindt zich een buis, waar olie doorheen stroomt
de geconcentreerde zonnestraling verhit de olie
in een warmtewisselaar wordt hiermee water verhit tot hete stoom
met de hete stoom wordt elektriciteit opgewekt
het rendement van de omzetting van de zonnestraling naar hete stoom is 50%. Van hete stoom
naar elektriciteit 30%. Daarmee komt het totaalrendement op 15%
(dus ongeveer gelijk aan het rendement van elektrische zonnepanelen)
het voordeel van zonnetroggen is, dat een deel van de opgevangen zonnewarmte tijdelijk kan
worden opgeslagen. Daarmee kunnen (kort durende) zonloze periodes worden overbrugd
 

Andasol Solar Power Station
• 








deze grote zonnecentrale met zonnetroggen, staat in Andalusië, in Spanje
de zonnetroggen staan opgesteld in rijen van 150 meter
het reflecterend oppervlak van één rij is 800 vierkante meter
de totale oppervlakte van de troggen is 1,53 vierkante kilometer  
de grondoppervlakte van de centrale is 6 vierkante kilometer
het vermogen van deze centrale is 150 megawatt
de jaarproduktie is 495 000 megawatt-uur
de produktiefactor is 37,6%
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar bijna 9 keer zoveel energie  

Een deel van de opgevangen warmte wordt overdag opgeslagen in een enorme tank met 25 000 ton gesmolten zout. De warmtecapaciteit hiervan is 1000 mega­watt-uur. Dat is voldoende om, als de zon niet schijnt, gedurende 7,5 uur bij vol vermogen elektriciteit op te wekken. De produktie­factor wordt hierdoor aan­zien­lijk verhoogd. Bij Andasol is de hoe­veel­heid inge­straalde zonne-energie 2200 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar, dus ruim 2 keer zoveel als in Nederland


2.3. Heliostaten
heliostaat           heliostaten2
• 











een heliostaat is een licht gekromde of vlakke spiegel, die om 2 loodrecht op elkaar staande
assen met de stand van de zon meedraait
het door de heliostaten gereflecteerde zonlicht, wordt gefixeerd op de top van een "zonnetoren",
die ongeveer 100 meter hoog is
op de toren bevindt zich een groot vat, gevuld met water.
dit vat wordt dus beschenen door een veld met honderden heliostaten en is daardoor
het gemeenschappelijke brandpunt van een enorm groot oppervlak aan spiegels
alle spiegels moeten continu en individueel worden gericht
op de top van de toren worden zeer hoge temperaturen bereikt, tot 1000 graden celsius
de opgevangen warmte in het vat met water wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit
de temperatuur die bij parabolische spiegels of heliostaten optreedt is veel hoger dan bij
zonnetroggen. Het rendement van de elektriciteitsopwekking is dus ook hoger. (Carnot)
 

PS20 Solar Power Plant
• 










deze zonnecentrale met heliostaten staat bij Sevilla, in Spanje
het zonlicht wordt opgevangen door 1255 heliostaten
de heliostaten draaien met de stand van de zon mee en moeten dus allemaal continu  
en individueel worden gericht
elke heliostaat heeft een oppervlakte van 120 vierkante meter
de totale oppervlakte van de heliostaten is dus 0,15 vierkante kilometer
de grondoppervlakte van de centrale is 0,8 vierkante kilometer
het vermogen van deze centrale is (slechts) 20 megawatt
de jaarproduktie is 48 000 megawatt-uur
de produktiefactor is 27,4%.
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 90 keer zoveel energie  

Het geconcentreerde zonlicht verhit een vat met water, dat zich bovenop een toren van 165 meter bevindt. Met de hete stoom die ontstaat, wordt op de gebruikelijke wijze elektriciteit opgewekt. Het voordeel van deze "concentrated solar power" centrale is, dat (overdag) constante energie­levering mogelijk is, dankzij een buffer van hete stoom, met een warmtecapaciteit van 15 mega­watt-uur. De produktiefactor wordt hierdoor aanzienlijk verhoogd.


2.4. Geconcentreerde zonnestraling met zonnecellen
Geconcentreerde zonnestraling kan ook worden toegepast in combinatie met daarvoor geschikte zonnecellen. Spectrolab levert zonne­cellen, die een ingestraald vermogen van 50 watt per vier­kante centimeter kunnen verdragen, mits zodanig gekoeld, dat de temperatuur niet boven de 100 graden celsius uit­komt. Onder deze condities wordt een rende­ment van ruim 35% gehaald.


Zonnepaneel van Greenpeace
In 2000 werd een zonnepaneel geïntroduceerd, dat energie kan terugleveren aan het lichtnet.
• 






de effectieve oppervlakte is 0,75 vierkante meter
de energie-opbrengst is 80 kilowatt-uur per jaar
dat is gemiddeld 220 watt-uur per dag
dat is voldoende om 2 uur per dag naar de TV te kijken
op jaarbasis bespaart dit paneel  80 × € 0,20 =  € 16,-
het paneel kostte (inclusief allerlei subsidies)  € 454,-
de terugverdientijd is dus 28 jaar.
 

Citaat uit een advertentie voor zonnepanelen
"Dit met Lasertechnologie (?) vervaardigde zonnepaneel, heeft ook bij een be­wolk­te hemel en tot laat in de avond, een hoog rendement".
(Ja, het rendement is dan misschien wel hoog, maar de opbrengst is bij een bewolkte hemel en laat in de avond bijna nul. Dat komt, omdat de hoe­veelheid ingestraalde energie dan heel erg weinig is)

In 2014 werd in Duitsland door zonnepanelen bijna net zoveel energie opgewekt als
door 8 centrales van 600 megawatt
• 


in 2014 werd in Duitsland 32,8 miljard kilowatt-uur zonne-energie opgewekt
een elektrische centrale van 600 megawatt levert in een jaar 4,2 miljard kilowatt-uur  
sinds 2015 stagneert de groei van zonne-energie in Duitsland
zie ook:  Das leistet Photovoltaik in Deutschland

ECN  (Energieonderzoek Centrum Nederland) verwacht dat in 2020 in Nederland 4 miljard
kilowatt-uur zonne-energie zal worden opgewekt.

Opbrengsten van zonne-energie bij een instraling van 1000 kilowatt-uur per vierkante
meter per jaar


  rendement  

opbrengst

  energiesoort  

  hout

  1%

    10 kilowatt-uur  

warmte

  zonnepaneel  

15%

  150 kilowatt-uur  

elektriciteit

  zonneboiler

65%

650 kilowatt-uur

warmte


Zonne-energie heeft wel de potentie, om ooit interessant te worden
• 







de hoeveelheid zonne-energie die in Nederland jaarlijks wordt ingestraald op een oppervlakte
van 25 vierkante kilometer = 1000 kilowatt-uur per vierkante meter × 25­ 000­ 000 vierkante meter  
= 25 miljard kilowatt-uur  
dat is de hoeveelheid energie, die equivalent is aan 1 kilogram massa
bij een rendement van 100% zou dat voldoende zijn voor ruim een vijfde van het jaarlijks
elektriciteitsverbruik in Nederland
een praktische mogelijkheid, om deze energie op een efficiënte manier "te pakken" te krijgen
bestaat voorlopig nog niet.

Vergelijking van de energie-opbrengst van enkele zonnecentrales
A = energie-opbrengst per jaar  (megawatt-uur)
B = benodigde grondoppervlakte  (vierkante kilometers)
C = energie-opbrengst per vierkante kilometer per jaar  (megawatt-uur)

soort
centrale

    A

  B

C

  Waldpolenz Solar Park     zonnepanelen  

     52 000

  1,2

    43 333    

  Topaz zonnepark   zonnepanelen

  1 096 000  

    25,0    

43 840

  Sevilla   heliostaten

     48 000

  0,8

60 000

  Andasol   zonnetroggen

   495 000

  6,0

82 500


De zonnecentrales van Sevilla en Andasol staan in een gebied waar de zon bijna altijd de hele dag volop schijnt. Bovendien maakt men bij deze centrales gebruik van zonvolgende systemen. Gewone zonnepanelen zouden onder deze omstan­digheden (minstens) een ver­ge­lijk­bare opbrengst hebben. De energie-instraling per vierkante meter per jaar is in Spanje ruim 2 keer zoveel als in Duitsland. Het maakt dus niet (veel) uit, met welk soort centrale de zonne-energie wordt omgezet in elektriciteit. Alleen de mogelijkheid van wel of geen energie-opslag zou een overweging kunnen zijn.


De besturing van heliostaten, zonnetroggen en zonnepanelen
• 





de besturing van heliostaten is ingewikkeld
elke heliostaat moet individueel en continu de stand van de zon volgen, de besturing is dus voor
alle 1255 heliostaten verschillend
bij zonnetroggen is de besturing veel eenvoudiger en bovendien voor alle zonnetroggen gelijk
bij zonnepanelen is helemaal geen besturing nodig, want de oriëntatie van een zonnepaneel is
niet erg kritisch
 

Relatieve jaaropbrengsten van een zonnepaneel bij enkele oriëntaties

hoek met het
  horizontale vlak
 

      Oost      

  ZuidOost  

    Zuid    

  ZuidWest  

    West    

  0 graden

87%

87%

  87%

87%

87%

10 graden

89%

94%

  96%

94%

90%

20 graden

87%

96%

  98%

96%

88%

30 graden

86%

96%

100%

96%

86%

40 graden

82%

95%

100%

96%

84%

50 graden

78%

92%

 97%

93%

80%

60 graden

74%

87%

  93%

89%

76%

bron:  de tabel van Hespul


Windenergie

De energie die de wieken van een windmolen passeert
•  de oppervlakte van de draaicirkel van de wieken = A vierkante meter
•  de windsnelheid = v meter per seconde
•  de hoeveelheid lucht die de draaicirkel passeert = A × v kubieke meter per seconde
•  de dichtheid van lucht = p kilogram per kubieke meter
•  de massa m van de lucht die de draaicirkel passeert = A × v × p kilogram per seconde  
•  de kinetische energie = ½ m v2 = ½ × A × p × v3 joule
•  de kinetische energie is dus evenredig met de 3e macht van de windsnelheid
•  als het “halve” kracht waait, is de energie slechts 1/8 van de energie bij “volle” kracht
bron:  "energie survival gids"  auteur Jo Hermans

Het rendement van een windmolen
• 


het rendement van een windmolen is ongeveer 50%
de energie-opbrengst is dus 50% van de energie die de draaicirkel van de wieken passeert  
het theoretisch maximale rendement is 59%

De produktiefactor van een windmolen  (globaal)
• 



de produktiefactor van een windmolen neemt toe, naarmate die hoger en groter is  
de produktiefactor wordt bepaald door de plaats waar de molen staat
de produktiefactor van een windmolen op land is 30%
de produktiefactor van een windmolen op zee is 45%

De grootste windmolen ter wereld is de Enercon E-126
• 






de ashoogte is 135 meter
de wiekdiameter is 126 meter
het hoogste punt, dat door de wieken wordt bereikt is dus 198 meter
het maximale vermogen is 7,5 megawatt
dat is gelijk aan het vermogen van (slechts) 100 auto's met een motor van 75 kilowatt  
bij een produktiefactor van 32% (op land) is de jaarproduktie 21 000 megawatt-uur
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 200 keer zoveel energie
Bij Estinnes (België) staan 11 van deze molens en in de Noordoostpolder komen er 38 stuks te staan

Rekenvoorbeeld voor de Enercon E-126
•  de wieklengte is 63 meter
•  de oppervlakte van de draaicirkel van de wieken = π × 632 = 12 500 vierkante meter
•  stel, de windsnelheid v = 12 meter per seconde  (= windkracht 6)
•  de hoeveelheid lucht die de draaicirkel passeert = 12 500 × 12 = 150 000 kubieke meter
    per seconde
•  de soortelijke massa van de lucht = 1,2 kilogram per kubieke meter  (bij 20 graden celcius)
•  de massa m van de lucht die de draaicirkel passeert = 150 000 × 1,2 = 180 000 kilogram
    per seconde  
•  de kinetische energie = ½ m v2 = 12­ 960­ 000 joule
•  het vermogen = energie per seconde = 12,96 megawatt
•  het rendement van een windmolen is ongeveer 50%
•  het vermogen bij windkracht 6 is dus 6,5 megawatt
 

Enkele Nederlandse windmolenparken

aantal
  molens  

vermogen
per molen

totaal
vermogen

jaaropbrengst
  (megawatt-uur)  

  Egmond aan Zee
  10 km uit de kust

  36

  3 megawatt  

  108 megawatt  

   378 000

  IJmuiden
  23 km uit de kust

  60

2 megawatt

120 megawatt

   435 000

  Westereems
  Eemshaven, op land  

  52

3 megawatt

156 megawatt

   470 000

  Gemini
  85 km uit de kust

150

4 megawatt

600 megawatt

2 600 000

Een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 4 200 000 megawatt-uur
zie ook:  Honderdduizend windmolens?

Het Gemini windmolenpark
• 












150 windmolens met een vermogen van 4 megawatt
het totale vermogen is 600 megawatt
de theoretische jaaropbrengst is dus: 600 megawatt × 24 uur × 365 dagen
= 5 256 000 megawatt-uur
de werkelijke jaaropbrengst is 2 600 000 megawatt-uur
de produktiefactor is dus (2­ 600­ 000 / 5­ 256­ 000) × 100% = 49%
de gemiddelde windsnelheid ter plaatse is 36 kilometer per uur  (windkracht 5)  
de oppervlakte van het windmolenpark is 68 vierkante kilometer
de ashoogte van de molens is 88,5 meter
de levensduur is 20 jaar
de kosten zijn 2,8 miljard euro
in bedrijf sinds mei 2017
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 1,6 keer zoveel energie  

Windenergie in de Noordzee  (operationeel en in aanbouw, 2017)

    vermogen    
(megawatt)

      aantal      
molens

  Nederland

     957

   289

  België

  1 248

   276

  Duitsland

  5 052

1 062

  Denemarken  

     777

   220

  Engeland

  6 849

1 392

  Noorwegen

         3

       1

  totaal

14 886

3 240

zie ook:  Lijst van windmolenparken in de Noordzee

De jaaropbrengst van windenergie in de Noordzee  (2017)
• 



de produktiefactor van windenergie op zee is ongeveer 45%
de jaaropbrengst van windenergie in de Noordzee is dus:
14 886 megawatt × 0,45 × 24 uur × 365 dagen = 59 ­000 ­000 megawatt-uur
dat is ongeveer de energie-opbrengst van 14 centrales van 600 megawatt
 

TenneT wil energie-eiland in de Noordzee bouwen
Het plan hiervoor werd vorige zomer voor het eerst gelanceerd. Inmiddels blijkt het project, dat rond 2050 klaar kan zijn, al vorm te hebben gekregen. Deze zogeheten "North Sea Wind Power Hub" zal, aldus TenneT, een aanzienlijke bijdrage leveren aan het halen van de klimaat­doel­stel­lingen van Parijs. Het eiland krijgt als eerste functie de opvang van elektriciteit door tientallen, nog aan te leggen, windparken op de Doggersbank.
Die parken zullen een totaal ver­mo­gen hebben van 70 000 tot 100 000 megawatt. Verbindingen vanaf het eiland naar de betrokken landen moeten niet alleen de opgewekte elektriciteit vervoeren, maar ook de elektriciteitsmarkten in die landen aan elkaar koppelen.
(bron:  NRC-Handelsblad  8 maart 2017)



Opslag van zonne- en windenergie

Grootschalige toepassing van zonne- en windenergie is alleen mogelijk, als er een oplossing wordt gevonden voor de opslag van zeer grote hoe­veelheden elek­trische energie. Met name bij zonne-energie doet zich het probleem voor, dat de energiebehoefte meestal het grootst is, als de zon al achter de horizon is ver­dwe­nen. Tot nu toe wordt zonne- en windenergie meestal teruggeleverd aan het elek­triciteitsnet, waardoor er dan (tijdelijk) minder "grijze" energie hoeft te worden op­gewekt. Die teruglevering kan slechts in beperkte mate plaatsvinden, anders komt de stabiliteit van het elektriciteitsnet in gevaar.


Enkele mogelijkheden voor opslag van elektrische energie
•  










Met elektriciteit kan men water oppompen naar een hoger gelegen spaarbekken. Bij een tekort
aan elektriciteit kan dat water dan via een waterkrachtcentrale weer elektriciteit terug leveren
De produktie van waterstof. Met elektriciteit kan water worden ontleed in zuurstof en waterstof
De waterstof kan in een brandstofcel of via een gasturbine weer elektriciteit opwekken
Opslag van elektriciteit in de accu's van elektrische auto's. Als er bijvoorbeeld 1 miljoen
elektrische auto’s in Nederland zouden rondrijden, dan is de opslagcapaciteit gelijk aan de
dagproduktie van 2 elektrische centrales
Voorlopig kunnen we het lichtnet gebruiken voor de tijdelijke opslag van “groene” energie.
Als je bijvoorbeeld een elektrische auto wil laten rijden op de zonne-energie,die door je eigen
zonnepanelen wordt opgewekt, dan wordt het lichtnet bijna altijd gebruikt voor de tijdelijke
opslag van de zonne-energie
 


Waterkracht

Zelfs in Zwitserland is waterkracht van beperkte betekenis geworden omdat het energieverbruik,
ook daar, de laatste jaren sterk is toegenomen.
• 


in Zwitserland wordt 40,5% van de elektrische energie opgewekt door kerncentrales
alleen in Noorwegen wordt vrijwel alle elektrische energie door waterkracht opgewekt
wereldwijd wordt 16,5% van alle elektrische energie door waterkracht opgewekt.  (in 2009)  

De grootste waterkrachtcentrales ter wereld
Een zeer grote waterkrachtcentrale, de Itaipudam, staat op de grens tussen Brazilië en Paraguay.
Het bijbehorende stuwmeer is 170 kilometer lang.
• 


het vermogen van deze centrale is 12 600 megawatt
de energie-opbrengst is 75 ­000 ­000 megawatt-uur per jaar  
dat is evenveel als de jaaropbrengst van 18 elektrische centrales van 600 megawatt  

In China wordt momenteel een nog grotere waterkrachtcentrale gebouwd, de Drieklovendam
• 



het vermogen van deze centrale is 18 000 megawatt
de energie-opbrengst is 85 ­000 ­000 megawatt-uur per jaar  
dat is 3% van het elektriciteitsverbruik van China
dat is evenveel als de jaaropbrengst van 20 elektrische centrales van 600 megawatt  

Teletekst 19 mei 2011
China geeft toe, dat er problemen zijn door de Drieklovendam in de Jangtse-rivier. Landbouw­gron­den drogen uit, de rivier is minder bevaarbaar en veel mensen zijn hun werk kwijt. Voor de bouw van de dam moesten anderhalf miljoen mensen verhuizen.



Geothermische energie

Geothermische energie wordt gewonnen uit de aardwarmte
• 




vanaf het aardoppervlak neemt de temperatuur bij toenemende diepte met globaal  
30 graden celsius per 1000 meter toe
afhankelijk van plaatselijke omstandigheden, kan dit (sterk) variëren.
in vulkanische gebieden zijn de temperaturen aanzienlijk hoger
op een diepte van 5000 meter is de temperatuur gemiddeld 150 graden

Geothermische energie zal misschien een (bescheiden) rol gaan spelen bij de toe­komstige ener­gie­voorziening. Dank zij de verbeterde boortechnieken die ontwik­keld zijn voor het winnen van aard­olie op grote diepte, is het nu mogelijk gewor­den om geothermische energie op com­mer­ciële schaal te exploiteren.


Eigenschappen van geothermische energie
• 




schoon, duurzaam en onuitputtelijk
niet afhankelijk van weersomstandigheden, seizoenen en tijdstip van de dag  
de produktiefactor is 100%
er is geen CO2 uitstoot
de energie is constant voorradig, er is dus geen opslagprobleem

Geothermische energie in enkele landen
A = vergelijking met een centrale van 600 megawatt   (= 4 200 000 megawatt-uur in 1 jaar)

 

vermogen
  (megawatt)  

jaaropbrengst
  (megawatt-uur)  

A

  China

1 440

12­ 600­ 000

      3,00      

  Zweden

1 140

10­ 000­ 000

2,38

  USA

   990

  8 680 000

2,07

  IJsland

   760

  6 610 000

1,57

  Nieuw Zeeland  

   220

  1 970 000

0,47

  Japan

   160

  1 430 000

0,34


Geothermische energie wordt in Nederland op kleine schaal toegepast. In het Westland worden hiermee enkele kassen verwarmd, terwijl er ook ver­gevor­derde plannen bestaan voor het gebruik ervan in nieuwe woon­wijken in Den Haag.

Persbericht op 23 september 2010
Uit de onlangs afgeronde proefboring is gebleken dat 2000 meter onder de grond genoeg water met een hoge temperatuur aanwezig is om de beoogde 4000 woningen en 20 000 vierkante meter bedrijfsruimte in Den Haag Zuid-West te verwarmen, zo blijkt uit de testresultaten die deze donderdag naar buiten zijn gebracht. "We hadden een uiteindelijk doel van 75°C. Dat hebben we gehaald"



Getijdencentrale

De energie die door een getijdencentrale wordt opgewekt, is indirect afkomstig van de maan. De grootste (en enige commercieel werkende) getij­den­centrale ter wereld, staat in Frankrijk, in de monding van de Rance in Bretagne

• 




het verschil tussen eb en vloed is daar zeer groot, maximaal 13 meter.
het vermogen van de centrale is 240 megawatt  
de produktiefactor is ongeveer 26%
de jaarproduktie is 540 000 megawatt-uur
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 8 keer zoveel energie  

Werking van de getijdencentrale Rance

Bij vloed staan de sluisdeuren van de centrale open en dan stroomt het zeewater achter een dam. Het water achter de dam heeft een maximale oppervlakte van 22 vierkante kilometer. Als het hoogste punt van de vloed is bereikt, worden de sluisdeuren gesloten en wordt het water achter de dam in de monding van de rivier de Rance vastgehouden. Bij eb stroomt het water via 24 turbines terug naar zee. De turbines drijven generatoren aan, elk met een vermogen van 10 megawatt. Als achter en voor de dam het water even hoog staat, stopt de elektriciteitsproduktie. De cyclus begint opnieuw als het weer vloed wordt.
zie ook:   Waterkrachtcentrale Rance   en   Getijdenenergie

Teletekst 16 juni 2015
In de Oosterscheldedam komen 5 turbines die stroom gaan opwekken uit eb en vloed. Deze getij­den­centrale zal stroom produceren voor ruim 1000 huishoudens.



Biomassa

Biomassa is de verzamelnaam voor organische materialen, die gebruikt kunnen worden voor de opwekking van duurzame energie. Enkele voor­beelden van zulke organische materialen zijn: hout, groente- fruit- en tuinafval en mest. Ook kunnen speciale "energiegewassen" worden geteeld, zoals koolzaad, maïs en suikerriet. Die kunnen, eventueel na vergisting, fermentatie of vergassing, worden gebruikt als biobrandstof voor voertuigen. Bij biobrandstoffen wordt de zonne-energie omgezet in chemische energie. Het rendement hierbij is hooguit 1%

De gedachte bij het gebruik van biobrandstoffen is, dat tijdens het groeien ervan (bijvoorbeeld bomen), zuurstof wordt aangemaakt en kooldioxide (CO2) uit de atmosfeer wordt opgenomen. Bij verbranding vindt het omgekeerde proces plaats. Netto vervuilt deze zogenaamde "korte cyclus" het milieu dus niet. (CO2-neutraal). Het gebruiken van biomassa heeft als groot voordeel dat er geen opslagprobleem is. De biomassa kan worden bijgemengd bij de brandstof van de, door milieuactivisten zo verguisde, kolengestookte centrales. De extra vrij­komen­de CO2 is dan "groen" en wordt in mindering gebracht op de uitstoot volgens "Kyoto"

De werkelijkheid is wel een beetje anders. Stel, dat alle biomassa die nu door de elektrische cen­trales in Nederland wordt gebruikt, uit hout zou bestaan.
Men moet dan denken aan jaarlijks ongeveer 80 000 goederenwagons met 50 ton hout. Zo'n hoe­veelheid kan alleen worden verkregen door massale houtkap en niet door wat snoeihout.

• 




80 000 goederenwagons met 50 ton hout = 4 miljard kilogram  
dat is een trein met een lengte van 800 kilometer
de hoeveelheid elektriciteit die hiermee kan worden opgewekt = 4 miljard × 5,3 × 40%  
= 8,5 miljard kilowatt-uur
dat is 7,4% van het jaarverbruik van elektriciteit in Nederland  

Berekening van de oppervlakte die nodig is om deze hoeveelheid hout te produceren
• 



de produktie van hout is 20 ton per hectare per jaar  (1 hectare = 10 000 vierkante meter)  
dat is 2 kilogram per vierkante meter per jaar
voor 4 miljard kilogram is een oppervlakte nodig van 4 miljard / 2 = 2 miljard vierkante meter  
dat is een oppervlakte van 45 × 45 kilometer
Voor een “CO2-neutraal” gebruik van hout, moet de aanplant van nieuwe bomen in hetzelfde
tempo plaats vinden als het kappen.

Biomassa in Nederland
• 


in 2009 werd in Nederland 7,8 miljard kilowatt-uur elektriciteit opgewekt met biomassa  
het verbruik was toen 113,5 miljard kilowatt-uur.
het aandeel biomassa was dus 6,9%

Het aandeel biomassa zal in de nabije toekomst niet veel groter worden, want de hoeveelheid bio­massa is nu eenmaal beperkt. Men kan dan ook terechte twijfels hebben over energie­leveranciers die plotseling enorme hoeveelheden "groene" energie zijn gaan verkopen aan de consument.

Persbericht op 28 augustus 2013
Energieleverancier Nuon erkent sinds 2002 tienduizenden klanten "onvol­doende te hebben geïn­for­meerd" over hun stroomcontract. Het gaat om mensen die tussen 1996 en 2002 een zogeheten Natuurstroom-contract hebben afgesloten.
"Zij verkeerden in de veronderstelling dat zij met de meerprijs die zij betaalden spaarden voor investeringen in groene stroom. Maar dat klopt niet meer. De toe­slag op de stroomprijs wordt nu gestoken in groencertificaten". (?)



Energie-opslag in de accu's van elektrische auto's

Windenergie zal misschien ooit een belangrijke rol gaan spelen bij de opwekking van elektriciteit voor het openbare net. Windenergie is van nature onderhevig aan grote en vaak snelle fluctuaties. Omdat het niet altijd (hard) waait, is de pro­duk­tiefactor in het gunstigste geval (op zee) 45%. Dat betekent dus, dat er in 55% van de tijd geen of heel weinig windenergie wordt opgewekt. Daarom zal de bestaande infrastructuur voor de opwekking van elektriciteit voor 100% gehand­haafd moeten blijven.
Bij grootschalige produktie van windenergie ontstaat er behoefte aan opslag van elektriciteit, om de fluctuaties in het aanbod op te vangen. Energie-opslag kan plaats vinden door produktie van waterstof, via elektrolyse van water. Dat is een omslachtige methode met een slecht (totaal)­rendement. Een meer realistische oplossing van het opslagprobleem van elektrische energie, lijkt het gebruik van accu's. Tegen de tijd dat elektrische auto's op grote schaal worden gebruikt, is het potentieel aan opslagcapaciteit voor elektrische energie zeer groot.
Gaan we uit van bijvoorbeeld 1 miljoen elektrische auto's (in Nederland rijden ruim 8 miljoen auto's rond) en een accucapaciteit van 30 kilowatt-uur per auto, dan komt men op een totale opslagcapaciteit van 30 miljoen kilowatt-uur. Dat is gelijk aan de dagproduktie van 2 elektrische centrales van 600 megawatt
Deze vorm van energie-opslag vereist een intelligent, geautomatiseerd energiemanagement systeem. (Smart grid)



Smart grid

Smart grid is een energiemanagement systeem, dat de verdeling regelt tussen de energie die wordt opgewekt door duurzame energiebronnen (zonne- en wind­ener­gie) en conventionele elektrische centrales
Het doel hierbij is:

• 

het zoveel mogelijk afvlakken van pieken en dalen in de energie-opwekking  ("peak shaving")  
het compenseren van de variërende energie-opbrengst van duurzame energiebronnen.

Een primitieve vorm van energiemanagement bestaat al bij het systeem van "dal uren", dat door leveranciers van elektriciteit vaak wordt toegepast. Daarbij wor­den elektrische boilers op afstand ingeschakeld als de vraag naar elektriciteit gering is. (meestal 's nachts en in het weekend). Bij een intelligent energie­manage­ment systeem kan men denken aan de volgende mogelijkheden:

• 








thermostaten van apparaten (bijvoorbeeld van boilers en airconditioning) worden op afstand
automatisch in- of uitgeschakeld aan de hand van de momentele belasting van het energienet
accu's van elektrische auto's worden het ene moment geladen en een ogenblik later wordt het
laden gestopt, of de energie uit die accu's wordt (gedeeltelijk) weer teruggeleverd aan het net,
als er een energietekort dreigt te ontstaan.
als de wind sterk varieert, wordt de energielevering van windmolenparken naar evenredigheid
aangevuld met energie afkomstig van (snel startende) gasgestookte elektrische centrales
het is ook mogelijk, om een overschot of tekort aan energie, uit te wisselen met Noorwegen
via de NorNed-kabel
 
zie ook:  "Sustainable Energy - without the hot air"


Warmte-kracht koppeling

Bij de produktie van elektriciteit in een elektrische centrale is het rendement ongeveer 40%. Van de toegevoerde primaire energie gaat dus ongeveer 60% in de vorm van warmte via het koelwater verloren. Bij veel centrales wordt deze "afvalwarmte" tegenwoordig gebruikt voor stadsverwarming en verwarming van kassen. De warmte moet daarbij vaak over grote afstanden worden vervoerd en gedistribueerd, wat uiteraard nogal wat verliezen oplevert. Desondanks wordt het totaal­ren­de­ment van de elektrische centrale hierdoor aanzienlijk verhoogd.

Bij warmte-kracht koppeling is de opwekking van warmte en elektriciteit (kracht) direct aan elkaar gekoppeld. Warmte en elektriciteit worden dan bij de verbruiker opgewekt. De warmteproduktie is hierbij hoofdzaak, terwijl de elektriciteit nu een bijprodukt is. Het totale rendement is zeer hoog, omdat er vrijwel geen warmte verloren gaat en alle elektriciteit nuttig wordt gebruikt. (overtollige elektriciteit wordt teruggeleverd aan het net).

Warmte-kracht koppeling wordt veel toegepast bij ziekenhuizen, zwem­baden, fabrieken en de glastuinbouw. Bij de glastuinbouw is de vrij­ko­men­de CO2 zeer welkom, omdat daarmee de groei van de planten wordt bevorderd. (koolzuur­assimilatie). Het totaalrendement bij warmte-kracht koppeling is ongeveer 90%


Enkele eigenschappen:
• 




warmte-kracht koppeling gaat ten koste van het rendement van de elektriciteitsopwekking
Voor een bruikbare hoeveelheid warmte, mag het koelwater niet te koud zijn. Bij minder koud
koelwater is het rendement van de elektriciteitsopwekking lager
warmte-kracht koppeling is niet "groen", want het werkt alleen bij elektriciteitsopwekking door
middel van fossiele brandstoffen
 


Warmtepomp

Een warmtepomp pompt warmte van een laag temperatuurniveau naar een hoger niveau. Het lage niveau is bijvoorbeeld de grondwarmte, die op enige diepte het gehele jaar door ongeveer 12 gra­den is. De warmtepomp werkt volgens hetzelfde principe als een koelkast, maar het doel is anders. Bij een koelkast wordt de binnenruimte gekoeld en men neemt de warmte die daarbij buiten de koelkast ontstaat, op de koop toe. Bij een warmtepomp gaat het juist om die warmte. Daarmee kan een ruimte worden verwarmd.

De nuttige warmte die ontstaat is gelijk aan de warmte die uit de grond wordt gehaald, vermeer­derd met de energie die aan de compressor (pomp) wordt toe­gevoerd. Het rendement lijkt daar­door groter dan 100%.

Men spreekt bij een warmtepomp van de COP  (= coëfficiënt of perfor­mance).
De COP kan bijvoorbeeld 4 zijn. Dan wordt 3 keer zoveel warmte (gratis) aan de grondwarmte onttrokken, als de pomp-energie bedraagt. De totale hoeveelheid geproduceerde warmte is dan 4 keer de pomp-energie, want de energie waar de pomp op draait, wordt ook omgezet in warmte. De COP van een warm­te­pomp is groter naarmate het temperatuurverschil tussen inlaat en uitlaat kleiner is. Daarom wordt een warmtepomp vaak gebruikt in combinatie met vloerverwarming.


Enkele eigenschappen:
• 





een warmtepomp is ruwweg 4 keer efficiënter dan gewone elektrische verwarming
de warmte die de warmtepomp uit de grond of uit de lucht haalt is gratis en volledig CO2-vrij
de elektriciteit waar de warmtepomp op draait, wordt meestal opgewekt met een laag
rendement en daarbij ontstaat wel CO2
sommige warmtepompen kunnen in 2 richtingen werken. Ze kunnen dus verwarmen of koelen
Ook kunnen ze gewoon worden uitgezet, dit in tegenstelling tot warmte-kracht koppeling
 

De werking van een warmtepomp

 

compressor (pomp)

 

grond
  warmte  

warmtepomp4

nuttige
  warmte  

 

verdamper       expansie-       condensor
  ventiel
  

 

• 








een warmtepomp bestaat uit een gesloten kringloop, waarin een koelmiddel wordt rondgepompt
voor verdampen is warmte nodig
in de verdamper verdampt het koelmiddel bij lage druk en daarbij wordt warmte aan de grond
onttrokken
de damp, die deze warmte bevat, wordt door de compressor naar de condensor gepompt
in de condensor condenseert de damp bij hoge druk en de warmte die hierbij vrij komt wordt
aan de omgeving afgegeven als nuttige warmte
in het expansieventiel expandeert het koelmiddel en hierdoor daalt de druk en de temperatuur
de cyclus begint nu weer opnieuw
 

Persbericht op 13 Januari 2009:
"In Den Haag is een zeewater-warmtecentrale geopend. Hiermee gaat men ruim 800 woningen
in de Scheveningse wijk Duindorp voorzien van warmte, die wordt gewonnen uit de Noordzee".
Enkele gegevens:
• 




het systeem bestaat uit 1 grote centrale warmtepomp, die de warmte uit het zeewater van
5 graden celsius omhoog pompt naar 11 graden
het water met deze temperatuur wordt via een distributienet toegevoerd aan de woningen
iedere woning heeft een kleine warmtepomp, die de temperatuur verder verhoogt tot
45 graden voor de (vloer)verwarming en 65 graden voor het tapwater
 

Zwembad en ijshal verwarmen en koelen elkaar
In Dordrecht is het grootste overdekte sportcentrum van Nederland geopend. De warmte die vrijkomt bij het maken van ijs voor de ijsbaan, wordt weer gebruikt voor het verwarmen van het zwembadwater, de gebouwen en de horeca. In totaal gebruikt het sportcomplex 50% minder energie dan verge­lijkbare complexen.



Batterijen en accu's

Alkaline batterij  (AA-cel)
• 


bevat 1,5 ampère-uur bij 1,5 volt, dat is 2,25 watt-uur  
zo'n batterij kost ongeveer  € 0,50
dus 1 kilowatt-uur uit een batterij kost  € 222,00

Oplaadbare nikkel-metaalhydride batterij  (AA-cel)
• 


bevat 2,7 ampère-uur bij 1,2 volt, dat is 3,24 watt-uur
in het gebruik zijn oplaadbare batterijen zeer veel goedkoper en milieuvriendelijker  
dan gewone batterijen  

De oplaadbare nikkel-metaalhydride batterijen van GP PowerBank voldoen voor 100% aan de elektrische specificaties, wat opmerkelijk genoemd mag worden. Andere merken heb ik niet nagemeten, maar er bevindt zich veel "kaf onder het koren", vooral bij snel oplaadbare batterijen. Helaas is de maatvoering van de AA-cel kennelijk niet genormaliseerd, of de fabrikanten houden zich niet altijd aan de norm. Hierdoor kunnen bij sommige toepassingen (mechanische) problemen ontstaan, als men alkaline batterijen vervangt door oplaadbare nikkel-metaal­hydride batterijen. Die blijken namelijk soms iets langer en dikker te zijn dan de alkaline batterijen. Ook de lagere klemspanning (1,2 volt) kan een bezwaar zijn.


Energiedichtheid en levensduur van enkele batterijen en accu's

energiedichtheid
  (watt-uur per kilogram)  

levensduur
    (aantal laadcycli)    

  vanadium redox accu

      20

10 000

  loodaccu

      40

     800

  nikkel-cadmium accu

      60

  2 000

  Toshiba  SCiB

      78

15 000

  lithium-ijzer-fosfaat accu  

      90

  2 000

  Sony  18650

      95

  2 000

  nikkel-metaalhydride accu  

    120

     500

  lithium-ion accu

    160

  1 000

  lithium-ion polymeer accu  

    200

     500

  Tesla  21700  

    250

  2 000

  lithium-zwavel accu  

    350

  - - - -

  zink-lucht batterij

    470

  - - - -


De gegevens in bovenstaande tabel zijn maximumwaarden. Voor mogelijk nieuwe ontwikkelingen, zie ook:  Vergelijking van enkele accu's en benzine

De levensduur van de verschillende soorten batterijen en accu's is in de praktijk sterk afwijkend van de gegevens die in bovenstaande tabel zijn vermeld. Die gegevens, af­kom­stig van Wikipedia of van fabrikanten, moet men meer zien als een indicatie dan als een vaststaand feit.
De nikkel-metaalhydride accu in mijn Prius is na 11 jaar nog steeds in een uit­ste­kende conditie, terwijl de lithium-ion accu van mijn elektrische fiets na 3 jaar al volledig versleten was. Men moet overigens wel verschil maken tussen het aantal verbruikte laadcycli en de ouderdom van een batterij of accu.


