voordat enige omzetting heeft plaatsgevonden
kilowattuur |
|
| 1 kilogram droog hout | 5,3 |
| 1 kilogram steenkool | 8,1 |
| 1 kubieke meter aardgas | 8,8 |
| 1 liter benzine | 9,1 |
| 1 liter dieselolie | 10,0 |
| 1 kilohram waterstof | 33,6 |
Mechanische energie in 1 liter benzine
|
1 liter benzine = 9,1 kilowattuur |
benzine levert is dus 25% × 9,1 = 2,3 kilowattuur. Daarbij wordt 9,1 – 2,3 = 6,8 kilowattuur omgezet in
nutteloze warmte.
|
1 liter benzine = 3340 000 kilogrammeter |
Zo'n vliegtuig 10 kilometer omhoog brengen, kost dus 1000 liter brandstof.
(de voorwaartse snelheid, luchtweerstand, rendementen etc. buiten beschouwing gelaten)
Thermische energie in 1 liter benzine
|
1 liter benzine = 7800 kilocalorie |
Mechanisch warmte-equivalent
Het mechanisch warmte-equivalent laat de relatie zien tussen warmte en mechanische energie
| 1 kilocalorie is equivalent aan 427 kilogrammeter |
- 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
- er is dan 1 kilocalorie aan het water toegevoerd en dat is equivalent aan 427 kilogrammeter
- hiermee kan men (theoretisch) een koe met een gewicht van 427 kilogram, 1 meter omhoog takelen
Rendementen bij de omzetting van energie
|
Omzetting van thermische energie naar mechanische energie |
rendement zo'n 50%
Voorbeeld:
Het rendement van een stoomturbine in een elektrische centrale is 45%
|
Omzetting van mechanische energie naar elektriciteit |
Voorbeeld:
Het rendement van een generator in een elektrische centrale is 95%
|
Omzetting van elektriciteit naar mechanische energie |
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 = de hoogste temperatuur in het proces = de toegevoerde energie
Tlaag = de laagste temperatuur in het proces = de resterende energie
Rekenvoorbeeld:
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. (dat is onafhankelijk van de massa van het voorwerp) 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 |
Primair energieverbruik van een huishouden
Onderstaande tabel laat zien hoeveel primaire energie in 2008 door een huishouden werd verbruikt.
Dat is gelijk aan de energie-inhoud van 4000 liter benzine.
Primair energieverbruik van een huishouden (2008)
kilowattuur |
|
| 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)
Een auto verbruikt per jaar anderhalf keer zoveel primaire energie, als een gemiddeld Nederlands huishouden
voor verlichting, koelkast, TV, wassen, strijken, 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".
Netto energieverbruik van een huishouden (toekomstig scenario)
kilowattuur |
|
| led-verlichting | 200 |
| koelkast, TV, wassen, strijken, etc. | 3 000 |
| verwarming, warm water en koken | 7 000 |
| elektrische auto (40 km per dag) | |
| totaal | 12 400 |
1 zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert 200 kilowattuur per jaar en dat is dus voldoende voor de led-
verlichting. Voor het totale energieverbruik van 1 huishouden zijn 12 400 / 200 = 62 zonnepanelen nodig
Hernieuwbare, groene of duurzame energie
Dat is energie afkomstig van natuurlijke bronnen, die constant worden aangevuld en die geen CO2 uitstoten.
Enkele voorbeelden:
- Zonne-energie
- Windenergie
- Waterkracht
- Geothermische energie
Bij zonne- en windenergie is er een opslagprobleem. De zon schijnt 's nachts niet en het waait niet altijd.
Men kan dit probleem misschien oplossen, door opslag van energie in waterstof.
A = rendement van de omzetting naar elektriciteit
B = het cyclusrendement van de opslag van energie in waterstof
A |
B |
totaal rendement |
|
| zonne-energie | 15% × 35% = 5% |
||
| windenergie | 50% × 35% = 18% |
Zonne-energie
De instraling van zonne-energie in Nederland
|
- het vermogen van de zonnestraling bij een geheel onbewolkte hemel en bij loodrechte instraling = 1 kilowatt per vierkante meter - de theoretisch mogelijke energie-instraling = 1 kilowatt × 24 uur × 365 dagen = 8760 kilowattuur per vierkante meter per jaar - de werkelijke energie-instraling = 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar (seizoenen, bewolkte hemel, dag en nacht meegerekend) - de productiefactor is dus (1000 / 8760) × 100% = 11,4% |
De opbrengst van zonne-energie in Nederland
- de energie-instraling = 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- het rendement van een zonnepaneel = 15%
- de jaaropbrengst van een zonnepaneel van 1,6 vierkante meter is dan 1,6 × 1000 × 15% = 240 kilowattuur
- dit moet nog met een correctiefactor 0,85 worden vermenigvuldigd
- in de praktijk is de jaaropbrengst van zo'n paneel 0,85 × 240 = 200 kilowattuur
- voor een maximale jaaropbrengst, moet een zonnepaneel gemonteerd zijn onder een hoek van 36 graden
met het horizontale vlak en gericht zijn op het zuiden
- de hoeveelheid zonne-energie die in een jaar op de gehele aarde wordt ingestraald, is 7000 keer zoveel als
het wereldverbruik van primaire energie.
De 3-maandelijkse instraling van zonne-energie in Nederland (afgerond)
|
februari + maart + april |
= 24 % |
Daarom is het dus winter. Juist als men veel zonne-energie nodig heeft, is er weinig beschikbaar
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 (biobrandstoffen)
1. Zonnepanelen
Bij een zonnepaneel wordt de ingestraalde zonne-energie rechtstreeks omgezet in elektriciteit.
Het rendement hierbij is ongeveer 15%
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 kilowattuur per jaar
- dat is gemiddeld 220 wattuur per dag
- dat is voldoende om 2 uur per dag naar de TV te kijken
Waldpolenz Solar Park
- het Waldpolenz Solar Park 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 energie-opbrengst is 52 000 megawattuur per jaar
- de productiefactor is 11,4%
- een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 80 keer zoveel energie
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 energie-opbrengst is 1 096 000 megawattuur per jaar
- de productiefactor 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. De warmte
die daarbij ontstaat wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit. Het voordeel van “geconcentreerde
zonnestraling” is, dat een deel van de opgevangen warmte tijdelijk kan worden opgeslagen. Daarmee kunnen
zonloze periodes worden overbrugd
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
Het concentreren van de zonnestraling kan op verschillende manieren worden gedaan
- met parabolische spiegels
- met zonnetroggen
- met heliostaten
Parabolische spiegels
- 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
Zonnetroggen
- 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%. (dat is dus 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 energie-opbrengst is 495 000 megawattuur per jaar
- de productiefactor 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 megawattuur. Dat is voldoende om, als de zon niet schijnt, gedurende
7,5 uur bij vol vermogen elektriciteit op te wekken. De productiefactor wordt hierdoor aanzienlijk verhoogd.
Bij Andasol is de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie 2200 kilowattuur per vierkante meter per jaar, dus
ruim 2 keer zoveel als in Nederland
Heliostaten
- 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 honderden heliostaten en het bevindt zich daarbij in het 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
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 energie-opbrengst is 48 000 megawattuur per jaar
- de productiefactor 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 megawattuur.
De productiefactor wordt hierdoor aanzienlijk verhoogd.
Geconcentreerde zonnestraling met zonnecellen
Geconcentreerde zonnestraling kan ook worden toegepast in combinatie met daarvoor geschikte zonnecellen.
Spectrolab levert zonnecellen, die een ingestraald vermogen van 50 watt per vierkante centimeter kunnen
verdragen, mits zodanig gekoeld, dat de temperatuur niet boven de 100 graden celsius uitkomt. Onder deze
condities wordt een rendement van ruim 35% gehaald.
3. Verwarmen van water (zonneboiler)
Meestal gebeurt dit met panelen op het dak van een huis. Die lijken op zonnepanelen, maar ze zijn gevuld met
water. De omzetting van zonne-energie naar warmte gaat met een rendement van ongeveer 65%, maar de
temperatuur is beperkt en daardoor kan er geen elektriciteit mee worden opgewekt. Het warme water kan wel
worden gebruikt als voorverwarmd water voor een wasmachine, douche, vloerverwarming of als warmtebron
voor een warmtepomp
4. Fotosynthese (biobrandstoffen)
Onder invloed van zonlicht, kunnen biobrandstoffen worden geteeld, zoals koolzaad, suikerriet, maïs en hout.
Daarbij wordt de zonne-energie omgezet in chemische energie. (fotosynthese).
Het rendement van deze omzetting is hooguit 1%
Opbrengsten van zonne-energie bij een instraling van 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
rendement |
jaaropbrengst |
energiesoort |
|
0,8% |
8 kilowattuur |
warmte |
|
zonnepaneel |
15,0% |
150 kilowattuur |
elektriciteit |
zonneboiler |
65,0% |
650 kilowattuur |
warmte |
Zonne-energie heeft wel de potentie, om ooit interessant te worden
- de instraling van zonne-energie in Nederland is 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- op een oppervlakte van 25 vierkante kilometer wordt jaarlijks ingestraald:
1000 kilowattuur per vierkante meter × 25 000 000 vierkante meter = 25 miljard kilowattuur
- dat is equivalent aan 1 kilogram massa
- bij een rendement van 100% zou dat voldoende zijn voor ruim een vijfde van het jaarlijkse
elektriciteitsverbruik in Nederland
- een praktische mogelijkheid, om deze energie op een efficiënte manier "te pakken" te krijgen
bestaat voorlopig nog niet.
