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   (gewijzigd september 2019)
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
De CO2-uitstoot "well-to-plug" van elektriciteit
Het broeikaseffect
Het stikstofprobleem   (gewijzigd september 2019)
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
Warmtetransport
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 het klimaatakkoord
Boeken over energie


Enkele opmerkingen vooraf
•  Afkortingen zijn in dit verhaal zo veel mogelijk vermeden.
•  Bij een aantal voorbeelden zijn “oude” eenheden gebruikt, omdat die meer tot de
    verbeelding spreken
•  Bij de combinatie van eenheden wordt een koppelstreepje gebruikt.
    Bijvoorbeeld: ampère-uur, watt-seconde, newton-meter  etc.
    Het koppelstreepje is hierbij het symbool voor vermenigvuldiging
•  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, zonne-
    panelen, 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 energie-
    probleem (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 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:
Exponential Growth
Are Humans Smarter than Yeast?

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 = 6 400 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 tijdens het stofzuigen 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 = de hoeveelheid materie)
•  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”.

Bij verbranding gaat geen energie verloren
  De chemische energie in benzine wordt bij verbranding in een benzinemotor
  omgezet in mechanische energie (= arbeid) en thermische energie (= warmte)
  de chemische energie = de mechanische energie + de thermische energie
 

Bij verbranding gaat geen massa verloren
  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
•  de theoretische jaaropbrengst is dan 3 megawatt × 24 uur × 365 dagen = 26 280 megawatt-uur
•  stel, de werkelijke jaaropbrengst is 7 884 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 =  3340 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 water
    (= 1 liter) 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, openbaar 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
Bij een zonnepaneel wordt de ingestraalde zonne-energie rechtstreeks omgezet in elektriciteit

1.1. 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.
 

1.2. Waldpolenz Solar Park
waldpolenz
•  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
 

1.3. 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 zonne-
cellen. 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.

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

  0,5%

      5 kilowatt-uur  

warmte

  zonnepaneel  

15,0%

  150 kilowatt-uur  

elektriciteit

  zonneboiler

65,0%

650 kilowatt-uur

warmte


Zonne-energie heeft wel de potentie, om ooit interessant te worden
•  in Nederland wordt jaarlijks op een oppervlakte van 25 vierkante kilometer ingestraald:
    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
•  de besturing van zonnetroggen is 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 opbrengsten 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%  (wet van Betz)
 

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   (zie ook Haliade-X)
•  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)

Teletekst 16 augustus 2019
Op de Maasvlakte wordt de grootste windmolen ter wereld gebouwd. Hij wordt 260 meter hoog
met wieken van 107 meter en kan energie opwekken voor 16 000 huizen

Enkele gegevens van de grootste (nog te bouwen) windmolen ooit, de Haliade-X
•  de ashoogte is 150 meter en de wiekdiameter is 220 meter
•  de oppervlakte van de draaicirkel komt daarmee op 38 000 vierkante meter
•  het hoogste punt dat door de wieken wordt bereikt is 260 meter
•  het maximale vermogen is 12 megawatt
•  de produktiefactor op zee is 63%
•  de jaarproductie is 67 000 megawatt-uur en dat is 1,4 keer zoveel als de
    opbrengst van de zonnecentrale van Sevilla met 1255 heliostaten
•  een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 63 keer zoveel energie
 

De bouw van deze windmolen is een samenwerkingsverband van General Electric en TNO
zie ook:
grootste windturbine ooit
grootschalige opwekking van windstroom
Haliade-X


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
•  Opslag in een spaarbekken
    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
•  Opslag in 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 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
    van 600 megawatt
•  Opslag in het lichtnet
    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.  (2009)
 

Op de grens tussen Brazilië en Paraguay staat een zeer grote waterkrachtcentrale, de Itaipudam
•  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 de grootste waterkrachtcentrale ter wereld 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 ooit een (bescheiden) rol gaan spelen bij de toekomstige energie-
voorziening. 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 elektriciteits-
produktie. 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: groente-, fruit- en tuinafval,
hout en mest. Ook kunnen speciale "energiegewassen" worden geteeld, zoals koolzaad, suikerriet en maïs.
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
•  stel, de produktie van hout is 10 ton per hectare per jaar  (1 hectare = 10 000 vierkante meter)
•  dat is 1 kilogram per vierkante meter per jaar
•  voor 4 miljard kilogram is een oppervlakte nodig van 4 miljard / 1 = 4 miljard vierkante meter
•  dat is een oppervlakte van 63 × 63 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 veelheden "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)    

  zoutwater accu

      18

  3 000

  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 de ouderdom en het aantal
verbruikte laadcycli van een batterij of accu.