De vanadium redox accu
De vanadium redox accu is een vloeistofaccu met een zeer grote energie-inhoud. Het elektrolyt is een oplossing van vanadiumsulfaat in zwavelzuur. De accu bevat een membraan, waarmee het elektrolyt in 2 helften wordt verdeeld. Dit membraan laat alleen positieve ionen door.

redox

Tijdens het laden vindt er een redox reactie in de accu plaats. Daarbij verandert de ionisatiegraad van de atomen. In de ene helft wordt het elektrolyt gereduceerd en in de andere helft geoxideerd. Hierdoor ontstaan tegenovergestelde ladingen. Bij het ontladen vindt de omgekeerde reactie plaats. Beide helften zijn aangesloten op hun eigen voorraadtank met elektrolyt. De hoeveelheid elektrolyt (en daarmee de capaciteit van de accu) kan hierdoor zeer groot worden gemaakt. Het elek­tro­lyt wordt vanuit de voorraadtank langs de bijbehorende elektrode gepompt. Als de accu stroom levert, vloeien er positieve ionen door het membraan en elek­tronen door het uitwendige circuit. Tijdens het ontladen van de accu worden de ladingen van de elektrolyten ter weerszijden van het membraan vereffend. Als de elek­trolyten zijn uitgewerkt, moeten ze worden vervangen door verse elek­tro­lyten met een nieuwe lading. De accu kan ook gewoon worden geladen door een elek­trische stroom.
zie ook:  nieuwe flow-accu blijft zonder onderhoud tien jaar werken

Enkele eigenschappen van de vanadium redox accu

• 











de accu is vooral geschikt voor stationaire toepassingen en kan worden gebruikt om de
fluctuerende opbrengst van zonnepanelen en windmolens af te vlakken
de energiedichtheid is laag, ongeveer 20 watt-uur per kilogram
de levensduur is zeer groot, meer dan 10 000 laadcycli
het vermogen wordt bepaald door de afmetingen van het membraan
de energie-inhoud is vrijwel onbegrensd en wordt bepaald door de grootte van de voorraad-
tanks met het elektrolyt
het laden kan (zeer snel) plaats vinden door het vervangen van de elektrolyten, maar de accu
kan ook gewoon worden opgeladen door een elektrische stroom
het principe van de vanadium redox accu wordt misschien ooit interessant voor de elektrische
auto, omdat het laden van de accu zeer snel kan plaats vinden door het vervangen van de
elektrolyten
 

De werking van de vanadium redox accu lijkt veel op die van Blue Energy. Ook daar wordt een membraan gebruikt, dat 2 vloeistoffen met een ver­schillende lading van elkaar gescheiden houdt. De elektrolyten zijn hier­bij zout en zoet water

SCiB van Toshiba
Toshiba meldt een doorbraak in de ontwikkeling van oplaadbare lithium-ion batterijen.
Begin 2008 kwam Toshiba met een verbeterde lithium-ion batterij op de markt, de SCiB
(Super Charge ion Battery).
Enkele eigenschappen van een module met 24 cellen:

• 










de spanning is 27,6 volt bij 40 ampère-uur, de energie-inhoud is dus 1100 watt-uur
het gewicht is 14 kilogram
de energiedichtheid is 78 watt-uur per kilogram en dus slecht in vergelijking met een
gewone lithium-ion batterij
de batterij is zeer veilig  (geen ontploffings- of brandgevaar)
de oplaadtijd is slechts enkele minuten  (in 5 minuten is de batterij tot 90% geladen)
de levensduur is zeer groot, 10 jaar of 15 000 laadcycli
(na 3000 laadcycli is het capaciteitsverlies slechts 10%)
de batterij is bruikbaar binnen een groot temperatuurgebied  (- 30 tot + 55 graden)
de eigenschappen van de batterij vertonen veel overeenkomst met die van een
supercondensator  (hoge laad- en ontlaadstromen en zeer korte laad- en ontlaadtijden)
 

Met dit nieuwe type lithium-ion batterij kan de elektrische auto, de hybride auto en misschien ook de elektrische fiets een groot succes worden. Het snel laden is vooral interessant voor het (op een efficiënte wijze) terugwinnen van elektrische energie tijdens remmen en snelheidsvermindering.


Sony heeft een nieuwe lithium-ion batterij ontwikkeld
De nieuwe batterij van Sony met het formaat 18650 valt op door de grote ontlaadstroom.
Enkele eigenschappen:
• 





de cellen hebben een diameter van 18 millimeter en een lengte van 65 millimeter  
een cel levert 1,1 ampère-uur bij 3,2 volt, dat is 3,5 watt-uur
de energiedichtheid is 95 watt-uur per kilogram
de maximale ontlaadstroom is 20 ampère
de batterij kan in 30 minuten worden opgeladen tot 99% van de capaciteit
de levensduur is 2000 laadcycli

Tesla gaat een nieuw type lithium-ion cel fabriceren
Tesla gaat in de Giga Factory cellen fabriceren met het formaat 21700
Enkele eigenschappen:
• 




de cellen hebben een diameter van 21 millimeter en een lengte van 70 millimeter  
het volume is 1,47 keer zo groot als van de 18650
een cel levert 4,8 ampère-uur bij 3,6 volt, dat is 17,3 watt-uur
de energiedichtheid is 250 watt-uur per kilogram  (inclusief behuizing)
de levensduur is 2000 laadcycli

De lithium–zwavel accu
De lithium-zwavel accu valt op door zijn grote energiedichtheid en lage soortelijke massa
Enkele eigenschappen:
• 



de energiedichtheid is 350 watt-uur per kilogram en dus bijna 2 keer zo groot als
van een lithium-ion-polymeer accu
de soortelijke massa is 1 kilogram per kubieke decimeter en daarmee gelijk aan de
soortelijke massa van water
 
zie ook:
lithium-zwavel energieopslag van de toekomst
Solar plane makes record flight

De zink-lucht batterij
De zink-lucht batterij ("electric fuel") is niet oplaadbaar, in de gebruikelijke betekenis van het woord. Als de batterij leeg is, moeten de (zink)anodes worden vervangen. Bij toepassing in een elektrische auto, zou dit een voordeel kunnen zijn, omdat men dan niet uren hoeft te wachten tot de batterij weer is opgeladen. In plaats daarvan moet de batterij worden uitgewisseld met een geregenereerd exemplaar. De zink-lucht batterij voor toepassing in elektrische auto's is overigens nog in het experimentele stadium. De energiedichtheid is 12 keer zo groot als van een loodaccu, maar toch nog 27 keer zo klein als van benzine.

Bericht in "De Ingenieur" van 13 november 2009:
"Onderzoekers van het Technion-Israël Institute of Technology hebben een bat­terij bedacht die stroom levert door oxidatie van silicium. Een accu van dit type heeft een bijna zestigmaal grotere energiedichtheid dan een hoog­waardige lithium­batterij. Theoretisch is de energiedichtheid 8,5 kilowatt-uur per kilogram of 21,1 kilowatt-uur per liter. Een industriële introduktie kan binnen 3 jaar plaats­vinden. Grote oplaadbare silicium accu's voor gebruik in auto's zouden over 10 jaar be­schik­baar zijn".
zie ook:  Lithium-lucht batterij


De levensduur van een oplaadbare batterij of accu
• 






de levensduur van een oplaadbare batterij of accu wordt sterk beïnvloed door de diepte van de
ontlading
het einde van de levensduur wordt bereikt, als de capaciteit nog maar 70% van de nieuwwaarde is
de levensduur is het aantal verbruikte laadcycli
bij een lithium-ion accu vindt bovendien veroudering plaats door chemische processen, die vanaf
het moment van de produktie in de accu actief zijn.
een lithium-ion accu slijt dus ook, als die niet wordt gebruikt
 

De levensduur van lithium-ion accu's

diepte van
    de ontlading
   

levensduur
  (aantal laadcycli)  

100%

  500

  50%

1500

  25%

2500

  10%

4700

Battery University

Het effectieve aantal ampère-uren van een accu
Het effectieve aantal ampère-uren van een accu, is sterk afhankelijk van de geleverde stroom.
Voorbeeld:
• 

Een accu van 100 ampère-uur kan gedurende 20 uur een stroom van 5 ampère leveren
Bij een stroom van 25 ampère is de accu in 2 uur leeg. Dat komt overeen met 50 ampère-uur  

Rendementen van de energie-omzettingen in een elektrische auto
Deze energie-omzettingen vinden plaats in 5 deelprocessen, die elk een rendement van ongeveer
95% hebben
1. het omzetten van de netspanning naar de gewenste gelijkspanning van de acculader  
2. het opladen van de accu
3. het ontladen van de accu
4. het omzetten van de gelijkstroom van de accu naar 3 fasen wisselstroom voor de
    aandrijving van de elektromotor
5. de elektromotor
Het totaalrendement komt daarmee op 77%

Snel laden van een accu
Bij het snel laden van een accu vanuit het lichtnet krijgt men te maken met enorme laadstromen.
• 



voor het laden van 9,1 kilowatt-uur (= 1 liter benzine-equivalent) in 1 uur, is bij 230 volt een
stroom van 9100 / 230 = 40 ampère nodig
als men deze hoeveelheid energie in 3 minuten in een accu wil stoppen, dan moet de stroom
vanuit het lichtnet 20 keer zo groot zijn, dus 800 ampère
 
Het tanken van energie in de vorm van benzine gaat dus wel even wat gemakkelijker en sneller
dan het "tanken" van elektrische energie

Batterijen en accu's zijn (nog) niet erg geschikt voor het opslaan van (zeer) grote hoeveelheden elektrische energie, zoals bijvoorbeeld vereist is bij een elektrische auto. Ook als door nieuwe ontwikkelingen batterijen en accu's kleiner en lichter worden, blijft nog steeds het probleem van de zeer grote laadstromen of de lang­durige laadtijden.
Bij een bepaalde hoeveelheid energie is het produkt van laadstroom en laadtijd constant. Bij een korte laadtijd, moet de laadstroom groot zijn. Omgekeerd geldt, dat men bij een kleine laadstroom onherroepelijk vervalt in lange laadtijden. Wat dit betreft is het gebruik van brandstofcellen minder pro­blematisch, omdat men dan waterstof tankt. Het (totaal)­rendement daarbij is echter wel aan­zienlijk slechter en de vraag blijft natuurlijk: "waar haalt men de waterstof vandaan".



De nucleaire batterij

Bij een nucleaire batterij komt energie vrij door het verval van radioactieve isotopen en dus niet
door een kettingreactie.
Enkele methoden om elektriciteit op te wekken:

door warmte
• 

Een thermokoppel levert een (kleine) elektrische spanning als er warmte wordt toegevoerd  
Een heteluchtmotor gaat draaien, als er warmte wordt toegevoerd

door straling
• 








Een condensator wordt opgeladen als er straling afkomstig van een radioactieve bron op een
van de platen valt. De ontlaadstroom kan nuttig worden gebruikt
Radioactieve straling kan worden omgezet in infrarood licht. Een fotocel kan dit licht omzetten
in elektriciteit
Een elektro-mechanische nucleaire batterij bestaat uit een vast opgesteld metalen plaatje en een
daarvan geïsoleerd verend plaatje. Door de radioactieve straling ontstaan tegengestelde ladingen
en daardoor buigt het verende plaatje naar het vaste, tot ze elkaar raken. Hierdoor worden ze
ontladen en het plaatje veert weer terug. Dit proces herhaalt zich ongeveer 35 keer per seconde.
Een piëzo-elektrisch materiaal zet de beweging van het verende plaatje om in elektriciteit
 

enkele eigenschappen van een nucleaire batterij
• 










zeer duur
kleine afmetingen
laag rendement, maximaal 8%
extreem lange levensduur, vele 10-tallen jaren
zeer hoge energie-inhoud
klein vermogen
kan werken door warmte-ontwikkeling of bèta straling als gevolg van radioactief verval
toepassing in de medische sector (pacemakers)
in de ruimtevaart als energiebron voor voertuigen en communicatie-apparatuur
in onderwatersystemen en geautomatiseerde wetenschappelijke systemen op moeilijk
bereikbare plaatsen
 


Lopen en fietsen

Voor een persoon van 75 kilogram is de rust-stofwisseling ongeveer 300 kilojoule per uur, dat is 2 kilowatt-uur per etmaal. Deze hoeveelheid energie wordt continu verbruikt voor hartslag, adem­haling, constant houden van de lichaamstemperatuur (aanvullen van het warmteverlies), spijsver­tering etc. De energie-inhoud van bijvoorbeeld 1 liter volle melk is 2700 kilojoule en dat is vol­doen­de voor 9 uur rust-stofwisseling.

• 

1 kilometer lopen kost ongeveer 300 kilojoule extra  
1 kilometer fietsen kost ongeveer  60 kilojoule extra
Lopen kost dus 5 keer zo veel energie als fietsen over dezelfde afstand
Nu de berekening voor lopen of fietsen gedurende dezelfde tijd:
• 

1 uur lopen  =    4 kilometer =  4 × 300 = 1200 kilojoule  
1 uur fietsen =  20 kilometer =  20 × 60 = 1200 kilojoule

Lopen kost dus evenveel energie als fietsen gedurende dezelfde tijd

De benodigde hoeveelheid energie voor het fietsen is sterk afhankelijk van de fietssnelheid en de wind. In dit voorbeeld is uitgegaan van windstil weer en een rechtop zittende fietser. Boven­ge­noem­de getallen geven aan hoeveel energie in de vorm van voedsel wordt verbruikt.
De energie-inhoud van 1 liter benzine is 32 760 kilojoule.
Omrekening naar benzine-equivalent levert de volgende waarden op:
Lopen:   1 liter per 109 km
Fietsen:  1 liter per 545 km

Een gestroomlijnde ligfiets
De luchtweerstand van een gestroomlijnde ligfiets is ongeveer 3 keer zo klein als van een gewone fiets met een rechtop zittende fietser. Hierdoor is er veel minder energie per kilometer nodig. Bij een snelheid van 20 kilometer per uur en bij windstil weer is het benzine-equivalent voor een gestroom­lijnde ligfiets:  1 liter per 1235 km


Lopen
• 


de massa van een wandelaar wordt bij elke stap enkele centimeters op en neer bewogen, dat kost  
veel energie
de gebruikte energie is evenredig met de massa (het gewicht) van de wandelaar

Fietsen
• 






een fietser zit gefixeerd op het zadel en zijn zwaartepunt blijft daardoor steeds op dezelfde hoogte
(als het ene been naar beneden gaat, gaat het andere omhoog)
bij een constante snelheid op een vlakke weg, wordt alleen energie gebruikt voor het overwinnen
van de luchtweerstand en de rolwrijving. De massa van de fietser + fiets is daarbij niet van belang
(1e wet van Newton)
accelereren en oprijden van een helling kost wel extra energie. De daarvoor benodigde energie is
evenredig met de massa (het gewicht) van de fietser + fiets  
 

De hoeveelheid energie die nodig is om 100 kilometer te fietsen
• 











bij een snelheid van 20 kilometer per uur en bij windstil weer, moet een rechtop zittende fietser
gedurende 5 uur een vermogen leveren van ongeveer 75 watt.
100 kilometer fietsen kost dus een hoeveelheid mechanische energie van 75 watt × 5 uur
= 375 watt-uur = 1350 kilojoule
de chemische energie in voedsel wordt met een rendement van 25% omgezet naar mechanische
energie in de spieren
in de vorm van voedsel is dus  4 × 1350 = 5400 kilojoule nodig, dat is de energie-inhoud van
2 liter volle melk
van 100 kilometer fietsen val je dus niet af. Je valt wèl af van zwemmen, door het warmteverlies
(en vooral door minder te eten)
bij een tegenwind van 5 meter per seconde  (= 18 kilometer per uur), moet 3 keer zoveel energie
worden geleverd als bij windstil weer
 


Elektrische fiets

• 







bij een elektrische fiets wordt de fietser ondersteund door een elektromotor
deze motor krijgt zijn energie uit een oplaadbare accu
de mate van ondersteuning wordt automatisch geregeld door een trapsensor
de trapsensor meet de kracht waarmee de fietser op de pedalen trapt
evenredig met die kracht, wordt de hoeveelheid energie geregeld die aan de motor wordt
toegevoerd
het resultaat hiervan is, dat bij het oprijden van een helling of bij tegenwind de ondersteuning  
toeneemt.

In het ideale geval, zal men bij het oprijden van een helling of bij tegenwind even gemakkelijk blijven fietsen, als op een vlakke weg zonder wind. Maar dat kost dan natuurlijk wel veel energie. Daarom is het bij de meeste elektrische fietsen mogelijk, om de mate van ondersteuning meer of minder progressief in te stellen met behulp van een schakelaar op het stuur. Men kan dan bijvoorbeeld kiezen voor de stand "Normaal" of "Power". De actieradius van de onder­steu­ning, wordt bepaald door de energie-inhoud van de accu en het energieverbruik van de motor, dus door de gekozen mate van ondersteuning. Het wettelijk toegestane maximale vermogen van de motor is 250 watt.

Elektrische fietsen zijn zo ontworpen, dat de elektromotor alleen werkt, als men meetrapt. In de letterlijke betekenis van het woord een rijwiel met hulpmotor.

Het energieverbruik uit de accu van een elektrische fiets
Het energieverbruik is sterk afhankelijk van de omstandigheden waaronder de fiets wordt gebruikt.
Zoals bijvoorbeeld:

• 




50% ondersteuning
een rechtop zittende fietser
een snelheid van 20 kilometer per uur
een tegenwind van 4 meter per seconde  
hard opgepompte banden
Onder deze omstandigheden is het energieverbruik uit de accu 5 watt-uur per kilometer

Het primaire energieverbruik van een elektrische fiets
• 


het totaalrendement van de laadcyclus van de accu en de opwekking van elektriciteit is 30%
het primaire energieverbruik is dan 5 / 0,30 = 17 watt-uur per kilometer
omgerekend naar benzine-equivalent komt men op 1 liter per 545 km
 


Elektrische treinen

De Dubbeldekker
dubbeldekker
De Dubbeldekker is de modernste en zuinigste trein van de NS.
• 



de basisuitvoering van de trein is 4 wagons met 372 zitplaatsen  
de totale lengte is dan 108 meter.
het gewicht, inclusief de reizigers is 254 ton.  
het vermogen is 1608 kilowatt
Het gewicht en aantal passagiers bij deze trein is vergelijkbaar met een Jumbo.

Het energieverbruik van de trein over 14 kilometer
• 













tijdens het optrekken wordt het maximale vermogen van 1608 kilowatt gebruikt
de snelheid van 140 kilometer per uur wordt na 2,4 minuten bereikt
er is dan 3000 meter afgelegd en 54 kilowatt-uur verbruikt
gedurende de volgende 9360 meter wordt 1/3 van het vermogen gebruikt
er wordt dan in 4 minuten, bij een constante snelheid, 30 kilowatt-uur verbruikt
(voor het overwinnen van de rolweerstand, wrijvingsverliezen en de luchtweerstand)
voor snelheidsvermindering en remmen wordt de resterende 1640 meter gebruikt
de netto hoeveelheid verbruikte energie is dus: 54 + 30 = 84 kilowatt-uur
het totaalrendement van de elektriciteitsopwekking en de trein samen is 34%
voor een traject van 14 kilometer wordt bruto verbruikt 84 / 0,34 = 247 kilowatt-uur
dat is 18 ­000 watt-uur per kilometer
bij het remmen kan de Dubbeldekker energie terug leveren aan de bovenleiding
voor de verwarming is ’s winters veel extra energie nodig, die energie moet ook via
de bovenleiding worden toegevoerd
 

Het energieverbruik per reiziger per kilometer
• 

met 18 ­000 watt-uur worden 372 reizigers over een afstand van 1 kilometer vervoerd  
dat is 48 watt-uur per reiziger per kilometer

De resultaten van bovenstaande berekening komen goed overeen met de gege­vens die ik van een treinbestuurder kreeg. Bij een auto wordt de verwarming ver­zorgd door de "afvalwarmte". Bij de trein wordt de warmte opgewekt met een rendement van ongeveer 40%


De Thalys
thalys

De Thalys, die op de Hoge Snelheid Lijn (HSL) rijdt, verbruikt natuurlijk veel meer energie dan een gewone trein. De gelijkspanning van 1500 volt, zoals in Nederland wordt toegepast, is dan niet meer toereikend. De Thalys op de lijn Amsterdam - Parijs is geschikt voor 3 verschillende voe­dings­spanningen:

• 


25 ­000 volt wisselspanning  (op alle HSL trajecten, hiervoor is de trein ontworpen)  
3000 volt gelijkspanning  (in België over bestaand spoor)
1500 volt gelijkspanning  (in Nederland over bestaand spoor)  

De omschakeling gebeurt automatisch. In Nederland rijdt de Thalys, gedeeltelijk over bestaand spoor. De snelheid is dan beperkt tot ongeveer 160 kilometer per uur. Met name in de buurt van Rotterdam en Amsterdam. De trein is voorzien van 6 verschillende signaleringssystemen, o.a. het Neder­land­se, Belgische, Duitse en Franse systeem.

• 



de Thalys heeft een vaste samenstelling van 8 wagons + 2 motorwagens met 377 zitplaatsen  
de lengte is 200 meter
het gewicht, inclusief de reizigers is 414 ton
het vermogen is 8850 kilowatt

Het energieverbruik van de trein over 300 kilometer
• 









tijdens het optrekken wordt het maximale vermogen van 8850 kilowatt gebruikt
na 3,5 minuten wordt de snelheid van 300 kilometer per uur bereikt
er is dan 8 kilometer afgelegd en 396 kilowatt-uur verbruikt
gedurende de volgende 92 kilometer wordt 2/3 van het vermogen gebruikt
er wordt dan in 18,4 minuten, bij een constante snelheid, 1538 kilowatt-uur verbruikt
(voor het overwinnen van de rolweerstand, wrijvingsverliezen en de luchtweerstand)
de netto hoeveelheid verbruikte energie is dus 396 + 1538 = 1934 kilowatt-uur
het totaalrendement van de elektriciteitsopwekking en de trein is 34%
voor het traject van 100 kilometer wordt bruto verbruikt: 1934 / 0,34 = 5700 kilowatt-uur  
dat is 57 ­000 watt-uur per kilometer

Het energieverbruik per reiziger per kilometer
• 

met 57 ­000 watt-uur worden 377 reizigers over een afstand van 1 kilometer vervoerd  
dat is 151 watt-uur per reiziger per kilometer


Vaartuigen

Elektrische boot  (gezien op de Hiswa)
• 




een accu van 420 ampère-uur bij 24 volt, dat is 10 kilowatt-uur
een boot van 800 kilogram vaart hier 8 uur op, met een snelheid van 6 kilometer per uur  
aan energie kost dat ongeveer  € 2,- en voor die prijs zou men 8 personen over een
afstand van 50 kilometer kunnen vervoeren
omgerekend naar benzine-equivalent, komt men per reiziger op 1 liter per 91 km

De snelle veerboot tussen Hoek van Holland en Harwich
• 








deze boot, van het type Catamaran, is met 75 kilometer per uur de snelste veerboot ter wereld
de boot wordt aangedreven door 4 gasturbines met een totaal vermogen van 69 ­000 kilowatt
de boot is 124 meter lang en 40 meter breed
de vervoercapaciteit is 1500 passagiers en 350 auto's
de hoeveelheid verbruikte energie is dus 69 000­ /­ 75 = 920 kilowatt-uur per kilometer
bij een rendement van 30% komt men op 337 liter benzine-equivalent per kilometer
een auto weegt gemiddeld net zoveel als 12 passagiers
totaal komt men daarmee op het gewicht van 350 × 12 + 1500 = 5700 passagiers
dat is per "passagier" een verbruik van 1 liter per 17 km
 
Inmiddels is deze veerboot uit de vaart genomen, omdat er te weinig belangstelling voor was.

Is een groot passagiers schip zuiniger dan een Jumbo?
De Queen Elisabeth verbruikt 4 keer zoveel energie per passagier per kilometer als een Jumbo.
De cruiseschepen Maasdam en Rijndam, die langzamer varen, 2 keer zoveel.
zie ook:  "Sustainable Energy - without the hot air"


Vliegtuig

De Boeing 747   "Jumbo"
jumbo
Enkele globale gegevens en berekeningen:
• 



















een Boeing 747 kan 200 000 liter brandstof meenemen
de actieradius is 13 500 kilometer  (= 1/3 van de aardomtrek)
het verbruik is dus 200­ 000 /­ 13­ 500 = 15 liter per kilometer = 150 ­000 watt-uur per kilometer
(1 liter kerosine = 10 kilowatt-uur)
een Jumbo kan 450 passagiers vervoeren
het verbruik is dan 333 watt-uur per passagier per kilometer
ongeveer de helft van het startgewicht van een Jumbo bestaat uit de meegenomen brandstof
(bij een lange afstandsvlucht)
het leeggewicht is 181 ton, het gewicht van 200 000 liter kerosine is 160 ton
(de soortelijke massa van kerosine = 0,8 kilogram / liter)
200 ­000 liter = 200 kubieke meter, dat is een "zwembad" van 2 meter diep, bij een oppervlakte
van 10 bij 10 meter
de kruissnelheid op 10 kilometer hoogte is 900 kilometer per uur
de vliegtijd bedraagt dan 15 uur voor 13 500 kilometer
het gemiddelde brandstofverbruik van de 4 motoren tezamen is dus 200 000 liter per 15 uur,
dat is een primair energieverbruik van 2 000 000 kilowatt-uur per 15 uur
bij een rendement van 30% komt men op 40 000 kilowatt-uur per uur nuttige energie, dat is een
vermogen van 40 megawatt
de "take off" snelheid is 290 kilometer per uur, binnen 1 minuut is de Jumbo "los"
de afgelegde weg op de startbaan is 2000 tot 2500 meter (afhankelijk van het startgewicht)
 

De Boeing 737-400
• 




een Boeing 737-400 kan 20 000 liter brandstof meenemen
de actieradius is 3800 kilometer
het verbruik is dus 20­ 000 / 3800 = 5,26 liter per kilometer = 52 ­600 watt-uur per kilometer  
het vliegtuig kan 150 passagiers vervoeren
het verbruik is dus 350 watt-uur per passagier per kilometer


De benzine auto

Het benzineverbruik van een gemiddelde benzine auto is 1 liter per 15 kilometer. Dat is 600 watt-uur per kilometer. Een auto kan 4 personen vervoeren. Het verbruik is dan 150 watt-uur per persoon per kilometer Het rendement van een benzinemotor is sterk afhankelijk van:

• 


het toerental
het geleverde koppel
het momentele vermogen  

Het maximaal haalbare rendement is 25% en dit wordt bepaald door de compres­sieverhouding en het temperatuurtraject dat in de cilinders wordt doorlopen. (Carnot). Dit rendement kan worden bereikt door:

• 




optimale brandstof inspuiting
optimale mengverhouding zuurstof-brandstof bij alle toerentallen  
optimaal ontstekingstijdstip bij alle toerentallen
variabele kleptiming
een zo hoog mogelijke motortemperatuur

Vandaar dat er ooit experimenten plaats vonden met keramische motoren. Die zouden een hogere temperatuur toelaten dan motoren die gemaakt zijn van metaal. Afbreuk aan het rendement van de motor in een auto wordt veroorzaakt door:

• 





het gebruik van de katalysator  
koude start
variabel toerental
variabele belasting
koeling
stationair draaien

Bij benzinemotoren vinden nieuwe ontwikkelingen plaats. Er komen motoren die volgens het principe van een dieselmotor werken, maar die op benzine draaien. De verwachting is, dat daarbij een hoger rendement zal worden gehaald dan bij de gewone benzinemotoren



De diesel auto

De werking van de dieselmotor
De lucht, die nodig is voor de verbranding van de dieselolie, wordt eerst in de ci­linder gecom­primeerd en daarna wordt de brandstof onder hoge druk ingespoten. De lucht is door het com­primeren zo sterk verhit, dat daardoor de brandstof spontaan ontbrandt. Een dieselmotor heeft dus geen bougies. Het rendement van een dieselmotor is ongeveer 35%

De dieselauto verliest steeds meer marktaandeel, mede door de sjoemel­software-schandalen en de roethoudende uitlaatgassen.

Teletekst 6 maart 2018
Toyota stopt in Europa met de verkoop van personenwagens met een dieselmotor. De Japanse autofabrikant gaat zich nu voornamelijk richten op hybride auto’s. Ook aan het ontwikkelen van nieuwe dieseltechnologie komt een eind. Diesels worden uit veel steden geweerd en op termijn helemaal verboden van­wege de uitstoot van roet en fijnstof

Toyota gebruikt bij de hybride auto's de Atkinson benzinemotor. Het rendement van deze motor is vrijwel gelijk aan dat van een dieselmotor. Vooral hierdoor zijn de hybride auto’s zo zuinig.



De elektrische auto

e-auto

Een elektrische auto uit 1916


Al in de jaren 1899-1915 werden er in Amerika 5000 elektrische auto's gefabri­ceerd door Baker Electric. De topsnelheid was 23 kilometer per uur, bij een ac­tie­radius van 80 kilometer. Een ander bekend merk uit die begintijd was Detroit Electric. Deze firma produceerde elektrische auto's die een topsnelheid bereikten van 32 kilometer per uur, bij een actieradius van 130 kilometer.

Vergelijking van de energie-inhoud van een auto-accu en een tank met 48 liter benzine
• 


een auto-accu van 12 Volt, 36 ampère-uur heeft een energie-inhoud van 12 × 36 = 432 watt-uur  
een tank met 48 liter benzine bevat 48 × 9,1 kilowatt-uur = 437 kilowatt-uur
dat is dus ongeveer gelijk aan de energie-inhoud van 1000 auto-accu's

Elektrische auto's kunnen tegenwoordig redelijke afstanden afleggen
Dat is te danken aan:
• 




een beter soort accu  (nikkel-metaalhydride of lithium-ion in plaats van loodaccu's)
het hogere rendement van de elektromotor (90%) in vergelijking met een benzinemotor (25%)
een lagere snelheid  (de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid)
een lage rolweerstand, een laag gewicht en een goede stroomlijn
teruglevering van energie tijdens remmen, afdalen van een helling en bij snelheidsvermindering
 

Het primaire energieverbruik van een elektrische auto
Het rendement van de produktie van elektriciteit tot aan het stopcontact, samen met het rendement van de elektrische auto, is 40% × 77% = 31%
Bij een verbruik van 150 watt-uur per kilometer is het primaire energieverbruik dan 484 watt-uur per kilometer. Voor een 4-persoons auto is dit 121 watt-uur per persoon per kilometer.


Enkele kenmerken van de elektrische auto
• 
















de elektrische auto is vrijwel geruisloos
de elektrische auto produceert geen uitlaatgassen (maar de elektrische centrale des te meer)
er zijn weinig bewegende delen, er is dus weinig onderhoud nodig
het is relatief eenvoudig om de wielen individueel aan te drijven, er is dus geen differentieel nodig
bij dezelfde hoeveelheid voortbewegingsenergie is het primaire energieverbruik hoger dan van
een hybride of dieselauto, maar lager dan van een benzine auto of een brandstofcel auto
bij dezelfde hoeveelheid voortbewegingsenergie is de (indirecte) CO2-uitstoot lager dan bij alle
andere soorten auto's
de elektromotor kan bij alle toerentallen het maximale koppel leveren, hierdoor is een snelle
acceleratie mogelijk
het rendement van de elektromotor is bij alle toerentallen hoog
de elektromotor draait nooit stationair
er is geen versnellingsbak nodig
de actieradius is (zeer) beperkt
de accu is zwaar, zeer duur en neemt veel ruimte in
het opladen van de accu duurt lang  (minimaal 4 uren)
het verwarmen van een elektrische auto gaat ten koste van de actieradius
 

Voor speciale toepassingen zoals koerierdiensten, gemeentelijke diensten en woon-­werk verkeer ligt er wel een toekomst voor elektrische auto's in het ver­schiet. Daarbij neemt de luchtvervuiling in de grote steden af, echter ten koste van de luchtvervuiling bij de elektrische centrale
zie ook:  The status quo of electric cars: better batteries, same range


Rekenvoorbeeld van de ideale accu voor een elektrische auto
• 









de actieradius van de auto moet minstens 500 kilometer zijn
de elektromotor verbruikt bruto 200 watt-uur per kilometer
de accu moet dan een effectieve energie-inhoud hebben van 500 × 200 watt-uur = 100 000 watt-uur  
thuis is de beschikbare laadtijd ongeveer 10 uur per etmaal  
het vermogen van de lader moet dan zijn: 100 000 watt-uur / 10 uur = 10 000 watt
dat is uit een 3-fasen stopcontact: 10 000 watt / (3 × 230) volt = 15 ampère per fase
de accu mag niet meer ruimte innemen dan een gewone benzinetank, dus een volume van 50 liter  
de accu mag niet veel zwaarder zijn dan een volle benzinetank, dus ongeveer 50 kilogram
de energiedichtheid is dan 100 000 watt-uur / 50 kilogram = 2 000 watt-uur per kilogram
de levensduur moet minstens 10 jaar zijn en de accu mag niet te duur zijn

Samenvatting
• 





het idee is, dat de accu een zó grote energie-inhoud heeft, dat men daarmee de hele dag
onbeperkt kan rondrijden
de accu wordt 's nachts opgeladen met een vermogen, dat bepaald wordt door de energie
die overdag is verbruikt
dus geen onrealistische snelladers, waarbij men steeds na 200 kilometer rijden, ruim een
half uur moet wachten tot de accu weer (tot 80%) is opgeladen
 

energie = vermogen × tijd
men kan dus kiezen voor:
of   veel vermogen en weinig tijd = snelladers
of   weinig vermogen en veel tijd = 's nachts opladen

Vergelijking van enkele accu's en benzine

 

energiedichtheid
  (watt-uur per kilogram)  

  loodaccu

       40

  lithium-ion polymeer accu  

     200

  de ideale accu

  2 000

  benzine

12 640

(de soortelijke massa van benzine is 0,72 kilogram per liter,
1 liter benzine heeft een energie-inhoud van 9100 watt-uur)

Er is nog een lange weg te gaan, voordat de ideale accu is ontwikkeld.
Het laatste nieuws op het gebied van accu's is de solid state accu.
zie ook:
Lithium-lucht batterij
Silicon-air battery
Metal-air battery
lithium-zwavel accu
wie betaalt de groene rekening van de elektrische auto?


De EV1 van General Motors
ev1

De EV1 (electric vehicle) van General Motors werd geproduceerd tussen 1996 en 1999. Het was een 2-persoons elektrische auto. Er werden 1117 stuks van gemaakt. Ze mochten alleen voor lease doeleinden worden gebruikt en waren dus niet te koop. In 2003 werden alle auto's door General Motors ingenomen en vernietigd, op een paar na die aan musea en scholen werden geschonken. Ze werden eerst onbruikbaar gemaakt. Dit gebeurde waarschijnlijk (mede) onder druk van de olie-industrie.
Het eerste ontwerp ontstond ter gelegenheid van de World Solar Challenge in Australië in 1987. Het eerste type, de "Impact", haalde ooit een topsnelheid van 295 kilometer per uur. Iedereen was enthousiast, behalve General Motors. Men was aan de ontwikkeling van de EV1 begonnen, om aan te tonen dat de tijd nog niet rijp was, om een succesvolle elektrische auto te maken. De ontwikkelaars waren echter zó enthousiast, dat het moeilijk was om ze af te remmen. De accu van deze auto kon worden opgeladen via een inductiespoel. Dat was veilig tijdens regenperiodes. Langzaam opladen via een plug was ook mogelijk.
Voor de gebruiker was de EV1 een groot succes. Voor General Motors was de winstmarge te laag en men was bang dat de verkoop van gewone auto's, waarop veel winst werd gemaakt, zou afnemen. Dat gebeurde toch, omdat Japan veel moderne auto's importeerde. De EV1 was de beste elektrische auto die ooit is gemaakt. Hij was zijn tijd ver vooruit.
Enkele gegevens:

• 










een aluminium frame en veel plastic onderdelen, waardoor het gewicht laag was  
een zeer lage luchtweerstand
verwarming door middel van een warmtepomp
keyless entry en ignition
het vermogen van de 3-fasen inductiemotor was 102 kilowatt
de auto accelereerde in 8 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de topsnelheid was 130 kilometer per uur
de energie-inhoud van de nikkel-metaalhydride accu was 26 kilowatt-uur
de actieradius was 200 kilometer
het gemiddelde energieverbruik was 130 watt-uur per kilometer
de laadtijd van de accu was 8 uur
Over deze auto is in 2006 een film gemaakt:  "Who killed the electric car?"

De Tesla Roadster
roadster
In 2008 kwam in Amerika een elektrische 2 persoons sportauto op de markt, de Tesla Roadster.
Enkele gegevens:
• 


















het vermogen van de 3-fasen inductiemotor is 215 kilowatt
het rendement van de motor is 92%  (vrijwel onafhankelijk van het toerental)
de auto accelereert in 4 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de versnelling is dan 0,7 g  (g = de versnelling van de zwaartekracht)
de topsnelheid is 200 kilometer per uur
de energie-inhoud van de lithium-ion accu is 56 kilowatt-uur
de minimale laadtijd van de accu is 4 uur
de accu bevat 6831 "laptop" cellen (type 18650), die vloeistof gekoeld zijn
de energie-inhoud van 1 cel is 8,2 watt-uur
de energiedichtheid van de accu is 121 watt-uur per kilogram  (inclusief behuizing)
het gewicht van de accu is dus 56­ 000 /­ 121 = 463 kilogram
het gewicht van de auto is 1240 kilogram
de actieradius is 340 kilometer  (bij een constante snelheid van 100 kilometer per uur)  
het energieverbruik van de elektromotor is dan 56­ 000 /­ 340 = 165 watt-uur per kilometer  
het totaalrendement ("plug-to-wheel") van de auto is 88%
het energieverbruik uit het stopcontact is dus 165 / 0,88 = 188 watt-uur per kilometer  
het totaalrendement van de produktie van elektriciteit is 40%
het primaire energieverbruik is dus 188 / 0,40 = 470 watt-uur per kilometer
omgerekend naar benzine-equivalent komt men op 1 liter per 19 km  

De snelle acceleratie is te danken aan het feit, dat de elektromotor over het gehele toerenbereik van 0 tot 6000 toeren per minuut, een constant koppel levert. De mechanica leert, dat voor snel of langzaam accelereren naar dezelfde eindsnelheid, steeds dezelfde hoeveelheid energie nodig is. Bij een constante snelheid op een vlakke weg, speelt het gewicht van de auto niet of nauwelijks een rol. Tijdens het accelereren en bij het oprijden van een helling is het gewicht wel van belang. Maar bij remmen, snel­heids­ver­min­dering en het afdalen van een helling wordt in even­redigheid met het ge­wicht weer meer of minder energie teruggewonnen.