- de grootste zonnecentrale ter wereld, het Topaz zonnepark, heeft ook een grondoppervlakte
van 25 vierkante kilometer en produceert slechts 1 miljard kilowattuur per jaar
Vergelijking van de energie-opbrengst van enkele zonnecentrales
A = energie-opbrengst per jaar (megawattuur)
B = grondoppervlakte (vierkante kilometers)
C = energie-opbrengst per vierkante kilometer per jaar (megawattuur)
soort |
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 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 jaaropbrengsten bij enkele oriëntaties van een zonnepaneel in Nederland
(geel = meer dan 90%)
hoek met het |
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% |
70 graden |
69% |
82% |
87% |
84% |
70% |
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 32,8 miljard kilowattuur zonne-energie opgewekt
- dat is evenveel als de jaarproductie van 8 centrales van 600 megawatt
- sinds 2015 stagneert de groei van zonne-energie in Duitsland
zie ook: Das leistet Photovoltaik in Deutschland
In 2020 werd in Nederland 4 miljard kilowattuur zonne-energie opgewekt.
- dat is evenveel als de jaarproductie van 1 centrale van 600 megawatt
Windenergie
De energie van een windmolen
|
- 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 = A × v × p kilogram - de energie die de molen per seconde passeert = ½ m v2 = ½ (A × v × p) v2 joule - de 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 |
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 productiefactor van een windmolen (globaal)
- de productiefactor van een windmolen neemt toe, naarmate die hoger en groter is
- de productiefactor wordt bepaald door de plaats waar de molen staat
- de productiefactor van een windmolen op land is 30%
- de productiefactor van een windmolen op zee is 45%
De grootste windmolen ter wereld is de Enercon E-126 (zie ook Haliade-X)
- de diameter van de draaicirkel is 126 meter
- de ashoogte is 135 meter en de wieklengte is 63 meter
- het hoogste punt, dat door de wieken wordt bereikt is dus 198 meter
- het maximale vermogen is 7,5 megawatt
- bij een productiefactor van 32% (op land) is de jaarproductie 21 000 megawattuur
- 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
Enkele Nederlandse windmolenparken
aantal |
vermogen |
vermogen |
productie- |
jaaropbrengst |
|
| Egmond aan Zee 10 km uit de kust |
36 |
3 megawatt |
108 megawatt |
40% |
378 000 |
| IJmuiden 23 km uit de kust |
60 |
2 megawatt |
120 megawatt |
41% |
435 000 |
| Westereems Eemshaven, op land |
52 |
3 megawatt |
156 megawatt |
34% |
470 000 |
| Gemini 85 km uit de kust |
150 |
4 megawatt |
600 megawatt |
49% |
2 600 000 |
| Borssele 1&2 23 km uit de kust |
94 |
8 megawatt |
752 megawatt |
49% |
3 210 000 |
Het Gemini windmolenpark
- de oppervlakte van het windmolenpark is 68 vierkante kilometer
- 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 2021)
aantal |
vermogen |
|
| Nederland | 462 |
2 459 |
| België | 399 |
2 262 |
| Duitsland | 1 062 |
5 052 |
| Denemarken | 220 |
777 |
| Engeland | 1 392 |
6 849 |
| totaal | 3 535 |
17 399 |
Bij een productiefactor van 45% is de totale jaaropbrengst 68 600 000 megawattuur
Dat is ongeveer gelijk aan de jaaropbrengst van 16 centrales van 600 megawatt
zie ook: Lijst van windmolenparken in de Noordzee
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 allergrootste (nog te testen) windmolen ooit, de Haliade-X
- de ashoogte is 150 meter en de wieklengte is 110 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 energie-opbrengst is 67 000 megawattuur per jaar
- een elektrische centrale van 600 megawatt levert per jaar 63 keer zoveel energie
- deze windmolen levert per jaar 1,4 keer zoveel energie als de zonnecentrale van Sevilla
met 1255 heliostaten
In China wordt een nog grotere windmolen ontwikkeld
De wieken hebben een lengte van 128 meter.
Het vermogen is 18 megawatt en de jaaropbrengst is 74 000 megawattuur.
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 dagproductie 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 een
elektrische auto wil laten rijden op de zonne-energie van je eigen zonnepanelen, 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 ook daar, het energieverbruik
de laatste jaren sterk is toegenomen.
- in Zwitserland wordt 40% van de elektrische energie opgewekt door kerncentrales
- alleen in Noorwegen wordt vrijwel alle elektrische energie door waterkracht opgewekt
- wereldwijd wordt 16% 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 megawattuur per jaar
- dat is evenveel als de jaaropbrengst van 18 elektrische centrales van 600 megawatt
In China staat de grootste waterkrachtcentrale ter wereld, de Drieklovendam
- het vermogen van deze centrale is 18 000 megawatt
- de energie-opbrengst is 85 000 000 megawattuur 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 productiefactor is 100% - er is geen CO2 uitstoot - de energie is constant voorradig, er is dus geen opslagprobleem |
Geothermische energie in enkele landen
|
vermogen |
jaaropbrengst |
| China | 1 440 |
12 600 000 |
| Zweden | 1 140 |
10 000 000 |
| USA | 990 |
8 680 000 |
| IJsland | 760 |
6 610 000 |
| Nieuw Zeeland | 220 |
1 970 000 |
| Japan | 160 |
1 430 000 |
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 Zuidwest 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
|
- Een getijdencentrale maakt gebruik van het verschil in waterhoogte tussen eb en vloed. Daarmee wordt energie opgewekt - Eb en vloed, worden veroorzaakt door de rotatie van de aarde en de aantrekkingskracht van de maan en de zon |
De grootste (en enige commercieel werkende) getijdencentrale ter wereld, staat in Frankrijk, in de monding
van de Rance in Bretagne.
- het verschil in waterhoogte tussen eb en vloed is daar zeer groot, maximaal 13 meter
- het vermogen van de centrale is 240 megawatt
- de productiefactor is ongeveer 26%
- de jaarproductie is 540 000 megawattuur
- 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. Het water achter de dam wordt dan 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
elektriciteitsproductie. De cyclus begint opnieuw als het weer vloed wordt.
zie ook:
Waterkrachtcentrale Rance
Getijdenenergie
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".
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 kilowattuur
- dat is 7,4% van het jaarverbruik van elektriciteit in Nederland
Berekening van de oppervlakte die nodig is om 4 miljard kilogran hout in 1 jaar te produceren
- stel, de productie van hout is 16 ton per hectare per jaar (1 hectare = 10 000 vierkante meter)
- dat is 1,6 kilogram per vierkante meter per jaar
- voor 4 miljard kilogram is dan een oppervlakte van 2,5 miljard vierkante meter nodig
- dat is een oppervlakte van 50 × 50 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 kilowattuur elektriciteit opgewekt met biomassa
- het verbruik was toen 113,5 miljard kilowattuur.
- het aandeel biomassa was dus 6,9%
Het aandeel biomassa zal in de nabije toekomst niet veel groter worden, want de hoeveelheid biomassa is nu
eenmaal beperkt. Men kan dan ook terechte twijfels hebben over energieleveranciers die plotseling enorme
hoeveelheden "groene" energie zijn gaan verkopen aan de consument.
Persbericht op 28 augustus 2013
Energieleverancier Nuon erkent sinds 2002 tienduizenden klanten "onvoldoende te hebben geïnformeerd"
over hun stroomcontract. Het gaat om mensen die tussen 1996 en 2002 een zogeheten Natuurstroomcontract
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". (?)
Teletekst 30 oktober 2019
Centrales die stroom opwekken met biomassa stoten meer stikstof, fijnstof en CO2 uit dan kolencentrales,
blijkt uit onderzoek in opdracht van het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat. Biomassacentrales zijn
minder efficiënt dan kolencentrales en dat leidt tot 20% meer uitstoot
Teletekst 31 maart 2021
Uit onderzoek van het World Resources Institute (WRI) en de Universiteit van Maryland blijkt dat in 2020
wereldwijd 42 000 vierkante kilometer aan oerbos is verwoest. Dat is een vierkant van 200 × 200 kilometer
en dus ruimschoots de omvang van Nederland
Teletekst 8 augustus 2023
Acht Zuid-Amerikaanse landen zijn het op de Amazonetop niet eens geworden over een termijn waarop
de ontbossing moet zijn gestopt. De Braziliaanse president Lula da Silva, wil dat de houtkap in 2030 is
beëindigd. Suriname, Guyana en Bolivia stemden tegen. Knelpunten zijn onder meer de goudwinning
en de uitbreiding van olie- en gasboringen
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 productiefactor 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 productie
van windenergie ontstaat er behoefte aan opslag van elektriciteit, om de fluctuaties in het aanbod op te
vangen. Energie-opslag kan plaats vinden door productie 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 kilowattuur per auto, dan komt men op een totale opslagcapaciteit van
30 miljoen kilowattuur.
Dat is gelijk aan de dagproductie 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 productie 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 warmteproductie is hierbij hoofdzaak, terwijl de elektriciteit nu een bijproduct is - het totale rendement is zeer hoog, omdat er vrijwel geen warmte verloren gaat en alle elektriciteit nuttig wordt gebruikt - de 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 warmte wordt ook vaak uit de lucht gehaald. - 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 of uit de lucht wordt gehaald, vermeerderd met de energie die aan de compressor (pomp) wordt toegevoerd. |
Men spreekt bij een warmtepomp van de COP (= coëfficiënt of performance).
De COP kan bijvoorbeeld 4 zijn. Dan wordt 3 keer zoveel warmte (gratis) uit de grond of uit de lucht gehaald,
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 elektrische verwarming
- de warmte die de warmtepomp uit de grond of uit de lucht haalt is gratis en volledig CO2-vrij
- sommige warmtepompen kunnen in 2 richtingen werken, ze kunnen dus verwarmen of koelen
- warmtepompen kunnen gewoon worden uitgezet. (bij warmte-kracht koppeling kan dat niet)
Warmte-opbrengst van een CV-ketel (CV = centrale verwarming)
- stel, we verbranden 1 kubieke meter aardgas in de ketel van de centrale verwarming
- het rendement van een CV-ketel is 80% en de energie-inhoud van het aardgas is 8,8 kilowattuur
- de hoeveelheid nuttige warmte is dan 80% × 8,8 kilowattuur
Warmte-opbrengst van een warmtepomp
- de elektriciteit, waar de warmtepomp op draait, wordt opgewekt met een rendement van 40%
- 1 kubieke meter aardgas levert dan 40% × 8,8 kilowattuur elektriciteit
- een warmtepomp produceert hiermee 4 keer zoveel energie in de vorm van warmte
- de warmtepomp produceert dus 160% x 8,8 kilowattuur warmte
Conclusie
|
met dezelfde hoeveelheid aardgas (en dus bij dezelfde CO2-uitstoot), produceert de warmtepomp 2 keer zoveel warmte als de CV-ketel |
De werking van een warmtepomp
|
- 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.