De zoutwater accu
Dit is een milieuvriendelijke accu, bedoeld voor stationaire toepassingen. Het elektrolyt is een zoutoplossing.
De kathode bestaat uit mangaanoxide en de anode uit koolstof-titaanfosfaat. De accu is onderhoudsvrij en
bestand tegen diep-ontladen. De energiedichtheid is slecht. Een geschikte toepassing is het opslaan van
groene energie uit zonnepanelen en windmolens.
Enkele eigenschappen van een zoutwater accu, die al te koop is:
•  de spanning is 12 volt bij 53 ampère-uur
•  de energie-inhoud is dus 636 watt-uur
•  het gewicht is 35 kilogram
•  de energiedichtheid is 18 watt-uur per kilogram
•  de accu kan niet in brand vliegen of ontploffen
•  de levensduur is 3000 laadcycli
•  de accu is bruikbaar van - 5 tot + 50 graden celsius
 

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
    voorraadtanks 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
 

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 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,
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 kilometer
Fietsen:  1 liter per 545 kilometer

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, dan bij een
gewone fiets. Bij een snelheid van 20 kilometer per uur en bij windstil weer is het benzine-equivalent
voor een gestroomlijnde ligfiets:  1 liter per 1235 kilometer

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 mechanische 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 (automatisch) 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 kilometer
 


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 100 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 kilometer
 

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 kilometer
 
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 = 10 000 watt-uur)
•  een Jumbo kan 500 passagiers vervoeren
•  het verbruik is dan 300 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 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
zie ook:  nieuwe generatie benzinemotoren als alternatief voor diesel


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 600 kilometer zijn
•  de elektromotor verbruikt 150 watt-uur per kilometer
•  de accu moet dan een effectieve energie-inhoud hebben van 600 × 150 watt-uur = 90 000 watt-uur
•  thuis is de beschikbare laadtijd ongeveer 12 uur per etmaal  
•  het vermogen van de lader moet dan zijn: 90 000 watt-uur / 12 uur = 7 500 watt
•  dat is uit een 3-fasen stopcontact: 7 500 watt / (3 × 230) volt = 11 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 45 kilogram
•  de energiedichtheid is dan 90 000 watt-uur / 45 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,
de energie-inhoud is 9 100 watt-uur per liter

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 geleased worden
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 kilometer
 
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 kilometer
•  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 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-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
    handgeschakelde 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 kilometer 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 kilometer  (volgens de onrealistische NEDC norm)
•  in de praktijk komt men op ongeveer 1 liter per 24 kilometer
 
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. Het is dan misschien
ook mogelijk om energie op te wekken door kernfusie.

Energie kan worden opgeslagen in waterstof
•  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
•  de waterstof kan via brandstofcellen (of gasturbines) weer elektriciteit terug leveren, waarbij
    het enige "verbrandingsprodukt" water is
•  waterstof is in dit scenario een energiedrager
 

Waterstof is dus niet een onuitputtelijke bron van energie, zoals sommige mensen denken.

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 1,5 keer 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
•  het rendement van elektrolyse van water is 70%. De produktie van 1 kilogram waterstof door
    elektrolyse van water kost 33,6 / 0,7 = 48 kilowatt-uur
•  het rendement van een gasgestookte centrale is 40%. De produktie van 48 kilowatt-uur kost
    dus 48 / 0,4 = 120 kilowatt-uur primaire energie
•  1 kubieke meter aardgas = 8,8 kilowatt-uur.
    voor 120 kilowatt-uur is nodig 120 / 8,8 = 13,6 kubieke meter aardgas
•  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:
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 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) kernfusie-
centrale 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 hiervan omgezet in energie. De energie die als warmte
vrijkomt is daarom "slechts" 1,125 miljoen kilowatt-uur per kilogram brandstof.