De Tesla model S
model S
In 2013 kwam in Europa een volledig elektrische 5-persoons auto op de markt, de Tesla model S
Enkele gegevens:
• 






















het vermogen van de 3-fasen inductiemotor is 270 kilowatt
het rendement van de motor is 92%  (vrijwel onafhankelijk van het toerental)
de auto accelereert in 5,6 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de versnelling is dan 0,5 g  (g = de versnelling van de zwaartekracht)
de topsnelheid is 200 kilometer per uur
de energie-inhoud van de lithium-ion accu is 85 kilowatt-uur
de actieradius is 480 kilometer  (bij een constante snelheid van 88 kilometer per uur)
het energieverbruik van de elektromotor is dan 85­ 000 /­ 480 = 177 watt-uur per kilometer
het totaalrendement ("plug-to-wheel") van de auto is 88%
het energieverbruik uit het stopcontact is dus 177 / 0,88 = 201 watt-uur per kilometer
het totaalrendement van de produktie van elektriciteit is 40%
het primaire energieverbruik is dus 201 / 0,40 = 502 watt-uur per kilometer
omgerekend naar benzine-equivalent komt men op 1 liter per 18 km
het gewicht van de accu is 700 kilogram
het gewicht van de auto is 2100 kilogram
thuis is de laadtijd van de accu ongeveer 8 uur
met een supercharger kan de accu in 40 minuten tot 80% worden opgeladen
de supercharger levert rechtstreeks gelijkstroom aan de accu. Met speciale kabels wordt
daarbij de laadapparatuur in de auto omzeild.
de gelijkstroom is aanvankelijk 200 ampère bij een spanning van 380 volt  (76 kilowatt)
De stroom neemt langzaam af tot 125 ampère, als de lading van 80% wordt bereikt
de superchargers worden langs de belangrijkste autosnelwegen gebouwd. In Nederland
zijn er al 2 stuks, bij Oosterhout en Zevenaar
 

De Tesla model X
In 2015 is de Tesla model X op de markt verschenen.
Enkele gegevens van het topmodel:
• 




2 motoren met een gezamenlijk vermogen van 568 kilowatt
een accu van 90 kilowatt-uur
de actieradius is 400 kilometer
de auto accelereert in 3,4 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de versnelling is dan 0,8 g  (g = de versnelling van de zwaartekracht)
 

De Tesla 3
Begin 2016 is de Tesla 3 aangekondigd.
Enkele gegevens:
• 



een accu van 50 kilowatt-uur
de actieradius is 345 kilometer
de auto accelereert in 6 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de auto is voorzien van "Auto Pilot" hardware en daarmee voorbereid voor autonoom rijden  

Voor wat betreft de actieradius etc. onderscheidt de Tesla 3 zich nauwelijks van veel andere elektrische auto's, zoals bijvoorbeeld de Ampera-E. Toch zou de Tesla 3 wel eens een ongekend succes kunnen worden. Door de vergrijzing is er een aanzwellende groep oudere mensen, die niet meer kunnen of mogen auto­rijden. Hiervoor is de Tesla 3, met de mogelijkheid van autonoom rijden, de ultieme oplossing. Een privé taxi zonder chauffeur, dus.


De Opel Ampera

ampera

Een interessante ontwikkeling is de Opel Ampera. Bij deze 4-persoons elek­tri­sche auto wordt tegemoet gekomen aan het probleem van de lange oplaadtijd van de accu en de beperkte actie­radius. De Ampera kwam omstreeks 2012 op de markt en is voorzien is van een "oplaadmotor". De energie-inhoud van de accu is voldoende voor een actieradius van 60 kilometer.
De oplaadmotor is uitsluitend bedoeld om de accu op te laden, indien deze tijdens een lange rit leeg raakt. Hierdoor wordt de actieradius vergroot tot 500 kilometer. Dit maakt de toepasbaarheid van deze elektrische auto veel groter. Het gehele concept spaart weliswaar geen energie, maar bij een goed gepland gebruik, bij korte afstanden (woon-werkverkeer) hoeft men nooit benzine te tanken, terwijl het risico van een lege accu wordt vermeden. De oplaadmotor werkt met een (constant) toerental, waarbij het rendement maximaal is. De Ampera wordt uitsluitend voort­bewogen door de elektromotor. De oplaadmotor heeft als enige taak het opladen van de accu, als deze tijdens een lange rit leeg raakt.
Enkele gegevens:

• 






het vermogen van de elektromotor is 110 kilowatt
de auto accelereert in 9 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de topsnelheid is 160 kilometer per uur
de energie-inhoud van de lithium-ion accu is 16 kilowatt-uur
de actieradius zonder bijladen door de oplaadmotor is 60 kilometer
de actieradius met bijladen door de oplaadmotor is 500 kilometer
het vermogen van de oplaadmotor is 60 kilowatt
 

De volledig elektrische Opel Ampera-E
Begin 2017 kwam Opel met een volledig elektrische auto op de markt, de Ampera-E
Enkele (voorlopige) gegevens:
• 





de energie-inhoud van de accu is 60 kilowatt-uur
de accu weegt 430 kilogram
volgens de fabrikant is de actieradius 500 kilometer
dat is gemeten bij een gemiddelde snelheid van 34 kilometer per uur en
een gemiddeld vermogen van 4 kilowatt
het energieverbruik van de elektromotor is dan 118 watt-uur per kilometer  
De actieradius is gemeten op basis van de gestandaardiseerde meetmethode,
de New European Driving Cycle  (NEDC)
Een praktijktest laat een meer realistische actieradius van 340 kilometer zien.
zie ook:  ev-database.nl


De hybride auto

prius

De Prius


Toyota heeft in 1997 de Prius op de markt gebracht. Dit is een "hybride" auto. In 2004 verscheen een verbeterde versie. Van dit type rijden er wereldwijd nu (2013) al meer dan 3 miljoen stuks rond. Het is een auto, die afhankelijk van de situatie, door een elektromotor (60 kilowatt), een benzinemotor (73 kilowatt) of een combinatie van beiden wordt voort­bewogen. Het doel hierbij is om een zo hoog mogelijk (voertuig)­rendement te behalen.

• 

















het rendement van de Atkinson benzinemotor is hoog, maar sterk afhankelijk van de belasting
en het toerental
bij de elektromotor is het rendement altijd hoog
de elektromotor werkt mee, als het rendement van de benzinemotor laag is
de energie voor de elektromotor wordt geleverd door een oplaadbare nikkel-metaalhydride accu
van 1,3 kilowatt-uur
bij (regeneratief) remmen en snelheidsvermindering werkt de elektromotor als dynamo en levert
energie terug aan de accu
bovendien wordt de accu opgeladen door een generator, die aan de benzinemotor is gekoppeld
het opladen gebeurt, als de benzinemotor met een hoog rendement werkt
de generator kan ook rechtstreeks energie aan de elektromotor leveren
de benzinemotor, generator en elektromotor zijn gekoppeld aan een mechanische energieverdeler,
die door een microprocessor wordt bestuurd
deze energieverdeler functioneert tevens als een continu variabele automatische versnellingsbak
het rendement van deze automatische versnellingsbak is veel hoger dan bij een gewone hand-
geschakelde versnellingsbak
de airconditioning wordt elektrisch aangedreven en werkt daardoor dus ook als de benzinemotor
niet in bedrijf is
 

Het hybride systeem kan natuurlijk nooit energiezuiniger zijn, dan de benzinemotor die er deel van uit maakt
Alle energie is immers alleen van deze motor afkomstig en alle energie-omzettingen gaan gepaard met (geringe) verliezen. De winst van het hybride systeem wordt gehaald uit de volgende eigen­schappen:

• 






de elektromotor werkt tijdens wegrijden vanuit stilstand, bij achteruit rijden en bij lage snelheden
de benzinemotor is ontworpen voor het gemiddelde vermogen en is daardoor extra zuinig
de elektromotor assisteert de benzinemotor tijdens accelereren en kortdurend bij hoge snelheden
bij snelheidsvermindering en remmen wordt energie teruggeleverd aan de accu
de benzinemotor stopt zodra de auto stil staat en draait dus nooit stationair
de benzinemotor werkt zo veel mogelijk onder omstandigheden waarbij het rendement hoog is
bij een laag rendement van de benzinemotor assisteert de elektromotor
 

Het meeste effect van het hybride systeem wordt bereikt in remmen-stoppen-optrekken situaties. Dus in de file en in de stad met veel stoplichten. Over lange afstanden en bij continu hoge snelheden werkt het hybride systeem niet. Dan doet alleen de zuinige Atkinson benzinemotor het werk. Het rendement van deze motor is 34%  De Prius heeft een "energie­monitor" op het dashboard. Deze nodigt uit tot een zuinige rijstijl. Het verbruik blijkt dan 1 liter per 21 km te zijn. Dat is het gemiddelde verbruik over meestal lange afstanden en bij snel­heden van ongeveer 100 kilo­meter per uur. (getest over 156 000 kilometer)
1 liter per 21 kilometer is 433 watt-uur per kilometer. Met 4 personen in de auto komt men op 108 watt-uur per persoon per kilometer.


De Prius 4
In 2016 verscheen de Prius 4 op de markt
Enkele gegevens van deze auto:
• 


het rendement van de Atkinson benzinemotor is opgevoerd naar 40%
het benzineverbruik is 1 liter per 33 km  (volgens de onrealistische NEDC norm)  
in de praktijk komt men op ongeveer 1 liter per 24 km

Bij een tankinhoud van 45 liter is de actieradius dan 1080 kilometer. Het is op­vallend, dat in deze Prius nog steeds een nikkel-metaalhydride accu wordt toe­gepast en dus niet een lithium-ion accu. Dat heeft waarschijnlijk te maken met de langere levensduur van de nikkel-metaalhydride accu.



De brandstofcel auto

Enkele kenmerken:
• 





de energiebron voor een brandstofcel auto is waterstof
in een brandstofcel "verbrandt" de waterstof, waardoor elektriciteit wordt opgewekt
bij de verbranding van waterstof ontstaan geen schadelijke gassen, alleen maar water
de opgewekte elektriciteit wordt via een accu toegevoerd aan een elektromotor, die
de auto voortbeweegt
bij remmen en snelheidsvermindering wordt energie teruggeleverd aan de accu
 

De vraag blijft alleen: "waar haalt men de waterstof vandaan"
Waterstof kan worden verkregen door elektrolyse (ontleding) van water. De elektriciteit die hier­voor nodig is moet worden opgewekt via verbranding van fossiele brandstoffen (waarbij wel schadelijke gassen ontstaan), kern­energie, windenergie of andere vormen van "groene" energie.
Waterstof kan ook worden gewonnen uit aardolie of aardgas. Shell schijnt zich daar in de nabije toekomst mee bezig te gaan houden, maar dat kost fossiele brandstof


Rendementen
• 



het rendement van de produktie van elektriciteit is 40%  
het rendement van elektrolyse van water is 70%
het rendement van een brandstofcel is 50%
het rendement van een elektromotor is 90%

De brandstofcel auto is dus geen oplossing van het energieprobleem
• 




het totaalrendement is slechts 40% × 70% × 50% × 90% = 13%
bij een voortbewegingsenergie van 150 watt-uur per kilometer, is de primaire energie  
150 / 0,13 = 1154 watt-uur per kilometer
als er 4 personen in de auto zitten, komt men op 288 watt-uur per persoon per kilometer  
het rendement van alleen de auto is 50% × 90% = 45%

Zal de brandstofcel auto ooit op de weg verschijnen?
Zoals de zaken er nu voor staan, is het niet erg waarschijnlijk dat de brandstofcel auto ooit (grootschalig) op de weg zal verschijnen. Het ligt meer voor de hand, dat auto's in de toekomst zullen gaan rijden op synthetische benzine, synthetische dieselolie of elektriciteit. Met name GTL (gas to liquids) biedt enorme moge­lijk­heden, nu er wereldwijd gigantische hoeveelheden schaliegas worden gevonden.



In 2015 introduceerde Toyota de eerste brandstofcel auto

FCV

De Mirai


Enkele (voorlopige) gegevens:
• 










deze 4-persoons brandstofcel auto heeft een actieradius van 500 kilometer
de waterstof kan in 3 minuten worden getankt.
de gezamenlijke inhoud van de 2 tanks is 122 liter
de druk in de tanks is 700 bar  (1 bar is ongeveer 1 atmosfeer)
bij een druk van 1 bar is de soortelijke massa van waterstof 0,09 kilogram per kubieke meter
de massa van 122 liter waterstof bij een druk van 700 bar is 0,122 × 0,09 × 700 = 7,7 kilogram
per tankbeurt wordt 5 kilogram waterstof getankt, dat is 5 × 33,6 = 168 kilowatt-uur
het rendement van de brandstofcel en de elektromotor samen is 50% × 90% = 45 %
de elektromotor levert per tankbeurt dus 0,45 × 168 = 75,6 kilowatt-uur = 75 600 watt-uur
daarmee is de voortbewegingsenergie 75 600­ / 500 = 150 watt-uur per kilometer
de auto is bruikbaar vanaf een temperatuur van min 30 graden celsius
 

Grootschalige toepassing wordt omstreeks 2020 verwacht. Voorwaarde voor de introductie van de brandstofcel auto, is een infrastructuur, die het mogelijk maakt, dat op veel plaatsen (de zeer explosieve en dus gevaarlijke) waterstof onder hoge druk, kan worden getankt.
zie ook:  Toyota Global Newsroom  en  Powering the future

Toyota
Het valt op, dat vooral Toyota op alle fronten zeer actief is met de ont­wik­keling van "groene" auto's. Het zijn allemaal volwaardige auto's zonder compromissen op het gebied van veiligheid en luxe. Ze worden (al jaren) op grote schaal in de praktijk beproefd en toegepast.

• 


de elektrische auto
de hybride auto  (de Prius)  
de brandstofcel auto

De produktie van de elektrische auto is inmiddels gestaakt, omdat er gezien de praktische pro­ble­men, te weinig belangstelling voor was. Toyota produceert 4 soorten hybride auto's en 1 plug-in hybride auto. Het lijkt er op, dat Toyota toch weer met de elektrische auto aan de gang gaat, na de ontwikkeling van de solid state accu.

Honda, evenals Toyota een pionier op het gebied van hybride auto's, brengt na de hybride versie van de "Civic", nu de "Insight" op de markt.

Volkswagen noemt de hybride auto een "ecologische ramp", omdat er een grote accu in zit. Desalniettemin is men zelf ook bezig met de ontwikkeling van een hybride auto, "omdat de markt daar om vraagt". Als de bewering van Volkswagen juist zou zijn, dan wordt het met de elektrische auto helemaal een grote ramp, want dáár zit pas een grote accu in.

BMW heeft inmiddels laten weten, voorlopig af te zien van de ontwikkeling van de brandstofcel auto. Wel zal men een verbrandingsmotor, die op waterstof draait, ontwikkelen. Het rendement hierbij zou ongeveer 50% zijn

Opel omschrijft de Prius als "technologisch prehistorisch"  (de druiven zijn wel héél erg zuur). De marktintroductie (in 2011) van de Ampera werd uitgesteld wegens problemen met de lithium-ion accu.  (zelfontbranding)



De Waterstof Economie

Het energiescenario van de toekomst, als de fossiele brandstoffen op zijn, zal (heel) misschien (gedeeltelijk) gebaseerd zijn op de zogenaamde Waterstof Economie. Hierbij wordt voor­onder­steld, dat er tegen die tijd (omstreeks 2050) een oeverloze hoeveelheid "groene" energie beschik­baar zal zijn. Ook is het dan misschien mogelijk om energie op te wekken door kernfusie.

• 











zonne-energie (uit de Sahara) en windenergie  (afkomstig van windmolenparken in zee) is niet
continu beschikbaar  (de zon schijnt 's nachts niet en het waait ook niet altijd)
voor de elektriciteit die door "groene" energie wordt opgewekt is er dus een opslagprobleem
met elektriciteit kan waterstof worden geproduceerd, door elektrolyse (ontleding) van water
in tegenstelling tot elektriciteit, kan waterstof (onder zeer hoge druk) wèl opgeslagen worden,
zowel in ongelimiteerde hoeveelheden als gedurende langere tijd
vervoer zou kunnen plaatsvinden via een net van pijpleidingen naar tankstations, hoewel dit
enorme praktische problemen oplevert
het lijkt meer voor de hand te liggen, om waterstof ter plaatse, bij tankstations te produceren
de waterstof kan via brandstofcellen weer elektriciteit leveren, waarbij het enige
"verbrandings­produkt" water is
waterstof is in dit scenario een energiedrager
 

Waterstof is dus niet een onuitputtelijke bron van energie, zoals som­migen denken. Integendeel. Het produceren van waterstof door elek­tro­lyse van water kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert.

Bij TV programma's over dit onderwerp, wordt meestal als "bewijs" van de on­uitputtelijkheid van waterstof, de zee op de achtergrond getoond. Dat is nat­uur­lijk onzin, want water moet eerst worden ontleed in waterstof en zuur­stof. Dat kost meer energie dan er later uit de waterstof kan worden gehaald. De (ideale) Waterstof Economie levert het volgende beeld op:
groene energie > elektrolyse van water > waterstof > brandstofcel > elektriciteit


Rendementen bij de energie-opslag in waterstof
• 

het rendement van elektrolyse van water is 70% en van een brandstofcel 50%
het cyclusrendement van de energie-opslag in waterstof is dus 70% × 50% = 35%  

Waterstof als opslagmedium van energie lijkt alleen zinvol voor voertuigen, als de aardolie op is en als er dan nog steeds geen doorbraak in de accu­technologie heeft plaats gevonden. Het is ook denkbaar, dat een nucleaire batterij ooit een oplossing biedt.

Vergelijking benzine – waterstof
Vergelijking van de CO2-uitstoot per kilowatt-uur bij de verbranding van benzine en (indirect) bij de verbranding van waterstof. De waterstof wordt in dit voorbeeld geproduceerd door elektrolyse van water, met elektriciteit afkomstig van een gas­gestookte centrale


Benzine
• 


de energie-inhoud van 1 liter benzine is 9,1 kilowatt-uur
bij de verbranding van 1 liter benzine is de CO2 uitstoot 3,1 kilogram "well-to-wheel"  
dat is 3,1 / 9,1 = 0,34 kilogram CO2 per kilowatt-uur

Waterstof
• 









de energie-inhoud van 1 kilogram waterstof is 33,6 kilowatt-uur
de produktie van 1 kilogram waterstof door elektrolyse van water kost 33,6 / 0,7 = 48 kilowatt-uur
(het rendement is 70%)
voor het produceren van 48 kilowatt-uur door een gasgestookte centrale is
48 / 0,4 = 120 kilowatt-uur primaire energie nodig  (het rendement is 40%)
dat is de energie-inhoud van 13,6 kubieke meter aardgas
(1 kubieke meter aardgas = 8,8 kilowatt-uur)
bij het verbranden van 1 kubieke meter aardgas ontstaat 2,2 kilogram CO2 "well-to-wheel"
bij de verbranding van 13,6 kubieke meter aardgas ontstaat dus 13,6 × 2,2 = 30 kilogram CO2
dat is (indirect) 30 / 33,6 = 0,89 kilogram CO2 per kilowatt-uur
 

Rendementen
• 


het rendement van een gasgestookte centrale is 40%  
het rendement van elektrolyse van water is 70%
het rendement van de produktie van waterstof is dus 40% × 70% = 28%  

Aardgas en aardolieprodukten, zoals dieselolie en benzine, zijn chemische ver­bin­dingen van kool­stof en waterstof. Deze zogenaamde koolwaterstoffen zijn, in tegenstelling tot pure waterstof, zeer goed handelbaar. Energie komt vrij door verbranding van zowel de koolstof als ook van de waterstof. Daarbij wordt respectievelijk kooldioxide (CO2) en water (H2O) gevormd

De produktie van waterstof kan met behulp van kernenergie plaats vinden. (via een thermo­chemisch proces of via elektrolyse van water). De ideale oplossing is echter, om waterstof met behulp van "groene" energie te produceren. Daar zal waarschijnlijk weinig van terecht komen, want het potentieel aan economisch winbare "groene" energie is (zeer) gering. Waterstof produceren uit fossiele brandstof is uiteraard mogelijk, maar dat was nou net niet de bedoeling, omdat de fossiele brandstoffen opraken.

Er bestaan nogal wat misverstanden omtrent: water, waterkracht, waterstof en kernfusie van waterstof-isotopen. Daarom hierbij het volgende over­zichtje:

Water
Water is het verbrandingsprodukt van waterstof en zuurstof en bevat dus geen energie

Waterkracht
Waterkracht komt vrij, als snelstromend water of water onder hoge druk een tur­bine aandrijft.
Dit gebeurt in een waterkrachtcentrale. Waterkracht is een ener­gie­bron

Waterstof
Water kan door elektrolyse worden ontleed in waterstof en zuurstof. De energie in de waterstof komt weer vrij bij de "verbranding" in een brand­stofcel. De energie voor de ontleding van water moet in eerste instantie worden geleverd door fossiele brandstoffen, kernenergie, kernfusie, wind­energie, water­kracht, geothermische energie of zonne-energie.  (dus door energiebronnen)
Waterstof is dus geen energiebron, maar een energiedrager

Kernfusie van waterstof-isotopen
Waterstof-isotopen kunnen via kernfusie samensmelten tot helium en daarbij een enorme hoe­veel­heid energie leveren. Deze techniek staat nog in de kinderschoenen en het zal nog minstens 50 jaar duren voordat er (misschien) praktische toepassingen zijn. Kernfusie is een energiebron


zie ook:
Waterstof op weg naar de praktijk
Brandstofcellen en waterstof
Waterstof gaat ons redden
ineens lijkt waterstof het antwoord op alle energieproblemen


Kernfusie

Er bestaan 2 soorten kernreacties, die geschikt zijn voor het opwekken van energie
• 

splijting van uraniumkernen. Dit wordt kernenergie genoemd
samensmelting van waterstofkernen. Dit wordt kernfusie genoemd  

Bij beide processen treedt massaverlies op. Bij kernsplijting is dit ongeveer 0,10% en bij kernfusie (in de zon) 0,67%. De "verdwenen" massa wordt volgens de formule van Einstein omgezet in energie.

Onderstaande is een korte samenvatting van  Kernfusie, een zon op aarde
Auteur:  Dr. Ir. M.T. Westra   FOM-instituut voor plasmafysica "Rijnhuizen"

De energie die de zon uitstraalt is afkomstig van kernfusie van water­stofatomen. Deze kernfusie komt tot stand bij een extreem hoge druk en een temperatuur van 15 miljoen graden celsius. Bij kernfusie op aarde is de druk, in vergelijking met de zon, verwaarloosbaar en daarom moet de temperatuur hier zeer veel hoger zijn, ongeveer 150 miljoen graden celsius.

Als materie zeer sterk wordt verhit, vormt het een plasma. In een plasma bewegen de atoom­kernen en elektronen los van elkaar. Atoomkernen zijn positief geladen en stoten elkaar af. De afstotende kracht wordt bij 150 miljoen graden over­wonnen door de snelheid waarmee de atoom­kernen zich dan bewegen. Daardoor treedt kernfusie op

De fusiereactie die op aarde het gemakkelijkst tot stand kan worden gebracht, is de fusie van de waterstof-isotopen deuterium en tritium. Hierbij ontstaan helium­atomen, neutronen en zeer veel energie. Fusie van een deuterium-tritium mengsel met een massa van 250 kilogram levert evenveel energie op, als de verbranding van 2,7 miljoen ton steenkool.
Dat is voldoende om een elektrische centrale van 1000 megawatt een jaar lang (op vol vermogen) draaiende te houden.

Het grootste probleem bij kernfusie is de extreem hoge temperatuur, die nodig is om het fusieproces in het plasma tot stand te brengen. Geen enkel materiaal is tegen die temperatuur bestand. In een zogenaamde "Tokamak" wordt het hete plasma opgesloten in een sterk magnetisch veld en het komt daardoor niet in contact met de wand. Een Tokamak is een ringvormige reactor waarin het plasma wordt verhit tot de temperatuur waarbij kernfusie optreedt.

Een Tokamak moet een minimale grootte hebben, om meer energie te leveren dan nodig is voor het op gang houden van het fusieproces.
ITER  (International Thermonuclear Experimental Reactor) zal de eerste (experi­men­tele) kern­fusie­centrale zijn, waarbij dat gaat lukken. De buiten­afmetingen zijn: 24 meter hoog en 34 meter in doorsnede.
ITER is een project, waarvoor Reagan en Gorbatsjov ooit het initiatief hebben genomen, toen de koude oorlog ten einde liep. ITER moet aantonen dat het mogelijk is om langdurig energie op te wekken met kernfusie. Men verwacht hiermee gedurende 10 minuten 500 megawatt te kunnen opwekken. Dat is tien keer meer dan wordt gebruikt voor het instandhouden van het hete fusieplasma. ITER wordt het grootste internationale weten­schappelijke onderzoeksproject sinds de bouw van het  International Space Station. (ISS)

Na ITER zal DEMO gebouwd worden. Dat is een grotere centrale die de tech­nische haal­baar­heid, betrouwbaarheid en economische aantrekkelijkheid van fusie-energie moet demonstreren. Tenslotte zal omstreeks 2050 het eerste prototype van een commerciële fusiecentrale, PROTO gereed zijn. Kernfusie is inherent veilig. Er treedt geen kettingreactie op. Zodra er iets mis gaat, stopt de reactie. Bij kernfusie komt weinig radioactief afval vrij. Dit afval heeft een korte hal­ve­rings­tijd.

Persbericht op 21 november 2006:
"De Europese Unie, de VS, Rusland, China, Japan, India en Zuid-Korea hebben een akkoord getekend over de bouw van de eerste kernfusiecentrale. De bouw van ITER begint in 2008 in het Zuid-Franse Cadarache en zal 10 jaar in beslag nemen".

Bericht in Nature 27 mei 2016
In november 2015 heeft het team van Bigot een herziene planning voor het ITER-project gepresenteerd. Geschat wordt, dat het 4,6 miljard euro meer gaat kosten. Op z'n vroegst in 2025 zal het mogelijk zijn om waterstofplasma in de machine te produceren. Het zal daarna nog een aantal jaren duren voordat het mogelijk is om de zwaardere waterstof-isotopen tritium en deuterium te injecteren en fusie tot stand te brengen.
zie ook:

US advised to stick with troubled fusion reactor ITER
ITER's new chief will shake up troubled fusion reactor
Wendelstein 7-X
Max Planck Institut für Plasmaphysik
Kernfusie bereikt een mijlpaal in Duitsland


Kernenergie

Met de formule van Einstein kan de relatie tussen massa en energie worden berekend
E = mc2
E = energie    m = massa     c = de lichtsnelheid

  1 kilogram massa is equivalent aan 25 miljard kilowatt-uur  

De brandstof voor de kerncentrale in Borssele bestaat voor 4,5% uit splijt­baar Uranium 235. Bij het splijtingsproces wordt ongeveer 1 promille van de massa om­gezet in energie. De energie die per kilogram kernbrandstof als warmte vrij­komt is daarom "slechts" 1,125 miljoen kilowatt-uur.


In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur
Hiervoor zou nodig zijn:  (afgerond)
of
of

300 ton
  36­ 000­ 000 ton

  verrijkt Uranium
  steenkool
    (rendement  33%)  
    (rendement  40%)

Het verschil in rendementen is het gevolg van het feit dat een kerncentrale met lagere temperaturen werkt, (door toepassing van warmtewisselaars), dan een met gas, olie of kolen gestookte centrale. (Carnot).
Als we denken aan een trein met goederenwagons van 50 ton en elk een lengte van 10 meter, dan levert dit het volgende beeld op:

• 

voor het aanvoeren van verrijkt Uranium        6 goederenwagens =     60 meter
voor het aanvoeren van de steenkool  720 000 goederenwagens = 7200 kilometer  
Bij de verbranding van al die steenkool zou dan 94 miljoen ton CO2 ontstaan.

In 2013 was het primaire energieverbruik in Nederland 900 miljard kilowatt-uur

Het equivalent hiervoor is ongeveer 100 miljard liter benzine, een kubus met een ribbe van 460 meter. Duurzame energie is "voorlopig" dus geen optie.

• 



de voorraad fossiele brandstoffen is groot, maar eindig. (over 75 jaar zijn alle economisch
winbare fossiele brandstoffen op, behalve steenkool)
duurzame energie zal nooit voldoende zijn, want er komen steeds meer mensen, met steeds
meer energiebehoefte
 

Van 1973 t/m 2013 was de toename van de wereldbevolking 84%
Van 1973 t/m 2013 was de toename van het wereld energieverbruik 222%

Samenvatting
• 



de wereldbevolking en het energieverbruik nemen sterk toe
aardgas en aardolie raken nog deze eeuw op
duurzame energie zal een beperkte rol blijven spelen
kernfusie gaat nog 60 tot 80 jaar duren of komt misschien nooit  

Conclusie
•  kolencentrales en kernenergie zijn dus onontkoombaar  

Sommige mensen denken:
• 






"ze" vinden er wel wat op
(je zet gewoon de Sahara vol met zonnepanelen)
het zal mijn tijd wel duren
(dat is nog maar de vraag en hoe moet het dan met het nageslacht?)
op termijn wordt alle energie duurzaam opgewekt
(dus alle energie die nodig is voor de voedselproduktie, verwarming, industrie, vliegtuigen,
treinen en 1 miljard auto's?)
 

Men kan wel van alles uitrekenen, maar dat wil nog niet zeggen dat het in de praktijk kan
worden gerealiseerd, of dat het economisch haalbaar is


Voorbeeld
• 



de hoeveelheid zonne-energie die jaarlijks op de gehele aarde wordt ingestraald, is 7000 keer  
zoveel als het wereldverbruik van primaire energie
de hoeveelheid zonne-energie die in 2009 werd geoogst, was slechts 0,1 procent van de
wereldproduktie van (alleen) elektriciteit

Tegenstanders van kernenergie zeggen "dat het niet kan". Het tegendeel wordt in de ons omringen­de landen bewezen. In 2009 was het aandeel kernenergie bij de opwekking van elektriciteit:
Frankrijk
België
    77%    
    54%    
        Duitsland
        Zwitserland
    23%    
    41%    
        Engeland
        Zweden
    14%    
    43%    

Nederland beperkt zich schijnheilig tot 4% en importeert vervolgens het ontbre­kende uit Frankrijk, België en Duitsland. De hoeveelheid geïm­por­teerde kern­energie is 2 keer zoveel als in de kern­centrale in Borssele wordt opgewekt.

Wereldwijd wordt 13,4% van alle elektrische energie opgewekt door kernenergie  (2009)
Door milieuactivisten wordt het belang van kernenergie steevast gebaga­telliseerd, terwijl water­kracht dan wordt opgevoerd als een zeer belangrijke energiebron. De realiteit is, dat het aan­deel kernenergie wereldwijd bijna net zo groot is als het aan­deel waterkracht

Persbericht 13 oktober 2009
"België houdt zijn kerncentrales 10 jaar langer open dan aanvankelijk de be­doe­ling was. Dat heeft de minister van Energie bekend gemaakt. De centrales zouden eigenlijk in 2015 sluiten, ze blijven nu tot 2025 in bedrijf omdat dat extra geld voor de Belgische schatkist oplevert".

Persbericht 1 januari 2010
De enige kerncentrale van Litouwen is buiten gebruik gesteld. Litouwen beloofde de sluiting in 2004 in ruil voor toetreding tot de Europese Unie. De centrale is een grotere versie van die bij Tsjernobyl. Voor Litouwen betekent het dat het een goedkope bron van energie kwijt is en nu veel afhankelijker wordt van onder meer gas uit Rusland. De kerncentrale leverde bijna driekwart van de Litouwse energiebehoefte.

Trouw 26 mei 2011
Zwitserland stopt met kernenergie. Dat heeft de regering in Bern woensdag be­slo­ten. Zwitserland heeft 5 kerncentrales. De eerste sluit rond 2019, de laatste over ongeveer twintig jaar

Teletekst 30 mei 2011
Duitsland stopt met kernenergie. De 17 Duitse kerncentrales gaan uiterlijk in 2022 dicht. De 7 reactoren die na de kernramp in Fukushima werden gesloten blijven definitief dicht. Eind vorig jaar had de regering Merkel nog besloten de oude centrales 7 jaar langer open te houden en de nieuwere 14 jaar, dus tot 2036

Teletekst 27 juni 2011
Frankrijk investeert een miljard euro in de ontwikkeling van veilige methodes om kernenergie op te wekken. President Sarkozy zegt dat het voor Frankrijk geen optie is om van kernenergie af te zien. De investering van Frankrijk staat haaks op de ontwikkeling in Duitsland, waar de regering juist af wil van kerncentrales

Teletekst 13 juli 2011
De Japanse premier Kan wil dat zijn land op termijn geen kernenergie meer gebruikt. De ramp in Fukushima in maart dit jaar heeft hem ervan doordrongen dat de risico's van kernenergie te groot zijn. Volgens premier Kan moet Japan helemaal overstappen op duurzame energiebronnen zoals de zon, wind en bio­mas­sa. Wanneer hij dat gerealiseerd wil hebben, zei Kan er niet bij.

Teletekst 11 april 2014
Japan wil toch kernenergie blijven gebruiken. Premier Abe schrijft in de eerste nota sinds de ramp bij Fukushima dat kernenergie stabiliteit brengt voor de ener­gie­voorziening. De voorganger van Abe wilde juist gaan afbouwen. Tot 2011 werd 30 procent van de energie opgewekt in kern­centrales. Japan heeft nauwe­lijks natuurlijke hulpbronnen en importeert veel olie en gas.

Teletekst 31 juli 2015
In Japan start binnenkort de eerste kerncentrale op, nadat alle 48 centrales vier jaar geleden waren stilgelegd. Dat gebeurde na de kernramp in Fukushima op 11 maart 2011.

Teletekst 15 september 2016
De bouw van een nieuwe kerncentrale in Groot Brittannië gaat alsnog door. De centrale bij Hinkley Point, die 21 miljard euro kost, wordt gefinancierd met Frans en Chinees geld en gebouwd door Fransen. China mag in ruil voor zijn bijdrage zelf een tweede nieuwe kerncentrale bouwen in Bradwell. Daarover is nog geen definitief besluit genomen

Teletekst 27 november 2016
Zwitserse kiezers hebben in een referendum het voorstel afgewezen om afscheid te nemen van kernenergie. Als het voorstel was aangenomen, dan zouden 3 van de 5 kerncentrales volgend jaar dicht moeten.. De laatste kerncentrale moet nu in 2034 dicht

Teletekst 19 juni 2017
Zuid Korea ziet af van de bouw van nieuwe kerncentrales. Zuid Korea is een van de grootste kernenergieproducenten ter wereld. Het land heeft 25 centrales die een derde van de stroom in het land leveren. Moon wil het land minder afhankelijk maken van kernenergie en vervuilende kolencentrales. Omdat het land geen gas of olie heeft, wil hij vooral inzetten op zonne- en windenergie. (?)


Wel of geen kernenergie?
Iedere oplossing heeft voor- en nadelen. ("wet van behoud van ellende").
De vraag is maar wat je liever hebt:
fossiele energiebronnen
• 







onomkeerbare klimaatverandering  (broeikaseffect)
daardoor stijging van de zeespiegel en overstromingen
steeds verdere toename van de luchtvervuiling  (CO2)
uitputting van alle fossiele brandstoffen
milieurampen met olietankers, met booreilanden en bij het boren naar olie in zee,  
zoals:de olieramp in Alaska, in de Golf van Mexico en in de Nigerdelta
oorlogen om de aanvoer van olie of aardgas veilig te stellen
aardbevingen en bodemdaling door olie- en gaswinning
of kernenergie
• 

een beperkt (radioactief) afvalprobleem dat in principe oplosbaar is
ongelukken met kerncentrales  (Harrisburg 1979, Tsjernobyl 1986, Fukushima 2011)  

Men staat voor dit dilemma, omdat er voor het jaar 2050 nog zo nodig 2 miljard mensen bij moeten komen. Dat zijn gemiddeld 1 miljoen per week er bij, terwijl er al 7 miljard aardbewoners zijn. Het veel gehoorde argument, dat het afval van kerncentrales 240 000 jaar radioactief blijft, is niet zo interessant. Ik durf de stelling wel aan, dat de mensheid ruim binnen deze termijn van onze planeet is verdwenen. Misschien wel door kernwapens. Het is merkwaardig, dat men zich wel druk maakt over kernenergie en niet over kernwapens.

Teletekst 12 september 2013
Nederland is akkoord gegaan met de stationering van een nieuw Amerikaans kernwapen op Volkel, dat de huidige kernwapens gaat vervangen. Kamerleden wijzen erop dat dat ingaat tegen de wens van het parlement om de Amerikaanse kernwapens te verwijderen.
(hier werd verder geen woord over "vuil" gemaakt).

Teletekst 3 juli 2017
Rusland en de VS bouwen hun voorraad kernwapens af. Toch investeert de VS tot 2026 zeker 400 miljard in de modernisering. Er zijn negen landen met kern­wapens.
Die hebben samen 14 935 kernkoppen. Dat zijn er 460 minder dan een jaar geleden.