Een uitgebreid verhaal over de warmtepomp is te vinden op wikipedia
Batterijen en accu's
1. Alkaline batterij (AA-cel)
- bevat 1,5 ampère-uur bij 1,5 volt, dat is 2,25 wattuur
- zo'n batterij kost ongeveer € 0,50
- dus 1 kilowattuur uit een batterij kost € 222,00
2. Oplaadbare nikkel-metaalhydride batterij (AA-cel)
- bevat 2,7 ampère-uur bij 1,2 volt, dat is 3,24 wattuur
- oplaadbare batterijen zijn 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 |
levensduur |
|
| 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 |
- - - - |
| solid state accu | - - - - |
- - - - |
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.
3. 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 wattuur
- het gewicht is 35 kilogram
- de energiedichtheid is 18 wattuur 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
4. 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 protonen door. (protonen zijn positieve waterstofionen)
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 protonen 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 wattuur 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
5. 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 12 cellen
- de spanning is 27,6 volt bij 40 ampère-uur, de energie-inhoud is dus 1100 wattuur
- het gewicht is 14 kilogram
- de energiedichtheid is 78 wattuur per kilogram en dus slecht in vergelijking met een gewone
lithium-ion batterij
- de batterij is zeer veilig (geen ontploffings- of brandgevaar)
- de laadtijd 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.
6. 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 wattuur
- de energiedichtheid is 95 wattuur 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
7. 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 wattuur
- de energiedichtheid is 250 wattuur per kilogram (inclusief behuizing)
- de levensduur is 2000 laadcycli
8. De lithium–zwavel accu
De lithium-zwavel accu valt op door zijn grote energiedichtheid en lage soortelijke massa
Enkele eigenschappen:
- de energiedichtheid is 350 wattuur 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
9. De zink-lucht batterij
De zink-lucht batterij valt op door de grote energiedichtheid, 470 wattuur per kilogram. Dat is 3 keer zoveel
als bij een lithium-ion accu. In gehoorapparaten zit vaak een zink-lucht batterijtje. Voor het gebruik, moet
eerst het plastic plakkertje, dat de luchttoevoer afsluit, worden verwijderd.
10. De solid state accu
|
- het elektrolyt van de solid state accu
is een vaste stof - het vaste elektrolyt kan niet lekken - de solid state accu levert daarom geen brandgevaar op - de energiedichtheid is hoger dan bij een lithium-ion accu - de laadtijd is korter - de levensduur is langer - de accu is milieuvriendelijk, omdat er geen zware metalen in zitten |
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 productie 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 |
levensduur |
100% |
500 |
50% |
1500 |
25% |
2500 |
10% |
4700 |
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 bij 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 kilowattuur (= 1 liter benzine-equivalent) in 1 uur, is bij 230 volt een stroom van 9100 / 230 = 40 ampère
nodig. 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 product 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 supercondensator
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 efficiënt 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.
| de energie-inhoud (joule) van een condensator = ½ CV2 C = de capaciteit (farad) en V = de spanning (volt) |
Voorbeeld van een supercondensator (K2 van Maxwell)
- de spanning van een cel is 2,85 volt
- de capaciteit van een cel is 3400 farad
- de energie-inhoud is dan 3,84 wattuur
- het vermogen is 8,5 kilowatt per kilogram
- de levensduur is meer dan 1 000 000 laadcycli
Enkele eigenschappen van een supercondensator
- lange levensduur (10 jaar)
- korte laadtijd
- hoog vermogen
- kleine energiedichtheid (10 wattuur per kilogram)
- de laadcyclus heeft een hoog rendement (97%)
- sterke zelfontlading (50% per maand)
- groot temperatuurbereik (- 40 tot + 65 graden)
- bij belasting neemt de spanning snel af, volgens de ontlaadkromme van een condensator
- kan niet in brand vliegen of ontploffen
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
Er circuleren berichten, dat in China een nucleaire batterij wordt ontwikkeld, waarop een elektrische auto
50 jaar lang kan rijden
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 |
Nu de berekening voor lopen of fietsen gedurende dezelfde tijd:
|
1 uur lopen 1 uur fietsen |
= 4 kilometer = 20 kilometer |
= 4 × 300 = 20 × 60 |
= 1200 kilojoule = 1200 kilojoule |
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 wattuur
= 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. |
als op een vlakke weg zonder wind. Maar de accu moet dan natuurlijk wel veel energie leveren. 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. De ondersteuning werkt tot een
snelheid van 25 kilometer per uur.
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 wattuur 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 wattuur per kilometer
- omgerekend naar benzine-equivalent komt men op 1 liter per 545 kilometer
Elektrische treinen
|
Dubbeldekker |
- de trein rijdt op een gelijkspanning van 1500 volt
- het vermogen is 1608 kilowatt
- de maximum snelheid is 140 kilometer per uur
- 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 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 kilowattuur verbruikt
- gedurende de volgende 9360 meter wordt 1/3 van het vermogen gebruikt
- er wordt dan in 4 minuten, bij een constante snelheid, 30 kilowattuur 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 kilowattuur
- het totaalrendement van de elektriciteitsopwekking en de trein samen is 34%
- voor een traject van 14 kilometer wordt bruto verbruikt 84 / 0,34 = 247 kilowattuur
- dat is 18 000 wattuur 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 wattuur worden 372 reizigers over een afstand van 1 kilometer vervoerd - dat is 48 wattuur per reiziger per kilometer |
De resultaten van bovenstaande berekening komen goed overeen met de gegevens die ik van een trein-
bestuurder kreeg. Bij een auto wordt de verwarming verzorgd door de "afvalwarmte". Bij de trein wordt de
warmte opgewekt met een rendement van ongeveer 40%. (= het rendement van de elektrische centrale)
|
Thalys |
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.
- op de HSL trajecten rijdt de trein op een wisselspanning van 25 000 volt
- de maximum snelheid is dan 300 kilometer per uur
- het vermogen is 8850 kilowatt
- de Thalys heeft een vaste samenstelling van 8 wagons + 2 motorwagens met 355 zitplaatsen
- de lengte is 200 meter
- het gewicht, inclusief de reizigers is 414 ton
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 kilowattuur 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 kilowattuur verbruikt
(voor het overwinnen van de rolweerstand, wrijvingsverliezen en de luchtweerstand)
- de netto hoeveelheid verbruikte energie is dus 396 + 1538 = 1934 kilowattuur
- het totaalrendement van de elektriciteitsopwekking en de trein is 34%
- voor het traject van 100 kilometer wordt bruto verbruikt: 1934 / 0,34 = 5700 kilowattuur
- dat is 57 000 wattuur per kilometer
Het energieverbruik per reiziger per kilometer
|
- met 57 000 wattuur worden 355 reizigers over een afstand van 1 kilometer vervoerd - dat is 161 wattuur per reiziger per kilometer |
Vliegtuig
|
Boeing 747 "Jumbo" |
- 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 wattuur per kilometer
(1 liter kerosine = 10 000 wattuur)
- een Jumbo kan 500 passagiers vervoeren
- het verbruik is dan 300 wattuur 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, met 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 kilowattuur per 15 uur
- bij een rendement van 30% komt men op 40 000 kilowattuur 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)
|
Het energieverbruik (en dus de CO2-uitstoot) per reiziger per kilometer is, bij een volle Jumbo en een auto met 2 personen, even groot. Maar een vliegtuig legt in een korte tijd een grote afstand af. Bijvoorbeeld: een retour Amsterdam - New York = 12 000 kilometer. Dat is een afstand die je met een auto in een jaar aflegt. Het CO2-probleem is dus niet te wijten aan het vliegtuig, maar aan het maken van lange reizen. |
In 2020, bijna 50 jaar na de introductie, werd de 4-motorige Boeing 747 uit de dienst genomen.
De opvolger is de Boeing 777. Dat is het grootste 2-motorige vliegtuig ter wereld.
De benzine auto
Het benzineverbruik van een gemiddelde benzine auto is 1 liter per 15 kilometer. Dat is 600 wattuur per
kilometer. Een auto kan 4 personen vervoeren. Het verbruik is dan 150 wattuur per persoon per kilometer.
Het rendement van een benzinemotor is sterk afhankelijk van:
- het toerental
- het geleverde koppel
- het momentele vermogen
Het rendement is ongeveer 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
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 hybride auto
|
Toyota 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.
|
Een hybride auto wordt, afhankelijk van de situatie, door een benzinemotor, een elektromotor of een combinatie van beiden voortbewogen. Het doel hierbij is om een zo hoog mogelijk rendement te behalen |
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 kilowattuur
- bij (regeneratief) remmen en snelheidsvermindering werkt de elektromotor als dynamo en levert dan 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 wattuur per kilometer.
Met 4 personen in de auto komt men op 108 wattuur 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. Bovendien kan deze accu niet in brand
vliegen.
De Prius, die Toyota in 2024 op de markt bracht, is uitgeroepen tot de zuinigste auto ter wereld
(dat is dus niet de plug-in versie)
De plug-in hybride auto
Toyota bracht in 2012 de plug-in Prius op de markt. Deze plug-in hybride auto heeft een grote accu, die vanuit
het lichtnet kan worden opgeladen. Met de nieuwste plug-in hybride kan men 50 kilometer elektrisch rijden.
Ruim voldoende voor woon-werk verkeer of om boodschappen te doen. Het is eigenlijk een elektrische auto
met een kleine actieradius, maar zonder "laadpaal stress". Als de accu tijdens een lange rit leeg raakt, dan kan
men gewoon verder rijden op de benzinemotor. De actieradius is dan nog zo'n 1000 kilometer bij een volle
benzinetank. Als we de CO2-uitstoot bij de opwekking van elektriciteit ook in rekening brengen, 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 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 elektrische 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.