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 ondermeer 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 kernenergie-
producenten 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
"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 de hoeveelheid materie.
•  Gewicht is de kracht waarmee massa door de zwaartekracht van de aarde wordt
    aangetrokken.
•  Op de aarde is de zwaartekracht niet overal even groot en het gewicht dus ook niet.
•  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 = 6 400 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 dus nodig  (110 × 1012) / 300 = 3,7 × 1011 vierkante meter
•  dat is 370 000 vierkante kilometer
•  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 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
 
bron:  "Statistisch Jaarboek 2001"

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


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
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
    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"
 

Teletekst 15 augustus 2017
Schiphol schakelt op 1 januari geheel over op Nederlandse windenergie. Ook de andere luchthavens,
Rotterdam - The Hague Airport, Eindhoven en Lelystad gaan over op duurzame energie.
De stroom zal zoveel mogelijk geleverd worden door nieuwe windparken, zoals het windpark Vianen.
Andere grote bedrijven als NS, Unilever en Google gingen al eerder over op duurzame energie.
(Wie het gelooft, mag het zeggen. Het windpark Vianen omvat slechts 3 windmolens van 3 megawatt)


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".

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 15 000 kilometer per jaar, is dat 1000 liter benzine per auto
•  de directe uitstoot is dan 1000 × 2,4 = 2400 kilogram CO2
•  8,4 miljoen auto’s veroorzaken 8,4 × 2400 = 20 miljard kilogram CO2
 

Stel, dat de elektriciteit voor alle huishoudens zou worden opgewekt door kolencentrales.
Hoe groot zou dan de CO2-uitstoot zijn?

•  in 2008 was het gemiddelde elektriciteitsverbruik van een huishouden 3400 kilowatt-uur
•  voor 7,5 miljoen huishoudens is dat 62 miljard kilowatt-uur primaire energie
•  bij uitsluitend kolengestookte centrales ontstaat hierdoor 62 × 0,32 = 20 miljard kilogram CO2
 

Auto’s veroorzaken dus 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 in Nederland 163 megaton CO2
 
(1 megaton = 1 miljard kilogram)


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 te
verwaarlozen 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 ze de uitstraling van warmte,
afkomstig van de aarde, tegenhouden.
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
 


Het stikstofprobleem

In 2019 is het zogenaamde "stikstofprobleem" plotseling actueel geworden. De naam zorgt voor veel
verwarring. Stikstof is een chemisch element zonder nadelen. De lucht die we inademen bestaat voor
80% uit stikstof.en daar is helemaal niets mis mee.
Bij het "stikstofprobleem" gaat het om chemische verbindingen van stikstof met zuurstof of waterstof.
Die verbindingen noemt men dan "reactieve stikstof". (?)
Verbindingen met zuurstof (stikstofoxiden) ontstaan bij verbranding van fossiele brandstoffen
Verbinding met waterstof (ammoniak) ontstaat bij de landbouw (kustmest) en bij de veeteelt (mest)
zie ook: Help! De aarde stikt


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 voorschakel-
    apparaat 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
    schokbestendigheid. 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
    straatverlichting, 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 vaak 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


  maximaal aantal  
passagiers

leeg
  gewicht
 

  brandstof  
gewicht

  vliegbereik  
kilometers

kilometers per
  passagier per liter
 

  Boeing 747  

524

181 ton

173 ton

13 445

32,5

  Airbus  380  

840

275 ton

261 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 voedings-
spanning 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 kilometer per uur, de fietser is 3 uur onderweg
•  een wind van 10 kilometer per uur,  mee of tegen
    Bij dezelfde snelheid t.o.v. de wind, ondervindt de fietser steeds dezelfde luchtweerstand
    Heen (wind mee) 30 kilometer per uur en terug (wind tegen) 10 kilometer per 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: het boek  "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 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, moet
    een rechtop zittende fietser een hoeveelheid energie leveren 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 lucht-
weerstand

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 25% groter wordt, dan
neemt de actieradius met 20% 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 elektriciteits-
voorziening 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 uitlaat-
temperatuur 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

In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowatt-uur. Deze hoeveelheid
elektrische energie wordt verbruikt door alle huishoudens, diensten (zoals openbaar vervoer),
de industrie 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 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 (inclusief omzettingsverliezen)
•  in 1 jaar verbruiken 8 miljoen elektrische auto's dus 120 × 0,2 = 24 miljard kilowatt-uur
•  dit kan worden opgewekt door:
    of      6 centrales van 600 megawatt
    of    10 windmolenparken in zee van het formaat "Gemini windmolenpark”
    of  500 zonneparken van het formaat "Waldpolenz Solar Park”
•  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 rekening
    worden 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:
ev-database Lightyear-One


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 boodschap-
pen 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 afwis-
selend 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.