Waarom geen kernenergie?
Veel mensen zijn tegen kernenergie, omdat ze "bang" zijn dat hun nageslacht (over duizenden jaren) zal worden opgescheept met het probleem van radio-actief afval. Desondanks verbruiken diezelfde mensen in record tempo alle fossiele brand­stoffen die er nu nog zijn, zonder zichzelf ook maar enige beperking op te leggen. De eerstvolgende generatie moet het dan maar verder bekijken. Diezelfde mensen denken straks natuurlijk "genuanceerd" over kernenergie, als duidelijk wordt dat hun eigen energievoorziening in gevaar zal komen.

Citaat van Patrick Moore, voormalig directeur van Greenpeace
"We hebben de fout gemaakt, om kernenergie op één hoop te gooien met kern­wapens, net alsof alle nucleaire zaken slecht zijn. Ik denk dat dat een even grote fout is, als wanneer je nucleaire geneeskunde op één hoop zou gooien met kern­wapens".
zie ook:  "Sustainable Energy - without the hot air"


Problemen bij kernenergie zijn:
• 


de veiligheid van kernreactoren
het veilig opbergen van radioactief afval  
gevaar voor verspreiding van kernwapens  

Thorium?
Op internet vond ik dit bericht van ECN = Energieonderzoek Centrum Nederland  (blz. 31)
"Nieuwe kernbrandstof vermindert radioactief afval"
"Thorium is een interessante brandstof, omdat de Thoriumvoorraad op aarde voldoende is voor enkele duizenden jaren. De radiotoxiteit van Thorium is een factor 10 tot 100 keer lager in alle stadia van de cyclus dan Uranium"

Het lijkt er op, dat Thorium toch wel problematisch is. De techniek is ingewikkeld en er is nog veel onderzoek nodig. Als alles meezit zou er over 20 jaar een eerste centrale in Europa operationeel kunnen zijn. Realistischer is een termijn van 40 jaar. Dat is te laat om daarmee het CO2-probleem op te lossen. Maar misschien "Beter laat dan nooit".
zie ook:
Thoriumreactor
Thorium - een goed idee?
thorium weer in beeld als duurzame energiebron
thorium reactor heeft nodige haken en ogen
Thorium: kernenergie zonder afval

Kernfusie?
De schone kernfusie laat wel erg lang op zich wachten. "Ze" zijn daar al meer dan een halve eeuw mee bezig. De meest optimistische schatting is, dat in 2050 de eerste commercieel werkende kernfusie centrale operationeel zal zijn. Men zal tegen die tijd wel met praktische resultaten moeten komen, want ook de voor­raad splijtbaar Uranium voor het bestaande type kern­centrales is beperkt en slechts voldoende voor de komende 75 jaar  (bij het huidige verbruik).
Kweekreactoren, waarbij 60 tot 100 keer efficiënter met de splijtstof wordt om­ge­gaan, mogen er van de milieuactivisten niet komen. (Kalkar)


Een vertragende factor voor de invoering van kernenergie zou een sterke bezuiniging op het
energieverbruik kunnen zijn. Helaas zal dat niet werken.
Iedereen denkt:

Stom hè, ik vind het gewoon:
lekker
leuk

gemakkelijk
lekker warm    
lekker koel
vlees, kasgroente, diepvriesprodukten, uit de tropen aangevoerd fruit
vlieg- en autovakanties, veel kinderen, de TV (die de hele dag aanstaat),
langdurig douchen
de auto, koelkast, (af)wasmachine, wasdroger
centrale verwarming
airconditioning

zie ook:
We redden het niet zonder kernenergie
Het zure lot van kernenergie






Enkele feiten, berekeningen en wetenswaardigheden


Het energieverbruik in Nederland
• 





in 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur
bij een rendement van 40% was voor de opwekking hiervan 288 miljard kilowatt-uur primaire
energie nodig
het totale primaire energieverbruik, nodig voor verwarming, de industrie, auto's en de opwekking
van elektriciteit was 900 miljard kilowatt-uur.
dat is ruim 3 keer zoveel primaire energie als nodig is voor de opwekking van alleen elektriciteit
 

Het rendement van de produktie van elektriciteit tot aan het stopcontact
• 



het gemiddelde rendement van de opwekking van elektriciteit = 49%  (STEG en conventioneel)
het elektriciteitstransport via hoogspanningsleidingen = 95%
de omzetting van de hoogspanning naar laagspanning = 95%
het elektriciteitstransport via het laagspanningsnet naar het stopcontact van de verbruiker = 92%
 
Het totale rendement is  49% × 95% × 95% × 92% = 40%

Het rendement van de produktie van benzine tot aan de benzinepomp
• 



oppompen uit de oliebron = 97%
vervoer naar de raffinaderij = 99%
het raffinageproces = 85%
het vervoer naar de benzinepomp = 99%  
Het totale rendement is  97% × 99% × 85% × 99% = 80%


Het massa-energie equivalent

•  E =  mc2  (Einstein)
•  m =  1 kilogram massa
•  c =  de lichtsnelheid =  3 × 108 meter / seconde
•  c2 =  9 × 1016 meter2 / seconde2
•  1 joule = 1 kilogram × meter2 / seconde2
•  E =  1 × 9 × 1016 joule =  90000 × 109 kilojoule
•  1 kilowatt-uur =  3600 kilojoule
•  E =  (90000 × 109) / 3600 =  25 miljard kilowatt-uur  
dus:
  1 kilogram massa is equivalent aan 25 miljard kilowatt-uur  


Massa en gewicht

Massa is een maat voor de hoeveelheid materie. Gewicht is de kracht waarmee materie door de zwaartekracht van de aarde wordt aangetrokken. Op de aarde is de zwaartekracht niet overal even groot en het gewicht dus ook niet. De massa is wel overal hetzelfde. Het gewicht van massa is gedefinieerd bij een versnelling van de zwaartekracht van 9,81 meter per seconde2.
De eenheid van massa is de kilogram



De zon

Bijna alle energie op aarde is afkomstig van de zon
Bijna alle energiebronnen op aarde (aardolie, aardgas, steenkool, biomassa, wind- en waterkracht) vinden hun oorsprong in zonne-energie. Uitzonderingen zijn: geothermische energie, kernenergie en energie afkomstig van de maan. (getijdencentrales).
De meest directe energiebron is de licht- en warmtestraling van de zon. Deze energiebron is schoon en onuitputtelijk en daar zullen we het in de verre toekomst voor een groot deel van moeten hebben. De energie die de zon uitstraalt wordt opgewekt door kernfusie.
Elke seconde wordt in de zon 4,27 miljard kilogram massa omgezet in energie. Kernfusie zal op aarde misschien ook een grote rol gaan spelen bij de energie-opwekking.


Berekening van de hoeveelheid energie die de zon in 1 seconde uitstraalt
•  de afstand van de aarde tot de zon is 150 miljoen kilometer
•  buiten de dampkring en bij loodrechte instraling is het stralingsvermogen van de zon
   1,36 kilowatt per vierkante meter  (dat is de zonneconstante)
•  het totale stralingsvermogen van de zon is dus: de zonneconstante vermenigvuldigd
   met de oppervlakte van een bol met een straal van 150 miljoen kilometer
•  r = de straal van de bol = 150 × 109 meter
•  de oppervlakte van de bol = 4 π r2 = 4 π × 1502 × 1018 vierkante meter
•  de totale hoeveelheid energie die de zon in 1 seconde uitstraalt
   = 1,36 × 4 π × 1502 × 1018 × 1 kilowatt-seconde
•  1 kilogram massa = 25 × 109 × 3600 kilowatt-seconde
•  de energie die de zon in 1 seconde uitstraalt is equivalent aan:
   (1,36 × 4 π × 1502 × 1018 × 1) / (25 × 109 × 3600) = 4,27 miljard kilogram massa
 

In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur. Dat is equivalent
aan 4,6 kilogram massa. De hoeveelheid energie die de zon in 1 seconde uitstraalt is dus
bijna 1 miljard keer zoveel als het totale elektriciteitsverbruik van Nederland in 1 jaar.

De totale hoeveelheid zonne-energie die op de aarde wordt ingestraald
•  de totale hoeveelheid ingestraalde zonne-energie is gelijk aan wat loodrecht valt op een
   cirkelvormig vlak met de straal van de aarde  (de straal r = 6400 kilometer)
•  de oppervlakte van dat cirkelvormig vlak is: π r2 = 3,14 × 40 × 1012 vierkante meter
•  ter hoogte van het aardoppervlak is het vermogen van de zonnestraling 1 kilowatt per
   vierkante meter
•  per vierkante meter per jaar is de ingestraalde zonne-energie
   1 kilowatt × 24 uur × 365 dagen = 8760 kilowatt-uur
•  per jaar is de totale hoeveelheid ingestraalde zonne-energie op het cirkelvormige vlak
   dus: 3,14 × 40 × 1012 × 8760 = 11 000 × 1014 kilowatt-uur
•  in 2014 was het wereldverbruik van primaire energie 1,6 × 1014 kilowatt-uur
 

Per jaar is de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie dus 7000 keer zoveel als het
wereldverbruik van primaire energie.

Door sommige mensen wordt de conclusie getrokken, dat er dus geen energieprobleem is.
Men moet daarbij wel het volgende bedenken:
• 





het aardoppervlak bestaat voor 71% uit water, de instraling op de resterende 29% is dus
0,29 × 7000 = 2000 keer het wereldverbruik van primaire energie
een groot deel van de zonne-energie wordt tegengehouden door de bewolking
voor de opwekking van elektriciteit door zonne-energie, zijn gigantische oppervlakten nodig  
er bestaat nog geen efficiënt, grootschalig systeem voor de opslag van zonne-energie
het rendement van de omzetting van zonne-energie naar elektriciteit is laag

Verdeling van het vaste aardoppervlak
vaste aardoppervlak

Globale berekening van de landoppervlakte, die in de Sahara nodig is om met zonnepanelen
het finale wereld energieverbruik op te wekken

•  het finale wereld energieverbruik in 2014 was 110 × 1012 kilowatt-uur
•  een zonnepaneel in de Sahara levert ongeveer 300 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
•  netto is voor het wereld energieverbruik nodig  (110 × 1012) / 300 = 3,7 × 1011 vierkante meter  
•  dat is 370 000 vierkante kilometer
•  er moeten paden tussen de panelen zijn voor bereikbaarheid, onderhoud en hulpapparatuur
•  de bruto oppervlakte is daarom 3 keer zo groot, dus ruim 1 miljoen vierkante kilometer
•  dat is een vierkant van 1000 × 1000 kilometer = 25 keer de oppervlakte van Nederland

Om 1 centrale van 600 megawatt te vervangen door zonnepanelen is in Nederland een
oppervlakte van 80 vierkante kilometer nodig

• 





de energie-opbrengst van een centrale van 600 megawatt is 4,2 miljard kilowatt-uur per jaar
een zonnepaneel in Nederland levert ongeveer 150 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
voor de vervanging van de centrale zijn dus netto 28 vierkante kilometer zonnepanelen nodig
de panelen mogen niet in elkaars schaduw staan
er moeten paden tussen de panelen zijn voor bereikbaarheid, onderhoud en hulpapparatuur
de bruto oppervlakte is daarom 3 keer zo groot, dus ruim 80 vierkante kilometer
 
zie ook:  Waldpolenz Solar Park en  Topaz zonnepark

De WakaWaka  led-lamp en smartphone lader
• 






stel, het gemiddelde vermogen van de zonnestraling is 500 watt per vierkante meter  
dat is 0,05 watt per vierkante centimeter
de zonnecel heeft een effectieve oppervlakte van 50 vierkante centimeter
het rendement van de zonnecel is 20%
het vermogen van de zonnecel is dan 0,5 watt
de accu van een iPhone heeft een energie-inhoud van 5 watt-uur
het volledig opladen duurt dan minimaal 10 uur

Enkele eigenschappen van licht
• 






licht plant zich (rechtlijnig) voort door middel van elektromagnetische golven
(en dus niet door "ethergolven")
licht bereikt een waarnemer altijd met de lichtsnelheid  (in vacuüm)
het maakt daarbij niet uit, of een lichtbron (bijvoorbeeld een ster) beweegt ten opzichte
van de waarnemer, of dat de waarnemer beweegt ten opzichte van een lichtbron.
de lichtsnelheid (in vacuüm) ten opzichte van de waarnemer is altijd in alle richtingen
300 000 kilometer per seconde en wordt daarom aangeduid met de letter c (= constant)  

Bestaat de ether?
De aarde draait met een snelheid van 30 kilometer per seconde in een baan om de zon. Vroeger dacht men dat het heelal geheel gevuld was met "ether" en dat het licht zich door die ether voortplantte. De consequentie daarvan zou dan moeten zijn, dat de lichtsnelheid die op aarde wordt gemeten, afhankelijk is van de beweging van de aarde ten opzichte van de ether. (in analogie met het gedrag van geluidsgolven in lucht).
Om deze veronderstelling te toetsen, maakten Michelson en Morley in 1887 een interferometer. Hiermee kon het verschil in lichtsnelheid, in de richting van de baan om de zon en loodrecht daarop, zeer nauwkeurig worden gemeten. De uitkomst van de metingen was zeer verrassend:
de lichtsnelheid is in alle richtingen altijd hetzelfde. De conclusie moet daarom zijn, dat er geen ether bestaat.


Alle elektromagnetische golven, dus ook radiogolven, planten zich voort met de snelheid
van het licht

Het feit dat de lichtsnelheid constant is, heeft veel toepassingen mogelijk gemaakt, zoals:
• 


de relativiteitstheorieën van Einstein
de moderne sterrenkunde
GPS  (= global positioning system)
 

De energiedichtheid van zonlicht
•  buiten de dampkring is het vermogen van het zonlicht 1,36 kilowatt per vierkante meter
   (dat is de zonneconstante)
•  in 1 uur wordt dan een hoeveelheid energie ingestraald van 1,36 kilowatt-uur per vierkante meter
•  de lichtsnelheid is 300 000 kilometer per seconde
•  in 1 uur legt het licht een afstand af van 3600 × 300 000 kilometer = 1012 meter
•  de energiedichtheid van zonlicht is dus 1,36 kilowatt-uur per 1012 kubieke meter
   (1012 kubieke meter is een kubus met een ribbe van 10 kilometer)
 

Zonne-energie bij de Evenaar
Bij de Evenaar is de daglengte het gehele jaar 12 uur. In de lente en de herfst staat de zon lood­recht boven de Evenaar.De hoeveelheid zonne-energie, die in een etmaal bij een volkomen wolkenloze hemel op een horizontaal geplaatst zonne­paneel valt, is dan gelijk aan 24 uur / π = 7,6 uur volle zon. In de zomer en de winter, staat de zon loodrecht boven een keerkring en dan is de instraling op de Evenaar iets minder.
De produktiefactor gedurende een etmaal en dus ook gedurende een jaar, komt daarmee op 31,8%. In Nederland is dit 11,4%. Bij de Evenaar is de pro­duk­tiefactor dus maar 3 keer zo groot als in Nederland.


Zonnestraling in Nederland in 1999
(kilojoule per vierkante centimeter per jaar)

  dec.  jan.  febr. 

  mrt.  apr.  mei 

  juni  juli  aug. 

  sept.  okt.  nov. 

26

119

159

58

• 



totaal: 26 + 119 + 159 + 58 = 362 kilojoule per vierkante centimeter per jaar
dat is 3620 000 kilojoule per vierkante meter per jaar  
1 kilowatt-uur = 3600 kilojoule
in 1999 was de hoeveelheid ingestraalde energie dus 1006 kilowatt-uur per vierkante meter  
In dit verhaal wordt gerekend met een energie-instraling van 1000 kilowatt-uur per vierkante
meter per jaar
. Dat is gemiddeld 2,7 kilowatt-uur per vierkante meter per dag
bron:  "Statistisch Jaarboek 2001"
zie ook:  zoninstraling in nederland


De Leopoldhove

De Leopoldhove in Zoetermeer, is een zorginstelling met bijbehorende woningen. Op de daken van het complex ligt een groot aantal zonnepanelen. In de hal van het hoofdgebouw, kan men de energie-opbrengst van deze panelen op een display aflezen.


Enkele gegevens van de Leopoldhove
• 



606 panelen met een totale oppervlakte van 770 vierkante meter  
de jaaropbrengst is 64 000 kilowatt-uur
de jaaropbrengst per vierkante meter is 83 kilowatt-uur
de gemiddelde dagopbrengst is 175 kilowatt-uur

Overzicht van de maandelijkse opbrengst van de Leopoldhove  (2010)


  kilowatt-uur  

  procenten  

  januari

  1040

  1,6

  februari

  1582

  2,5

  maart

  5244

  8,2

  april

  8454

13,3

  mei

11216

17,6

  juni

10301

16,2

  juli

  9544

14,9

  augustus

  6801

10,7

  september  

  4933

  7,7

  oktober

  3357

  5,3

  november

    959

  1,5

  december

    348

  0,5

  totaal

63779

100,0  

In mei was de energie-opbrengst 32 keer zoveel als in december. In maart t/m augustus was
de energie-opbrengst 80% van de jaaropbrengst en in september t/m februari 20%  (afgerond)

Vergelijking van de dagopbrengst van de Leopoldhove bij een onbewolkte en een
bewolkte hemel
 (2010)

onbewolkt

bewolkt

      3 juni             520 kilowatt-uur    

11 juni             63 kilowatt-uur

16 november   101 kilowatt-uur

    27 november     3 kilowatt-uur    

In de zomer was de dagopbrengst bij een onbewolkte hemel ruim 8 keer zoveel als bij een
bewolkte hemel. In de winter was die verhouding een factor 34 en gedurende het jaar 173.

Dagopbrengst van de Leopoldhove  (kilowatt-uur in 2010)
Leopoldhove


Daglengte in Nederland

Daglengte  (uren per dag, van zonsopgang tot zonsondergang)
daglengte

Daglengte  (uren per dag, van zonsopgang tot zonsondergang)

2018

    daglengte    

  08 januari
  30 januari
  15 februari
  03 maart
  18 maart
  01 april
  16 april
  03 mei
  21 mei
  20 juni
  21 juli
  09 augustus
  26 augustus
  10 september  
  25 september
  10 oktober
  26 oktober
  11 november
  04 december
  21 december

08 uur
09 uur
10 uur
11 uur
12 uur
13 uur
14 uur
15 uur
16 uur
  16 uur 45 min.  
16 uur
15 uur
14 uur
13 uur
12 uur
11 uur
10 uur
09 uur
08 uur
  07 uur 44 min.  

bron:  heavens above

Met daglengte wordt de tijd bedoeld die binnen een etmaal verstrijkt tussen het moment waarop het eerste deel van de zon boven de horizon uitkomt (zons­opgang) en het moment waarop het laatste deel van de zon achter de horizon verdwijnt (zonsondergang).


Begin van de lente, zomer, herfst en winter  (2018)


    gebeurtenis

    positie van de zon  

H

    20 maart

    lente equinox

    boven de evenaar

    37,9 graden    

    21 juni

    zomer wende

    noorder keerkring

61,4 graden

    23 september  

    herfst equinox  

    boven de evenaar

37,8 graden

    21 december

    winter wende

    zuider keerkring

14,5 graden

H = de hoogste stand van de zon, midden op de dag, in Nederland
bron:  heavens above


Windenergie

Iedereen is er voorstander van, totdat er een windmolen in de buurt komt te staan
NIMBY ofwel  Not In My Back Yard.
Men ervaart of verwacht de volgende bezwaren:
• 









lawaai
het zonlicht kan bij een bepaalde stand van de zon hinderlijk worden onderbroken door de
ronddraaiende wieken  (een paar uur per jaar)
de ronddraaiende wieken veroorzaken soms storing bij straalverbindingen, in de ontvangst
van "aardse" televisiezenders en bij (scheeps)radar
horizonvervuiling  (eindeloze woonwijken aan de horizon zijn geen probleem)
vogels vliegen zich tegen de wieken te pletter
bij windmolenparken in zee: aantasting van de fauna en flora op de zeebodem
bij grote windmolenparken in zee gaat het boven land minder regenen en waaien, terwijl ook
de golfslag vermindert.
 

Globale berekening van het aantal windmolens dat nodig zou zijn om het finale
wereld energieverbruik op te wekken

•  het finale wereld energieverbruik in 2014 was 110 × 1012 kilowatt-uur
•  de grootste windmolen ter wereld levert 21 × 106 kilowatt-uur per jaar
•  voor het wereld energieverbruik zouden dus nodig zijn:
   (110 × 1012) / (21 × 106) = 5 miljoen molens van het type "grootste ter wereld"  


Vergelijking van zonne- en windenergie

zonne-energie  Het Waldpolenz Solar Park
• 





550 000 elektrische zonnepanelen
het totale vermogen is 52 megawatt
de produktiefactor is 11,4%
de grondoppervlakte is 1,2 vierkante kilometer
de energie-opbrengst is 52 000 megawatt-uur per jaar
dat is 43 333 megawatt-uur per vierkante kilometer per jaar  

In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur.
Daarvoor is dus nodig 115­ 000­ 000­ / 43 333 = 2 654 vierkante kilometer
zonnepanelen, een oppervlakte van 51 × 51 kilometer

windenergie  Het Gemini windmolenpark
• 





150 windturbines van 4 megawatt
het totale vermogen is 600 megawatt
de produktiefactor is 49%
de oppervlakte van het park is 68 vierkante kilometer
de energie-opbrengst is 2 600 000 megawatt-uur per jaar
dat is 38 235 megawatt-uur per vierkante kilometer per jaar  

In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur.
Daarvoor is dus nodig 115­ 000­ 000­ / 38 235 = 3 008 vierkante kilometer
windturbines, een oppervlakte van 55 × 55 kilometer

enkele eigenschappen van zonne-energie
• 





in de winter levert zonne-energie weinig op en 's nachts niets, terwijl de energiebehoefte dan
juist groot is
zonne-energie is niet realiseerbaar op zee
bij zonne-energie op land is de hierdoor gebruikte oppervlakte niet beschikbaar voor andere
doeleinden
vast opgestelde zonnepanelen vragen weinig onderhoud
 

enkele eigenschappen van windenergie
• 




in de winter levert windenergie relatief veel op, terwijl de energiebehoefte dan ook groot is
windenergie is ook realiseerbaar op zee
bij een windmolenpark op land kan de oppervlakte worden gebruikt voor landbouw of er
kunnen koeien grazen
windmolens vragen veel onderhoud
 


Brandstoffen en CO2

Enkele brandstoffen:  zuurstofverbruik en verbrandingsprodukten
(kilogrammen)



  zuurstof  

  kooldioxide  

    water    

  1 kilogram koolstof

2,67

3,67

- - -

  1 kilogram methaan

4,00

2,75

2,25

  1 kilogram benzine

3,51

3,09

1,42

  1 kilogram dieselolie

3,47

3,12

1,35

  1 kilogram waterstof    

8,00

- - -

9,00

• 





de massa van brandstof + zuurstof = de massa van kooldioxide + water  
(wet van behoud van massa)
bij het verbranden van koolstof ontstaat alleen kooldioxide (CO2)
bij het verbranden van koolwaterstoffen (methaan, benzine en dieselolie)
ontstaat kooldioxide + water
bij het verbranden van waterstof ontstaat alleen water

De directe CO2-uitstoot bij de verbranding van enkele brandstoffen


  CO2-uitstoot  
(kilogram)

  energie-inhoud  
(kilowatt-uur)

kilogram CO2
  (per kilowatt-uur)  

  1 kilogram steenkool

2,6

  8,1

0,32

  1 kubieke meter aardgas  

1,8

  8,8

0,20

  1 liter benzine

2,4

  9,1

0,26

  1 liter dieselolie

2,7

10,0

0,27

• 



steenkool bevat 80% koolstof
1 kubieke meter aardgas heeft een massa van 0,83 kilogram en bevat 82% methaan
1 liter benzine heeft een massa van 0,72 kilogram
1 liter dieselolie heeft een massa van 0,84 kilogram  
 

De CO2-uitstoot "well-to-wheel" bij de verbranding van enkele brandstoffen


  CO2-uitstoot  
(kilogram)

  energie-inhoud  
(kilowatt-uur)

kilogram CO2
  (per kilowatt-uur)  

  1 kilogram steenkool

3,1

  8,1

0,38

  1 kubieke meter aardgas  

2,2

  8,8

0,25

  1 liter benzine

3,1

  9,1

0,34

  1 liter dieselolie

3,5

10,0

0,35

De CO2-uitstoot per kilowatt-uur, is bij de verbranding van benzine of dieselolie bijna net zoveel
als bij de verbranding van steenkool. Kolencentrales "mogen niet", maar de auto "moet".

De CO2 uitstoot, veroorzaakt door het personenauto verkeer in Nederland  (afgerond)
• 




in 2018 waren er 8,4 miljoen auto's in Nederland
stel, het gemiddelde verbruik was 1 liter benzine per 15 kilometer
bij 13 000 kilometer per jaar, is dat 870 liter benzine per auto
de directe uitstoot is dan 870 × 2,4 = 2100 kilogram CO2
8,4 miljoen auto's veroorzaken 8,4 × 2100 = 18 miljard kilogram CO2  

Hoe groot zou de CO2-uitstoot zijn, als de elektriciteit voor alle huishoudens wordt opgewekt
door kolencentrales?

• 


in 2018 was het gemiddelde elektriciteitsverbruik van een huishouden 3400 kilowatt-uur
voor 7,5 miljoen huishoudens is dat 64 miljard kilowatt-uur primaire energie
bij uitsluitend kolengestookte centrales ontstaat hierdoor 64 × 0,32 = 20 miljard kilogram CO2
 

Auto’s veroorzaken dus bijna net zoveel CO2, als huishoudens die elektriciteit gebruiken, afkomstig
van kolengestookte centrales.
Het is merkwaardig dat milieuactivisten protesteren tegen kolengestookte centrales, terwijl
ze zelf net als iedereen rustig in een auto rond­rijden
  (milieu-dominees)

De jaarlijkse bijdrage aan het broeikaseffect door koeien en auto's in Nederland  (2018)



uitstoot per koe of auto

totale uitstoot

  1,7 miljoen melkkoeien    

  4000 kilogram CO2-equivalent  

    7 megaton CO2-equivalent  

  8,4 miljoen auto's

  2100 kilogram CO2

  20 megaton CO2

• 




het CO2-equivalent van een melkkoe wordt vooral veroorzaakt door methaan uit de maag
en de mest. Het broeikaseffect van methaan is 25 keer zo sterk als van CO2
de jaarlijkse methaan-uitstoot van een koe heeft voor het broeikaseffect bijna 2 keer zo veel  
effect als de CO2 van een auto die 13 000 kilometer rijdt
in 2017 was de totale uitstoot van Nederland 163 megaton CO2
(1 megaton = 1 miljard kilogram)

zie ook:
methaan is veel schadelijker dan CO2
hoeveel CO2 stoot de mens eigenlijk per dag uit
koolstofdioxide
Laten we de auto of de biefstuk staan?
Methaanuitstoot koeien: over melk en het milieu


De CO2-uitstoot "well-to-plug" van elektriciteit

• 






bij de verbranding van 1 kubieke meter aardgas ontstaat 2,2 kilogram CO2  "well-to-wheel"
de energie-inhoud van 1 kubieke meter aardgas is 8,8 kilowatt-uur
het rendement van de produktie van elektriciteit door een gasgestookte centrale tot aan het
stopcontact is 40%
de hoeveelheid elektriciteit uit het stopcontact is dus 0,40 × 8,8 = 3,5 kilowatt-uur per kubieke
meter aardgas
1 kilowatt-uur uit het stopcontact veroorzaakt 2,2 / 3,5 = 0,630 kilogram CO2  "well-to-plug"
 


Het broeikaseffect

Veel mensen denken dat het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de energie die vrij komt bij de verbranding van de fossiele brandstoffen. Dat is niet het geval, want die hoeveelheid energie is verwaarloosbaar klein ten opzichte van de hoe­veelheid energie die door de zon op de aarde wordt ingestraald.
De zon straalt per jaar 7000 keer meer energie in, dan door menselijke activiteiten op aarde wordt opgewekt.
Het broeikaseffect wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de kooldioxide (CO2), die bij de verbranding van fossiele brandstoffen vrij komt en ook door de water­damp in de atmosfeer.
Deze broeikasgassen laten de zonne-energie op weg naar de aarde vrijwel onge­hin­derd door, terwijl de uitstraling van warmte afkomstig van de aarde grotendeels wordt tegengehouden. De aarde koelt minder af, naarmate er meer broeikas­gas­sen in de atmosfeer aanwezig zijn.
Het is echter de vraag, of het effect van kooldioxide (CO2) in dit proces wel zo groot is als tot nu toe wordt aangenomen. Dat is nog lang geen uitgemaakte zaak. Misschien hoort het "broeikaseffect" in dezelfde categorie thuis als "de zure regen" en "het gat in de ozonlaag". De toekomst zal het leren. Wel is duidelijk dat, hoe dan ook, het klimaat de laatste jaren sterk aan het veranderen is. Denk hierbij aan het wegsmelten van het ijs op de noordpool en het verdwijnen van de "eeuwige" sneeuw in de Alpen. Ook de winters zijn de laatste jaren (in Europa) opvallend warm. Bovendien heeft men vaker te maken met extreem weer, zoals hittegolven, lange perioden van droogte of juist zware regenval, orkanen en daarmee gepaard gaande overstromingen.
zie ook:  "Sustainable Energy - without the hot air"

Teletekst 10 mei 2013
De CO2-concentratie in de atmosfeer staat op een historisch hoogtepunt. Voor het eerst sinds de metingen begonnen in de jaren 50 is de grens van 400 ppm (CO2-deeltjes per 1 miljoen moleculen) overschreden. Wetenschappers zien de grens van 400 ppm als een teken dat het maar niet lukt het broeikaseffect af te remmen. (zouden ze misschien zelf óók in een auto rond rijden?)

Teletekst 29 augustus 2015
Door de opwarming van de aarde is de hoeveelheid ijs op de Noordpool in de afgelopen dertig jaar al met 65% afgenomen. Op de Noordpool gaat de opwar­ming sneller dan in de rest van de wereld. Wereldwijd is de temperatuur sinds eind 19e eeuw met 0,9 graad gestegen. Op de Noordpool is de stijging ruim 2 graden.

Teletekst 30 oktober 2017
De hoeveelheid broeikasgas neemt explosief toe. Volgens het meteorologisch bureau van de VN is in 2016 het hoogste niveau in 800 000 jaar bereikt. De CO2 nam met 50% toe vergeleken met het gemiddelde van de afgelopen 10 jaar. Als de opwarming in dit tempo doorgaat, worden de klimaatdoelen van Parijs niet gehaald


De effectieve hoogte van de atmosfeer
• 






de soortelijke massa van lucht is 1,29 kilogram per kubieke meter bij een druk van 1 atmosfeer.
1 atmosfeer is een druk van 1 kilogram per vierkante centimeter = 10 000 kilogram per vierkante
meter.
de effectieve hoogte van de atmosfeer is dus 10 000 / 1,29 = 8000 meter
de luchtdruk neemt af met de hoogte  (steeds minder snel naarmate de hoogte toeneemt)
op een hoogte van 5500 meter is de druk 0,5 atmosfeer
op 10,5 kilometer hoogte, waar het meeste vliegverkeer plaatsvindt, is de druk nog 0,25 atmosfeer
 
Op zeeniveau geeft 1 meter hoogteverschil een drukverandering van 1 / 8000 atmosfeer
= 1/8 gram per vierkante centimeter. Dat kan men goed meten met een digitale hoogtemeter


Lichtbronnen

Vergelijking diverse lichtbronnen


    watt    

  lumen  

  lumen per watt  

  lichtrendement  

  gloeilamp

75

  930

  12

  5%

  spaarlamp  

23

1550

  67

29%

  TL-buis

51

4800

  94

41%

  led-lamp

16

1600

100

44%

• 





de lichtstroom van een lichtbron wordt gemeten in lumen
met het aantal lumen per watt kan het lichtrendement worden berekend  
bij 228 lumen per watt is het lichtrendement 100%
(dat geldt, als men rekening houdt met de ooggevoeligheidskromme)
het lichtrendement van een lichtbron is dus:
(het aantal lumen per watt / 228 lumen per watt) × 100%

Spaarlampen
• 











een spaarlamp is een opgevouwen of opgerolde fluorescentiebuis, met een voorschakelapparaat
in de lampvoet
de levensduur van spaarlampen valt nogal tegen, vooral als ze vaak in- en uitgeschakeld worden
Dan wordt meestal nog niet eens 1 jaar gehaald. Dit in tegenstelling tot gewone gloeilampen die
veel langer meegaan
een spaarlamp kan slechts 2500 keer in- en uitgeschakeld worden. Bij een brandduur van
3 minuten per keer, (bijvoorbeeld op de WC), is de levensduur 125 uur
bij een brandduur van 4 uur per keer haalt men 10 000 uur
het hangt dus van de toepassing af, wat de beste keus is, een spaarlamp of een gloeilamp
na inschakelen duurt het enkele minuten voordat de lichtopbrengst maximaal is
op de verpakking van de lamp staat, dat de levensduur 8 jaar is, maar men mag blij zijn als de
helft wordt gehaald.
 

Tussen 2009 en 2012 is de gloeilamp gefaseerd uit de handel genomen. Hierdoor is het CO2 probleem een (heel klein) beetje kleiner geworden, want het energie­verbruik van de verlichting is slechts 4% van het totale energieverbruik. De spaar­lamp bevat, evenals de TL-buis, schadelijke stoffen (o.a. kwik) en moet daarom als klein chemisch afval worden behandeld. Spaarlampen veroorzaken, evenals TL-buizen en led-lampen, storing in radio-apparatuur. Gloeilampen doen dat niet.


Enkele overwegingen bij led-lampen   (led = light emitting diode)
• 











een led-lamp geeft vaak gebundeld licht. Het rendement lijkt daardoor hoger dan het is. Dat
kan dan ook niet rechtstreeks worden vergeleken met een "bolstraler" zoals een spaarlamp
het rendement wordt nadelig beïnvloed door de omzetting van de netspanning naar de lage
brandspanning van de led's  (meestal 2 tot 5 volt) en de slechte arbeidsfactor
de voordelen van de led-lamp zijn de kleine afmetingen, de levensduur en de schokbesten-
digheid. Bovendien is na inschakelen van de led-lamp het licht onmiddellijk op volle sterkte
(net zo snel als bij een gloeilamp).
voor ruimteverlichting lijken led-lampen nog niet erg geschikt. Wel zijn ze geschikt voor
traatverlichting, decorverlichting, speciale lichteffecten, backlight van TV-schermen en bij
toepassingen waarbij gekleurd licht gewenst is
in vergelijking met kleine gloeilampjes, zoals bijvoorbeeld in zaklantaarns en in het achterlicht
van een fiets, is het rendement van led's zeer hoog
 

Led-lampen
Bij Ikea is een led-lamp van 16 watt te koop. De lichtstroom is 1600 lumen, dat is 100 lumen per watt. De kleurtemperatuur is 2700 kelvin. Het licht­rendement is dus 44% en daarmee hoger dan van een TL-buis. Het licht wordt gelijkmatig in alle richtingen uitgestraald.
Het begint dus eindelijk wat te worden met de led-verlichting. (2018). Het groot­ste deel van de toegevoerde energie verdwijnt in het koellichaam van de led. De fitting van de lamp wordt daar­door zo heet, dat men die niet langdurig kan vast­pakken.
In 1992 had ik al een zaklantaarn met witte led's. Men kan dus (na 25 jaar) moei­lijk spreken van een “stormachtige” ontwikkeling van de led-verlichting

Led's als backlight voor TV-schermen
Bij de toepassing van led's als backlight voor TV-schermen, wordt gebruik ge­maakt van de eigenschap, dat led's traagheidsloos kunnen worden geschakeld. Het backlight kan daardoor worden meegemoduleerd met de beeldinhoud. Hierdoor kan een zeer hoge contrastverhouding van het beeld worden bereikt. Bovendien is het energieverbruik dan laag, omdat de led's gemiddeld maar een deel van de tijd op volle sterkte branden. Dit in tegenstelling tot backlight met fluorescentiebuizen. Bovendien kunnen beeldschermen met led-backlight veel dunner zijn. Bij de nieuwste led-TV van Philips wordt het backlight verzorgd door meer dan 1000 led's.

Teletekst 23 september 2014
Philips gaat zich opsplitsen in twee aparte, zelfstandige bedrijven, één voor ver­lichting en één voor gezondheid en consumentenelektronica. De lichtdivisie zal zich toeleggen op innovatieve licht­oplossingen en projecten. De led-produktie wordt van de hand gedaan. (?)



Vliegtuigen


  max. aantal  
passagiers

leeg
  gewicht  

  brandstof  
gewicht

max.
  take-off  

  vliegbereik  
kilometers

  km / liter /  
passagier

  Boeing 747  

524

 181 ton 

 173 ton 

 396 ton 

13 445

32,5

  Airbus  380  

840

275 ton

261 ton

540 ton

14 450

37,2

de soortelijke massa van kerosine = 0,8 kilogram per kubieke decimeter

Een vliegtuig met een straalmotor
Sommige mensen denken dat een straalmotor (of een raketmotor) zich "afzet" tegen de lucht. Dat is niet het geval en een raketmotor (die zijn eigen zuurstof meeneemt) werkt zelfs beter in het luchtledige.
De propeller van een vliegtuig "zet zich af" tegen de omringende lucht. Een straal­motor "zet zich af" tegen de gassen die hij zelf uitstoot.