De actieradius van een benzine auto is 3 keer zo groot als van een elektrische auto
Voorbeeld:
- de accu van de Tesla 3 heeft een energie-inhoud van 50 kilowattuur
- de energie-inhoud van 50 liter benzine = 50 × 9,1 kilowattuur = 455 kilowattuur, dat is dus ruim 9 keer
zoveel als van de accu
- het rendement van een elektromotor is 3 keer zo hoog als van een benzinemotor
- de actieradius van een benzine auto is dus 9 / 3 = 3 keer zo groot als van een elektrische auto
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 hoge rendement van de elektromotor (90%)
- een lage snelheid (de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid)
- een lage rolweerstand
- een lage luchtweerstand (dus 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 productie van elektriciteit tot aan het stopcontact, samen met het rendement van de
elektrische auto, is 40% × 77% = 31%.
Bij een verbruik van 150 wattuur per kilometer is het primaire energieverbruik dan 484 wattuur per kilometer.
Voor een 4-persoons auto is dit 121 wattuur 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 auto, maar lager dan van een benzine auto of een waterstof 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 - 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 wattuur per kilometer
- de accu moet dan een effectieve energie-inhoud hebben van 600 × 150 wattuur = 90 000 wattuur
- thuis is de beschikbare laadtijd ongeveer 12 uur per etmaal
- het vermogen van de lader moet dan zijn: 90 000 wattuur / 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 wattuur / 45 kilogram = 2 000 wattuur per kilogram
- de levensduur moet minstens 10 jaar zijn en de accu mag niet te duur zijn
zie ook: Onderzoekers maken lithium-ion accu met tien keer zo grote energiecapaciteit
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
- een slimmere oplossing is de plug-in hybride auto. Als daarbij de accu leeg raakt, dan kan men op de
benzinemotor verder rijden
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 |
| loodaccu | 40 |
| lithium-ion polymeer accu | 200 |
| de ideale accu | 2 000 |
| benzine | 12 600 |
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
|
EV1 van General Motors |
Het was een 2-persoons elektrische auto. Er werden 1117 stuks van gemaakt. Ze mochten alleen geleasd
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 kilowattuur
- de actieradius was 200 kilometer
- het gemiddelde energieverbruik was 130 wattuur per kilometer
- de laadtijd van de accu was 8 uur
Over deze auto is in 2006 een film gemaakt: "Who killed the electric car?"
|
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 kilowattuur
- 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 wattuur
- de energiedichtheid van de accu is 121 wattuur 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 wattuur per kilometer
- het totaalrendement ("plug-to-wheel") van de auto is 88%
- het energieverbruik uit het stopcontact is dus 165 / 0,88 = 188 wattuur per kilometer
- het totaalrendement van de productie van elektriciteit is 40%
- het primaire energieverbruik is dus 188 / 0,40 = 470 wattuur 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, een constant
koppel levert. 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 natuurlijk 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.
|
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 kilowattuur
- 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 wattuur per kilometer
- het totaalrendement ("plug-to-wheel") van de auto is 88%
- het energieverbruik uit het stopcontact is dus 177 / 0,88 = 201 wattuur per kilometer
- het totaalrendement van de productie van elektriciteit is 40%
- het primaire energieverbruik is dus 201 / 0,40 = 502 wattuur 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) en neemt
langzaam af tot 125 ampère, als de lading van 80% wordt bereikt
De Tesla 3
Begin 2016 is de Tesla 3 aangekondigd.
Enkele gegevens:
- een accu van 50 kilowattuur
- 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
- ondanks alle verhalen over "kunstmatige intelligentie" etc. blijkt het bij de auto"s van Tesla nog
steeds niet mogelijk, om daarmee autonoom, dus zonder ingrijpen van een mens, veilig te rijden
De zonne auto
|
Lightyear One |
die uitsluitend op zonne-energie reed. Deze auto deed mee aan de World Solar Challenge in Australië en won
3 keer de Cruiser-klasse. De Stella is de inspiratiebron geweest voor de ontwikkeling van de Lightyear One
Dat is een 4-persoons elektrische auto, die 700 kilometer kan rijden op 1 acculading,
De daarvoor benodigde energie wordt (grotendeels) opgevangen door 5 vierkante meter zonnecellen op het
dak van de auto. De accu heeft een energie-inhoud van 60 kilowattuur. 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 leggen gemiddeld zo'n 9460 kilometer per
jaar af. In Nederland zou de Lightyear One volgens de ontwerpers 10 000 kilometer per jaar op zonne-energie
kunnen rijden. Dat is gemiddeld 30 kilometer per dag.
Rekenvoorbeeld:
- stel, het rendement van de zonnecellen is 24%
- daarmee is de opbrengst in Nederland 200 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- stel, het verbruik van de auto is 0,1 kilowattuur per kilometer
- op 1 vierkante meter zonnecellen kan de auto dan 2 000 kilometer per jaar rijden
- voor 10 000 kilometer per jaar zijn dus 5 vierkante meters aan zonnecellen nodig
- 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 waterstof auto
Enkele kenmerken:
- de energiebron voor een waterstof auto is waterstof
- in een brandstofcel wordt hiermee elektriciteit opgewekt
- hierbij ontstaan geen schadelijke gassen, alleen 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 productie 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 waterstof auto is dus geen oplossing van het energieprobleem
- het totaalrendement is slechts 40% × 70% × 50% × 90% = 13%
- bij een voortbewegingsenergie van 150 wattuur per kilometer, is de primaire energie
150 / 0,13 = 1154 wattuur per kilometer
- als er 4 personen in de auto zitten, komt men op 288 wattuur per persoon per kilometer
Zal de waterstof auto ooit op de weg verschijnen?
Gezien het slechte (totaal)rendement, is het niet erg waarschijnlijk dat de waterstof auto ooit (grootschalig)
op de weg zal verschijnen. Tot nu toe (2023) is daar dan ook nog geen sprake van. Met de komst van de
solid state accu wordt de elektrische auto waarschijnlijk een betere oplossing.
De chemische reactie bij elektrolyse van water is omgekeerd aan de reactie in een brandstofcel
|
- bij elektrolyse van water, wordt water ontleed in zuurstof en waterstof. Dat kost veel elektriciteit - in een brandstofcel, worden zuurstof en waterstof aan elkaar gebonden. Daarbij ontstaat water en er komt energie vrij in de vorm van elektriciteit. |
Het doel van een brandstofcel is de productie van elektriciteit
In 2015 introduceerde Toyota de eerste waterstof auto
|
Toyota Mirai |
- deze 4-persoons waterstof 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
- de energie-inhoud van 7,7 kilogram waterstof is 7,7 × 33,6 = 258 kilowattuur
- het rendement van de brandstofcel en de elektromotor samen is 50% × 90% = 45 %
- de elektromotor levert bij een volle tank dus 45% × 258 = 116 kilowattuur = 116 000 wattuur
- daarmee is de voortbewegingsenergie 116 000 / 500 = 232 wattuur 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 waterstof 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:
geen toekomst meer voor personenauto's op waterstof
Toyota Global Newsroom
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 waterstof auto
De productie 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 waterstof 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 Opel Ampera werd uitgesteld wegens problemen met de lithium-ion
accu (zelfontbranding). De Ampera werd in 2021 uit de handel genomen, omdat de problemen met de accu
voortduurden.
De Waterstof Economie
Het energiescenario van de toekomst, als de fossiele brandstoffen op zijn, zal misschien (gedeeltelijk)
gebaseerd zijn op de zogenaamde Waterstof Economie. Hierbij wordt voorondersteld, dat er tegen die tijd,
(omstreeks 2050) een oeverloze hoeveelheid zonne- en windenergie beschikbaar zal zijn. Daarmee zou men
dan "groene" waterstof kunnen produceren. Ook is het denkbaar dat men dan waterstof kan produceren met
elektriciteit, opgewekt 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 deze "groene" energiebronnen wordt opgewekt is er dus een opslagprobleem
- met deze elektriciteit kan waterstof worden geproduceerd, door elektrolyse (ontleding) van water
- het rendement van elektrolyse van water is 70%
- bij het produceren van waterstof gaat dus 30% van de "groene" energie verloren
- 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
"verbrandingsproduct" water is
- waterstof is in dit scenario een energiedrager
Waterstof is dus niet een onuitputtelijke bron van energie, zoals sommige mensen denken
De (ideale) Waterstof Economie levert het volgende beeld op:
groene energie > elektrolyse van water > waterstof > brandstofcel > elektriciteit
Het cyclusrendement van de opslag van groene energie in waterstof
- het rendement van elektrolyse van water is 70%
- het rendement van een brandstofcel is 50%
- het cyclusrendement van de opslag van groene energie in waterstof en het terugwinnen van de elektriciteit
met een brandstofcel is dus 70% × 50% = 35%
Een paar toepassingen van waterstof
- waterstof kan worden gebruikt voor de tijdelijke opslag van “groene” energie
- waterstof kan worden gebruikt als brandstof voor een waterstof auto
- waterstof kan aardgas gedeeltelijk vervangen
Aardgas en aardolieproducten, 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 productie 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.