De CO2-uitstoot bij verschillende soorten auto's

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


elektrische
auto

hybride
auto

benzine
auto

brandstofcel
auto

  voortbewegings-
  energie
 (per km) 

150 watt-uur

150 watt-uur

150 watt-uur

150 watt-uur

  rendement
  van de auto

77%

34%

25%

45%

  toegevoerde
  energie
 (per km) 

195 watt-uur
uit elektriciteit

 441 watt-uur 
uit benzine

 600 watt-uur 
uit benzine

333 watt-uur
uit waterstof

  CO2-uitstoot
  (per km)

123 gram
 door de centrale 

150 gram
door de auto

204 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

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
7,7 km

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

630 gram CO2  
3100 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 auto
•  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)
•  de tankinhoud is 45 liter benzine, dat is 410 kilowatt-uur.
•  het vermogen van de motor is 74 kilowatt.
•  het rendement van de motor is 25%
•  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 een snelheid van 100 kilometer per 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 747  Jumbo

    150 000    

      500      

      300      

  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 2 keer zoveel als 1 persoon in een vol bezette Jumbo


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 net zoveel
    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".
1. Bij de prototype klasse is elke vorm van het voertuig toegestaan.
    Meestal lijkt het dan op een gemotoriseerde ligfiets.
2. 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  (blz. 27)
•  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 10 ton per hectare per jaar
•  1 hectare = 10 000 vierkante meter
•  dat is 1 kilogram hout per vierkante meter per jaar
•  de energie-inhoud hiervan is 5,3 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 0,53%
 

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

    5,3    

    2,1    


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

•  met hout kan 2,1 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) 71 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
de 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"). Bovendien is de levensduur slecht

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 huis-
houden. 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 (kilowatt-uur)
C =  primair energieverbruik van alle huishoudens (miljard kilowatt-uur)

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 wereld-
wijd 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 pro-
duktie 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 



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
•  bij een produktiefactor van 11,4% zou de energie-opbrengst in 1 jaar
    kunnen zijn: 11,4% × 0,240 kilowatt × 8760 uur = 240 kilowatt-uur
 

In de praktijk is de energie-opbrengst ongeveer 85% van wat maximaal mogelijk is. De energie-opbrengst
van het paneel in 1 jaar is dus 85% × 240 = 200 kilowatt-uur

Die 85% is het gevolg van de volgende omstandigheden:
•  Het rendement van een zonnepaneel is afhankelijk van de ingestraalde energie en de
    paneeltemperatuur. (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 de ideale 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. De intensiteit van het zonlicht neemt dan af
 

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
 


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  =  3340 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 samenwerkingsverband
van 34 landen die hun economisch beleid coördineren en de wereldhandel bevorderen.

De primaire energie en het elektriciteitsverbruik per regio  (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 wereldverbruik van finale energie 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  (2009)
  industrie

  40%

  huishoudens    

  23%

  diensten

  30%

  landbouw

    7%

  totaal

    100%    

(bron: IEA =  International Energy Agency)

Verdeling van het elektriciteitsverbruik in Nederland  (2009)
verdeling


Overzicht van de energiebronnen voor de opwekking van elektriciteit in enkele landen  (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  (2009)
taart5
groen = windenergie, zonne-energie, geothermisch en biomassa

Windenergie en zonne-energie in enkele landen  (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  (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. (dat geldt ook voor gewone zonnepanelen)
•  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 zout-
concentratie 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 wrijvings-
loos. (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 lektriciteits-
netten 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 standsbediening.
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, waterstof, ammoniak en metaalbrandstof
 3. Thermische energie in stoffen met een grote warmtecapaciteit
 4. Kinetische energie in vliegwielen
 5. Potentiële energie door het verplaatsen van massa tegen de 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, ammoniak, metaalbrandstof en mierenzuur,
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.
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 powerwall van Tesla
Elon Musk, mede-oprichter van Tesla Motors, bracht in 2015 de powerwall op de markt. Deze oplaad-
bare 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.