• 








de werking van een straalmotor (en de raketmotor) berust op het principe van  actie = reactie
(3e wet van Newton)
in de straalmotor verbrandt kerosine met zuurstof uit de lucht.
de stuwkracht ontstaat doordat de massa van de verbrandingsprodukten + de lucht via de
"bypass" met hoge snelheid wordt uitgestoten door de straalmotor.
bij de straalmotor van een Jumbo, een turbofan, is de hoeveelheid lucht die via de bypass langs
de verbrandingsruimte stroomt, 5 keer zoveel als voor de verbranding van de kerosine nodig is
de uitstroomsnelheid van de verbrandingsprodukten + de lucht via de bypass is ongeveer
285 meter per seconde
 

In onderstaande rekenvoorbeelden wordt gemakshalve aangenomen dat de soor­te­lijke massa van CO2, waterdamp, stikstof en lucht hetzelfde is.
Bovendien wordt het effect van het aanzuigen van lucht door de inlaat van de straal­motor, de snelheid ten opzichte van de omgevende lucht en het rendement buiten beschou­wing gelaten


Rekenvoorbeeld van een Jumbo die van de startbaan opstijgt
•  een Jumbo met een massa van 300 000 kilogram versnelt op de startbaan in 55 seconden naar
   de "take off" snelheid van 290 kilometer per uur
•  m = 300 000 kilogram   t = 55 seconden   v = 80 meter per seconde
•  de (gemiddelde) versnelling  a  is dan 1,5 meter per seconde2   (v = at)
•  de afgelegde weg  S = ½ × 1,5 × 552 = 2270 meter   (S = ½ at2)
•  de kinetische energie  E = ½ × 300 000 × 802 = 960­ 000­ 000­ joule = 960 000 kilojoule
   = 267 kilowatt-uur   (E = ½ mv2)
 

Rekenvoorbeeld van een straalmotor
• 








voor de verbranding van 1 kilogram kerosine is 3,47 kilogram zuurstof nodig, dus 17,35 kilogram
lucht  (lucht bevat 20% zuurstof en 80% stikstof)
hierbij komt nog de massa van 1 kilogram kerosine, totaal dus 18,35 kilogram
de massa van de lucht die via de bypass langs de verbrandingsruimte stroomt is
5 × 17,35 = 86,75 kilogram
bij de verbranding van 1 kilogram kerosine per seconde is de totale uitstoot dus 105 kilogram per
seconde
bij een uitstroomsnelheid van 285 meter per seconde is de stuwkracht:
105 × 285 = 30 000 kilogram-meter per seconde2 = 30 000 newton
 

Brandstofverbruik van een Jumbo tijdens het opstijgen
•  voor de versnelling van 1,5 meter per seconde2 van een Jumbo met een massa van 300 000
    kilogram is een stuwkracht nodig van 450 000 newton  (kracht = massa × versnelling)
•  de verbranding van 1 kilogram kerosine per seconde levert een stuwkracht van 30 000 newton
•  voor een stuwkracht van 450 000 newton is dus 15 kilogram kerosine per seconde nodig
•  de totale stuwkracht wordt bij een Jumbo geleverd door 4 motoren  
 

Het brandstofverbruik is tijdens het opstijgen 5 keer zo veel als bij de kruissnelheid
• 





het verbruik van een Jumbo bij de kruissnelheid van 900 kilometer per uur is 15 liter kerosine
per kilometer  (15 liter = 12 kilogram)
900 kilometer per uur = 1 kilometer in 4 seconden
het verbruik bij de kruissnelheid is dus 12 kilogram in 4 seconden
tijdens het opstijgen is het verbruik 15 kilogram in 1 seconde
dat is per seconde dus 5 keer zo veel als bij de kruissnelheid
 


Elektrische trein

• 










de basisuitvoering van de Dubbeldekker bestaat uit 4 wagons
het bruto vermogen van de trein is 1890 kilowatt
de spanning op de bovenleiding is tegenwoordig 1800 volt
deze trein verbruikt bij vol vermogen dus een stroom van ruim 1000 ampère en vertegenwoordigt
daarbij een weerstand van ongeveer 2 ohm
de (gelijk)stroom, afkomstig van een voedingsstation, wordt via de bovenleiding aan de trein
toegevoerd
de rails vormt de retourleiding
de totale weerstand van 10 kilometer bovenleiding + rails is ongeveer 0,2 ohm
de afstand tussen 2 voedingsstations is maximaal 20 kilometer. De trein is dus nooit verder dan
10 kilometer van een voedingsstation verwijderd.
 

Op drukke trajecten is de afstand tussen de voedingsstations kleiner. De totale koperdoorsnede van de bovenleiding bij dubbel spoor is 10 vierkante centimeter. Dit wordt verkregen door parallelschakeling van alle draden (8 stuks) die boven de rails hangen.
(per spoor: 1 versterkingsleiding, 1 draag­kabel en 2 rijdraden)


Het energieverlies in de bovenleiding van een trein
• 





in Nederland rijden de elektrische treinen op 1800 volt gelijkspanning (nominaal 1500 volt)
het energieverbruik van een trein = spanning × stroom × tijd
als men, bijvoorbeeld de spanning 5 keer zo hoog zou maken, dan zou de stroom bij hetzelfde
energieverbruik 5 keer zo klein worden
het energieverlies in de bovenleiding is evenredig met het kwadraat van de stroom
de verliezen zouden dan dus 25 keer zo klein worden
 

Desondanks ziet het er niet naar uit, dat men bij het Nederlandse spoor­wegnet ooit een hogere voedingsspanning zal gaan toepassen. Alleen op de trajecten van de Betuwelijn en de Hoge Snelheid Lijn wordt 25 kilovolt wisselspanning toege­past.



Fietsen

Vermogen en energie bij het fietsen op een vlakke weg, rechtop zittend en bij windstil weer
A = het vermogen, nodig voor het overwinnen van de mechanische weerstand
B = het vermogen, nodig voor het overwinnen van de luchtweerstand
C = het totaal benodigde vermogen
D = de energie per kilometer

snelheid

A

B

C

D

10 km/uur

  8 watt

    7 watt

  15 watt

  1,5 watt-uur

20 km/uur

18 watt

  56 watt

  74 watt

  3,7 watt-uur

30 km/uur

32 watt

189 watt

221 watt

  7,4 watt-uur

   40 km/uur   

   52 watt   

   448 watt   

   500 watt   

   12,5 watt-uur   

• 







een goed getrainde fietser, kan continu een vermogen van 130 watt leveren. Daarmee wordt
bij windstil weer, op een toerfiets, een snelheid van 25 kilometer per uur bereikt
met een ligfiets haalt men bij hetzelfde vermogen 32 kilometer per uur
een wielrenner kan continu 300 watt leveren. Op een racefiets is dat goed voor een snelheid
van 40 kilometer per uur
Lance Armstrong haalde ooit 450 watt. Daarmee was hij in staat om de "Alpe d'Huez" in
38 minuten te "beklimmen". Het hoogteverschil bedraagt daarbij 1061 meter en de afgelegde
afstand is 13,8 kilometer. De gemiddelde snelheid was dus 21,8 kilometer per uur
 
zie ook:  fietstheorie en online rekenmodel

Het vermogen, nodig voor het overwinnen van de luchtweerstand, is evenredig met de 3e macht
van de snelheid van een voertuig (zie kolom B van bovenstaande tabel)
• 




energie = luchtweerstand × afgelegde weg
vermogen = energie / tijd
dus vermogen = luchtweerstand × snelheid
de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid
het vermogen is dus evenredig met de 3e macht van de snelheid
 

De energie, die verbruikt wordt voor het overwinnen van de luchtweerstand over dezelfde afstand,
is evenredig met de 2e macht van de snelheid
• 


energie = luchtweerstand × afgelegde weg
de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid  
dus de energie is evenredig met de 2e macht van de snelheid
Voorbeeld:
Een fietser die 30 kilometer per uur rijdt, verbruikt voor het overwinnen van de luchtweerstand
1,52 = 2,25 keer zoveel energie, als wanneer hij 20 kilometer per uur rijdt en daarbij dezelfde
afstand aflegt.

Wind bij fietsen is altijd nadelig, als men op de plaats van vertrek terug wil keren
rekenvoorbeeld:
• 





stel, de afstand is 30 kilometer heen en 30 kilometer terug
geen wind,  fietssnelheid 20 km/uur, de fietser is 3 uur onderweg
een wind van 10 km/uur,  mee of tegen
Bij dezelfde snelheid t.o.v. de wind, ondervindt de fietser steeds dezelfde luchtweerstand. Heen
(wind mee) 30 km/uur en terug (wind tegen) 10 km/uur. Nu is de fietser 1 + 3 = 4 uur onderweg
De hoeveelheid geleverde energie is nu 4 / 3 = 1,33 keer zo veel als bij windstil weer
 

Ook bij zijwind moet een fietser meer energie leveren dan bij windstil weer
rekenvoorbeeld:
• 












stel, de zijwind is net zo sterk is als de rijwind
de luchtsnelheid van de resultante van de zijwind en de rijwind is dan √ 2 keer zo groot als de
luchtsnelheid in de rijrichting
de resultante maakt een hoek van 45 graden met de rijrichting
dat is dus een tegenwind, onder een hoek van 45 graden
de luchtweerstand is evenredig met het kwadraat van de luchtsnelheid
de luchtweerstand van de resultante is daardoor 2 keer zo groot als de luchtweerstand in de
rijrichting bij windstil weer
de resultante kan ontbonden worden in de luchtweerstand in de rijrichting en loodrecht daarop
het resultaat is, dat als gevolg van de zijwind, de luchtweerstand in de rijrichting √ 2 = 1,4 keer
groter is dan bij windstil weer
het kost dus (in dit voorbeeld) bij zijwind 1,4 keer zoveel energie om dezelfde afstand af te
leggen als bij windstil weer.
 
bron:  "Hoor je beter in het donker?"  auteur: Jo Hermans

Fietsen met een constante snelheid op een vlakke weg
Als men de rolwrijving en de luchtweerstand buiten beschouwing laat, dan kost fietsen met een constante snelheid op een vlakke weg geen energie. De massa (gewicht) van de fietser + fiets is daarbij niet van belang.  (1e wet van Newton)
Fietsen met een constante snelheid is in de praktijk echter niet mogelijk, omdat de kracht die op de pedalen wordt uitgeoefend, niet constant is. Per omwenteling van de trapas, wordt de fiets 2 keer een beetje versneld door de fietser en daar tussendoor 2 keer een beetje vertraagd door de rolwrijving en de luchtweerstand. De versnelling en de vertraging liggen in de orde van 0,05 meter per seconde2.
Het uiteindelijke effect hiervan is, dat bij een “constante snelheid” er toch enige energie nodig is, die evenredig is met de massa (gewicht) van de fietser + fiets.


Vergelijking tussen een helling en tegenwind bij hetzelfde fietsvermogen
(snelheid steeds 20 kilometer per uur)

      een helling      

      of tegenwind      

      fietsvermogen      

0%

  0,0 km/uur

  75 watt

1%

  7,9 km/uur

129 watt

2%

13,7 km/uur

184 watt

3%

19,1 km/uur

238 watt

4%

23,4 km/uur

292 watt

5%

27,4 km/uur

346 watt

6%

31,3 km/uur

400 watt

zie ook:  fietstheorie en online rekenmodel


Elektrische fietsen

• 







bij een snelheid van 20 kilometer per uur en een tegenwind van 4 meter per seconde
(windkracht 3), moet een rechtop zittende fietser een vermogen leveren van 180 watt
dat komt overeen met een hoeveelheid energie van 9 watt-uur per kilometer
voor 50% ondersteuning door een elektrische fiets, is dan 4,5 watt-uur mechanische energie
per kilometer nodig.
het rendement van de elektromotor met bijbehorende energieregeling is ongeveer 90%
bij 50% ondersteuning moet de accu van een elektrische fiets dus 4,5 / 0,9 = 5 watt-uur
per kilometer
leveren.
 

Dat is wel een minimum waarde, want men gebruikt de ondersteuning vooral bij (sterke) tegen­wind. De (gemiddelde) actieradius van een elek­trische fiets bij 50% ondersteuning is hiermee gemakkelijk te berekenen.


  actieradius (kilometers) =
  energie-inhoud van de accu (watt-uur) / 5 (watt-uur per kilometer)  


Een voorbeeld laat zien, dat dit aardig klopt. De Trek LM500 heeft een accu met een energie-inhoud van 400 watt-uur. Bij 50% ondersteuning (tour) is de actie­radius dus 400 / 5 = 80 kilo­me­ter. Dit komt overeen met de gegevens van Bosch. Zolang men met een constante snelheid op een vlakke weg rijdt, is het gewicht van de fiets niet of nauwelijks van invloed op de actie­radius
(1e wet van Newton)


Er bestaan 3 uitvoeringsvormen van elektrische fietsen:
• 


aandrijving door middel van een motor in het voorwiel
aandrijving door middel van een motor die gekoppeld is aan de trapas  
aandrijving door middel van een motor in het achterwiel
Hieronder enkele voorbeelden.

Sparta E-motion
• 




een lithium-ion accu
de energie-inhoud is 300, 400 of 500 watt-uur  
voorzien van een rotatiesensor
een versnellingsnaaf met 8 versnellingen
de motor zit in het voorwiel

Trek LM500
• 





een lithium-ion accu, 36 volt bij 11 ampère-uur.
de energie-inhoud is dus 400 watt-uur
een versnellingsnaaf met 8 versnellingen
voorzien van de Bosch middenmotor
de motor is gekoppeld aan de trapas
bij 50% ondersteuning is de actieradius 80 kilometer  

Het voordeel van deze constructie is, dat men de wielen gemakkelijk kan ver­wij­deren bij het vervangen van een band. Bovendien kan elk gewenst type versnel­lingsnaaf en een dichte ketting­kast worden toegepast. Het is merkwaardig, dat deze fiets desondanks een open kettingkast heeft


Sparta Ion M-Gear
• 




een nikkel-metaalhydride accu, 24 volt bij 10 ampère-uur  
de energie-inhoud is dus 240 watt-uur
motor met trapsensor in het achterwiel
voorzien van een derailleur met 7 versnellingen
bij 50% ondersteuning is de actieradius 40 kilometer

Opvallend is de zeer duidelijke en nauwkeurige indicatie van de actuele energie­voorraad in de accu. Hierdoor kan men de ondersteuning bij een lange fietstocht goed plannen.


Bosch middenmotor
Enkele kenmerken van fietsen met de Bosch middenmotor:
• 

















de motor bevindt zich bij de trapas en hierdoor heeft de fiets een laag zwaartepunt en een goede
wegligging
de kracht van de fietser + motor wordt via de ketting op het achterwiel overgebracht
bij 50% ondersteuning heeft de ketting het daardoor 4 keer zo zwaar te verduren als bij andere
elektrische fietsen
de specificaties van de Bosch middenmotor lijken overdreven optimistisch, maar worden in de
praktijk ruimschoots gehaald  (getest over 60 000 kilometer)
het Intuvia display is meestal goed leesbaar  (dat is wel sterk afhankelijk van de lichtinval)
bij het handvat zit een grote + en – knop, waarmee de mate van ondersteuning kan worden
gekozen
dit is het eerste systeem, dat men ook met (dikke) handschoenen aan, goed kan bedienen
het display laat bij elke gekozen ondersteuning de bijbehorende actuele, dynamische actieradius
zien
op het display is een indicatie van het momentele energieverbruik (het vermogen) te zien
het plaatsen en uitnemen van de accu gaat bijzonder gemakkelijk, mede door de ingebouwde
handgreep
de zelfontlading van de lithium-ion accu is slechts 1% per maand
per kilometer kost de afschrijving van de accu ruim 40 keer zo veel als de verbruikte elektriciteit
 

De meest opvallende eigenschappen van elektrische fietsen met de Bosch middenmotor zijn:
• 


de gebruikersvriendelijkheid  
de krachtige ondersteuning
de grote actieradius

Bosch middenmotor met een accu van 400 watt-uur
(matige wind en 20 kilometer per uur)

  ondersteuning  

  watt-uur per  
kilometer

  actieradius  

turbo

8,0

  50 km

sport

6,7

  60 km

tour  

5,0

  80 km

eco   

3,0

135 km


Trapsensor of rotatiesensor?
De laatste tijd verschijnen er steeds meer elektrische fietsen op de markt, die voorzien zijn van een rotatiesensor in plaats van een trapsensor. Het voordeel van de rotatiesensor is de lagere prijs en de eenvoudige constructie. Het nadeel is de kleinere actieradius en de onveiligheid.
Bij de toepassing van een rotatiesensor, wordt de ondersteuning (meestal abrupt) ingeschakeld zodra de trappers worden rondgedraaid. Ook als men daarbij weinig of geen kracht uitoefent, is de motor ingeschakeld en die levert dan vrijwel alle energie die voor de voortbeweging nodig is. Als men sneller wil gaan fietsen, dan moet men onevenredig veel harder op de pedalen gaan trappen, omdat de berijder de extra energie dan geheel zelf moet opbrengen. In de praktijk blijft men daarom meestal fietsen met de snelheid waarbij de ondersteuning maximaal is. Een prima oplossing voor mensen die zich niet willen inspannen, maar dat gaat dus wel ten koste van de actieradius. Als men ophoudt met trappen, blijft de ondersteuning meestal nog even doorgaan. Daarom zijn deze fietsen vaak voorzien van een schakelaartje bij de remhandel. Als men remt, wordt het circuit naar de motor onmiddellijk verbroken.
Elektrische fietsen met een rotatiesensor zijn potentieel gevaarlijk in het verkeer, vooral voor oudere berijders. Maar alles went. Bij een elektrische fiets met een trapsensor zijn genoemde problemen geheel af­we­zig


Trapt een elektrische fiets zonder ondersteuning zwaarder dan een gewone fiets?

Het is een wijd verbreid misverstand, dat een elektrische fiets (veel) zwaarder trapt dan een gewone fiets, als de ondersteuning is uitgeschakeld. Bij het grotere gewicht van een elektrische fiets, is alleen de rolweerstand wat groter dan bij een gewone fiets. De luchtweerstand is uiteraard gelijk. Bij een constante snelheid op een vlakke weg, is het gewicht van de fiets + fietser (vrijwel) niet van invloed.  (1e wet van Newton).
De rolweerstand is te verwaarlozen ten opzichte van de luchtweerstand, vooral bij enige tegen­wind. Tijdens accelereren en bij het oprijden van een helling speelt het grotere gewicht natuurlijk wel een belangrijke rol. Maar bij een lange fietstocht (in Nederland) zullen hellingen niet zo vaak voorkomen.


Voorbeeld:   (fietssnelheid 20 kilometer per uur)
A =  een fiets van 15 kilogram, een fietser van 75 kilogram, geen wind
B =  een fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram, geen wind
C =  een fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram, en een tegenwind
        van 4 meter per seconde

A

B

C

  rolweerstand

  2,6 newton

  2,9 newton

  2,9 newton

  luchtweerstand

  9,6 newton

  9,6 newton

28,5 newton

  mechanische weerstand

  0,6 newton

  0,6 newton

  1,6 newton

  totale fietsweerstand

12,8 newton

13,1 newton

33,0 newton

  totale arbeid per kilometer  

  3,55 watt-uur  

  3,64 watt-uur  

  9,17 watt-uur  

zie ook:  fietstheorie en online rekenmodel

De actieradius van een elektrische fiets wordt voor een groot deel bepaald door de
luchtweerstand

Onlangs kwam ik in gesprek met een echtpaar met een elektrische fiets. De man met een flink postuur zei, dat hij een veel kleinere actieradius op zijn fiets reali­seerde dan zijn tengere echtgenote. Hij dacht dat dit veroorzaakt werd door het verschil in gewicht. Dat is niet het geval, want bij een constante snelheid op een vlakke weg, speelt het gewicht van de berijder vrijwel geen rol. (afgezien van een verwaarloosbaar verschil in rolweerstand). Het verschil in de actieradius wordt veroorzaakt door het verschil in luchtweerstand. De luchtweerstand is evenredig met het frontaal oppervlak van fietser + fiets.
Als het frontaal oppervlak 50% groter wordt, dan neemt de actieradius met 25% af. Dat is gemakkelijk te berekenen via kolom B in bovenstaande tabel


De voordelen van een elektrische fiets zijn:
  1. het energieverbruik van een elektrische fiets is 10 keer minder dan van een bromfiets
  2. de ondersteuning voor 80 kilometer kost minder dan 10 eurocent  (= 0,5 kilowatt-uur)
  3. een uur elektrisch fietsen verbruikt net zoveel energie als een uur TV kijken. Elektrisch fietsen
      is dus "energieneutraal", want als men niet fietst gaat men toch maar voor de TV of achter de
      computer zitten
  4. een elektrische fiets vraagt vrijwel geen onderhoud
  5. voor een elektrische fiets geldt geen helmplicht
  6. voor een elektrische fiets geldt geen verzekeringsplicht
  7. een elektrische fiets is veel sportiever en gezonder dan een bromfiets, omdat men altijd meetrapt
  8. een elektrische fiets stinkt niet, maakt geen lawaai en lekt geen olie
  9. men kan met een elektrische fiets ook gewoon fietsen
10. met een elektrische fiets, fiets je vaker, verder en vlugger
 


De Waterstof fiets

Het laatste nieuws op het gebied van elektrische fietsen, is de waterstof fiets.
Dit is een fiets, waarbij de accu is vervangen door een brandstofcel.
Enkele globale gegevens:
• 













het vermogen van de brandstofcel is 24 volt bij 10 ampère, dus 240 watt
in 2 kleine tanks wordt 600 liter pure waterstof vastgelegd in de vorm van een chemische
verbinding  (metaalhydride)
het verbruik bij maximaal vermogen is 3 liter waterstof per minuut, bij een druk van 0,4 bar
men kan dus 200 minuten op maximaal vermogen rijden
de vultijd van de tanks is 30 minuten, bij 0 graden celsius
om de waterstof weer vrij te maken uit het metaalhydride, moet de temperatuur van de
tanks hoger zijn dan 25 graden celsius
het rendement van de brandstofcel is 50%
het gewicht van de brandstofcel is 0,76 kilogram
het gewicht van de 2 waterstoftanks is 6,5 kilogram
volgens de fabrikant is het systeem veilig, omdat het met lage drukken werkt
de tanks hebben een hoge opslagdichtheid
de tanks en de brandstofcel hebben een lange levensduur
 
zie ook:  Valeswood Hydrogen Fuel Cells

Het tanken van de waterstof is omslachtig en de vraag is natuurlijk weer "waar haalt men de waterstof vandaan", met name tijdens een fietstocht. Maar dit is een eerste stap naar een fiets die op waterstof rijdt en als zodanig een interessante ontwikkeling. Het is zeer onwaarschijnlijk, dat de waterstof fiets ooit zal worden gebruikt. Bij toepassing van de nieuwe generatie lithium-ion accu's bij een gewone elektrische fiets, duurt het opladen slechts enkele minuten en het kan vrijwel overal plaatsvinden. Bovendien is het veel goedkoper. (10 eurocent).
Wel lijkt de com­bi­natie van brandstofcel en waterstoftanks zinvol op plaatsen waar geen elektrici­teitsvoorziening is, zoals bijvoorbeeld op kampeerterreinen en in pleziervaartuigen.



Elektrische centrales

Brandstof en vermogen van enkele grote centrales in Nederland

    centrale    

    locatie    

    brandstof    

    vermogen    
(megawatt)

  Eemshaven
  Rotterdam
  Eemshaven
  Magnum
  Clauscentrale
  Maximacentrale
  Sloecentrale
  Enecogen
  Rijnmond Centrale
  Moerdijk
  Velsen
  Diemen
  Bergum
  Clauscentrale
  Hemweg
  Amer
  Borssele
  Hemweg
  PerGen / EuroGen  
  Maasstroom
  Elsta
  Merwedekanaal
  Lage Weide
  Eemshaven
  Maasvlakte
  Eemshaven
  Eemshaven
  Maasbracht
  Lelystad
  Vlissingen
  Europoort
  Rotterdam
  Moerdijk
  Velsen
  Diemen
  Bergum
  Maasbracht
  Amsterdam
  Geertruidenberg
  Borssele
  Amsterdam
  Rotterdam (Botlek)  
  Rotterdam
  Terneuzen
  Utrecht
  Utrecht
  STEG / combi
  kolen / biomassa  
  kolen
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  STEG
  combi
  gas
  kolen
  kolen / biomassa
  kernenergie
  STEG
  gas
  STEG
  gas
  STEG
  STEG

2445
1870
1560
1320
1275
  880
  870
  870
  810
  765
  725
  701
  664
  638
  630
  600
  485
  435
  430
  427
  369
  328
  248

STEG = stoom en gas
zie ook:  lijst van elektriciteitscentrales in Nederland


De STEG centrale

• 






in een stoom- en gascentrale, de STEG centrale, wordt de elektriciteit opgewekt met behulp
van twee turbines
de eerste turbine is een gasturbine, de tweede turbine is een stoomturbine
de stoom voor de stoomturbine wordt geproduceerd door de warmte van de uitlaatgassen van
de gasturbine.
vaak zitten de gas- en stoomturbine op dezelfde as en ze drijven dan samen een generator aan
het rendement van een STEG centrale is 58%
 
De meeste elektrische centrales die nu in West-Europa worden gebouwd, zijn STEG centrales.

Bij een STEG centrale is de verhouding tussen de inlaattemperatuur van de gas­tur­bine en de uit­laat­temperatuur van de stoomturbine veel groter dan bij een enkel­voudig proces. Het totaal­rende­ment is daardoor dus ook groter.  (Carnot)
De gasturbine heeft een rendement van 40%. Uit de uitlaatgassen, die dus nog 60% van de energie bevatten, wordt via de stoomturbine nog eens 30% gewon­nen. Dat levert 18% extra op. Totaal komt dit dus uit op 58%



Kerncentrales

De kerncentrale in Borssele
De kerncentrale in Borssele heeft een vermogen van 449 megawatt. In het jaar 2000 was de energie-opbrengst 3 ­700 ­000 megawatt-uur. De produktiefactor van deze centrale was toen 94%. Een kerncentrale is slecht regelbaar en draait daarom vrijwel altijd op maximaal vermogen. De Nederlandse regering heeft besloten, dat de kerncentrale tot 2033 in bedrijf mag blijven.

De grootste kerncentrale ter wereld
Deze bevindt zich in Japan, aan de westkust, in Kashiwazaki. De kern­centrale bestaat uit 7 units met een gezamenlijk vermogen van 8212 mega­watt. Dat is ruim 18 keer zoveel als de kerncentrale in Borssele en bijna 14 keer zoveel als een centrale van 600 megawatt.



Het elektriciteitsverbruik in Nederland

Het elektriciteitsverbruik in Nederland = 115 miljard kilowatt-uur = 115 ­000 ­000 megawatt-uur per jaar  (2013). Deze hoeveelheid elektrische energie wordt verbruikt door de industrie, alle huis­houdens, diensten (zoals openbaar vervoer) en de landbouw.
Hiervoor zijn 28 centrales van 600 megawatt nodig

Bij dezelfde hoeveelheid geproduceerde elektriciteit, ontstaat bij een kolengestookte centrale 1,6 keer zoveel kooldioxide (CO2) als bij een gas­gestookte cen­tra­le.

Men maakt zich meestal alleen maar druk over de CO2-uitstoot bij de produktie van elektriciteit. Het totale energieprobleem is ruim 3 keer zo groot. Het moet daarom dus ook gaan over ver­war­ming, industrie, vervoer, voedselproduktie en vooral ook auto's



Vergelijking aantal centrales, nodig voor Nederland

Het elektriciteitsverbruik van Nederland = 115 ­000 ­000 megawatt-uur per jaar

 

  megawatt-uur  
per jaar

aantal
    centrales    

  kolen- of gascentrale  600 megawatt  

    4 200 000    

    28

  kerncentrale  Borssele

3 700 000

    31

  windmolenpark  Gemini

2 600 000

    44

  getijdencentrale  Rance

   540 000

  213

  zonnetrogcentrale  Andasol

   495 000

  232

  windmolenpark  IJmuiden

   435 000

  264

  zonnecentrale  Waldpolenz  

     52 000

    2212    

  heliostaten  Sevilla

     48 000

    2396    

  grootste windmolen ter wereld  E-126  

     21 000

    5476    


Een elektrische centrale met een vermogen van 600 megawatt
• 


bij een produktiefactor van 80% is de jaaropbrengst 600 megawatt × 0,80 × 24 uur × 365 dagen  
= 4 200 000 megawatt-uur = 4,2 miljard kilowatt-uur
in 6 jaar levert zo'n centrale 25 miljard kilowatt-uur en dat is equivalent aan 1 kilogram massa

Het Waldpolenz Solar Park
• 




deze centrale omvat 550 000 panelen op een oppervlakte van 1,2 vierkante kilometer
voor de volledige elektriciteitsvoorziening van Nederland zouden er 2212 van deze centrales
nodig zijn
dat zijn 2212 × 550 000 = 1,2 miljard panelen op een oppervlakte van 2654 vierkante kilometer  
een veld van ruim 50 bij 50 kilometer
Zonne-energie, een realistisch perspectief?

Let wel, het gaat hier alleen over de opwekking van elektrische energie. Het totale primaire energieverbruik van Nederland is 3 keer zo groot. Dat moet dus ooit ook "groen" worden opgewekt?

Het probleem, dat centrales met zonnepanelen bij een bewolkte hemel weinig, en gedurende de nacht geen energie leveren, laten we hierbij "gemakshalve" maar even buiten beschouwing. Bovendien is de energie-opbrengst in de winter­maan­den 6 keer zo weinig als in de zomer.



Elektrische auto's

• 








in 2014 waren er in Nederland 8 miljoen auto's
per auto was de afgelegde afstand gemiddeld 15 000 kilometer per jaar
de totaal afgelegde afstand was dus 120 miljard kilometer
dat is 800 keer de afstand aarde - zon
een elektrische auto verbruikt bruto 200 watt-uur per kilometer
in 1 jaar verbruiken 8 miljoen elektrische auto's dus 120 × 0,2 = 24 miljard kilowatt-uur  
daarvoor zijn 6 centrales van 600 megawatt extra nodig
ook de infrastructuur van het elektriciteitsnet (centrales, hoogspanningsleidingen en  
transformatoren) moet aanzienlijk worden vergroot, als iedereen elektrisch gaat rijden

Persbericht op 29 december 2008:
"De elektro-auto is nog niet klaar voor een snelle opmars. De baas van Bosch, de grootste auto-toeleverancier ter wereld, noemt de verwachtingen over elektrische auto's overdreven euforisch. Auto's met een verbran­dings­motor zullen nog zeker twintig jaar het straatbeeld domineren"

Teletekst 4 december 2017
De opmars van elektrisch rijden gaat te langzaam, gezien de wens van het kabinet om vanaf 2030 alleen nog elektrische auto's te verkopen. Nu is 0,2 % van de personenauto's elektrisch. Slechts 1 op de 7 ondervraagden wil de komende ja­ren zo'n auto kopen.
Consumenten zijn wel geïnteresseerd, maar vinden elektrische auto's te duur in aanschaf. Ook zeggen ze, dat ze er te weinig kilometers mee kunnen rijden.


Vergelijking van enkele elektrische auto's
(bij een constante snelheid van 100 kilometer per uur)

accu
  (kilowatt-uur)  

verbruik
  (watt-uur per km)  

actieradius
  (kilometers)  

  General Motors EV1  

    26    

    130    

      200    

  Tesla Roadster

56

165

  340

  Tesla model S

85

177

  480

• 





de EV1 van General Motors was zijn tijd ver vooruit. Gezien het energieverbruik per kilometer,
was het de beste elektrische auto die ooit is gemaakt
de Tesla model S is voorzien van een accu, die in 40 minuten tot 80% kan worden opgeladen
door een supercharger. Ook zou het bij deze auto mogelijk zijn, om een lege accu binnen
5 minuten te vervangen door een vol exemplaar  (maar daar komt natuurlijk niks van terecht)
Volgens de fabrikant is de laadsnelheid "62 miles per hour", een nieuw begrip.
 

Een paar elektrische auto's die onlangs op de markt zijn verschenen

accu
  (kilowatt-uur)  

verbruik
  (watt-uur per km)  

actieradius
  (kilometers)  

  BMW i3

27

160

170

  Hyundai IONIQ

28

144

195

  Volkswagen e-Golf  

32

160

200

  Nissan Leaf

38

158

240

  Renault Zoe R90

39

153

255

  Tesla 3

52

162

325

  Opel Ampera-E

60

160

375

bron:  ev-database.nl

De actieradius van een elektrische auto
Vaak worden onrealistische waarden vermeld, zoals bij de Ampera-E. Volgens de NEDC-norm zou deze auto een actieradius hebben van 500 kilometer bij een gemiddelde snelheid van 34 kilometer per uur en een vermogen van 4 kilowatt.
De accu heeft een energie-inhoud van 60 kilowatt-uur. Bij een verbruik van 160 watt-uur per kilometer is de actieradius 60­ 000­ / 160 = 375 kilometer.


De problemen bij de elektrische auto zijn:
• 




de kleine actieradius
de lange laadtijd van de accu
het grote volume van de accu
het grote gewicht van de accu
de hoge prijs van de accu
 

Zolang deze problemen niet zijn opgelost, kan er geen sprake zijn van een groot­schalig gebruik van de elektrische auto. Het is veelzeggend, dat Toyota zich heeft teruggetrokken uit de markt voor elektrische auto's


Hoeveel zonnepanelen zijn er nodig voor een elektrische auto die 40 kilometer per dag rijdt?
Sommige mensen fantaseren er wel eens over, om in de toekomst hun elektrische auto te laten rijden
op de energie die afkomstig is van hun eigen zonnepanelen.
• 












een elektrische auto verbruikt 150 watt-uur per kilometer
40 kilometer per dag = 14 600 kilometer per jaar
daarvoor heeft men 2 200 kilowatt-uur per jaar nodig
een zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert in Nederland 200 kilowatt-uur per jaar
er zijn dus minstens 11 van die zonnepanelen nodig
in de praktijk gaat dit niet zonder meer lukken, want in de winter is er veel te weinig zonne-energie
beschikbaar en bovendien moet de auto dan worden verwarmd
als de auto onderweg is, kan de zonne-energie uit de zonnepanelen op het dak van een huis, niet
worden opgeslagen in de accu van de auto
het lichtnet fungeert dan als dag- en seizoenopslag van de zonne-energie
dat moet wel “energieneutraal” gebeuren en alle rendementen moeten in rekeningworden gebracht
zonder een aansluiting op het lichtnet is het vrijwel onmogelijk om met een elektrische auto het hele
jaar (in Nederland) te rijden op (indirecte) zonne-energie
 

Kan een elektrische auto uitsluitend op "groene" energie rijden?
Vaak wordt beweerd, dat elektrische auto's op termijn, op "groene" energie zullen gaan rijden en daarbij dan geen CO2-uitstoot meer zullen veroorzaken. De accu van een elektrische auto wordt vrijwel altijd opgeladen door elektriciteit, af­kom­stig uit het lichtnet. Als bij de opwekking van elektriciteit het aandeel van "groene" energie toeneemt, dan wordt dat aandeel natuurlijk niet selectief door elektrische auto's verbruikt. Voorstanders van elektrische auto's willen ons dat wel graag doen geloven. Alleen de opwekking van elektriciteit wordt iets "groener".
Hooguit 15% van de elektriciteit zal in 2020 in Nederland zonder uitstoot van CO2 kunnen worden opgewekt. De CO2-uitstoot, die een elektrische auto indi­rect veroorzaakt, zou dan kunnen afnemen van bijvoorbeeld 130 naar 110 gram per kilometer. Men moet overigens wel bedenken, dat het elektriciteitsverbruik drastisch zal toenemen, als iedereen elektrisch gaat rijden. Het relatieve aandeel van de "groene" energie, neemt dan af.