Teletekst 27 februari 2020
De Gasunie, Groningen Seaports en Shell Nederland willen in Groningen het grootste groene waterstofproject
van Europa bouwen. Vandaag presenteren ze plannen voor het project NortH2, waarbij een mega windpark
op zee de stroom opwekt voor de productie van waterstof. De partijen hebben voor 2030 de ambitie om
met windenergie 3 tot 4 gigawatt op te wekken voor waterstofproductie om daarna door te groeien naar
10 gigawatt in 2040
Het windpark voor het waterstofproject NortH2
Het windpark krijgt een vermogen van 4 gigawatt = 4000 megawatt. Dus bijvoorbeeld 500 windmolens van
8 megawatt. Bij een productiefactor van 45% is de energieproductie 15 800 000 megawattuur per jaar. Dat is
ongeveer gelijk aan de energie-opbrengst van 4 centrales van 600 megawatt. Met de elektriciteit die door dit
windpark wordt opgewekt, zal in een waterstoffabriek in de Eemshaven waterstof worden geproduceerd door
elektrolyse van water. Na enige aanpassingen, kan die waterstof via het bestaande gasnet worden vervoerd
en gedistribueerd. Er wordt nog gewerkt aan een haalbaarheidsstudie.
zie ook: grootste groene waterstofproject van europa in groningen
Er bestaan nogal wat misverstanden omtrent: water, waterkracht, waterstof en kernfusie van waterstof-
isotopen. Daarom hierbij het volgende overzichtje:
Water
Water is het verbrandingsproduct 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
zie ook:
Waterstof gaat ons redden
De waterstof-economie van Rob Jetten heeft veel weg van een gesubsidieerde zeepbel
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 minstens tot het jaar 2050 duren,
voordat er (misschien) praktische toepassingen zijn. Kernfusie is een energiebron
“groene” waterstof
Groene waterstof wordt geproduceerd met groene energie, zoals zonne- of windenergie. Het potentieel
van groene waterstof is dus zeer beperkt. Met kernenergie of kernfusie zou men een vrijwel onbeperkte
hoeveelheid groene waterstof kunnen produceren
“blauwe” waterstof
Blauwe waterstof wordt geproduceerd met fossiele brandstoffen. De CO2 die hierbij ontstaat, wordt
opgeslagen in lege gasvelden. Volgende generaties moeten maar kijken wat ze er mee doen
“grijze” waterstof
Grijze waterstof wordt geproduceerd met fossiele brandstoffen. De CO2 die hierbij ontstaat komt gewoon
in de atmosfeer terecht. Het rechtstreeks gebruiken van fossiele brandstoffen levert veel minder CO2 op
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 |
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.
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.
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) wordt de eerste (experimentele) kernfusiecentrale,
waarbij het gaat lukken om energie op te wekken.
Omstreeks 2050 zal het eerste prototype van een commerciële fusiecentrale gereed zijn
|
- kernfusie is inherent veilig, zodra er iets mis gaat, stopt de reactie - bij kernfusie komt weinig radioactief afval vrij - het 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 kilowattuur |
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 kilowattuur per kilogram brandstof.
In 2013 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 115 miljard kilowattuur
Hiervoor zou nodig zijn: (afgerond)
| of of |
300 ton |
verrijkt Uranium steenkool |
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 voor het aanvoeren van de steenkool |
6 goederenwagens |
= 60 meter = 7200 kilometer |
In 2013 was het primaire energieverbruik in Nederland 900 miljard kilowattuur
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 minstens 50 jaar duren
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 voedselproductie, 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
- in 2020 werd in Nederland 4 miljard kilowattuur zonne-energie opgewekt
- dat is slechts 3,5% van het totale elektriciteitsverbruik van Nederland
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% |
Zweden Zwitserland |
43% 41% |
Duitsland Engeland |
23% 14% |
Nederland |
4% |
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 Hinckley 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. (?)
Teletekst 29 november 2022
Het kabinet heeft Borssele gekozen als locatie voor 2 kerncentrales, die daar de komende 10 jaar worden
gebouwd
(Sindsdien hier niets meer over vernomen. Men hoeft geen profeet te zijn, om te voorspellen dat die 10 jaar
niet worden gehaald)
Teletekst 9 januari 2023
Eerder moesten alle 7 kerncentrales in België uiterlijk in 2025 sluiten. Door de energiecrisis wodt dit nu
herzien. De centrales Doel 4 en Tihange 3 blijven nu open tot 2035. (en daarna zien we wel weer verder)
Teletekst 5 maart 2024
De Tweede Kamer wil dat het kabinet plannen maakt voor 4 in plaats van 2 grote kerncentrales.
De 4 kerncentrales moeten uiterlijk vanaf 2040 energie gaan leveren. (?)
Vergelijking van kernenergie met windenergie
vermogen |
productie- |
energie per jaar |
bouwkosten |
levensduur |
|
| kerncentrale Hinckley Point |
3200 |
94% |
26 350 000 |
21,0 |
60 |
| windmolenpark Gemini |
600 |
49% |
2 600 000 |
2,8 |
20 |
- de bouwkosten van de kerncentrale zijn 7,5 keer zo hoog als van het windmolenpark, maar de
levensduur is 3 keer zo lang.
- de jaarkosten van kernenergie zijn dus 2,5 keer zo hoog als van windenergie
- kernenergie is dus 10 / 2,5 = 4 keer goedkoper dan windenergie
- bij kernenergie zijn er extra kosten voor kernbrandstof, ontmanteling en opbergen van radio-actief afval
- windmolenparken vragen veel onderhoud, vooral windmolenparken in zee
- windenergie is niet continu beschikbaar (de productiefactor = 49%). Daarom is dure, grootschalige
opslag van windenergie noodzakelijk, zoals opslag in waterstof (dat gaat met een slecht rendement)
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 en stikstofoxiden) - 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 |
|
- geen CO2-uitstoot - een beperkt (radioactief) afvalprobleem dat in principe oplosbaar is - een zeer kleine kans op ongelukken met kerncentrales (zie Frankrijk) |
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 8 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.
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.
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. Een Thoriumcentrale veroorzaakt 10 tot 100 keer minder radio-actief afval dan een gewone
kerncentrale en dit afval heeft een relatief korte halveringstijd. (300 jaar)
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
Thoriumcentrales; de nieuwe toekomst?
thorium reactor heeft nodige haken en ogen
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 kernfusiecentrale 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, diepvriesproducten, 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 |
Enkele feiten, berekeningen en wetenswaardigheden
Het jaarlijks energieverbruik (2020)
|
primaire energie |
elektriciteit |
Nederland |
900 miljard kilowattuur |
120 miljard kilowattuur |
Wereld |
160 000 miljard kilowattuur |
22 000 miljard kilowattuur |
Groene energie
1 zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert 0,2 megawattuur per jaar
1 windmolen van 3 megawatt levert 8 000 megawattuur per jaar
Nederland verbruikt per jaar 120 miljard kilowattuur elektriciteit = 120 000 000 megawattuur
Daarvoor zou dus nodig zijn:
of 120 000 000 / 0,2 = 600 000 000 zonnepanelen van 1,6 vierkante meter
of 120 000 000 / 8 000 = 15 000 windmolens van 3 megawatt
Het totale rendement van de productie van elektriciteit
- het gemiddelde rendement van de opwekking van elektriciteit = 50% (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 = 50% × 95% × 95% × 92% = 40% (afgerond)
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 kilowattuur = 3600 kilojoule
- E = (90000 × 109) / 3600 = 25 miljard kilowattuur
dus:
| 1 kilogram massa is equivalent aan 25 miljard kilowattuur |
- 1 liter benzine = 9,1 kilowattuur
- 25 miljard kilowattuur = 2,75 miljard liter benzine
- dat is een kubus, met een ribbe van 140 meter
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, dus bijvoorbeeld ook in het International Space Station. Het gewicht van massa is daar nul, omdat er geen (effectieve) zwaartekracht is. - Het gewicht van massa op aarde 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 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.
De zonneconstante
|
- bij loodrechte instraling en buiten de dampkring, is het vermogen van de zon 1,36 kilowatt per vierkante meter, dat is de zonneconstante - bij loodrechte instraling op het aardoppervlak, is het vermogen 1 kilowatt per vierkante meter |
Enkele gegevens: (afgerond)
- de straal van de zon = 700 000 kilometer
- de straal van de aarde = 6 400 kilometer
- de inhoud van een bol is evenredig met de derde macht van de straal
- het volume van de zon is dus 1,3 miljoen keer zo groot als het volume van de aarde
- de afstand van de aarde tot de zon = 150 miljoen kilometer
- de lichtsnelheid = 300 000 kilometer per seconde, het zonlicht doet er dus 8 minuten over, om de aarde
te bereiken
- het totale stralingsvermogen van de zon = de zonneconstante vermenigvuldigd met de oppervlakte van
een denkbeeldige bol, met een straal van 150 miljoen kilometer
- de totale hoeveelheid energie die de zon uitstraalt = 3 miljard keer zoveel als de hoeveelheid energie
die de de zon op de aarde instraalt
- de jaarlijks ingestraalde zonne-energie is 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
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
De snelheid waarmee de aarde om de zon draait
|
- de aarde draait in een bijna cirkelvormige baan om de zon - de afstand van de zon tot de aarde = 150 miljoen kilometer - de lengte van de baan = 2 × π × 150 miljoen = 942 miljoen kilometer - deze afstand wordt afgelegd in 1 jaar = 31 miljoen seconden - dus, de snelheid van de aarde in de baan = 30 kilometer per seconde |
Voor het wereldverbruik van elektriciteit, zou een oppervlakte van 550 000 vierkante kilometer
zonnepanelen nodig zijn
- in Californië staat het grootste zonnepark ter wereld, het Topaz-zonnepark
- dit zonnepark heeft een oppervlakte van 25 vierkante kilometer en levert 1 x 109 kilowattuur per jaar
- het wereldverbruik van elektriciteit is ongeveer 22 x 1012 kilowattuur per jaar
- voor het wereldverbruik, zou dus een oppervlakte van 22 x 103 x 25 = 550 000 vierkante kilometer
nodig zijn, dat is ruim 13 keer de oppervlakte van Nederland
Om 1 centrale van 600 megawatt te vervangen door zonnepanelen is in Nederland een oppervlakte
van 84 vierkante kilometer nodig
- de energie-opbrengst van een centrale van 600 megawatt is 4,2 miljard kilowattuur per jaar
- een zonnepaneel in Nederland levert ongeveer 150 kilowattuur 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 84 vierkante kilometer
- dat is een vierkant van ruim 9 × 9 kilometer
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 - 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 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, 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 zon boven de Evenaar en de keerkringen (2024)
datum |
gebeurtenis |
positie van de zon |
20 maart |
lente equinox |
boven de evenaar |
20 juni |
zomer wende |
boven de noorder keerkring |
22 september |
herfst equinox |
boven de evenaar |
21 december |
winter wende |
boven de zuider keerkring |
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 kilowattuur
- de jaaropbrengst per vierkante meter is 83 kilowattuur
- de gemiddelde dagopbrengst is 175 kilowattuur
Overzicht van de maandelijkse opbrengst van de Leopoldhove (2010)
kilowattuur |
procenten |
|
| januari | 1 040 |
1,6 |
| februari | 1 582 |
2,5 |
| maart | 5 244 |
8,2 |
| april | 8 454 |
13,3 |
| mei | 11 216 |
17,6 |
| juni | 10 301 |
16,2 |
| juli | 9 544 |
14,9 |
| augustus | 6 801 |
10,7 |
| september | 4 933 |
7,7 |
| oktober | 3 357 |
5,3 |
| november | 959 |
1,5 |
| december | 348 |
0,5 |
| totaal | 63 779 |
100,0 |
Vergelijking van de dagopbrengst bij een onbewolkte en een bewolkte hemel (2010)
onbewolkt |
bewolkt |
3 juni 520 kilowattuur |
11 juni 63 kilowattuur |
16 november 101 kilowattuur |
27 november 3 kilowattuur |
Dagopbrengsten van de Leopoldhove (kilowattuur in 2010)
Daglengte in Nederland
Daglengte (uren per dag, van zonsopgang tot zonsondergang)
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 |
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).