2.3.3. 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

2.4. Metaalbrandstof
Metaal in poedervorm kan worden verbrand met zuurstof. Er ontstaat dan metaaloxide (roest). Bij de
verbranding komt veel energie vrij. (ongeveer evenveel als bij eenzelfde hoeveelheid fossiele brandstof).
De roest kan weer gereduceerd worden tot het oorspronkelijke metaal, met behulp van waterstof
Deze cyclus is CO2-vrij, als de elektriciteit die nodig is voor de produktie van waterstof, afkomstig is
van groene energiebronnen zoals zonne- of windenergie. Het rendement van de gehele cyclus is
ongeveer 25%. Een voordeel is, dat metaalbrandstof gemakkelijk kan worden vervoerd en bewaard,
in tegenstelling tot bijvoorbeeld waterstof.

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 geprodu-
ceerd. 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 bewegings-
energie 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 waterkracht-
centrale 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 water-
reservoir 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 tempe-
ratuur 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 (uit het
lichtnet) 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  (maar dat houdt de zonnestraling niet tegen)
•  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
•  bij ventilatie en het gebruik van warm water, terugwinning van warmte door
    warmtewisselaars
•  vloerverwarming met een warmtepomp of met water afkomstig van zonneboilers
    (bij lage temperaturen, zijn de warmteverliezen klein)
•  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


Warmtetransport

Warmte gaat altijd (vanzelf) van een hoog temperatuurniveau naar een lager temperatuurniveau.
Voor transport in de omgekeerde richting is een (energieverbruikende) warmtepomp nodig.
Transport van warmte kan op 3 manieren plaats vinden:

1. door geleiding
In stilstaande materie, bijvoorbeeld een muur, wordt warmte getransporteerd door geleiding. Bij een
gewone spouwmuur is de ruimte tussen de 2 muren gevuld met lucht. Die lucht kan dan vrijelijk circuleren
tussen de 2 muren en dan wordt er warmte overgedragen door stroming. Als de tussenruimte gevuld wordt
met bijvoorbeeld glaswol, dan is de warmte-isolatie heel goed, omdat glaswol veel stilstaande lucht bevat.
Stilstaande lucht is een zeer slechte warmtegeleider
Ook bij 2 of 3 laags glas bevind zich stilstaande lucht tussen de glasplaten. De afstand tussen de glasplaten
is daarbij zo klein (ongeveer 0,5 centimeter) dat er vrijwel geen stroming van de lucht kan plaats vinden.
Daardoor is dit soort glas een slechte warmtegeleider. Denk ook aan kleding. Een paar lagen over elkaar,
met daartussen stilstaande lucht, isoleert de warmte veel beter, dan 1 dikke laag.

2. door stroming
Warmte kan getransporteerd worden door een stromend medium, zoals water, lucht of olie. Bij de centrale
verwarming wordt warmte getransporteerd door het water dat vanuit de ketel naar de radiatoren stroomt.
Door een openstaand raam stroomt warme lucht naar binnen of naar buiten. Als het buiten warmer is dan
binnen, dan moet men de ramen dus dicht laten, tenminste als men het binnen koel wil houden.

3. door straling
Zonnestraling gaat vrijwel ongehinderd door glas en lucht. Hiertegen helpt 2 of 3 laags glas dus niet.
Alleen glas, voorzien van een speciale coating kan de zonnestraling tegenhouden. Als men in de zomer de
warmte buiten wil houden, moet er aan de buitenzijde van het raam een zonwering worden aangebracht.
Als men in de winter de warmte binnen wil houden, moet er aan de binnenzijde van het raam warmte-
isolatie worden aangebracht, bijvoorbeeld in de vorm van gordijnen
zie ook:
thermische geleidbaarheid
thermosfles


De ineenstorting van de olie-economie

peakoil

De beschaving, zoals wij die nu kennen, zal spoedig eindigen, omdat de olie opraakt. Dat is een weten-
schappelijk 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 afhanke-
lijker 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 -   67





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 brand-
stoffen 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 aardgas-
produktie 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 natuur-
organisaties 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 hier-
mee (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.
Waterstof is geen energiebron, maar een energiedrager. Het produceren van waterstof door elektrolyse
van water kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert.
Waterstof is dus geen oplossing voor het energieprobleem

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 energie-
verbruik, 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 het klimaatakkoord

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 belangrijk-
ste 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 broeikas-
gassen 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 doelstel-
lingen, 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 vrijdag-
avond 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 7,7 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 onomkeerbaar 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