Elektrische auto's met zonnecellen

De Stella
Deze 4-persoons auto is ontwikkeld door studenten van de TU Eindhoven. De auto deed mee aan de World Solar Challenge 2017 in Australië en won voor de 3e keer op rij de Cruiser-klasse

• 







het leeggewicht is 380 kilogram
de accu heeft een energie-inhoud van 15 kilowatt-uur
de totale oppervlakte van de zonnecellen is 6 vierkante meter
het rendement van de zonnecellen is 22,5%
het gemiddelde energieverbruik is 30 watt-uur per kilometer bij een
snelheid van 70 kilometer per uur
de actieradius, alleen op de accu is 430 kilometer
met bijvoeding door de zonnecellen wordt dat 680 kilometer
 

De Lightyear
Oud-studenten van de TU Eindhoven, die al eerder de Stella ontwikkelden, zijn nu begonnen aan de ontwikkeling van de Lightyear. Dit is een 4-persoons elektrische auto, die er normaal uitziet en die 400 tot 800 kilometer kan rijden op 1 batterijlading. De benodigde energie daarvoor wordt (grotendeels) opgewekt door zonnecellen op het dak van de auto.
De naam “Lightyear” is ontleend aan het feit, dat alle auto's ter wereld gezamen­lijk, elk jaar een totale afstand afleggen die ongeveer gelijk is aan 1 lichtjaar. Dat zijn 9460 miljard kilometers. Die kilometers worden nu nog steeds met fossiele brandstof afgelegd. Er rijden ongeveer 1 miljard auto's op de wereld rond, die gemid­deld 9460 kilometer per jaar afleggen.
In Nederland zou de Lightyear volgens de ontwerpers 10 000 kilometer per jaar op zonne-energie kunnen rijden. Dat is dus gemiddeld 30 kilometer per dag.
rekenvoorbeeld:

• 







het rendement van indium-gallium-arsenide zonnecellen is 30%
daarmee is de opbrengst in Nederland 250 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
stel, het verbruik van de auto is 100 watt-uur per kilometer
voor 10 000 kilometer is dus 1000 kilowatt-uur nodig
de benodigde oppervlakte van de zonnecellen is dan 4 vierkante meter
dat lijkt een min of meer realistisch ontwerp te kunnen worden
voorwaarde is wel, dat de auto altijd in de open lucht wordt geparkeerd en dat er nooit
schaduw op de zonnecellen valt
 

Blijft natuurlijk de vraag, of het niet beter is, om een groot aantal zonnepanelen op het dak van je huis te leggen en de energie die hiermee wordt opgewekt. op de een of andere manier in de accu van een gewone elektrische auto te stoppen
Het antwoord van Lightyear is:
Je moet beiden doen. Dus zowel zonnecellen op het dak van je auto, als ook zonnecellen op het dak van je huis, waarmee het eventuele tekort kan worden aangevuld.

zie ook:  lightyear, de zonneauto die Tesla uitdaagt


De elektrische race-auto

Toyota experimenteert momenteel (2011) met een elektrische race-auto.
• 






het totale vermogen van de 2 elektromotoren is 280 kilowatt
de auto accelereert in 3,9 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de topsnelheid is 260 kilometer per uur
de lithium-keramiek accu heeft een energie-inhoud van 41,5 kilowatt-uur  
het gewicht van de accu is 350 kilogram
het gewicht van de auto is 970 kilogram
de actieradius tijdens het racen is 42 kilometer  (2 rondjes op de Nürburgring)  
In Peking werd op 13 september 2014 de eerste Formule E race verreden. Niet met race-auto's van
Toyota maar van Renault. Tijdens de race werden pitstops gemaakt om van auto te wisselen met een
volgeladen accu.
zie ook:  Formule E


De plug-in hybride auto

Toyota bracht in 2012 de plug-in Prius op de markt. Deze plug-in hybride auto heeft een relatief grote accu, die vanuit het lichtnet kan worden opgeladen. De accu heeft voldoende energie-inhoud, om daarmee 20 kilometer elektrisch te rijden. Voldoende voor (een enkele reis) woon-werk verkeer of om bood­schap­pen te doen
Enkele gegevens:  (ontleend aan het blad "My Toyota", voorjaar 2011)

• 




de actieradius bij volledig elektrisch rijden is 20 kilometer
de energie-inhoud van de accu is 5,2 kilowatt-uur
de laadtijd vanuit een gewoon stopcontact is 90 minuten
het benzineverbruik is gemiddeld 2,6 liter per 100 kilometer  
de CO2-uitstoot is 59 gram per kilometer

Bij elektrisch rijden zou het verbruik dus zijn:  5200 / 20 = 260 watt-uur per kilo­meter. Deze gegevens roepen wel een aantal vragen op. Er is geen enkele reden om aan te nemen, dat de plug-in Prius meer energie per kilometer verbruikt dan de gewone Prius. (netto 150 watt-uur per kilometer). Bij elektrisch rijden wordt kennelijk niet de volledige energie-inhoud van de accu benut.
Om de levensduur van de accu te verlengen wordt deze steeds maar gedeeltelijk ontladen. De effectieve energie-inhoud is slechts 3 kilowatt-uur. (20 kilometer × 150 watt-uur per kilometer).
De auto zou een benzineverbruik hebben van 2,6 liter per 100 kilometer. Dat geldt alleen, als men afwisselend 20 kilometer elektrisch rijdt en 40 kilometer op benzine. Dan heeft deze auto een CO2-uitstoot van 59 gram per kilometer.
Als de CO2-uitstoot bij de opwekking van elektriciteit ook in rekening wordt gebracht, dan blijkt de plug-in hybride (indirect) evenveel CO2 te produceren als een gewone hybride auto.
Dit alles neemt niet weg, dat het best wel leuk (en goedkoop) is, om thuis een deel van de be­no­digde energie vanuit het stopcontact in de auto te stoppen.
Afhankelijk van het gebruik hoeft men dan minder vaak, of misschien helemaal niet meer naar de benzinepomp. Maar in de winter gaat dat niet lukken. Dan moet de benzinemotor vrijwel continu draaien, om daarmee de auto te verwarmen.


Voor de Opel Ampera geldt een soortgelijk verhaal.
• 

de actieradius bij volledig elektrisch rijden is 60 kilometer  
de energie-inhoud van de accu is 16 kilowatt-uur

Bij elektrisch rijden zou het verbruik dus zijn: 16­ 000­ /­ 60 = 267 watt-uur per kilometer. Ook bij deze auto wordt kennelijk maar een deel van de volledige accu-capaciteit benut. Tijdens het rijden met de "oplaadmotor" is het verbruik 6 liter benzine per 100 kilometer. Bij een rendement van 25% van de oplaadmotor komt men dan op ongeveer (0,25 × 6 × 9100) / 100 = 136 watt-uur per kilometer. Als men steeds eerst 60 kilometer elektrisch rijdt en daarna 40 kilometer op benzine, dan is het verbruik (schijnbaar) 2,4 liter per 100 kilometer.
Met dit soort berekeningen kan men alle kanten op. Maar het feit blijft, dat een plug-in hybride auto niet zuiniger is dan een gewone hybride auto en (indirect) een vergelijkbare CO2-uitstoot veroorzaakt.



De CO2-uitstoot bij verschillende soorten auto's

(bij dezelfde hoeveelheid voortbewegingsenergie en alles "well-to-wheel")


elektrische
auto

hybride
auto

benzine
auto

diesel
auto

brandstofcel
auto

  voortbewegings-
  energie
 (per km) 

150 watt-uur

150 watt-uur

150 watt-uur

150 watt-uur

150 watt-uur

  rendement
  van de auto

77%

34%

25%

35%

45%

  toegevoerde
  energie
 (per km) 

195 watt-uur
uit elektriciteit

 441 watt-uur 
uit benzine

 600 watt-uur 
uit benzine

 429 watt-uur 
uit dieselolie

333 watt-uur
uit waterstof

  CO2-uitstoot
  (per km)

123 gram
 door de centrale 

150 gram
door de auto

204 gram
door de auto

150 gram
door de auto

295 gram
 door de centrale 

  primaire energie
  (per km)

195 / 0,40 =
488 watt-uur

441 watt-uur

600 watt-uur

429 watt-uur

333 / 0,28 =
1190 watt-uur

  verbruik in liters
  benzine-equivalent
 

1 liter per
18,7 km

1 liter per
20,6 km

1 liter per
15,2 km

1 liter per
21,2 km

1 liter per
7,7 km

    1,0 kilowatt-uur uit het stopcontact veroorzaakt
    9,1 kilowatt-uur uit 1 liter benzine veroorzaakt
  10,0 kilowatt-uur uit 1 liter dieselolie veroorzaakt
  33,6 kilowatt-uur uit 1 kilogram waterstof veroorzaakt  

630 gram CO2  
3100 gram CO2  
3500 gram CO2  
30000 gram CO2  


elektrische auto
• 



de elektromotor hoeft nooit op te warmen
er is geen versnellingsbak en er zijn dus geen transmissieverliezen
tijdens remmen en snelheidsvermindering wordt energie teruggeleverd aan de accu
de auto veroorzaakt geen CO2-uitstoot, maar de elektrische centrale des te meer
 

hybride auto
• 




de koude benzinemotor moet eerst op temperatuur worden gebracht, dat kost veel energie
de continu variabele versnelling werkt met een zeer hoog rendement
tijdens remmen en snelheidsvermindering wordt energie teruggeleverd aan de accu
de benzinemotor draait zo veel mogelijk onder omstandigheden waarbij het rendement maximaal is  
de benzinemotor draait nooit stationair

benzine- of dieselauto
• 




de koude motor moet eerst op temperatuur worden gebracht, dat kost veel energie
er zijn relatief grote energieverliezen in de versnellingsbak
er is geen teruglevering van energie mogelijk
bij een benzinemotor is het rendement sterk afhankelijk van het toerental en het koppel  
de motor draait vaak stationair

brandstofcel auto
• 


dit is een elektrische auto waarbij de energie wordt geleverd door een brandstofcel  
door de 4-voudige energie-omzetting is het totaalrendement slecht
de indirecte CO2-uitstoot is bijna 2 keer zo veel als bij een elektrische auto

het aantal energie-omzettingen bij verschillende soorten auto's
• 





benzine auto  1×
primaire energie in benzine > mechanische energie
elektrische auto  2×
primaire energie in aardgas > elektriciteit > mechanische energie
brandstofcel auto  4×
primaire energie in aardgas > elektriciteit > waterstof > elektriciteit > mechanische energie  


De actieradius van auto's

De Opel Astra   (of vergelijkbare auto)
• 







het vermogen van de motor is 74 kilowatt.
bij een rendement van 25% is de hoeveelheid verbruikte energie 296 kilowatt-uur per uur
de tankinhoud is 45 liter benzine, dat is 410 kilowatt-uur
bij vol vermogen rijdt de auto daar 1,4 uur op
bij de topsnelheid van 165 km/uur is de actieradius 231 kilometer en het verbruik 1 liter
per 5,1 kilometer.
bij 100 km/uur is de actieradius ongeveer 820 kilometer, bij een verbruik van 1 liter per
18,2 kilometer
 
De actieradius bij 100 km/uur is dus 820 / 231 = 3,6 keer zo groot als bij het continu rijden op
topsnelheid.


Vergelijking van de actieradius van een auto met een dieselmotor en een auto met een benzinemotor

• 



de energie-inhoud van dieselolie is 10 kilowatt-uur per liter  
de energie-inhoud van benzine is 9,1 kilowatt-uur per liter
het rendement van een dieselmotor is 35%
het rendement van een benzinemotor is 25%

De actieradius van een auto met een dieselmotor is daarom, per liter brandstof, ongeveer 1,5 keer zo groot als van een auto met een benzinemotor. Als men het over de actieradius van een auto heeft, moet er dus wel altijd bij vermeld worden om welk soort motor (en om welke brandstof) het gaat.



Vergelijking vervoermiddelen

A = primaire energie per voertuig per kilometer  (watt-uur)
B = maximaal aantal personen per voertuig
C = primaire energie per persoon per kilometer  (watt-uur)

vervoermiddel

A

B

C

  vliegtuig   Boeing 737

52 600    

150      

350      

  vliegtuig   Boeing 747  Jumbo

    150 000    

      450      

      333      

  brandstofcel auto

1 154    

4      

288      

  elektrische trein   Thalys

57 000    

377      

151      

  benzine auto

600    

4      

150      

  elektrische auto

484    

4      

121      

  hybride auto   Prius

433    

4      

108      

  elektrische trein   Dubbeldekker    

18 000    

372      

48      

  elektrische fiets

17    

1      

17      

kerosine en benzine worden in dit overzicht beschouwd als primaire energie

Als er 1 persoon in een benzine auto zit (en dat is meestal het geval), dan verbruikt die persoon 600 watt-uur primaire energie per kilometer. Dat is bijna 2 keer zoveel als 1 persoon in een vol bezette Jumbo

Vergelijking van de Boeing 737 met de Thalys
De Boeing 737 gaat 3 keer zo snel als de Thalys. De luchtweerstand van het vliegtuig zou daardoor 9 keer zo groot zijn als van de trein, maar op 10 kilometer hoogte is de luchtdruk slechts 0,25 atmosfeer. Daardoor is de luchtweerstand dus 0,25 × 9 = 2,25 keer zo groot
(vormfactor etc. buiten beschouwing gelaten)



Enkele projecten van Wubbo Ockels

De duurzame zeilboot
Dit is een groot zeewaardig zeiljacht (25 meter lang), dat in zijn eigen elektrische energiebehoefte voorziet. Bij de maximum snelheid van 18 kilometer per uur, is het voortstuwingsvermogen van de wind 125 kilowatt. Een deel hiervan, ongeveer 10 kilowatt wordt "afgetapt" voor de opwekking van elektriciteit. Dit gebeurt door middel van 2 schroeven die zich aan de onderzijde van het schip bevinden.

• 






de energie wordt opgeslagen in een loodaccu met een capaciteit van 350 kilowatt-uur en een
gewicht van 12 ton.
per etmaal kan aldus 240 kilowatt-uur worden geladen, wat voldoende is voor 10 etmalen
energieverbruik.
de energiebehoefte van het schip is gemiddeld 24 kilowatt-uur per etmaal. De bediening van
de zeilen gebeurt elektrisch en er is veel elektronica aan boord. Bovendien is er veel energie
nodig voor warm water, koken etc.
 

De Superbus
Enkele gegevens:
• 






de superbus is 15 meter lang 2,6 meter breed en 1,6 meter hoog
de bus rijdt elektrisch en krijgt de energie uit oplaadbare lithium polymeer batterijen
het vermogen van de elektromotor is 300 kilowatt
de actieradius is 210 kilometer
de bus biedt plaats aan 23 passagiers
de maximum snelheid is 250 kilometer per uur en het energieverbruik is dan netzoveel als
van een gewone bus die 100 kilometer per uur rijdt.
 

Het idee is, dat de superbus op lange trajecten met een snelheid van zo'n 200 kilometer per uur op een speciaal daarvoor aangelegde baan rijdt. De bus kan ook op een gewone weg rijden en de passagiers voor de deur afzetten. De aanleg van de speciale baan is veel goedkoper dan de aanleg van een spoorlijn. Er hoeven geen extra kunstwerken te worden gebouwd, want de bus kan gebruik maken van bestaande tunnels en bruggen. Als toepassing wordt gedacht aan trajecten, waarvoor ooit een spoorwegverbinding was gepland, zoals de Zuider­zeelijn van Amsterdam naar Groningen via Lelystad.


De Waterstof race
De Technische Universiteit Delft wint de eerste Waterstof race ter wereld.
De race met "waterstof-karts" vond op 23 augustus 2008 in Rotterdam plaats.
Enkele gegevens van het winnende voertuig:
• 








de tank van het voertuig bevat 5 liter waterstof, bij een druk van 200 bar
de topsnelheid is 100 kilometer per uur
het voertuig accelereert in 5 seconden vanuit stilstand naar 100 kilometer per uur
het continu vermogen van de brandstofcel is 8 kilowatt
de aandrijving vindt plaats door 2 elektromotoren
elk achterwiel heeft zijn eigen motor, waardoor snel bochtenwerk mogelijk is
de rem-energie wordt opgeslagen in supercaps
tijdens accelereren wordt extra energie gehaald uit de supercaps
de energie-inhoud van de supercaps is 56 watt-uur, dat is 20 kilowatt gedurende 10 seconden  


De World Solar Challenge

In 2017 heeft het Nuon Solar Team (voor de 7e keer) de World Solar Challenge gewonnen. Dit is een tweejaarlijkse wedstrijd voor voertuigen die uitsluitend door zonne-energie worden aan­ge­dre­ven.
Het Nuon Solar Team wordt gevormd door een aantal studenten van de Technische Universiteit Delft, die ooit onder begeleiding van ex-astronaut Wubbo Ockels, de "zonnewagen" hebben ontworpen en verbeterd.
De studierichtingen van deze studenten zijn:
Luchtvaart- en Ruimte­vaart­techniek, Werktuigbouwkunde, Industrieel Ontwerpen en Infor­matica. Het project wordt gesponsord door Nuon en de Technische Universiteit Delft. De afgelegde afstand is 3021 kilometer, dwars door Australië van noord naar zuid. De gemiddelde snelheid is ruim 100 kilo­meter per uur.
Enkele technische gegevens van het voertuig:

• 







de lengte is 5 meter, de breedte is 1,8 meter en de hoogte is 80 centimeter
de totale oppervlakte van de zonnecellen is 8,4 vierkante meter
het frontaal oppervlak is 0,79 vierkante meter
de luchtweerstand is 0,07
het gewicht is 189 kilogram (exclusief coureur)
de gallium arsenide triple junction zonnecellen hebben een rendement van 26%
het rendement van de (in-wheel) motor is 97%
de capaciteit van de lithium ion polymeer accu is 5 kilowatt-uur, bij een gewicht van 30 kilogram
 

De World Solar Challenge van 2009 werd gewonnen door Japan. De doorslag werd gegeven door de indium-gallium-arsenide zonnecellen, ontwikkeld door Sharp. Deze zonnecellen hadden een rendement van 30%



De Shell eco-marathon

De Shell eco-marathon is een jaarlijkse zuinigheidswedstrijd, die gesponsord wordt door Shell. Het doel is, om met een voertuig zo veel mogelijk kilo­meters af te leggen op 1 liter normale benzine. Er zijn 2 klassen:  "prototype" en "urban-concept".
Bij de prototype klasse is elke vorm van het voertuig toegestaan. Meestal lijkt het dan op een gemotoriseerde ligfiets.
Bij de urban-concept klasse moet het voertuig enigszins lijken op een auto. De bestuurder moet rechtop zitten en het voertuig moet vier wielen hebben.


De energie-inhoud van benzine
• 

Shell FuelSave Euro 95 heeft een energie-inhoud van 42 900 kilojoule per kilogram  
hiermee komt men op 32 760 kilojoule per liter, dat is 9,1 kilowatt-uur per liter  

Behalve benzine, mogen er ook andere energiebronnen worden gebruikt, zoals:
• 



waterstof via een brandstofcel
zonne-energie via zonnecellen
dieselolie
LPG  (liquefied petroleum gas)  

Het resultaat wordt dan omgerekend naar het benzine-equivalent. Waterstof levert in potentie een hogere actieradius op dan benzine. Tenminste als men de energie die nodig is voor de produktie van waterstof buiten beschouwing laat. Het rendement van een brandstofcel + elektromotor is hoger dan van een benzine­motor.


Belangrijke factoren bij de recordpogingen zijn:
• 







een lage luchtweerstand, dus een klein frontaal oppervlak en een goede stroomlijn
een laag gewicht
een lage snelheid  (de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid)  
volgens het reglement mag de gemiddelde snelheid niet lager zijn dan 30 kilometer per uur  
een zuinige rijstijl
de transmissieverliezen en de rolweerstand moeten zo laag mogelijk zijn
het rendement van de (kleine) motor moet zo hoog mogelijk zijn
(er wordt wel eens een Honda 4-takt bromfietsmotor gebruikt)

De volgende records werden in 2014 met 1 liter benzine gehaald:
• 

in de klasse "prototype"       3315 kilometer   (=   2,7 watt-uur per kilometer)  
in de klasse "urban-concept"  469 kilometer   (= 19,4 watt-uur per kilometer)

Een gestroomlijnde ligfiets
• 




het energieverbruik (in de vorm van voedsel) is 1 liter benzine-equivalent per 1235 kilometer  
het netto (mechanisch) verbruik is 4 keer zo weinig, dus 1 liter per 4940 kilometer
dat is theoretisch haalbaar bij een rendement van 100%
het record van de "prototype" klasse bij de Shell eco-marathon is 1 liter per 3315 kilometer  
dat is op 12 liter benzine de wereld rond


Biobrandstof

koolzaadolie
• 






de opbrengst van koolzaad is 5 000 kilogram per hectare per jaar
1 hectare = 10 000 vierkante meter
dat is dus 0,5 kilogram per vierkante meter per jaar
hierin zit 42% koolzaadolie, dat is 0,2 kilogram
de energie-inhoud hiervan is 2,0 kilowatt-uur
de instraling van zonne-energie is 1000 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 0,20%  

bio-ethanol
• 




de opbrengst van bio-ethanol is 0,57 liter per vierkante meter per jaar
dat wordt (na vergisting) verkregen uit suikerbieten, suikerriet of maïs
de energie-inhoud hiervan is 6,0 kilowatt-uur
de instraling van zonne-energie is 1000 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 0,60%  

hout
• 





de produktie van hout is ongeveer 20 ton per hectare per jaar
1 hectare = 10 000 vierkante meter
dat is 2 kilogram hout per vierkante meter per jaar
de energie-inhoud hiervan is 10,6 kilowatt-uur
de instraling van zonne-energie is 1000 kilowatt-uur per vierkante meter per jaar
het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 1,06%  

Vergelijking van bovenstaande biobrandstoffen
A = de energie-opbrengst per vierkante meter per jaar (kilowatt-uur)
B = de opbrengst van elektriciteit bij een rendement van 40% (kilowatt-uur)

  A

B

  koolzaadolie  

  2,0

0,8

  bio-ethanol

  6,0

2,4

  hout

    10,6    

      4,2      


Vergelijking van de hoeveelheid elektriciteit die kan worden geproduceerd met hout
of zonnepanelen

• 

met hout kan 4,2 kilowatt-uur elektriciteit worden geproduceerd, per vierkante meter per jaar
een zonnepaneel levert in Nederland 150 kilowatt-uur elektriciteit, per vierkante meter per jaar  
Zonnepanelen zijn dus (minstens) 36 keer efficiënter dan hout

Persbericht op 9 oktober 2008:
"Het kabinet beperkt het gebruik van biobrandstoffen in benzine en diesel. Het was de bedoeling dat volgend jaar 4,5% uit koolzaad en palmen zou bestaan. Dat wordt naar 3,75% bijgesteld. Ook voor 2010 wordt het streef­cijfer verlaagd, want het lijkt het erop dat het stimuleren van biobrandstoffen nadelig is voor de voedselproduktie in arme landen".

Het is immoreel en misdadig om kostbare landbouwgrond te gebruiken voor (grootschalige) produktie van biobrandstof om hier onze auto's op te laten rijden, terwijl er in grote delen van de wereld in toenemende mate hongers­nood heerst. Bovendien wordt de effectieve uitstoot van CO2 door het gebruik van bio­brand­stoffen niet of nauwelijks verminderd.

Teletekst 13 april 2017
Energiebedrijf Engie wil zo snel mogelijk stoppen met het verstoken van steen­kool. Om de uitstoot van CO2 sterk te verlagen wil het bedrijf volledig over­scha­kelen op het verstoken van “bio-reststromen”. Engie ondervangt de kritiek die er is op het verstoken van biomassa (zoals geperste houtkorrels) door gebruik te maken van afval uit de industrie of de landbouw. Het bedrijf verwacht dat daarvan voldoende voorhanden is. Biomassa heeft het bezwaar dat het komt van grond die ook kan worden gebruikt als bijvoorbeeld landbouwgrond.

Teletekst 2 december 2017
In een open brief in Trouw houden 174 wetenschappers een pleidooi voor een verbod op het gebruik van voedsel in biobrandstof. De produktie daarvan leidt niet tot minder, maar tot meer uitstoot van CO2 zeggen de wetenschappers. Biodiesel stoot volgens de brief 2 keer zoveel CO2 uit als fossiele diesel. Bij diesel uit palmolie zelfs 3 keer zo veel. Het is rampzalig, dat brandstofplantages natuurlijke bossen en biodiversiteit verdrijven.

Is zeewier de energiebron van de toekomst?
Met de produktie van zeewier op de Noordzee kan over tien tot twintig jaar evenveel duurzame energie worden geproduceerd als met windmolens in 2020. Dat zeggen onderzoekers van het Energieonderzoek Centrum Nederland over het Europese zeewierproject "At Sea".
zie ook:
we zijn klaar voor grootschalige energiewinning uit zeewier
www.agriholland.nl



Een paar wetenswaardigheden

De NorNed-kabel
Om het uitwisselen van grote hoeveelheden elektrische energie mogelijk te maken, is tussen Noorwegen en Nederland een onderzeese hoogspannings­kabel aan­gelegd, de NorNed-kabel. Het transporteren van elektriciteit gaat in de vorm van gelijkstroom. Bij wisselstroom zouden de capacitieve verliezen in deze kabel, die een lengte heeft van 580 kilometer, veel te groot zijn.
Enkele gegevens:

• 










de kabel werd in 2008 in gebruik genomen
de lengte is 580 kilometer
het is een 2 aderige kabel met een maximaal vermogen van 700 megawatt, bij een gelijkspanning
van 900 kilovolt
de maximale gelijkstroom is dus 778 ampère
aan het begin en het einde van de kabel staan converters die enerzijds de wisselstroom omzetten
in gelijkstroom en anderzijds de gelijkstroom weer omzetten in wisselstroom
het totale energieverlies in de kabel en de converters is 5%
overdag wordt de met waterkracht opgewekte energie vanuit Noorwegen naar Nederland
getransporteerd
in de nacht kan goedkope Nederlandse nachtstroom teruggeleverd worden aan Noorwegen
 
zie ook:
Tennet
NorNed-kabel
hoogspanningskabel norned in gebruik genomen
HVDC converter

Een stadsbus die op mierenzuur rijdt

Een studententeam van de TU Eindhoven, heeft 's werelds eerste systeem gepre­senteerd waarmee een bus kan rijden op mierenzuur. Hun zelfgebouw­de systeem zit in een kleine trailer waarin mierenzuur wordt omgezet in elektriciteit. Die trailer is gekoppeld aan een elektrische bus. De voordelen van mierenzuur zijn dat het duurzaam, CO2-neutraal, veilig en vloeibaar is.
zie ook:
mierenzuur
hoe een bus kan rijden op mierenzuur


Heteluchtmotor  (Stirling motor)
• 



een heteluchtmotor wordt van buitenaf verwarmd en bevat geen kleppen.
de betrouwbaarheid is daardoor zeer groot, terwijl de motor ook erg geruisloos is  
vrijwel alle energiebronnen zijn geschikt om de motor te verwarmen, dus ook
zonne-energie of aardgas

Benodigde energie voor het oppompen van aardolie van 5 kilometer diepte
• 




1 liter aardolie weegt 0,8 kilogram
het oppompen van 1 liter aardolie kost dus netto 5000 × 0,8 = 4000 kilogram-meter
dat is ongeveer 0,01 kilowatt-uur
de energie-inhoud van 1 liter aardolie is 10 kilowatt-uur
het oppompen kost dus, vergeleken met de energie-inhoud, heel weinig energie  (0,1%)  

Rijdt een fiets met een verende voorvork zwaarder dan een gewone fiets?
Een verende voorvork wordt tijdens het rijden over een hobbelige weg een beetje warm. Deze warmte (= thermische energie) moet extra door de fietser worden opgebracht. Een fiets met een verende voorvork rijdt dus zwaarder dan een gewone fiets. Door de verende werking gaat de massa van de berijder minder op en neer, maar dat weegt (kennelijk) niet op tegen de verliezen in de voorvork. Denk hierbij ook aan het effect van zacht opgepompte banden.


Energieverlies in de voedselkringloop
• 



als een mens graan eet, wordt 10% hiervan gebruikt voor de groei van zijn lichaam  
als een varken graan eet, wordt 10% hiervan omgezet in varkensvlees
als een mens varkensvlees eet, wordt 10% hiervan gebruikt voor de groei van zijn  
lichaam, dat is dus slechts 1% van het graan dat door het varken was opgegeten
Uit het oogpunt van energie, is het eten van vlees dus zeer inefficiënt.
Er zijn natuurlijk ook mensen die hier heel anders over denken.
zie:  vleesproductie belangrijk voor wereldwijde voedselvoorziening

Gewoon scheren in vergelijking met elektrisch scheren
• 


gewoon scheren: 200 cc water 50 graden verwarmen = 10 kilocalorie = 11,6 watt-uur
elektrisch scheren: 2,8 watt-uur voor 7 keer scheren, dat is per keer dus 0,4 watt-uur
gewoon scheren kost dus 11,6 / 0,4 = 29 keer zoveel energie als elektrisch scheren
 

Vergelijking van een warmwaterkruik met een elektrisch deken
• 


warmwaterkruik: inhoud = 1,6 liter. Het water verwarmen van 10 naar 80 graden 
= 1,6 × 70 = 112 kilocalorie = 130 watt-uur
elektrisch deken = 25 watt. De hele nacht aan = 25 watt × 8 uur = 200 watt-uur  

Een elektrische geiser?
Bij een geiser wordt het uitstromende water verhit. Voor douchen is 7,5 liter water per minuut nodig, met een temperatuur van ongeveer 50 graden celsius. Dat kost 5 kilocalorieën per seconde. Omgerekend is dit een vermogen van 21 kilo­watt. Dat vereist een stroom van bijna 100 ampère uit het lichtnet. Dat is dus geen praktische oplossing. Daarom worden elektrische boilers toegepast. Daarbij wordt het water (meestal gedurende de nacht) eerst langzaam in een reservoir opgewarmd.


Vergelijking van koken op gas met elektrisch koken
Op het eerste gezicht lijkt koken op gas veel efficiënter dan koken op elektriciteit,
maar bij nadere beschouwing moet men dit toch enigszins nuanceren
koken op gas:
• 





veel warmteverlies, omdat veel warmte om de pan heen stroomt
verbrandingsprodukten (koolmonoxide en kooldioxide) ontstaan in de keuken  
daarom is meestal (energieverbruikende) ventilatie nodig
gevaar voor gaslekkages waardoor explosies kunnen optreden
daarom zijn er veel gebouwen (torenflats) waar koken op gas verboden is
energietoevoer (zeer) slecht regelbaar
elektrisch koken:
• 





geen verbrandingsprodukten in de keuken.
het rendement van de warmte-overdracht tussen kookplaat en pan, benadert de 100%  
de energietoevoer is uitstekend regelbaar
de energietoevoer kan worden geautomatiseerd, zoals bijvoorbeeld het instellen op  
een bepaalde temperatuur en stoppen met verwarmen als het water kookt
ook kan een tijdschakelaar worden toegepast  (handig in bejaardenhuizen)

Spaarlampen
Het gebruik van spaarlampen levert nauwelijks energiebesparing op. Omdat deze lampen "toch vrijwel geen energie verbruiken", laat men ze de hele dag maar branden en worden ze overal opgehangen.  ("rebound-effect").

Betrouwbaarheid van de levering van elektriciteit
Iedereen verwacht, dat de levering van elektriciteit voor minstens 99,99% van de tijd is gegarandeerd. Gelukkig is dit in de praktijk aanzienlijk beter. Bij een be­trouw­baarheid van slechts 99,99% zou men gemiddeld 53 minuten per jaar in het donker zitten.

Het energieverbruik van de verlichting
Het energieverbruik van led-verlichting is ongeveer 1,6% van het totale elek­tri­citeits­verbruik van een huishouden. Als men ernst wil maken met energie­besparing, is het beter om de ver­warming wat lager te draaien en de auto af te schaffen, in plaats van zo nu en dan het licht in de keuken uit te doen. Kleine beetjes helpen namelijk maar een (heel klein) beetje.
Als iedereen een beetje doet, dan zullen we maar een beetje bereiken
Ook het idee om de verlichting van autowegen te verminderen (om energie te sparen) terwijl men daarbij het autoverkeer ongemoeid laat, zet weinig zoden aan de dijk.

Teletekst 3 juni 2013
Het aantal snelwegen waar 's nachts geen licht meer brandt, neemt de komende maanden flink toe. Rijkswaterstaat moet bezuinigen en bovendien is het beter voor het milieu, schrijft de dienst op zijn website.


Energieverbruik van de huishoudens in Nederland in het jaar 2008
A =  netto energieverbruik per huishouden
B =  primair energieverbruik per huishouden in kilowatt-uren
C =  primair energieverbruik van alle huishoudens in Nederland
        in miljard kilowatt-uren

A

B

C

  elektriciteit   3560 kilowatt-uur

  8 900

  62

  verwarming     1625 kubieke meter aardgas  

14 300

100

  de auto   1444 liters benzine

13 140

  92

  totaal

    36 340    

    254    

In het jaar 2008 waren er in Nederland 7 miljoen huishoudens.

De huishoudens in Nederland verbruiken 27% van de totale hoeveelheid primaire energie
• 



in 2008 was het primaire energieverbruik van alle huishoudens 254 miljard kilowatt-uur  
Dat is inclusief de verwarming van de woning en het gebruik van de auto
het totale primaire energieverbruik, met inbegrip van industrie, transport en openbaar
vervoer, was toen 927 miljard kilowatt-uur

Nederland verbruikt 0,57% van de wereldenergie
• 

in 2013 was het verbruik van primaire energie in Nederland 900 miljard kilowatt-uur  
het wereldverbruik van primaire energie was toen 157 000 miljard kilowatt-uur

Een Nederlander verbruikt 48 keer zoveel energie als nodig is om in leven te blijven
• 

een mens verbruikt aan voedsel gemiddeld 2500 kilocalorie per dag. Dat is 3 kilowatt-uur  
in 2013 was het verbruik van primaire energie in Nederland 900 miljard kilowatt-uur

Omgerekend naar het verbruik per inwoner per dag komt men op ongeveer 145 kilowatt-uur. Dat is 48 keer zoveel energie als nodig is om in leven te blijven en equivalent aan de energie-inhoud van 16 liter benzine. Inwoners van Afrika moe­ten het met 13 kilowatt-uur per dag doen.


Een Nederlander verbruikt in zijn leven bijna net zoveel energie als een Jumbo,
die 1 keer om de aarde vliegt

• 




het energieverbruik van een Nederlander is 16 liter benzine-equivalent per dag  
in 80 jaar is dat: 80 × 365 × 16 = 467 200 liter benzine-equivalent
dat veroorzaakt 1450 ton CO2
een Jumbo verbruikt 600 000 liter kerosine voor een vlucht van 40 000 kilometer  
(= de aardomtrek)

Persbericht op 14 januari 2008
"In 2010 zullen er 1 miljard auto's en vrachtwagens op de aarde rondrijden. Momenteel zijn er wereldwijd 942 miljoen voertuigen. Het bereiken van 1 miljard wagens tegen 2010 is slechts een tussenfase. Ondanks de milieuproblemen groeit het wagenpark in 2015 tot 1,124 miljard stuks".

Persbericht op 20 december 2007
"De NAM  (Nederlandse Aardolie Maatschappij) gaat weer olie winnen in Schoonebeek. In 25 jaar zullen 100 miljoen vaten worden geproduceerd". Het wereldverbruik van olie is 1000 vaten per seconde. De produktie van Schoone­beek in 25 jaar is dus voldoende voor het wereldverbruik gedurende 100 000 seconden = 28 uur

Teletekst 6 juni 2012
Voor het eerst heeft een vliegtuig op zonne-energie een intercontinentale vlucht gemaakt. Bertrand Piccard deed 19 uur over een reis van Madrid naar Rabat in Marokko. Zijn toestel, Solar Impulse, heeft 12 000 zonnecellen. Het heeft een spanwijdte van 64 meter en weegt net zoveel als een auto. In 2014 is een vlucht om de wereld gepland
zie ook:
de toekomst van elektrisch vliegen
Elektrisch vliegtuig

Teletekst 23 juni 2016
Het zonnevliegtuig Solar Impulse is de Atlantische Oceaan overgestoken. Het toestel landde bij Sevilla, na een vlucht van drie dagen vanuit New York. De trans-Atlantische vlucht is de 15e etappe in een reis om de wereld. Hij blijft in de lucht door 17 000 zonnecellen op de vleugels. 's Nachts levert een accu stroom.

Elektor 7 augustus 2017
Afgelopen herfst veroorzaakte een gigantische storm in Zuid-Australië een massale energiestoring. Hierdoor kwamen meer dan een miljoen mensen zonder stroom te zitten. De regering van Zuid-Australië heeft daarom een monster-accu met een capaciteit van 129 megawatt-uur en een vermogen van 100 megawatt bij Tesla besteld.


Overzicht van de belangrijkste vindplaatsen van fossiele brandstoffen
(in procenten)

  Midden  
Oosten

  Afrika  

Noord
  Amerika  

Zuid
  Amerika  

Azië en
  Oceanië  

Oost
  Europa  

West
  Europa  

  steenkool  


6,9

37,3

3,1

35,4

  6,1

11,2

  aardolie

62,1

6,3

  7,4

7,9

  3,8

  9,8

  2,7

  aardgas

32,5

6,4

  5,5

3,9

  9,3

37,3

  5,2


Het wereldverbruik van primaire energie in 2014 was 160 × 1012 kilowatt-uur
Dat is equivalent aan:

 of  17,6 × 1012 liter benzine, dat is een kubus met een ribbe van 2,6 kilometer  
 of  19,8 × 1012 kilogram steenkool, dat is een trein met 40 × 107 goederenwagons van 50 ton en een  
      lengte van 10 meter. De lengte van de trein is dan 40 × 105 kilometer = 100 keer de aardomtrek

Energieën op wereldschaal
(per jaar en omgerekend in kilogram massa-equivalent)
  netto elektriciteitsverbruik
  totaal primair energieverbruik  
  ingestraalde zonne-energie
=
=
=

860 kilogram massa-equivalent 
6280 kilogram massa-equivalent 
  44 miljoen kilogram massa-equivalent 


Zonnewarmte of een warmtepomp op zonne-energie?
Een zonneboiler levert 650 kilowatt-uur warmte, per vierkante meter per jaar. Een zonnepaneel levert 150 kilowatt-uur elektriciteit per vierkante meter per jaar. Als deze elektriciteit wordt toegevoerd aan een warmtepomp, (met een COP = 4), dan levert die 600 kilowatt-uur warmte.. Warmtepompen zijn dus niet altijd de beste oplossing voor het opwekken van warmte.



Enkele eenheden

Wattpiek
Wattpiek is het elektrisch vermogen van een zonnepaneel, bij een loodrechte instraling
van 1000 watt per vierkante meter en een paneeltemperatuur van 25 graden celsius
Voorbeeld:
• 


een zonnepaneel heeft een oppervlakte van 1,6 vierkante meter  
het rendement is 15%  (huidige stand van de techniek)
het elektrisch vermogen is dan 1,6 × 1000 × 15% = 240 wattpiek  

De energie-opbrengst van 1 wattpiek is ongeveer 850 watt-uur per jaar
• 










het rendement van een zonnepaneel is afhankelijk van de ingestraalde energie en de paneel-
temperatuur. (hoe warmer hoe slechter)
een zonnepaneel is onderhevig aan veroudering en vervuiling
er treden verliezen op in de "inverter". De inverter is een schakeling die de lage gelijkspanning
van het zonnepaneel omzet in een wisselspanning van 230 volt. Hierdoor wordt het mogelijk
om de zonne-energie terug te leveren aan het lichtnet
een vast opgesteld zonnepaneel (op een dak) staat bijna nooit onder een hoek van 36 graden
en is ook niet altijd gericht op het zuiden
de intensiteit van het zonlicht is niet constant. In de ochtend en avond, maar ook in de herfst,
winter en lente, moet het zonlicht een langere afstand door de atmosfeer afleggen dan midden
op de dag in de zomer
 

Het elektrisch vermogen van een zonnepaneel van 1,6 vierkante meter = 240 wattpiek
De jaaropbrengst is dus 240 × 850 watt-uur = 200 kilowatt-uur.