De zon, gezien vanuit Nederland (2024)
datum |
gebeurtenis |
hoogste stand |
opkomst |
ondergang |
20 maart |
lente equinox |
38 graden |
in het oosten |
in het westen |
20 juni |
zomer wende |
61 graden |
in het noordoosten |
in het noordwesten |
22 september |
herfst equinox |
38 graden |
in het oosten |
in het westen |
21 december |
winter wende |
15 graden |
in het zuidoosten |
in het zuidwesten |
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 ook de golfslag
vermindert.
Globale berekening van het aantal windmolens dat nodig zou zijn om het finale wereld energieverbruik
op te wekken
- het finale wereld energieverbruik in 2016 was 110 × 1012 kilowattuur
- de grootste windmolen ter wereld levert 21 × 106 kilowattuur 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 productiefactor is 11,4%
- de grondoppervlakte is 1,2 vierkante kilometer
- de energie-opbrengst is 52 000 megawattuur per jaar
- dat is 43 333 megawattuur per vierkante kilometer per jaar
windenergie Het Gemini windmolenpark
- 150 windturbines van 4 megawatt
- het totale vermogen is 600 megawatt
- de productiefactor is 49%
- de oppervlakte van het park is 68 vierkante kilometer
- de energie-opbrengst is 2 600 000 megawattuur per jaar
- dat is 38 235 megawattuur per vierkante kilometer per jaar
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
Enkele brandstoffen en CO2 (kilogrammen)
brandstof |
zuurstof |
CO2 |
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 CO2 + water (wet van behoud van massa) - bij het verbranden van koolstof ontstaat alleen CO2 - bij het verbranden van koolwaterstoffen (methaan, benzine en dieselolie) ontstaat CO2 + water - bij het verbranden van waterstof ontstaat alleen water |
De CO2-uitstoot bij de verbranding van enkele brandstoffen
A = de primaire energie van de brandstof (kilowattuur)
B = de CO2-uitstoot bij de verbranding van de primaire energie (kilogram)
C = de CO2-uitstoot per kilowattuur primaire energie (kilogram)
D = de CO2-uitstoot per kilowattuur nuttige energie (kilogram)
brandstof |
A |
B |
C |
rendement |
D |
| 1 kilogram steenkool | 8,1 |
3,7 |
0,46 |
kolencentrale = 40% |
1,14 |
| 1 kubieke meter aardgas | 8,8 |
1,8 |
0,20 |
STEG centrale = 58% |
0,34 |
| 1 liter benzine | 9,1 |
2,4 |
0,26 |
benzinemotor = 25% |
1,04 |
| 1 liter dieselolie | 10,0 |
2,7 |
0,27 |
dieselmotor = 35% |
0,77 |
De CO2-uitstoot per kilowattuur nuttige energie (kolom D), is bij de verbranding van benzine bijna net
zoveel als bij de verbranding van steenkool. Kolencentrales "mogen niet", maar de auto "moet".
Het is merkwaardig dat milieuactivisten protesteren tegen kolengestookte centrales, terwijl ze zelf
net als iedereen rustig in een auto rondrijden (milieu-dominees)
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 zoveel energie in, als 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.
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.
Verbindingen met zuurstof (stikstofoxiden) ontstaan bij verbranding van fossiele brandstoffen.
Verbindingen met waterstof (ammoniak) ontstaan vooral bij de veeteelt (mest)
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% - het lichtrendement van een lichtbron is dus: (het aantal lumen per watt / 228 lumen per watt) × 100% |
Spaarlampen
- een spaarlamp is een opgevouwen of opgerolde fluorescentiebuis, met een voorschakelapparaat in de
lampvoet
- de levensduur van spaarlampen valt nogal tegen, vooral als ze vaak in- en uitgeschakeld worden.
Dan wordt meestal nog niet eens 1 jaar gehaald. Dit in tegenstelling tot gewone gloeilampen die veel langer
meegaan
- een spaarlamp kan slechts 2500 keer in- en uitgeschakeld worden. Bij een brandduur van 3 minuten per keer,
(bijvoorbeeld op de WC), is de levensduur 125 uur
- bij een brandduur van 4 uur per keer haalt men 10 000 uur
- het hangt dus van de toepassing af, wat de beste keus is, een spaarlamp of een gloeilamp
- na inschakelen duurt het enkele minuten voordat de lichtopbrengst maximaal is
- op de verpakking van de lamp staat, dat de levensduur 8 jaar is, maar men mag blij zijn als de helft wordt
gehaald.
Tussen 2009 en 2012 is de gloeilamp gefaseerd uit de handel genomen. Hierdoor is het CO2-probleem een
(heel klein) beetje kleiner geworden, want het energieverbruik van de verlichting is slechts 4% van het totale
energieverbruik van een huishouden.
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)
- 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)
- 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-productie wordt van de hand gedaan. (?)
Vliegtuigen
maximaal aantal |
leeg |
brandstof |
vliegbereik |
kilometers per liter |
|
| Boeing 747 |
524 |
181 ton |
173 ton |
13 445 |
32,5 |
| Boeing 777 |
550 |
160 ton |
140 ton |
11 000 |
34,6 |
| Airbus 380 |
840 |
275 ton |
261 ton |
14 450 |
37,2 |
| Airbus 321 |
220 |
45 ton |
26 ton |
7 400 |
49,0 |
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 massa van de omringende lucht. Een straalmotor "zet zich af" tegen
de massa van 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) - de stuwkracht ontstaat, doordat er veel massa met een hoge snelheid wordt uitgestoten - bij een turbofan stroomt een grote hoeveelheid lucht langs de verbrandingsruimte van de straalmotor (ongeveer 5 keer zoveel als voor de verbranding van de kerosine nodig is) - de massa die wordt uitgestoten, is de som van de massa van de verbrandingsproducten van de straalmotor en de massa van de lucht die langs de verbrandingsruimte stroomt - de massa wordt uitgestoten met een snelheid van 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)
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 daarbij 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 kilogrammeter
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 vliegtuigen?
Nee, “voorlopig” niet
|
- de energie-inhoud van een lithium-ion accu = 0,2 kilowattuur per kilogram - de energie-inhoud van kerosine = 12 kilowattuur per kilogram, dat is 60 keer zoveel - bij dezelfde energie-inhoud, zijn accu's dus 60 keer zo zwaar als kerosine - bij een lange afstandsvlucht is het gewicht van de accu's dan zo’n 30 keer het leeggewicht van het vliegtuig - een elektrisch vliegtuig kan alleen vliegen met propellers en vliegt daardoor langzamer dan een vliegtuig met straalmotoren - een elektrisch vliegtuig wordt tijdens de vlucht niet lichter in gewicht, in tegenstelling tot een vliegtuig dat kerosine verbruikt - een elektrisch vliegtuig kan niet opstijgen of landen met de zware accu's |
Teletekst 11 september 2019
VVD en D66 willen dat Nederland veel meer gaat doen om elektrisch vliegen te stimuleren. D66-kamerlid
Paternotte denkt over een aantal jaren lijndiensten te kunnen laten uitvoeren met elektrische vliegtuigen:
“Als we meer inzetten op de innovatie”. (?)
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 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 wattuur |
20 km/uur |
18 watt |
56 watt |
74 watt |
3,7 wattuur |
30 km/uur |
32 watt |
189 watt |
221 watt |
7,4 wattuur |
40 km/uur |
52 watt |
448 watt |
500 watt |
12,5 wattuur |
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 hierbij is 1061 meter. De afgelegde afstand is 13,8 kilometer.
De gemiddelde snelheid was dus 21,8 kilometer per uur
|
Het vermogen, nodig voor het overwinnen van de
luchtweerstand, is evenredig met de 3e macht van de snelheid van een voertuig |
- 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, nodig voor het overwinnen van de luchtweerstand, is evenredig met de 2e macht van de snelheid van een voertuig |
- de luchtweerstand is evenredig met de 2e macht van de snelheid
- de energie is dus evenredig met de 2e macht van de snelheid (bij dezelfde afgelegde weg)
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.
Elektrische fietsen
Actieradius van een elektrische fiets
|
- 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 wattuur per kilometer - voor 50% ondersteuning door een elektrische fiets, is dan 4,5 wattuur 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 wattuur per kilometer leveren. |
De (gemiddelde) actieradius van een elektrische fiets bij 50% ondersteuning is hiermee gemakkelijk
te berekenen.
actieradius (kilometers) = energie-inhoud van de accu (wattuur) / 5 (wattuur per kilometer) |
Een voorbeeld laat zien, dat dit aardig klopt. De Trek LM500 heeft een accu met een energie-inhoud van
400 wattuur. Bij 50% ondersteuning (tour) is de actieradius dus 400 / 5 = 80 kilometer. Dit komt overeen
net 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 wattuur
- 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 wattuur
- een versnellingsnaaf met 8 versnellingen
- voorzien van de Bosch middenmotor met trapsensor
- 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.