1 huishouden = 10 kilowatt-uur per dag = 3650 kilowatt-uur per jaar
1 huishouden is de hoeveelheid elektrische energie die een gemiddeld huishouden in Nederland
in 1 jaar verbruikt. Dat is natuurlijk niet elk jaar hetzelfde, maar deze (afgeronde) waarde wordt
vaak gebruikt om de opbrengst van zonne- of windenergie aan te geven
Voorbeeld:
Het windmolenpark bij IJmuiden levert 435 000 megawatt-uur per jaar. Dat is dus voldoende
voor 435­ 000­ 000­ /­ 3650 = 119 200 huishoudens

1 kilocalorie = 427 kilogram-meter = 1,16 watt-uur
1 kilocalorie is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kilogram water
met 1 graad celsius te verhogen
• 



het laten smelten van 1 kilogram ijs van 0 graden celsius kost 80 kilocalorie
het aan de kook brengen van 1 kilogram water van 0 graden kost 100 kilocalorie  
het volledig verdampen van 1 kilogram water van 100 graden kost 540 kilocalorie  
Dat is (toevallig?) 3 keer zoveel als nodig is voor smelten + aan de kook brengen  

De energie-inhoud van een Alkaline batterij (AA-cel) is 2,25 watt-uur. Hiermee
kan men theoretisch dus een auto van 828 kilogram 1 meter omhoog takelen

Omrekening van kilowatt-uur naar kilocalorie
1 kilowatt-uur
1 kilocalorie
dus 1 kilowatt-uur  
1 liter benzine
=  3600 kilojoule
=  4186,8 joule
=  3600­ 000­ / 4186,8  =  860 kilocalorie  
=  9,1 × 860  =  7800 kilocalorie

Omrekening van kilowatt-uur naar kilogram-meter
1 kilowatt-uur
1 kilogram-meter
dus 1 kilowatt-uur  
1 liter benzine
=  3600 kilonewton-meter
=  9,81 newton-meter
=  3600­ 000­ / 9,81  =  367 000 kilogram-meter  
=  9,1 × 367 000  =  3 340 000 kilogram-meter

Omrekening van kilocalorie naar kilogram-meter
1 kilocalorie
1 kilogram-meter
dus 1 kilocalorie  
=  4186,8 newton-meter
=  9,81 newton-meter
=  4186,8 / 9,81 =  427 kilogram-meter  

Omrekening van kilocalorie naar watt-uur
1 kilocalorie
1 watt-uur
dus 1 kilocalorie  
=  4186,8 newton-meter
=  3600 newton-meter
=  4186,8 / 3600 =  1,16 watt-uur  
zie ook:  Energy Unit Converter


Tabellen en grafieken

Primaire energie
  Primaire energie is de energie-inhoud van brandstoffen in hun  
  natuurlijke vorm, voordat enige omzetting heeft plaatsgevonden  

Het wereldverbruik van primaire energie in 2014 was 160 × 1012 kilowatt-uur

Verdeling van de primaire energie naar energiebron
  aardolie

  31,3%

  steenkool

  28,6%

  aardgas

  21,2%

  biobrandstof

  10,3%

  kernenergie

    4,8%

  waterkracht

    2,4%

  geothermisch, wind en zon    

    1,4%

  totaal wereld

      100,0%      

(bron:  IEA =  International Energy Agency)

Men kan wel "tegen steenkool" zijn, maar dat verandert niets aan het feit, dat bijna 29%
van het wereldverbruik van primaire energie afkomstig is van steenkool


OECD = Organisation for Economic Co-operation and Development. Dit is een samenwerkings-
verband van 34 landen die hun economisch beleid coördineren en de wereldhandel bevorderen.

De primaire energie en het elektriciteitsverbruik per regio in 2013
(miljard kilowatt-uur)

    primaire    
energie

  elektriciteits-  
verbruik

  Nederland

       900

     115

  Midden Oosten

    8 013

     841

  China

  35 157

  5 165

  Azië (zonder China)

  19 248

  2 155

  Afrika

    8 688

     649

  Non OECD Amerika's

    7 199

  1 011

  OECD

  61 639

10 179

  Non OECD Europa en Eurazië  

  13 444

  1 538

  Wereld

157 481

21 538

(bron:  IEA =  International Energy Agency)

Finale energie
  Finale energie is het eindverbruik van energie door
  industrie, huishoudens, diensten, vervoer en landbouw  

Het finale wereld energieverbruik in 2014 was 110 × 1012 kilowatt-uur

Verdeling van de finale energie naar energiebron
  aardolie

  39,9%

  elektriciteit

  18,1%

  aardgas

  15,1%

  biobrandstof en afval

  12,2%

  steenkool

  11,4%

  geothermisch, wind en zon    

    3,3%

  totaal wereld

    100,0%    

(bron: IEA =  International Energy Agency)

Verdeling van het elektriciteitsverbruik in Nederland in 2009
  industrie

  40%

  huishoudens    

  23%

  diensten

  30%

  landbouw

    7%

  totaal

    100%    

(bron: IEA =  International Energy Agency)

Verdeling van het elektriciteitsverbruik in Nederland in 2009
verdeling


Overzicht van de energiebronnen voor de opwekking van elektriciteit in enkele landen in 2009
(procenten)

kern
  energie  

water
  kracht  

wind
  energie  

zonne
  energie  

geotherm.
  biomassa  

steenkool
  olie en gas  

    totaal    

  Nederland

  3,7

  0,1

4,1

0,04

6,9

85,3

100

  België

51,8

  1,9

1,1

0,18

5,9

39,2

100

  Duitsland

22,8

  4,2

6,5

1,11

7,1

58,4

100

  Engeland

18,4

  2,4

2,5

0,01

3,3

73,4

100

  Frankrijk

75,6

11,5

1,5

0,03

1,1

10,3

100

  Zwitserland

40,5

54,8

0,0

0,07

3,5

  1,1

100

  Italië

  0,0

18,3

2,2

0,23

5,2

74,0

100

  Spanje

18,0

  9,9

12,9  

2,06

1,5

55,7

100

  Zweden

38,2

48,3

1,8

0,00

8,9

  2,8

100

  Noorwegen

  0,0

95,7

0,7

0,00

0,3

  3,3

100

  Denemarken    

  0,0

  0,1

18,5  

0,01

11,1  

70,4

100

  Rusland

16,5

17,8

  0,0  

0,00

  0,3  

65,4

100

  Afrika

  2,0

16,0

0,3

0,00

0,1

81,4

100

  Japan

26,7

  7,8

0,3

0,26

2,3

62,6

100

  China

  1,9

16,5

0,7

0,01

0,1

80,8

100

  Australië

  0,0

  4,7

1,5

0,10

1,1

92,7

100

  USA

19,8

  7,1

1,8

0,06

1,7

69,1

100

  Wereld

13,4

16,5

1,4

0,10

1,5

66,8

100


Energiebronnen voor de opwekking van elektriciteit, wereldwijd in 2009
taart5
groen = windenergie, zonne-energie, geothermisch en biomassa

Windenergie en zonne-energie in enkele landen in 2009
(miljard kilowatt-uur)


  windenergie  

  zonne-energie  

  Nederland    

    4,6

  0,05

  Duitsland

  38,6

  6,58

  Spanje

  37,8

  6,04

  China

  26,9

  0,32

  USA

  74,2

  2,50

  Wereld

273,2

21,00

Nederland produceert wel heel erg weinig zonne-energie in vergelijking met andere landen.
In 2009 wekte Duitsland 31% van de wereldproduktie van zonne-energie op en dat was
132 keer zoveel als Nederland. Spanje was een goede tweede met 29%

Bronnen voor de opwekking van elektrische energie in Duitsland in 2014

miljard
  kilowatt-uur  

  procenten  

  bruinkool

140,9

  27,0

  steenkool

  99,0

  19,0

  uranium    

  91,8

  17,6

  biomassa

  53,9

  10,3

  wind

  51,4

    9,9

  gas

  33,2

    6,4

  zon

  32,8

    6,3

  waterkracht

  18,5

    3,6

  totaal

521,5

100,0

bron:  Fraunhofer Institut


Alternatieve energiebronnen

Men kan wel van alles uitrekenen, maar dat wil nog niet zeggen dat het in de praktijk kan worden gerealiseerd, of dat het economisch haalbaar is.

De hieronder genoemde vormen van alternatieve energie hebben met elkaar ge­meen, dat ze (nog) niet zijn gerealiseerd. Het lijken vaak meer fantasieën, dan prak­tisch uitvoerbare projecten.
Een goed voorbeeld hiervan is de "zonnetoren". Die moet 1 kilometer hoog worden. Het hoogste gebouw ter wereld (in Dubai) is 828 meter hoog. Het rendement van de zonnetoren is slechts 1,5%


Zonnetoren
zonnetoren

Zonnestraling verwarmt de lucht die zich onder een lage cirkelvormige, door­schijnende collector bevindt. Deze collector is aan de rand open. Het door­schijnende dak van deze collector vormt samen met de grond een opslag­ruimte voor de opgewarmde lucht. In het midden van het ronde dak staat een toren. De verwarmde lucht stijgt op in deze toren. Daardoor wordt nieuwe koude lucht aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. Ook 's nachts is er een continue stroom warme lucht naar de toren, omdat de gehele grondoppervlakte bestaat uit met water gevulde buizen. Overdag warmen deze buizen op en 's nachts geven ze hun warmte weer af. In de luchtstroom naar de toren staan een aantal wind­turbines opgesteld. De hieraan gekoppelde generatoren wekken elektriciteit op. In Australië gaat men misschien ooit zo'n toren bouwen.


Enkele gegevens
• 







de temperatuur van de lucht onder de collector stijgt overdag 30 graden celsius
de snelheid van de luchtstroom aan de voet van de toren is 60 kilometer per uur
het vermogen is 200 megawatt
de jaarproduktie is 680 000 megawatt-uur
een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar ruim 6 keer zoveel energie  
de toren is 1 kilometer hoog en de diameter is 130 meter
de diameter van de ronde collector is 5 kilometer  (dus de straal r = 2500 meter)
aan de voet van de toren staan 32 turbines van 6,5 megawatt

Berekening van het rendement
•  de oppervlakte van de collector is π r2 = 3,14 × 25002 = 19­ 625­ 000­ vierkante meter
•  de energie-instraling van de zon in Australië is 2,3 megawatt-uur per vierkante meter per jaar  
•  de hoeveelheid energie, die in de collector instraalt is dus 45­ 137­ 500 megawatt-uur per jaar  
•  het rendement is (680­ 000 / 45­ 137­ 500) × 100% = 1,5%
•  vergelijk hiermee het rendement van een elektrisch zonnepaneel, dat is 15%

De voordelen van de zonnetoren
• 



er is vrijwel geen onderhoud nodig
er is geen (water)koeling nodig  (een groot voordeel in droge en warme gebieden)
de installatie werkt op de warmtestraling van de zon en heeft daardoor weinig last van vervuiling
de energielevering gaat dag en nacht (min of meer continu) door
 

Blue Energy
Blue Energy is een vorm van duurzame energie-opwekking die gebaseerd is op het verschil in zoutconcentratie van (zout) zeewater en (zoet) rivierwater. Door op het grensvlak een "generator" met kunststof membranen (een soort filters) te bouwen, kan enige energie worden gewonnen. De techniek die hiervoor wordt gebruikt, heet "omgekeerde elektrodialyse".
Het water aan de ene kant van het membraan is positief geladen, dat aan de andere kant negatief. Het spanningsverschil is 80 millivolt. Door stapeling van een groot aantal membranen kan voldoende spanning worden verkregen voor een praktische toepassing. Het systeem werkt als een soort accu. Er is geen andere energiebron (?) nodig dan zoet en zout water. De opbrengst zou theoretisch voldoende kunnen zijn voor de elektriciteitsvoorziening van Noord Nederland, als al het zoete water dat via Nederland de zee in stroomt, benut wordt voor deze vorm van energie-opwekking. Een onrealistisch verhaal.

Bericht in "De Ingenieur" 14 oktober 2011
Op de afsluitdijk komt een Blue Energy centrale van 50 kilowatt, die uit het ver­schil in zoutgehalte tussen water uit de Waddenzee en het IJsselmeer energie wint. Alle vergunningen zijn rond

Laddermolen
De laddermolen bestaat uit een windgedragen systeem van een groot aantal vleugels die aan een sterk touw zijn gebonden en die een lus vormen. Eén uiteinde van de lus drijft op de grond een dynamo aan. De vleugels zijn als schoepen zo ingesteld, dat langs één kant van de lus de vleugels omhoog bewegen onder invloed van de wind. Voorbij het kantelpunt (?) hoog in de lucht gaan de vleugels langs de andere kant van de lus weer naar beneden Daarbij wordt de stand van de vleugels zodanig veranderd, dat ze een neerwaartse druk ondervinden. Zo ontstaat een draaiende beweging van de lus. De energie-opbrengst van de laddermolen zou minstens 50 keer zoveel zijn als bij een windmolen met een vermogen van 1 megawatt. Wie het gelooft, mag het zeggen.


De Maglev wind turbine
maglev

Maglev is de afkorting van magnetische levitatie (= zweving). De Maglev wind­turbine heeft een verticale as. De as en de "windvanen" rusten op een magnetische lagering. Een magnetisch lager is vrijwel wrijvingsloos. (maar verbruikt wel energie). Door de zeer geringe lagerwrijving, gaat deze windturbine al bij een luchtsnelheid van 1,5 m/sec draaien en levert bij 3 m/sec. een bruikbare hoeveelheid energie. Zeer hoge windsnelheden vormen geen probleem, de molen kan dan gewoon blijven draaien. Hierdoor kan, volgens de Chinese uitvinders, dit type windturbine 20% meer energie leveren in vergelijking met een conventionele windturbine van hetzelfde vermogen.
Hoe de magnetische lagering werkt, komt niet uit de verf. Die zou met permanente magneten zijn opgebouwd en daardoor geen elektrische energie gebruiken voor de "levitatie". Een zeer onwaarschijnlijk verhaal, dus. De lagerwrijving verbruikt normaal slechts enkele procenten van de energie die door een windturbine wordt opgewekt. Daar is dus zeer weinig winst aan te behalen.
Wel interessant is de verticale as, waardoor deze molen ongevoelig is voor de windrichting, terwijl zeer grote constructies mogelijk zijn. De windenergie wordt daarbij over de gehele hoogte van de molen opgewekt. Dit soort constructies is overigens al vele jaren (eeuwen) bekend. De molen zou monstrueuze afmetingen hebben, (zoiets van 600 meter hoog, bij een diameter van 400 meter) en dan net zoveel energie kunnen opwekken als 1000 gewone windmolens.

Golfslagenergie
Golfslagenergie is energie die te winnen is uit de snel wisselende waterhoogte op zee door aanwezigheid van golven. Hoewel hieruit theoretisch (zeer veel) energie te winnen is, wordt dit tot op heden nog niet veel gedaan, omdat de kosten de baten meestal overstijgen. Voor de kust van Portugal wordt de eerste commer­ciële golfslagcentrale gebouwd, een centrale die energie uit zeegolven omzet in elektrische energie. Het systeem moet vanaf 2006 elektriciteit leveren voor (slechts) 1500 huishoudens.

Energie-instraling vanuit de ruimte
Om dit mogelijk te maken, moeten enorme zonnepanelen in een geostationaire baan om de aarde worden gebracht. De opgevangen zonne-energie wordt ver­volgens door middel van microgolven naar de aarde gestraald en daar omgezet in elektriciteit. Een waanzinnig plan, dat uiteraard nooit zal worden gerealiseerd.
(leuk voor James Bond films)



Vrije energie

tesla2

Nikola Tesla

In deze opsomming van alternatieve energiebronnen, mag de vermelding van "vrije energie" niet ontbreken. Er is geen enkele wetenschappelijke onderbouwing voor het bestaan van "vrije energie". Toch kan men hierover vage twijfels hebben, omdat Tesla dit in 1889 zou hebben uitgevonden. Tesla (1856-1943) was een van de grootste uitvinders aller tijden. Hij bedacht onder meer de infrastructuur van de elektriciteitsnetten zoals wij die tegenwoordig overal gebruiken. Dus energietransport door middel van wisselstroom via hoogspanningsleidingen en transformatoren. Ook was hij de uitvinder van de wisselstroom inductiemotor, de fluorescentie buis (TL-buis), de radio en de afstandsbediening. In 1943, kort nadat hij was overleden, werd door het Amerikaanse Hooggerechtshof officieel vast­gesteld dat Tesla de uitvinder van de radio was en dus niet Marconi.
Zijn grootste uitvinding zou zijn, de wereldwijde energievoorziening door "vrije energie", afgetapt uit de "ether". ("vrije energie" is de letterlijke vertaling van "free energy" = gratis energie).
Experimenten hiermee vonden echter nooit plaats, om­dat zijn geldschieters het lieten afweten. Die zagen helemaal niets in gratis energie

wardenclyff

De Warden Clyff Tower
Met 5 van deze torens wilde Tesla
een wereldwijde, draadloze energie-
voorziening mogelijk maken

Tesla was in staat om energie draadloos over grote afstanden te transporteren Vermeld wordt dat hij lampen op een afstand van enkele honderden meters draadloos liet branden. Ook zou hij een elektrische auto hebben omgebouwd, die daarna een week lang kon rondrijden zonder dat de accu werd opgeladen. Ook dit zou mogelijk gemaakt zijn, door het draadloos overbrengen van energie
zie ook:  patenten van Tesla

Op zichzelf is het draadloos overbrengen van energie niets bijzonders. Vrijwel alle energie die we op aarde gebruiken is draadloos overgebracht van de zon naar de aarde. Het is eigenlijk veel vreemder, dat men zeer grote hoeveelheden elektrische energie kan transporteren via een paar koper­draden. Bijvoorbeeld van een elek­trische centrale naar een grote stad.

Een elektrische 2-persoons sportauto kreeg de naam  "Tesla Roadster". Deze auto wordt aangedreven door een 3-fasen wisselstroom inductiemotor. Het prin­cipe van deze motor werd in 1888 door Tesla uitgevonden.
zie ook:  Who Killed the Electric Car

Interessant zijn onderstaande internetsites. De lezer moet zelf maar zijn (haar) conclusies trekken. Tesla was een genie, maar op latere leeftijd misschien ook wel een fantast. Het is fascinerend om zijn levensverhaal te lezen.
zie ook:
Nikola Tesla
Educate Yourself
Tesla Inside the Lab



Opslag van Energie

Enkele vormen van energie-opslag
 1. Elektrische energie in supercondensatoren
 2. Chemische energie in batterijen, accu's en waterstof
 3. Thermische energie in stoffen met een grote warmtecapaciteit
 4. Kinetische energie in vliegwielen
 5. Potentiële energie door het verplaatsen van massa tegende zwaartekracht in
     of het comprimeren van gassen
 

1. Elektrische energie
In een supercondensator (supercap) kan elektrische energie worden opgeslagen in de vorm van elektrische lading. Superconden­satoren kunnen zeer snel met hoge piekstromen worden geladen en ontladen. In hybride en elektrische auto's kunnen supercondensatoren worden gebruikt voor het snel en effectief opslaan van de rem-energie, terwijl bij accelereren die energie dan even snel weer beschikbaar is. De energie-inhoud van een super­condensator is betrekkelijk klein, terwijl de spanning snel afneemt tijdens de ontlading. Recente ontwikkelingen zijn echter veelbelovend.
Een voorbeeld is de k2 supercondensator van Maxwell

• 




de celspanning is 2,85 volt
de capaciteit van een cel is 3400 farad
de energie-inhoud is 7,4 watt-uur per kilogram  
het vermogen is 14 kilowatt per kilogram
de levensduur is meer dan 1 000 000 laadcycli  

  de energie-inhoud  (joule) van een condensator =  ½ CV2  
  C = de capaciteit  (farad)  en V = de spanning  (volt)

Er zijn al modules met supercondensatoren op de markt, met een energie-inhoud van 282 watt-uur, bij een capaciteit van 17,8 farad en een spanning van 390 volt. Op termijn zal de super­conden­sator de batterij bij bepaalde toepassingen kunnen gaan vervangen. De levens­duur is vrijwel on­be­perkt, terwijl het rendement van de laadcyclus zeer hoog is, ongeveer 97%

Onlangs is de grafeen supercondensator aangekondigd. De energie-inhoud per kilogram zou 20 keer zoveel zijn als bij een gewone supercondensator

2. Chemische energie
In batterijen en accu's, maar ook bij de produktie van waterstof, wordt elek­trische energie opgeslagen in de vorm van chemische energie

2.1. Batterijen en accu's
Batterijen en accu's zijn relatief betrouwbaar. Het rendement van de laadcyclus is vrij hoog, ongeveer 85%. Daar staat tegenover, dat batterijen en accu's zwaar zijn en een grote ruimte innemen, terwijl de capaciteit beperkt is. Ook de lange laadtijden of de enorme laadstromen vormen vaak een probleem. Een interessante mogelijkheid, lijkt de toepassing van de vanadium redox accu
De accu van een elektrische auto kan ook gebruikt worden voor de opslag van elektrische energie. Men moet dan denken aan zo’n 30 kilowatt-uur en dat is 3 keer zoveel als in de Powerwall van Tesla. (zie hieronder).
De keuze wordt straks misschien: “Ga ik een eindje rijden of zal ik de was maar gaan doen”. Zo’n keuze maakt de mensen ook meer energiebewust

2.2. De thuisbatterij van Elon Musk
Elon Musk, mede-oprichter van Tesla Motors, bracht in 2015 de powerwall op de markt. Deze oplaadbare batterij heeft een energie-inhoud van 10 kilowatt-uur. Dat is gelijk aan het energie­verbruik van een huishouden in 24 uur. In combinatie met een voldoend aantal zonne­panelen zou men in de zomer dan geen elektriciteit uit het lichtnet meer nodig hebben. Maar in de winter gaat dat niet lukken. Wel kan men dan 's nachts tegen nachttarief, elektriciteit uit het lichtnet in de powerwall opslaan en die elektriciteit overdag gebruiken.
De powerwall kost, na aftrek van allerlei subsidies 3100 euro.
zie ook:  wat is de tesla powerwall en wat hebben we eraan

2.3. Waterstof
De produktie van waterstof en terugwinning van elektriciteit in een brandstofcel gaat gepaard met een slecht (totaal)rendement. De energie-inhoud van waterstof per gewichtseenheid is weliswaar groot, maar het volume is ook (zeer) groot, zelfs als het gas sterk is samengeperst. Dat samenpersen kost veel energie. Waterstof wordt pas vloeibaar bij 252 graden celsius onder nul. Vloeibaar maken is dus geen optie. Wel lijkt het mogelijk, om waterstof op een efficiënte manier op te slaan in metaalhydriden of gashydraten met behulp van nanotechnologie. Het gebruik van waterstof is potentieel gevaarlijk. (knalgas). Chemische verbindingen van waterstof met koolstof zijn probleemloos. Dat zijn de bekende kool­water­stoffen, zoals aardgas en (synthetische) benzine.


2.3.1. Seizoenopslag van zonne-energie in waterstof
(theoretisch en alles in kilowatt-uur)

opbrengst
zonne-energie

seizoen
opslag

verbruik
  huishouden
 

  maart
  t/m augustus  

  80% van de jaaropbrengst  
= (1825 + S)

in waterstof
S


1825

  september
  t/m februari  

20% van de jaaropbrengst
= (20 / 80) × (1825 + S)

  uit waterstof  
(0,35 × S)


1825

• 







het elektriciteitsverbruik van een huishouden is 1825 kilowatt-uur in een half jaar
in maart t/m augustus moet er S kilowatt-uur extra beschikbaar zijn voor seizoenopslag in waterstof
de opbrengst van de zonnepanelen in maart t/m augustus moet dan zijn: (1825 + S) kilowatt-uur
beschikbaar uit de zonnepanelen in september t/m februari  (20 / 80) × (1825 + S) kilowatt-uur
beschikbaar uit de seizoenopslag in september t/m februari  (0,35 × S) kilowatt-uur
totaal beschikbaar in september t/m februari  (20 / 80) × (1825 + S) + (0,35 × S) = 1825 kilowatt-uur
hieruit volgt: S = 2281 kilowatt-uur
de jaaropbrengst van de zonne-energie moet dus zijn  (100 / 80) × (1825 + 2281) = 5132 kilowatt-uur
 

2.3.2. Benodigde hoeveelheid waterstof voor seizoenopslag
• 




de seizoenopslag S = 2281 kilowatt-uur
dat is 68 kilogram waterstof
de soortelijke massa van waterstof is 0,09 kilogram per kubieke meter, bij een druk van 1 bar
dat is 9 kilogram bij een druk van 100 bar
bij deze druk is 7,5 kubieke meter waterstof nodig  
 

In bovenstaand rekenvoorbeeld is de energie-opbrengst in maart t/m augustus 80% en in september t/m februari 20% van de jaaropbrengst. Deze verhouding wordt bepaald door de seizoenen, maar ook door de stand van de zonnepanelen. Als de panelen meer vertikaal staan, dan wordt de verhouding tussen de opbrengst in de zomer en in de winter wat kleiner. Daardoor wordt zowel de benodigde seizoen­opslag als ook de benodigde jaaropbrengst kleiner.


2.4. Seizoenopslag van zonne- en windenergie in ammoniak
De waterstofeconomie zou in de praktijk wel eens een ammoniak-economie kun­nen worden

Teletekst 26 maart 2016
De Nuon-gascentrale in Eemshaven zal worden verbouwd tot een “superbatterij” waar overtollige (?) zonne- en windenergie in kan worden opgeslagen. De energie wordt opgeslagen met behulp van ammoniak, een vorm van energie-opslag die nog niet op grote schaal is toegepast. Met de overtollige energie wordt stikstof uit de lucht en waterstof uit water gehaald. Daar wordt ammoniak van gemaakt. De ammoniak kan worden verbrand in turbines en daarbij komt geen CO2 vrij. Rond 2025 moet de centrale in werking zijn

3. Thermische energie
Opslag van thermische energie (= warmte) kan plaats vinden in materiaal met een grote warmtecapaciteit, bijvoorbeeld in water (zonneboiler), of in waterhoudende zandlagen op enige diepte in de grond. (aquifers). Meestal gaat het daarbij om vrij lage temperatuurniveaus, die onbruikbaar zijn voor de produktie van elektriciteit. Wel kan de opgeslagen warmte met behulp van warmtepompen worden gebruikt voor verwarmingsdoeleinden.

3.1. Opslag van warmte in een reservoir
De relatieve warmteverliezen nemen af, naarmate een reservoir groter is. De warmteverliezen zijn evenredig met het oppervlak (dus met de 2e macht) en de warmtecapaciteit is evenredig met de inhoud (dus met de 3e macht).
Ook de vorm van een reservoir is belangrijk. Bij dezelfde inhoud, zijn de warmte­verliezen het kleinst bij een bol. Bij een kubus zijn ze 1,24 keer zo groot.
zie ook:  Surface area to volume ratio


3.1.1. Vergelijking van de warmteverliezen bij een kleine en een grote kubus
voorbeeld:
• 





een kubus met een ribbe van 1 meter heeft een inhoud van 1 kubieke meter en een oppervlak
van 6 vierkante meter
een kubus met een ribbe van 2 meter heeft een inhoud van 8 kubieke meter en een oppervlak
van 24 vierkante meter  
dus bij een 8 keer zo grote inhoud is het oppervlak (en dus het warmteverlies) maar 4 keer
zo groot
 

3.1.2. Vergelijking van de warmteverliezen bij een bol en een kubus met dezelfde inhoud
voorbeeld:
• 



stel, een bol heeft een inhoud van 8 kubieke meter
het oppervlak van de bol is dan 19,35 vierkante meter
een kubus met een inhoud van 8 kubieke meter, heeft een oppervlak van 24 vierkante meter
bij dezelfde inhoud is het oppervlak van een kubus dus 1,24 keer zo groot als van een bol
 

3.2. Opslag van warmte in gesmolten zout
Bij een zon-thermische centrale wordt voor (kort durende) opslag van de zonne-energie, gebruik gemaakt van gesmolten zout. Met de opgeslagen warmte kan tijdens zonloze periodes elektriciteit worden geproduceerd. De opgeslagen warmte komt hierbij grotendeels vrij als stollingswarmte en dat is vele malen meer dan wat vrijkomt bij alleen maar afkoelen.
Vergelijk hiermee de eigenschappen van water.
Voor het laten smelten van ijs is 80 keer zoveel warmte nodig, als voor 1 graad verwarmen van water. Bij het bevriezen komt die warmte weer vrij.

3.3. Opslag van zonnewarmte in de vorm van chemische energie
Bij ECN  (Energieonderzoek Centrum Nederland) worden experimenten uit­ge­voerd met materialen, waarbij zonnewarmte in de vorm van chemische energie wordt opgeslagen. Bij langdurige opslag van deze chemische energie treden geen warmteverliezen op. Hierdoor wordt seizoenopslag van warmte mogelijk.
Goed bruikbaar lijken zouthydraten. In de zomer wordt de warmte van een zon­ne­boiler gebruikt om de watermoleculen van het zout te scheiden, waarna zout en water gescheiden worden opgeslagen. In de winter wordt dit proces om­ge­keerd en de binding van water aan het zout levert dan weer warmte op

4. Kinetische energie
Kinetische energie (= bewegingsenergie) kan worden opgeslagen in een vliegwiel. De opslag­capaciteit is vrij klein. Een vliegwiel kan worden gebruikt bij het afrem­men van een voertuig. Er wordt dan bewegingsenergie in het vliegwiel opgeslagen. Bij het optrekken kan die energie weer worden gebruikt. Dit wordt bij sommige stadsbussen toegepast

5. Potentiële energie
Potentiële energie ontstaat bij het verplaatsen van massa tegen de zwaartekracht in, of bij het comprimeren van gassen. Potentiële energie kan bijvoorbeeld worden verkregen, door water op te pompen naar een hoger gelegen spaarbekken. Dit gebeurt vaak bij waterkrachtcentrales. Voor het oppompen wordt de overtollige energie gebruikt, die in de dal uren beschikbaar is. In tijden van droogte kan de potentiële energie, die is opgeslagen in het spaarbekken, door de water­kracht­centrale weer worden omgezet in elektrische energie. Het rendement van deze vorm van energie-opslag is vrij hoog, ongeveer 80%
zie ook:  NorNed kabel

5.1. Potentiële energie van perslucht
Potentiële energie ontstaat als men lucht samenperst. Het samenpersen van lucht gaat gepaard met een slecht rendement. Perslucht kan worden gebruikt voor de aandrijving van gereedschappen en zelfs van auto's

• 




een cilinder met een diameter van 50 centimeter en een lengte van 2 meter, heeft een inhoud
van 0,4 kubieke meter
als deze cilinder gevuld is met samengeperste lucht van 200 atmosfeer, dan is de potentiële
energie bijna net zoveel als de energie-inhoud in 1 liter benzine. (= 9,1 kilowatt-uur)  
het gewicht van de samengeperste lucht is 100 kilogram
 
bron:  Opslag van Energie

5.2. Potentiële energie van gecomprimeerde lucht
Er zijn 2 mogelijkheden:
 1. Lucht comprimeren in een vast volume. Hierbij wordt de druk bepaald door de hoeveelheid lucht
 2. Lucht comprimeren in een variabel volume. Hierbij kan de druk constant blijven
 

5.2.1. Lucht comprimeren in een vast volume
Voor het comprimeren van lucht in een vast volume maakt men vaak gebruik van ondergrondse ruimtes zoals zoutkoepels en grotten. Bij het comprimeren van lucht ontstaat warmte, terwijl bij expansie de lucht afkoelt. Daardoor is het rendement vaak slecht. Er zijn 2 vormen van compressie mogelijk:

 1. Adiabatische compressie
     Hierbij vindt geen warmte uitwisseling met de omgeving plaats. De temperatuur stijgt bij
     compressie en daalt bij expansie
 2. Isotherme compressie
     Hierbij vindt wel warmte uitwisseling met de omgeving plaats. De temperatuur blijft constant
     bij compressie en expansie  
 

5.2.2. Lucht comprimeren in een variabel volume
Voor het comprimeren van lucht bij een constante druk maakt men gebruik van een ruimte met een variabel volume. Dat kan een opblaasbare ruimte zijn, die zich een paar honderd meter onder het wateroppervlak in zee bevindt. De waterdruk zorgt dan voor een constante druk in die ruimte. Door de constante druk kunnen de benodigde pompen en turbines met een hoog rendement werken.

5.3. Potentiële energie van een "Gravity Power Module"
Bij deze vorm van energie-opslag wordt gebruik gemaakt van de potentiële energie van een massa van 8000 ton in een hydraulisch systeem. Deze massa kan in verticale richting over een afstand van 500 meter op en neer worden bewogen. De massa is een stalen cilinder met een diameter van 6 meter en een hoogte van 36 meter. Dat is een volume van 1000 kubieke meter. Door de opwaartse druk in het systeem is de effectieve massa 7000 ton

•  de potentiële energie = 7000 ton × 500 meter = 3,5 × 109 kilogram-meter  
•  1 kilowatt-uur = 3,67 × 105 kilogram-meter
•  de potentiële energie is dus 10 000 kilowatt-uur   (afgerond)

5.4. Potentiële energie van een "Ondergrondse Pomp Accumulatie Centrale"

In Limburg wordt misschien ooit een "ondergrondse pomp accumulatie centrale" gebouwd. Er moet dan een waterreservoir van 2,5 miljoen kubieke meter op het aardoppervlak worden aangelegd en een waterreservoir met dezelfde capaciteit op 1400 meter diepte. Daar bevinden zich dan ook de turbines, pompen en de generatoren. De werking is hetzelfde als bij een waterkrachtcentrale met een spaarbekken.

•  2,5 miljoen kubieke meter water
•  verval 1400 meter
•  dat is 2,5 × 106 × 103 kilogram × 1400 meter = 3,5 × 1012 kilogram-meter  
•  1 kilowatt-uur = 3,67 × 105 kilogram-meter
•  de potentiële energie is dus 10 000 megawatt-uur   (afgerond)
Zo'n "ondergrondse pomp accumulatie centrale" zou bijna tweederde van de dagproduktie
van een centrale van 600 megawatt kunnen opslaan.
zie ook:  De Ingenieur  (1 okt. 2010)

Enkele mogelijkheden voor energie-opslag   (afgerond)

  watt-uur per  
kilogram

  watt-uur per  
liter

rendement
  opslagcyclus
 

  benzine   (ter vergelijking)

12 640

9 100

- -

  waterstof   200 atmosfeer

33 600

   600

40%

  lithium-ion-polymeer batterij  

     200

   300

  99%  

  vanadium redox accu

       20

     25

80%

  pomp accumulatie centrale  

         4

      4

80%

• 


1 kilowatt-uur = 367 000 kilogram-meter, dus 1 watt-uur = 367 kilogram-meter
de potentiële energie van 1 kilogram water bij een verval van 1400 meter = 1400 kilogram-meter
dat is 4 watt-uur  (afgerond)
 


Energiebesparing

De grootste winst valt te behalen bij de isolatie en verwarming van de woning en het gebruik van warm water. Daarna volgt de auto en tenslotte de verlichting.

Isolatie van de woning
Voor de verwarming van een slecht geïsoleerd huis is gemiddeld 2150 kubieke meter aardgas per jaar nodig. Voor een goed geïsoleerd huis is dit nog maar 700 kubieke meter. Isoleren helpt dus echt heel veel. Het ideale huis is natuurlijk energieneutraal

Verwarming van de woning
Het principe van "warmte-kracht koppeling" kan ook bij de verwarming van een woning worden toegepast. Een goed voorbeeld hiervan is de HRe-ketel. (hoog rendement elektrisch).
Deze verwarmingsketel bevat een heteluchtmotor waarmee elektriciteit wordt opgewekt. De overtollige elektriciteit wordt teruggeleverd aan het lichtnet. Het totale rendement is ruim 90%. Als alle huizen met zo'n ketel zouden worden uitgerust, dan waren er misschien minder elektrische centrales nodig. Omdat het rendement van een conventionele centrale slechts 40% is, kan bij grootschalige toepassing van de HRe-ketel een aanzienlijke energiebesparing en dus vermin­dering van de uitstoot van CO2 worden bereikt. Een probleem is echter, dat men dit systeem in de zomer niet intensief zal gebruiken, (alleen voor de verwarming van tapwater), omdat men dan meestal liever wil koelen dan verwarmen.
Het totaal geïnstalleerde vermogen van de elektrische centrales zal daarom waarschijnlijk toch niet veel kleiner kunnen worden. De energielevering van de centrales, gerekend over het gehele jaar, kan wel minder zijn.
Een betere oplossing is het gebruik van een warmtepomp.

Warm water
Het (voor)verwarmen van tapwater kan met een hoog rendement (65%) plaatsvinden met behulp van zonnecollectoren. Bij het douchen kan men het verbruik van warm water enigszins beperken door gebruik te maken van een waterbesparende douchekop. Eén keer een bad nemen kost 120 liter water. Eén keer douchen de helft (7,5 liter water per minuut, gedurende 8 minuten). Een waterbesparende douchekop verbruikt 7,5 liter water per minuut, een gewone douchekop 8,2. Veel besparing kan worden bereikt, door de warmwaterboiler vlak bij de kraan te monteren, zowel in de keuken als bij de douche. In veel huizen bevindt zich een combiketel op zolder.
Dat is wel de slechtst denkbare plaats. Als men warm water nodig heeft, moet eerst de lange leiding naar de keuken of badkamer worden opgewarmd voordat het water op de verbruiks­plaats de gewenste temperatuur heeft. Na dichtdraaien van de kraan koelt het water in de leiding weer af, wat puur energieverlies betekent. Bovendien kost dit ook nog eens extra veel water.