Helaas heeft deze fiets toch een open kettingkast. De levensduur van de ketting is hierdoor beperkt tot
hooguit 1 jaar
Sparta Ion M-Gear
- een nikkel-metaalhydride accu, 24 volt bij 10 ampère-uur
- de energie-inhoud is dus 240 wattuur
- 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 wattuur (matige wind en 20 kilometer per uur)
ondersteuning |
wattuur per |
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
iets 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.
De actieradius van een elektrische fiets wordt voor een groot deel bepaald door de luchtweerstand
Onlangs kwam ik in gesprek met een echtpaar met een elektrische fiets. De man met een flink postuur zei,
dat hij een veel kleinere actieradius op zijn fiets realiseerde dan zijn tengere echtgenote. Hij dacht dat dit
veroorzaakt werd door het verschil in gewicht. Dat is niet het geval, want bij een constante snelheid op een
vlakke weg, speelt het gewicht van de berijder vrijwel geen rol.
Het verschil in de actieradius wordt veroorzaakt door het verschil in luchtweerstand. De luchtweerstand is
evenredig met het frontaal oppervlak van fietser + fiets. Als de luchtweerstand 25% groter wordt, dan neemt
de actieradius met bijna 20% af. (zie onderstaande tabel)
Voorbeeld: (fietssnelheid 20 kilometer per uur, geen wind en een accu van 400 wattuur)
A = een elektrische fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram
B = een elektrische fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram met een 25% groter frontaal oppervlak
A |
B |
|
| rolweerstand | 2,9 newton |
2,9 newton |
| luchtweerstand | 9,6 newton |
12.0 newton |
| mechanische weerstand | 0,6 newton |
0,6 newton |
| totale fietsweerstand | 13,1 newton |
15,5 newton |
| totale arbeid per kilometer | 3,64 wattuur |
4,31 wattuur |
| actieradius bij 400 wattuur | 110 kilometer |
93 kilometer |
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 ongeveer 400 wattuur
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 (maar een helm is natuurlijk wel veiliger)
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
Elektrische centrales
Brandstof en vermogen van enkele grote centrales in Nederland
centrale |
locatie |
brandstof |
vermogen |
|
Eemshaven Rotterdam Eemshaven Magnum Clauscentrale Maximacentrale Sloecentrale Enecogen Rijnmond Centrale Moerdijk Velsen Diemen Bergum Clauscentrale Amer Borssele Hemweg PerGen / EuroGen Maasstroom Elsta Merwedekanaal Lage Weide |
Eemshaven Maasvlakte Eemshaven Eemshaven Maasbracht Lelystad Vlissingen Europoort Rotterdam Moerdijk Velsen Diemen Bergum Maasbracht 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 / biomassa kernenergie STEG gas STEG gas STEG STEG |
2445 |
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% |
Bij een STEG centrale is de verhouding tussen de inlaattemperatuur van de gasturbine
en de uitlaattemperatuur van de stoomturbine veel groter dan bij een enkelvoudig proces.
Het totaalrendement is daardoor dus ook groter. (Carnot)
|
- de gasturbine heeft een rendement van 40% - uit de uitlaatgassen, die dus nog 60% van de energie bevatten, wordt via de stoomturbine nog eens 30% gewonnen. - dat levert 18% extra op - totaal komt dit dus uit op 58% |
Kerncentrales
De kerncentrale in Borssele
De kerncentrale in Borssele heeft een vermogen van 449 megawatt. In het jaar 2000 was de energie-
opbrengst 3 700 000 megawattuur. De productiefactor van deze centrale was toen 94%. Een kerncentrale
is slecht regelbaar en draait daarom vrijwel altijd op maximaal vermogen. De Nederlandse regering heeft
besloten, dat de kerncentrale tot 2033 in bedrijf mag blijven.
De grootste kerncentrale ter wereld
Deze bevindt zich in Japan, aan de westkust, in Kashiwazaki. De kerncentrale bestaat uit 7 units met een
gezamenlijk vermogen van 8212 megawatt. Dat is ruim 18 keer zoveel als de kerncentrale in Borssele en
bijna 14 keer zoveel als een centrale van 600 megawatt.
Het elektriciteitsverbruik in Nederland
Het elektriciteitsverbruik in Nederland is 120 miljard kilowattuur per jaar
Deze hoeveelheid elektrische energie wordt verbruikt door alle huishoudens, diensten (zoals openbaar
vervoer), de industrie en de landbouw. Hiervoor zijn 29 centrales van 600 megawatt nodig
Men maakt zich meestal alleen maar druk over de CO2-uitstoot bij de productie van elektriciteit. Het totale
energieprobleem is ruim 3 keer zo groot. Het moet daarom dus ook gaan over verwarming, industrie,
vervoer, voedselproductie en vooral ook auto's
Vergelijking van verschillende soorten centrales
Het elektriciteitsverbruik van Nederland = 120 000 000 megawattuur per jaar
A = het aantal centrales dat nodig zou zijn voor Nederland
B = de totale oppervlakte van al die centrales (kilometers × kilometers)
soort centrale |
vermogen |
jaaropbrengst |
A |
B |
| kolen- of gascentrale | 4 200 000 |
29 |
3 × 3 |
|
| kerncentrale Borssele | 449 |
3 700 000 |
32 |
3 × 3 |
| windmolenpark Gemini | 600 |
2 600 000 |
46 |
55 × 55 |
| getijdencentrale Rance | 240 |
540 000 |
222 |
69 × 69 |
| zonnetrogcentrale Andasol | 150 |
495 000 |
242 |
38 × 38 |
| zonnecentrale Waldpolenz | 52 |
52 000 |
2308 |
52 × 52 |
Een kolen- of gascentrale met een vermogen van 600 megawatt
|
- de jaaropbrengst bij een productiefactor van 80% = 600 megawatt × 80% × 24 uur × 365 dagen = 4 200 000 megawattuur = 4,2 miljard kilowattuur - in 6 jaar levert zo'n centrale 25 miljard kilowattuur en dat is equivalent aan 1 kilogram massa |
Zonnecentrale Waldpolenz
- deze centrale omvat 550 000 panelen op een oppervlakte van 1,2 vierkante kilometer
- voor de volledige elektriciteitsvoorziening van Nederland zouden er 2308 van deze centrales nodig zijn
- dat zijn 2308 × 550 000 = 1,3 miljard panelen op een oppervlakte van 52 bij 52 kilometer
Het probleem, dat zonnecentrales 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 12 keer zo weinig als in de zomermaanden.
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 wattuur per kilometer (inclusief omzettingsverliezen)
- in 1 jaar verbruiken 8 miljoen elektrische auto's dus 120 × 0,2 = 24 miljard kilowattuur
- 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 autotoeleverancier
ter wereld, noemt de verwachtingen over elektrische auto's overdreven euforisch. Auto's met een verbrandings-
motor 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
op de markt |
accu |
verbruik |
actieradius |
|
| General Motors EV1 | 1996 |
26 |
130 |
200 |
| Tesla Roadster | 2008 |
56 |
165 |
340 |
| Tesla model S | 2013 |
85 |
177 |
480 |
Tesla 3 | 2016 |
50 |
149 |
345 |
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. Volgens de fabrikant is de laadsnelheid "62 miles per hour", een nieuw begrip
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)
- bij de Tesla 3 is het verbruik per kilometer, vrijwel gelijk aan dat van de EV1. De energie-inhoud van de
lithium-ion accu is echter 2 keer zo groot als van de nikkel-metaalhydride.accu van de EV1
- het blijft wachten op een doorbraak in de accu-technologie. Niets wijst er op, dat die gauw zal komen
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 beperkte levensduur van de accu - de hoge prijs van de accu |
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 wattuur per kilometer
- 40 kilometer per dag = 14 600 kilometer per jaar
- daarvoor heeft men 2 200 kilowattuur per jaar nodig
- een zonnepaneel van 1,6 vierkante meter levert in Nederland 200 kilowattuur 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 "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
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 kilowattuur
- 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.
Inmiddels (2024) zijn er enorme vorderingen gemaakt bij de elektrische race-auto's
Formule E
question-and-answers/formula-e-how-does-it-work
Vergelijking van verschillende soorten auto's
(bij dezelfde voortbewegingsenergie van 150 wattuur per kilometer)
de hybride auto (21 kilometer per liter benzine)
- 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
- de CO2-uitstoot is 150 gram per kilometer door de auto
de elektrische auto (19 kilometer per liter benzine-equivalent)
- 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
- de CO2-uitstoot is 123 gram per kilometer door de elektrische centrale
- de elektrische auto heeft een beperkte actieradius
- het opladen van de accu bij een snellader, duurt zo'n 30 minuten per keer
de benzine auto (15 kilometer per liter benzine)
- 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
- de CO2-uitstoot is 204 gram per kilometer door de auto
de waterstof auto (8 kilometer per liter benzine-equivalent)
- 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 ruim 2 keer zo veel als bij een elektrische auto
- de CO2-uitstoot is 295 gram per kilometer door de elektrische centrale
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 - waterstof auto 4× primaire energie in aardgas > elektriciteit > waterstof > elektriciteit > mechanische energie |
Vergelijking vervoermiddelen
A = primaire energie per voertuig per kilometer (wattuur)
B = maximaal aantal personen per voertuig
C = primaire energie per persoon per kilometer (wattuur)
vervoermiddel |
A |
B |
C |
| vliegtuig Boeing 747 Jumbo | 150 000 |
500 |
300 |
| waterstof auto | 1 154 |
4 |
288 |
| elektrische trein Thalys | 57 000 |
355 |
161 |
| 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 |
Als er 1 persoon in een benzine auto zit (en dat is meestal het geval), dan verbruikt die persoon 600 wattuur
primaire energie per kilometer. Dat is 2 keer zoveel als 1 persoon in een vol bezette Jumbo
Auto
- zonder rolweerstand en luchtweerstand verbruikt een auto, die met een constante snelheid rijdt,
geen energie. (dat is onafhankelijk van de massa van de auto) 1e wet van Newton
- voor het energieverbruik maakt het dus (vrijwel) niets uit hoeveel personen in de auto zitten
- in de praktijk is er wel rolweerstand en luchtweerstand en voor het overwinnen daarvan is
veel energie nodig
- de rolweerstand is evenredig met de massa van de auto
- de luchtweerstand wordt bepaald door de vorm (stroomlijn) en de snelheid van de auto
Vliegtuig
- een vliegtuig verbruikt continu energie om in de lucht te blijven
- die energie is evenredig met de massa van het vliegtuig
- bovendien is er energie nodig voor het overwinnen van de luchtweerstand
- de luchtweerstand is op grote hoogte (10 kilometer) slechts 25% van de luchtweerstand op
zeeniveau
Enkele projecten van Wubbo Ockels (voormalig Nederlands astronaut)
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 kilowattuur en een gewicht
van 12 ton.