Auto
Een aanzienlijke besparing in brandstof kan men bereiken met hybride auto's. Men moet dan denken aan (maximaal) 25%. De enige echte besparing is natuurlijk het afschaffen van de auto. Helaas is het openbaar (streek)vervoer van een dermate slechte kwaliteit, dat men deze stap moeilijk zal zetten. Alleen een extreme verhoging van de benzineprijs, tot bijvoorbeeld  € 5,- per liter, zal op termijn enig effect sorteren, maar de meeste mensen zijn niet uit hun auto te slaan

De zuinigste 4-persoons auto met een benzinemotor, zal bij een snelheid van 100 km per uur nooit veel zuiniger kunnen worden dan 1 liter per 40 km. Dit kan men berekenen aan de hand van de laagst denkbare lucht- en rolweerstand, gecom­bineerd met het hoogst denkbare rendement van een benzinemotor.
Dat verbruik van 1 liter per 40 km werd overigens aangekondigd voor de plug-in Prius, die in 2012 op de markt kwam. Daarbij wordt dan wel "vergeten" dat deze auto een deel van de tijd op elektriciteit rijdt
Ter vergelijking:
Het voertuig dat in 2007 op zonne-energie de "World Solar Challenge" won, had een verbruik (omgerekend naar benzine-equivalent) van 1 liter per 70 km. Dit voertuig kon slechts 1 persoon in half liggende houding vervoeren.

Verlichting
Hoewel verlichting relatief weinig energie verbruikt, kan men daar toch wel wat op bezuinigen door het consequent gebruik van spaarlampen en led-lampen.



Het energieneutrale huis

• 

























over een heel jaar gezien, moet de hoeveelheid opgewekte energie gelijk zijn aan de hoeveelheid
verbruikte energie
de elektriciteit wordt meestal opgewekt met zonnepanelen
water wordt verwarmd door zonnecollectoren
zolang er niets beters is bedacht, functioneert het lichtnet als buffer voor de (tijdelijk) overtollige
elektrische energie
in de zomer wordt het overschot aan elektriciteit teruggeleverd aan het net en in de winter wordt
het tekort aan energie weer opgenomen uit het net
de belangrijkste voorwaarde voor een energieneutraal huis is een goede isolatie van het dak,
muren, ramen, deuren en vloeren
grote ramen op het zuiden, voor maximale instraling van zonnewarmte in de winter
boven de ramen een luifel waardoor in de zomer, als de zon hoger staat, weinig zonnewarmte
naar binnen straalt
3-laags glas
door de goede warmte-isolatie van 3-laags glas is er in de zomer geen koeling nodig, terwijl in de
winter de warmteverliezen beperkt zijn
energiezuinige apparaten en verlichting
warmte terugwinning bij ventilatie en bij het gebruik van warm water
vloerverwarming met een warmtepomp of met water afkomstig van zonneboilers, want bij lage
temperaturen, zijn de warmteverliezen klein en is het rendement dus hoog
de relatieve warmteverliezen nemen af, naarmate een huis groter is
de warmteverliezen zijn het kleinst bij een bolvorm (in de praktijk een kubus). Uitstulpingen in de
vorm van aangebouwde garages, serres en dakkapellen, veroorzaken extra warmteverliezen
men moet met meetapparatuur kunnen controleren of de energie-opwekking in balans is met het
verbruik
alles valt en staat met de motivatie om energie te besparen
 
zie ook:
energieneutrale woning
solarroof
powerwall

De energiezuinige douche
Je gaat je eerst wassen met zeep. Het spoelwater loopt dan gewoon weg in de afvoer. De besparing begint pas, als je daarna nog (lang) wilt nadouchen. Dan wordt het relatief schone en nog warme douchewater in de verdiepte vloer van de doucheruimte opgevangen en via een filter naar de douche terug gepompt. Het water wordt op temperatuur gehouden door bijmenging van vers heet water, of door extra verwarming. Hiermee wordt veel energie en water bespaard, maar het systeem is ingewikkeld (pomp en filter).en het vraagt veel onderhoud.
zie ook:  upfall shower het nieuwe douchen

Een andere mogelijkheid is om warmte terug te winnen uit het afvalwater met een warmtewisselaar. Dat werkt zowel tijdens het wassen als tijdens het nadouchen. Hierbij wordt geen water bespaard, maar wel energie. De constructie is eenvoudig en vraagt vrijwel geen onderhoud.



De ineenstorting van de olie-economie

peakoil

De beschaving, zoals wij die nu kennen, zal spoedig eindigen, omdat de olie opraakt. Dat is een wetenschappelijk onderbouwde conclusie. De olie zal niet plotseling op zijn, want de produktie verloopt volgens een klokvormige curve. Aan de opgaande kant van de curve is er in toenemende mate goedkope olie beschikbaar. Aan de neergaande kant is er steeds minder olie, die steeds duurder wordt. De top van de produktie valt samen met het punt, waarbij de helft van de olie verbruikt is. Na de top, neemt de produktie af en nemen de kosten toe omdat de olie steeds moeilijker winbaar wordt. Bovendien heeft de schaarste een zeer sterk prijsopdrijvend effect. Nog dit jaar (2007) zal het wereldolieverbruik de 86 miljoen vaten per dag overschrijden. Dat zijn 1000 vaten per seconde.  (1 vat = 159 liter).
zie ook:  Aardolie

Stel, dat in het jaar 2000 de top van de produktie was bereikt, dan zal er in 2020 evenveel olie worden geproduceerd als in 1980. De wereldbevolking is intussen verdubbeld en bovendien is men steeds afhankelijker van olie geworden. Het gevolg hiervan is, dat wereldwijd de vraag naar olie in 2020 zeer veel groter zal zijn dan de produktie. De olieprijs zal dan exploderen tot zo'n 400 dollar per vat. Olie-afhankelijke economieën zullen ineenstorten en waarschijnlijk zullen er oorlogen om de olie uitbreken.


De prijsontwikkeling van de ruwe olie


    dollars per vat    

        1973        

  3 -   12

1998

10 -   15

2000

24 -   37

2002

20 -   28

2004

30 -   51

2006

58 -   80

2007

53 -   99

2008

32 - 146

2009

32 -   81

2010

67 -   92

2011

75 - 115

2012

77 - 110

2013

86 - 108

2014

53 - 107

2015

34 -   62

2016

26 -   54

2017

42 -   60

2018

42 -   77

2019

45 -   55





zie ook:  oil price

Inmiddels (2014) is de situatie op de olie- en gasmarkt totaal veranderd
De prijs van de ruwe olie daalt

• 




in Amerika worden grote voorraden schaliegas en olie ontdekt
in 2005 importeerde Amerika 60% van de behoefte aan olie. Dat is nu gedaald tot 30%  
en omstreeks 2020 zal Amerika zelfs olie gaan exporteren
ook in Rusland, Europa en Azië blijkt zeer veel schaliegas en olie in de grond te zitten  
door de wereldwijde recessie vermindert de behoefte aan olie  

Schaliegas en olie
Schaliegas en olie wordt gewonnen uit leisteenformaties. Het winnen ervan gaat gepaard met grote vervuiling van het milieu. Men gaat als volgt te werk:
Er wordt in leisteen, horizontaal geboord. Daarna wordt een mengsel van water, zand en chemicaliën onder extreme druk in de horizontale put gepompt. Dit mengsel veroorzaakt mechanische spanningen in het gesteente, waardoor kleine scheurtjes ontstaan, de zogenaamde "fracs". Via deze scheurtjes komt het gas of de olie, die zich in het gesteente bevindt, te voorschijn.

Volgens IEA  (International Energy Agency) zijn de wereldwijde voorraden schaliegas voldoende voor 60 jaar wereldverbruik. De voorraden van schalie olie zijn bijna even groot als de bewezen voorraden van conventionele olie.
Er blijkt geen energiecrisis meer te zijn, maar wel een klimaatcrisis.

Nog geen 10 jaar geleden waren experts er van overtuigd dat de olieproduktie een definitieve daling had ingezet. Deskundigen gebruiken de term "peak oil" nu niet meer.
Het tijdperk van de fossiele brandstoffen is nog lang niet voorbij
De toename van CO2 in de atmosfeer gaat dus gewoon door
zie ook:  De Ingenieur  (8 febr. 2013)



Hoe zal het nu verder met de energie gaan?

Olie
De gemakkelijk winbare olie begint op te raken. Men gaat daarom in Canada en Venezuela de moeilijk winbare olie uit teerzand halen. Ook gaat men naar olie boren bij de Noordpool en op 5 kilometer diepte in de Golf van Mexico.
In Amerika, West Europa en Rusland zijn grote voorraden schaliegas en olie gevonden. Het winnen hiervan gaat gepaard met een grote vervuiling van het milieu, maar daar zit natuurlijk niemand mee. "Als het autootje maar rijdt".

Gas
Er is voorlopig nog voldoende gas, waarschijnlijk nog voor de komende 60 jaar. De top van de aardgasproduktie wordt over 20 jaar bereikt. Daarna zal de prijs sterk gaan stijgen. West Europa is daarbij vooral afhankelijk van Noorwegen, Rusland, Noord Afrika en het Midden Oosten.

NRC-Handelsblad 14 Juli 2010:
"Na dreigend tekort nu overschot aardgas". Nieuwe technologie heeft een revolutie ontketend in de wereld van het aardgas. Reusachtige voorraden gas uit compacte lagen leisteen en steenkool komen binnen bereik, onder andere in Amerika. Met overproduktie tot gevolg.

Shell is wereldwijd bezig met projecten om gas te gebruiken voor de fabricage van een soort dieselolie.   GTL = gas to liquids, een variant op het Fischer-Tropsch procédé.

Steenkool
Er is wereldwijd zeer veel steenkool. Voldoende voor minstens 200 jaar. Steenkool is overal goed voor. Er kan stadsgas, waterstof, synthetische benzine en dieselolie mee worden geproduceerd. De techniek voor de produktie van synthetische benzine uit steenkool is al sinds 1923 bekend en werd in de 2e wereldoorlog door Duitsland op grote schaal toegepast.
(Fischer-Tropsch synthese)

Waterkracht
Hoewel de meest rendabele projecten al zijn gerealiseerd, liggen er nog grote mogelijkheden in Afrika en Zuid-Amerika. Waterkrachtcentrales ver­oor­zaken veel schade aan het milieu.

Teletekst 4 maart 2011:
In Brazilië mogen de voorbereidingen voor de bouw van de grootste water­kracht­centrale ter wereld toch doorgaan. De centrale komt in het noorden in het Amazonegebied. De lokale bevolking en de natuurorganisaties zijn fel tegen. Er zouden tienduizenden mensen dakloos worden door de bouw. De regering benadrukt dat de dam aan 23 miljoen huishoudens energie kan leveren en dat veel banen worden gecreëerd

Groene energie
Groene energie verkregen uit wind, zon, biomassa etc. is voorlopig van weinig betekenis. Men denkt hiermee (in Nederland) maximaal 14% van (alleen) de elektriciteit in 2020 te kunnen opwekken. Windenergie komt in enkele landen uit de "startblokken". Zonne-energie is vooralsnog te verwaarlozen. Men moet hierbij denken aan hooguit enkele procenten van de totale elektriciteitsproduktie. In 2009 was de wereldproduktie van zonne-energie slechts 0,1 procent van de totale hoeveelheid opgewekte elektrische energie

Biobrandstof
Grootschalige produktie van biodiesel etc. gaat ten koste van de voedsel­produktie en het kost bovendien veel gewone brandstof. Dat is dus geen reële optie. De omzetting van zonne-energie naar biobrandstof gaat gepaard met een extreem laag rendement, in de orde van 1%

Kernenergie
Kernenergie met Uranium is bij het huidige verbruik nog zo'n 75 jaar mogelijk. Als het Uranium op raakt, kan men waarschijnlijk met Thorium verder. Thorium kan volledig worden "verbrand" in eenvoudige reactoren. Dit in tegenstelling tot Uranium, waarvan slechts 0,7% kan worden gebruikt. (de isotoop U235). De wereldvoorraad van Thorium op aarde is voldoende voor enkele duizenden jaren.

Kernfusie
Omstreeks 2050 mogen we de eerste praktische resultaten verwachten van kernfusie. Dan kan de mensheid beschikken over een oneindige hoeveelheid "schone" energie. De totale ontwikkelingstijd heeft dan ongeveer 100 jaar in beslag genomen. Men kan zich afvragen of het ooit wel zal lukken om zeer grote hoeveelheden energie op te wekken door middel van gecontroleerde kernfusie.

Waterstof
Waterstof kan worden geproduceerd met behulp van kernenergie via een thermo-chemisch proces of door elektrolyse van water.
De benodigde elektriciteit voor de elektrolyse van water zal door kernfusie geleverd moeten worden, of door "groene" energie. Maar daarvoor is nog een lange weg te gaan. Waterstof is een "onhandelbare" brandstof, waarvoor nog geen infrastructuur bestaat. De brand­stofcel is voorlopig nog veel te duur en vraagt nog veel ontwikkeling. Waterstof is geen energiebron, maar een energiedrager. Het produceren van waterstof door elektrolyse van water kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert.

Er dreigt een wanverhouding te ontstaan tussen de produktie en consumptie van energie. Er zouden vrijwel geen problemen zijn, als er een paar miljard mensen minder op deze aarde zouden rondlopen. (rondrijden).
De werkelijkheid is, dat er voor het jaar 2050 nog een paar miljard mensen bij zullen komen. Dat zijn gemiddeld 1 miljoen per week erbij.

De enige oplossing lijkt: (sterk) bezuinigen op energie en (veel) minder mensen. Bezuinigen op het energieverbruik, terwijl tegelijkertijd het aantal aardbewoners toeneemt, levert per saldo niets op. Dat is "dweilen met de kraan open".

Veel mensen denken: "Crises zijn van alle tijden en men heeft altijd een oplossing gevonden, dus dat zal nu ook wel weer gebeuren".

• 





de mensheid wordt, voor het eerst in de wereldgeschiedenis, bedreigd door een extreme
overbevolking
in de afgelopen 6 jaar is de wereldbevolking met een half miljard toegenomen  
alle energievoorraden raken vroeg of laat op
de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer neemt voortdurend toe
deze situatie heeft zich nog nooit eerder voorgedaan.
 

  Het worden interessante tijden  



Energie-inhoud van een accu

Bij een accu wordt altijd de spanning en het aantal ampère-uren vermeld. De energie-inhoud kan men berekenen, door de spanning (volt) te vermenigvuldigen met het aantal ampère-uren. Dit levert de hoeveelheid watt-uren (= energie) op, die in de accu kan worden opgeslagen.
Twee voorbeelden

• 

een accu van 24 volt en 15 ampère-uur heeft een energie-inhoud van 24 × 15 = 360 watt-uur  
een accu van 36 volt en 10 ampère-uur heeft een energie-inhoud van 36 × 10 = 360 watt-uur

Beide accu's hebben dus dezelfde energie-inhoud. Vermelding van alleen de spanning of alleen het aantal ampère-uren geeft geen informatie over de energie-inhoud.

In winkels die elektrische fietsen verkopen, heeft men het vaak over "een accu van 10 ampère". Dat zegt dus niets over de energie-inhoud, zolang de spanning en de tijd er niet bij worden vermeld.



Watervoorbeeld

Om het verschil tussen vermogen en energie duidelijk te maken, gebruikt men vaak het
watervoorbeeld.

vermogen
• 



stel, de waterleiding is in staat om (maximaal) 10 liter water per minuut via een kraan in een
emmer te laten lopen
het "vermogen" van de waterleiding is dan 10 liter water per minuut
dit vermogen is dus ook aanwezig als de kraan dicht is.
 

energie
• 


zodra men de kraan helemaal open draait, stroomt er elke minuut 10 liter water in de emmer
na bijvoorbeeld 5 minuten is er 50 liter water uit de kraan gekomen
de geleverde "energie" is dan 50 liter water
 

Hoe langer de kraan open staat, hoe meer "energie" er uit stroomt. Draait men de kraan weer dicht, dan houdt de "energielevering" op, maar  het vermogen om energie te leveren blijft aanwezig. Er kan niet méér water in de emmer, dan de inhoud toelaat. De vorm van de emmer is daarbij niet van belang. Een lage emmer met een grote diameter kan net zoveel water bevatten als een hoge emmer met een kleine diameter.
Een accu kan men vergelijken met de emmer. Er kan niet méér energie in, dan de energie-inhoud toelaat. Het type is daarbij niet van belang.
Een accu met een lage spanning en veel ampère-uren kan net zoveel energie bevatten als een accu met een hoge spanning en weinig ampère-uren


Vergelijking  water - elektriciteit

vermogen

    energie    

  water

liters per minuut

liters

  elektriciteit    

    joule per seconde    

joule



Energie en arbeid

• 

energie kan worden omgezet in arbeid   voorbeeld: elektriciteit kan een motor laten draaien  
arbeid kan worden omgezet in energie   voorbeeld: een dynamo kan elektriciteit opwekken

Stel, we maken een tocht met een auto en we komen weer terug op het punt van vertrek. De auto heeft dan een aantal liters benzine verbruikt.
De benzine bevat energie. (9,1 kilowatt-uur per liter). Het rendement van een benzinemotor is ongeveer 25%. Dat betekent dat 25% van de energie in de benzine wordt omgezet in nuttige mechanische arbeid. Hierdoor wordt de auto gedurende de tocht voortbewogen. Via de koeling van de motor en de hete uit­laat­gassen verdwijnt 75% van de energie in de vorm van nutteloze warmte. Na afloop van de rit is de nuttige mechanische arbeid ook volledig omgezet in warmte. Die warmte ontstaat bij het overwinnen van de luchtweerstand, door wrijving in de banden, in de versnellingsbak, in de lagers etc. Na afloop van de rit is alle energie in de vorm van warmte "vervlogen" in de ruimte. De mechanische arbeid was daarbij een tussenvorm



Energieverbruik van enkele huishoudelijke apparaten



  vermogen  

  gebruik per dag  

  energie per dag  

  kosten per dag  

  led-lamp

      10 watt

        5 uur

       50 watt-uur

€ 0,01

  koffiezetter

    750 watt

      12 minuten

     150 watt-uur

€ 0,03

  waterketel

 2 000 watt

        6 minuten

     200 watt-uur

€ 0,04

  elektrische deken    

      25 watt

        8 uur

     200 watt-uur

€ 0,04

  gloeilamp

      50 watt

        5 uur

     250 watt-uur

€ 0,05

  stofzuiger

 1 500 watt

      10 minuten

     250 watt-uur

€ 0,05

  internet router

      12 watt

      24 uur

     288 watt-uur

€ 0,06

  elektrische fiets

    100 watt

        3 uur

     300 watt-uur

€ 0,06

  flatscreen TV

    100 watt

        3 uur

     300 watt-uur

€ 0,06

  computer

    100 watt

        4 uur

     400 watt-uur

€ 0,08

  stoomstrijkijzer  

 1 000 watt

      30 minuten

     500 watt-uur

€ 0,10

  sluipverbruik  

      25 watt

      24 uur

     600 watt-uur

€ 0,12

  koelkast

    180 watt

        5 uur

     900 watt-uur

€ 0,18

  wasmachine

 1 000 watt

        1 uur

  1 000 watt-uur

€ 0,20

  wasdroger

 2 000 watt

      90 minuten

  3 000 watt-uur

€ 0,60

  120 liter boiler

 3 000 watt

      90 minuten

  4 500 watt-uur

€ 0,90

  airco

 1 000 watt

      12 uur

12 000 watt-uur

€ 2,40


• 













een internet router verbruikt per etmaal bijna evenveel energie als het volledig opladen van een
elektrische fiets, of 3 uur naar de TV kijken.
de koelkast wordt door de thermostaat zo nu en dan even ingeschakeld. De "aan"-tijd is
ongeveer 5 uur per etmaal
het vermogen van 1000 watt voor een wasmachine is een gemiddelde waarde. Het wasproces
kan worden opgedeeld in 3 fasen met een verschillend energieverbruik
1. het opwarmen van het water, dit verbruikt de meeste energie
2. het wassen, hierbij verbruikt de motor die de wastrommel ronddraait weinig energie
3. het centrifugeren, hierbij verbruikt de motor veel energie
een wasdroger verbruikt per wasbeurt 3 keer zoveel energie als een wasmachine
de boiler is meestal ‘s nachts ingeschakeld. Met 4 500 watt-uur wordt dan 50 liter water verhit
van 10 naar 85 graden celsius
een sluipverbruik van 600 watt-uur per etmaal is voor de meeste huishoudens wel een
minimumwaarde. Dat is ongeveer 6% van het totale elektriciteitsverbruik
 

Het elektriciteitsverbruik van een huishouden in Nederland
• 


het elektriciteitsverbruik van een huishouden is ongeveer 10 kilowatt-uur per dag  
dat is een continu vermogen van 417 watt
bij een kilowatt-uur prijs van 20 eurocent, kost de elektriciteit dus € 2 per dag =  € 730 per jaar  

Het energieverbruik (en ook het "sluipverbruik") van huishoudelijke apparaten kan men gemak­kelijk meten met een energiemeter. Die kan worden geplaatst tussen de wandcontactdoos en het apparaat waarvan men het verbruik wil meten.

Anekdote
Tijdens een verjaarsvisite kwam ik in gesprek met een mevrouw van middelbare leeftijd. Het gesprek kwam al gauw op treinen en auto's. "Wàt, bent u met de trein?" vroeg ze met een uitdrukking van ongeloof en afgrijzen op haar gezicht. Toen ik zei, dat op termijn de benzine op zal raken, werd mevrouw plotseling heel agressief. Haar reactie was: "Als je maar niet denkt, dat ik dan zal ophouden met autorijden"  (dus ook niet als de benzine op is !?)

De gruwelijkste verhalen over het openbaar vervoer worden meestal verteld door mensen, die er nooit gebruik van maken.



Het Energieakkoord

bron: NRC-Handelsblad en Trouw 13 juli 2013
Veertig partijen en meer dan zeven maanden onderhandelen hebben
het onderstaande (voorlopige) Energieakkoord opgeleverd
• 






het energieverbruik in Nederland moet 1,5% per jaar omlaag
16% duurzame energie in 2023, in plaats van in 2020
er wordt 400 miljoen euro vrijgemaakt voor woning-isolatie
er worden 5 kolencentrales gesloten, 3 in 2015 in Borssele, Geertruidenberg en Nijmegen
en 2 op de Maasvlakte in 2017
in 2023 moet windenergie de helft van alle huishoudens van stroom voorzien, 4400 megawatt
aan turbines in zee en 6000 megawatt op land
 

Hiervoor zijn 2600 windturbines van 4 megawatt nodig. Dan moeten er gedurende 10 jaar
elke week 5 stuks worden geplaatst. Ik geloof er helemaal niets van.

De titel van het Energieakkoord luidt: "Energieakkoord voor duurzame groei" (?)
zie ook:
windenergie, zonne-energie en biogas in Nederland
evaluatie Energieakkoord

Alle kolencentrales sluiten?
Het lijkt niet erg verstandig, om onder druk van de milieubeweging alle kolen­centrales te sluiten. Hierdoor wordt de energievoorziening wel heel erg afhankelijk van Rusland, dat op elk moment de gaskraan kan dicht draaien. Kernenergie mag ook al niet, evenals schaliegas, biomassa, onder­grondse opslag van CO2 en gas uit Groningen. Dan blijven alleen een paar windmolens over, die 70% van de tijd stilstaan. (de produktiefactor van windenergie op land is 30%).



Het klimaatakkoord

Het klimaatakkoord werd op 12 december 2015 in Parijs gesloten

Nieuwsbericht 23 februari 2018
De ministerraad heeft de kabinetsinzet voor het Klimaatakkoord vastgesteld. Daarmee wordt het startschot gegeven voor de besprekingen met het bedrijfs­leven, maatschappelijke partijen en medeoverheden over het Klimaatakkoord. Het doel is om in de zomer van dit jaar tot afspraken op hoofdlijnen te komen over de wijze waarop Nederland de CO2-uitstoot met 49% terugdringt in 2030. Deze afspraken zullen vervolgens in de 2e helft van het jaar worden uitgewerkt in concrete programma's. De uitvoering van het Klimaatakkoord begint in 2019.
(dàt schiet lekker op, de voorbereidingen hebben dan dus ruim 3 jaar geduurd)
zie ook:
kabinet geeft startschot voor klimaatakkoord



Minder gas uit Groningen

Teletekst 1 februari 2018
Om te voldoen aan de vraag naar gas is volgens de Gasunie minimaal 14 miljard kuub in een mild jaar nodig. In een extreem koud jaar, zoals 1996, is 27 miljard kuub nodig. (momenteel is de produktie 21 miljard kuub)
Minister Wiebes neemt het advies van het Staatstoezicht op de Mijnen over, om de gaswinning te verlagen naar 12 miljard kuub. Over wanneer dat gebeurt, kan hij alleen nog maar zeggen: “zo snel mogelijk”

Men wil “van het gas af”. Met name in nieuwbouwwijken worden de huizen niet meer aangesloten op het gasnet, maar alleen op elektriciteit. En waar komt die elektriciteit dan vandaan?
Uit gasgestookte centrales?
Want kolencentrales en kerncentrales mogen immers niet. Of gelooft men nu echt dat dit met een paar windmolens kan? Waarschijnlijk blijven de kolencentrales die dicht moesten gaan, gewoon in bedrijf.

Men gaat meer gas importeren uit het buitenland en uit gasvelden onder de Noordzee. Dat gas is van een andere samenstelling dan het gas uit Groningen. (het geeft een hogere calorische waarde). Voor binnenlands gebruik moet het daarom gemengd worden met stikstof. Het produceren van stikstof kost veel energie en dat veroorzaakt dus extra CO2-uitstoot.
zie ook:  stikstoffabriek zuidbroek



Enkele persberichten over klimaattoppen

Hoe lang laten we ons nog voor de gek houden? Na de 24e klimaattop is er nog steeds niets gebeurd. Alleen eindeloos gepraat.

Teletekst 18 november 2009
De temperatuur kan wereldwijd met 6 graden stijgen als de klimaattop in Kopenhagen mislukt. Dat zegt het Global Carbon Project, een groep weten­schappers en universiteiten die zoveel mogelijk gegevens over de uitstoot van CO2 hebben verzameld en geanalyseerd. Volgens het GCP is de uitstoot van CO2 tussen 2000 en 2008 met 29% gestegen. De klimaattop van volgende maand is "de laatste kans" om de schade te beperken tot een stijging van 2 gra­den.

Teletekst 19 december 2009
In Kopenhagen is geen formeel akkoord gesloten om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Het was de bedoeling dat alle 192 landen die aan de klimaattop deelnamen het akkoord zouden tekenen, maar Sudan, Bolivia, Venezuela, Tuvalu en Cuba stemden er niet mee in. Veel milieu-organisaties en arme landen spreken van een flop.

Teletekst 10 december 2011
Laatste poging tot klimaatakkoord. De klimaattop in Durban is met een dag verlengd. Er bleek grote onenigheid te bestaan. Gastland Zuid Afrika komt nu met een nieuwe ontwerptekst. In het vorige concept-akkoord stond dat afspraken over CO2 reductie pas na 2020 van kracht zouden worden en niet wettelijk bindend. Een coalitie van de EU en meer dan 70 ontwik­kelings­landen eisen dat er uiterlijk 2015 bindende afspraken worden gemaakt, die uiterlijk 2020 ingaan. Liever geen akkoord dan een slap akkoord.

Teletekst 26 november 2012
In Doha, de hoofdstad van het emiraat Qatar, begint de jaarlijkse klimaattop van de UN. De belangrijkste vraag die op tafel ligt is hoe het verder moet met de klimaatafspraken vanaf 2013. Het Kyoto Protocol loopt ten einde. De EU en tien andere landen willen afspraken maken over een tweede fase van "Kyoto" tot aan het jaar 2020.

Teletekst 23 november 2013
Op de VN-klimaattop in Warschau is op de laatste dag overeenstemming bereikt over een tekst over het tegengaan van klimaatverandering. In het compromis worden alle landen opgeroepen om minder broeikasgassen uit te stoten. Harde beloften ontbreken. Het Westen weigerde meer bij te dragen aan de strijd tegen broeikasgassen dan de groeilanden. Over twee jaar komen de 190 deelnemende landen bijeen in Parijs om een groot klimaatakkoord te sluiten.

Teletekst 24 september 2014
Op de klimaattop in New York heeft China opnieuw beloofd om de uitstoot van broeikasgassen met bijna de helft te verlagen, Vice-premier Zhang zegt dat de CO2-uitstoot in 2020 ten opzichte van 2005 met 45% moet zijn gedaald. (?)

Teletekst 1 september 2015
President Obama vindt dat landen veel meer moeten doen om klimaatverandering tegen te gaan. Op een klimaattop in Alaska zei hij dat de veranderingen sneller gaan dan de maatregelen die ertegen worden genomen. Obama zei dat zonder maatregelen "onze kinderen tot een planeet veroordeeld zijn die niet meer te repareren valt"

Teletekst 12 december 2015
Op de klimaattop in Parijs is voor het eerst een akkoord over de uitstoot van broeikasgassen gesloten, dat voor alle landen juridisch bindend is. Alle landen beloven de uitstoot te beperken en hebben ingestemd met de slotverklaring. Er is overeengekomen dat de stijging van de temperatuur op aarde ruim onder de 2 graden moet blijven, bij voorkeur zelfs 1,5 graden. Verder moet er een einde komen aan de stijging van de uitstoot van broeikasgassen. Elke 5 jaar zullen de afspraken opnieuw worden geëvalueerd en mogelijk verscherpt.
(geen woord over het autogebruik, kernenergie en de overbevolking)

De Telegraaf 18 januari 2016
Het kabinet wil “onomkeerbare” stappen zetten richting duurzame energie. Op de oude voet doorgaan met fossiele energie leidt volgens minister Kamp tot een “onbeheersbaar klimaat­probleem”. Hij benadrukt dat de overgang naar 100 procent duurzaam tijd zal vergen en dat fossiele energie daarom nog lang nodig zal zijn. Het kabinet neemt nu een klein jaar de tijd om te bepalen op welke vormen van duurzame energie er straks moet worden ingezet, “Er is geen alternatief. Nederland moet duurzaam worden”

Teletekst 16 september 2016
Het kabinet heeft het klimaatakkoord van Parijs goedgekeurd. Hiermee is het nog niet geratificeerd. De 2e en 1e kamer moeten ook nog instemmen. Volgens staatssecretaris Dijksma betekent het akkoord een gigantische aanslag op de wijze waarop de economie is georganiseerd. Alleen zo kunnen de doelstellingen, minder CO2-uitstoot en de opwarming van de aarde ruim onder de 2 graden houden, worden gehaald

Persbericht 8 oktober 2016
Op de klimaattop in Parijs zijn zaterdag 195 landen akkoord gegaan met een nieuw klimaat­verdrag dat de uitstoot van broeikasgassen moet terugdringen. Hieronder de belangrijkste punten uit het akkoord
- de gemiddelde temperatuur op aarde mag niet meer dan 2 graden stijgen
- de partijen zullen zo snel mogelijk hun best doen (?) om de uitstoot van
   broeikasgassen en schadelijke stoffen te verminderen in combinatie met
   de beschikbare techniek van dat moment
- er is extra inzet nodig om negatieve gevolgen van klimaatverandering aan
   te pakken zonder dat dit de voedselproduktie in gevaar brengt

Trouw 7 november 2016
In Marrakesh begint vandaag de volgende top om de afspraken, die gemaakt zijn bij het akkoord van Parijs verder uit te werken. Dat gebeurt in het jaarlijkse overleg van de landen die het klimaatverdrag van de Verenigde Naties uit 1994 ondertekenden, in jargon de COP22, de 22e Conference of the Parties. In Marokko zullen echter geen harde besluiten worden genomen.

Teletekst 1 juni 2017
De Verenigde Staten trekken zich terug uit het klimaatakkoord van Parijs dat in 2015 door bijna 200 landen werd ondertekend. Het besluit is een klap voor de strijd tegen opwarming van de aarde. De VS is de op een na grootste producent van broeikasgassen. Trump ontkent dat die de opwarming van de aarde veroor­zaken

Teletekst 18 november 2017
Op de klimaattop in Bonn is in de vroege ochtend een akkoord bereikt over de uitwerking van het akkoord van Parijs over de aanpak van de opwarming van de aarde. De delegaties zijn het eens geworden over een stappenplan voor de uitvoering van “Parijs”. Deze agenda moet volgend jaar klaar zijn, voor de top van Polen. Er worden onder meer afspraken gemaakt over de manier van meten en rapporteren van de CO2-uitstoot.
(dàt schiet lekker op)

Teletekst 13 november 2018
De wereldwijde vraag naar energie zal tot 2040 met zeker een kwart stijgen. Dat meldt het Internationaal Energie Agentschap. De belangrijkste oorzaak is de bevolkingsgroei. In 2040 zullen er 1,4 miljard meer mensen op de wereld zijn dan nu. Dus totaal 9 miljard. Die waren voorspeld voor 2050, maar dat wordt dus 10 jaar eerder gehaald.
(er komt dus helemaal niets terecht van al die verhalen over klimaatakkoord etc.)

Teletekst 9 december 2018
Op de 24e klimaattop in Polen is een discussie ontstaan over een rapport van het IPCC. In het rapport staat dat de opwarming van de aarde versnelt. Het moet een belangrijke rol krijgen, om mede op basis daarvan besluiten te nemen. De onderhandelaars kunnen het niet eens worden over de formulering. Daardoor wordt er, tot frustratie van veel landen nu helemaal niets over het rapport in de tekst van de conferentie opgenomen.

Teletekst 15 december 2018
Op de klimaattop in Polen is nog geen overeenstemming bereikt. Het was de bedoeling dat er vrijdagavond een handboek op tafel zou liggen, met daarin de praktische uitwerking van de klimaatafspraken, maar dat is niet gelukt. Naar verwachting wordt er vanmorgen verder gepraat.. Op de top is wel besloten, dat de volgende klimaatconferentie in Chili zal plaats vinden

Teletekst 15 december 2018
De klimaatconferentie in Polen heeft toch nog geleid tot nadere afspraken. (wat spannend, toch) Na een moeizame slotfase wordt nu de eindtekst vastgesteld in een plenaire vergadering. Vooral Brazilië lag dwars. Dat wilde niet instemmen met een onderdeel over emissierechten. Dat onder­deel wordt doorgeschoven naar een bijeenkomst van volgend jaar. Een van de hoofdpunten van de nieuwe afspraken is, dat landen meer werk zullen maken van het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen.

Teletekst 19 december 2018
Afgevaardigden van de EU-lidstaten en het Europese parlement zijn het eens geworden over een verbod op plastic wegwerpartikelen, zoals bestek, rietjes en wattenstaafjes. Mogelijk gaat het verbod al in 2021 in. De Europese Commissie had het plan in mei geagendeerd. In oktober stemde het Europese Parlement ermee in. Het nieuwe akkoord, waarin het oorspronkelijke plan op enkele punten is aangepast, brengt de invoering weer een stap dichterbij. Het uiteindelijk voorstel moet opnieuw worden goedgekeurd door het Europees Parlement en vervolgens nog door de regeringsleiders van de EU-landen
(en daarna verzinnen ze wel weer iets anders, waardoor het nog langer gaat duren)

nog meer Teletekstberichten


Veel gehoorde uitspraken:
- Ik wil best wel wat doen voor het milieu, maar ik ga niet in de kou zitten
- Ik wil best wel wat doen voor het milieu, maar ik kan de auto niet missen
- Ik wil best wel wat doen voor het milieu, maar ik wil wel mijn dagelijkse stukje vlees

Enkele citaten uit teletekstberichten:
- Slechts 2% van de Nederlanders vindt de omschakeling van fossiele brandstoffen naar
   hernieuwbare energie een urgent probleem
- De VVD vindt dat Nederland "goed bezig is en niet moet doorslaan".
- De Britse regering wil wattenstaafjes en plastic rietjes verbieden


Boeken over energie

"energie survival gids"
Wilt u letterlijk alles weten over energie, lees dan dit populair wetenschappelijke boek
ISBN 978­907­5541­113
auteur: Jo Hermans, oud-hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit Leiden.

Sustainably Energy - without the hot air  (2008)   (gratis te downloaden)
Dit boek geeft een volledig overzicht van de (on)mogelijkheden van duurzame energie
auteur: David MacKay, professor aan de Universiteit Cambridge.
zie ook:  samenvatting in het Nederlands

Enkele citaten uit het boek:
• 


als iedereen een beetje doet, dan zullen we maar een beetje bereiken  
is de wereldbevolking misschien 6 keer te groot?  (inmiddels 7,6 keer)
voor iedere zinvolle discussie over duurzame energie zijn getallen nodig  

Ook vermeldt dit boek een interview met Tony Blair (4 kinderen) naar aanleiding van zijn
stellingname in 2006 over de energieproblematiek.

Tony Blair:
Tenzij we nu handelen, niet over enige tijd maar nu, zullen de rampzalige gevolgen onomkeer-
baar zijn. Dus niets is belangrijker, dringender of vereist meer leiderschap
Interviewer:
Hebt u misschien overwogen niet naar Barbados te vliegen om daar vakantie te houden en om
niet al die kilometers door de lucht af te leggen?
Tony Blair:
Eerlijk gezegd voel ik er niets voor mijn vakanties in het buitenland op te geven
Interviewer:
Maar u zou toch een duidelijk signaal afgeven als u zou afzien van die lange luchtreis naar een
zonnig oord? - misschien een vakantie wat dichter bij huis?
Tony Blair:
Eh, ja - maar persoonlijk denk ik dat het eigenlijk niet erg praktisch is om dit soort dingen van de
mensen te verwachten. Wat we moeten doen is, denk ik, onderzoeken hoe we het vliegverkeer
efficiënter kunnen maken, hoe we nieuwe brandstoffen kunnen ontwikkelen die het mogelijk
maken om minder energie te verbranden en die minder uitstoot opleveren. Hoe - bijvoorbeeld -
de nieuwe vliegtuigen veel efficiënter met de energie kunnen omgaan. Ik weet dat iedereen
altijd - de mensen denken waarschijnlijk dat de Minister President helemaal niet op vakantie zou
moeten gaan, maar ik denk, dat als we op dit gebied onrealistische doelen stellen, weet u, als
we tegen de mensen zeggen dat we alle goedkope vliegreizen gaan afschaffen - weet u, ik
moet de eerste politicus nog zien, die op dit moment in functie is, die naar voren treedt en dat
zegt - die is er niet.

Valid HTML 4.01 Transitional