- per etmaal kan aldus 240 kilowattuur worden geladen, wat voldoende is voor 10 etmalen energieverbruik
- de energiebehoefte van het schip is gemiddeld 24 kilowattuur 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 wattuur, 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 2-jaarlijkse 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 kilowattuur, 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
|
- de energie-inhoud van Shell FuelSave Euro 95 = 32 760 kilojoule per liter - dat is 9,1 kilowattuur per liter - de soortelijke massa van benzine = 0,72 kilogram per liter - 1 kilogram benzine is dus 1 / 0,72 = 1,4 liter - de energie-inhoud van 1 kilogram benzine = 1,4 × 9,1 = 12,6 kilowattuur |
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 productie 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 wattuur per kilometer)
- in de klasse "urban-concept" 469 kilometer (= 19,4 wattuur 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
Bij biobrandstoffen wordt de zonne-energie omgezet in chemische energie
Het rendement hierbij is hooguit 1%
bron: De boer als energie- en biobrandstoffenteler
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 kilowattuur
- de instraling van zonne-energie is 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 0,2%
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 kilowattuur
- de instraling van zonne-energie is 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 0,6%
hout
- de productie van hout is 15 ton per hectare per jaar
- 1 hectare = 10 000 vierkante meter
- dat is 1,5 kilogram hout per vierkante meter per jaar
- de energie-inhoud hiervan is 8 kilowattuur
- de instraling van zonne-energie is 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
- het rendement van de omzetting van zonne-energie naar chemische energie is dus 0,8%
Vergelijking van de hoeveelheid elektriciteit die kan worden geproduceerd met hout of zonnepanelen
|
- bij een rendement van 40% levert hout 40% × 8 = 3,2
kilowattuur elektriciteit per vierkante meter per jaar - een zonnepaneel levert in Nederland 150 kilowattuur elektriciteit, per vierkante meter per jaar - zonnepanelen zijn dus bijna 50 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 voedsel-
productie in arme landen".
Het is immoreel en misdadig om kostbare landbouwgrond te gebruiken voor (grootschalige) productie 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 landbouw-
grond.
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 productie 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.
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:
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.
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 kilogrammeter
- dat is ongeveer 0,01 kilowattuur
- de energie-inhoud van 1 liter aardolie is 10 kilowattuur
- 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 |
Gewoon scheren in vergelijking met elektrisch scheren
- gewoon scheren: 200 cc water 50 graden verwarmen = 10 kilocalorie = 11,6 wattuur
- elektrisch scheren: 2,8 wattuur voor 7 keer scheren, dat is per keer dus 0,4 wattuur
- 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 wattuur
- elektrisch deken = 25 watt. De hele nacht aan = 25 watt × 8 uur = 200 wattuur
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 bij 220 volt, 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.
Helaas zijn er bij elektrische boilers aanzienlijke "stilstandverliezen". Van de 's nachts toegevoerde
energie gaat in een etmaal ongeveer 25% verloren als gevolg van de slechte warmte-isolatie van de boiler.
Men kan de boiler dus beter pas een paar uur voor het gebruik van het warme water inschakelen.
Dan bespaart men een aanzienlijke hoeveelheid energie. (het daltarief voor elektriciteit is afgeschaft)
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
- verbrandingsproducten (koolmonoxide en kooldioxide) ontstaan in de keuken
- daarom is meestal (energieverbruikende) ventilatie nodig
- gevaar voor gas-lekkages waardoor explosies kunnen optreden
- daarom zijn er veel gebouwen (torenflats) waar koken op gas verboden is
- energietoevoer (zeer) slecht regelbaar
elektrisch koken:
- geen verbrandingsproducten 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.
Teletekst 12 januari 2023
De leveringszekerheid in Nederland is nu 99,99963%. Maar Tennet ziet dit veranderen en dat ligt vooral
aan de toenemende afhankelijkheid van zonne- en windenergie, omdat het weer een onzekere factor is.
Het energieverbruik van de verlichting
Het energieverbruik van led-verlichting is ongeveer 1,6% van het totale elektriciteitsverbruik van een
huishouden. Als men ernst wil maken met energiebesparing, is het beter om de verwarming wat lager te
draaien en de auto af te schaffen, in plaats van zo nu en dan het licht in de keuken uit te doen.
Kleine beetjes helpen namelijk maar een (heel klein) beetje.
Als iedereen een beetje doet, dan zullen we maar een beetje bereiken
Ook het idee om de verlichting van autowegen te verminderen (om energie te sparen) terwijl men daarbij
het autoverkeer ongemoeid laat, zet weinig zoden aan de dijk.
Teletekst 3 juni 2013
Het aantal snelwegen waar 's nachts geen licht meer brandt, neemt de komende maanden flink toe.
Rijkswaterstaat moet bezuinigen en bovendien is het beter voor het milieu, schrijft de dienst op zijn website.
Nederland verbruikt 0,57% van de wereldenergie
- in 2013 was het verbruik van primaire energie in Nederland 900 miljard kilowattuur
- het wereldverbruik van primaire energie was toen 157 000 miljard kilowattuur
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 kilowattuur
- in 2013 was het verbruik van primaire energie in Nederland 900 miljard kilowattuur
Omgerekend naar het verbruik per inwoner per dag komt men op ongeveer 145 kilowattuur. 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 kilowattuur 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 dagen × 16 = 467 200 liter benzine-equivalent
- dat veroorzaakt 1450 ton CO2
- een Jumbo verbruikt 600 000 liter kerosine voor een vlucht van 40 000 kilometer (= de aardomtrek)
Persbericht op 14 januari 2008
"In 2010 zullen er 1 miljard auto's en vrachtwagens op de aarde rondrijden. Momenteel zijn er wereldwijd
942 miljoen voertuigen. Het bereiken van 1 miljard wagens tegen 2010 is slechts een tussenfase. Ondanks de
milieuproblemen groeit het wagenpark in 2015 tot 1,124 miljard stuks".
Persbericht op 20 december 2007
De Nederlandse Aardolie Maatschappij gaat weer olie winnen in Schoonebeek. Er zullen 100 miljoen vaten
worden geproduceerd. Het wereldverbruik van olie is 1000 vaten per seconde. De productie van Schoonebeek
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: 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 megawattuur en een vermogen van 100 megawatt bij Tesla
besteld.
Overzicht van de belangrijkste vindplaatsen van fossiele brandstoffen
(in procenten)
Midden |
Afrika |
Noord |
Zuid |
Azië en |
Oost |
West |
|
| 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 kilowattuur
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
De lengte van de trein is dan 100 keer de aardomtrek
Energieën op wereldschaal
(per jaar en omgerekend in 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 |
- stel, een zonnepaneel heeft een oppervlakte van 1,6 vierkante meter
- stel, het rendement is 15%
- het elektrisch vermogen is dan 1000 × 1,6 × 15% = 240 wattpiek
- stel, de productiefactor is 11,4%
- de energie-opbrengst is dan 11,4% × 0,240 kilowatt × 8760 uur = 240 kilowattuur per jaar
In de praktijk is de energie-opbrengst ongeveer 85% van wat theoretisch mogelijk is.
Dat is dus 0,85 × 240 = 200 kilowattuur per jaar
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
|
1 huishouden = 10 kilowattuur per dag = 3650 kilowattuur per 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 megawattuur per jaar.
Dat is dus voldoende voor 435 000 000 / 3650 = 119 200 huishoudens
|
1 kilocalorie is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kilogram water met 1 graad celsius te verhogen |
1 kilocalorie = 427 kilogrammeter = 1,16 wattuur
- 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
Eenheden en omrekenfactoren voor vermogen
|
1 watt 1 kilowatt |
= 1 joule per seconde = 1 kilojoule per seconde |
= 1 newtonmeter per seconde = 1 kilonewtonmeter per seconde |
Eenheden en omrekenfactoren voor energie
|
1 wattseconde 1 kilowattuur |
= 1 joule = 3600 kilojoule |
= 1 newtonmeter = 3600 kilonewtonmeter |
Omrekening van kilowattuur naar kilocalorie
|
1 kilowattuur 1 kilocalorie dus 1 kilowattuur 1 liter benzine |
= 3600 kilojoule = 4186,8 joule = 3600 000 / 4186,8 = 860 kilocalorie = 9,1 × 860 = 7800 kilocalorie |
Omrekening van kilowattuur naar kilogrammeter
|
1 kilowattuur 1 kilogrammeter dus 1 kilowattuur 1 liter benzine |
= 3600 kilonewtonmeter = 9,81 newtonmeter = 3600 000 / 9,81 = 367 000 kilogrammeter = 9,1 × 367 000 = 3340 000 kilogrammeter |
Omrekening van kilocalorie naar kilogrammeter
|
1 kilocalorie 1 kilogrammeter dus 1 kilocalorie |
= 4186,8 newtonmeter = 9,81 newtonmeter = 4186,8 / 9,81 = 427 kilogrammeter |
Omrekening van kilocalorie naar wattuur
|
1 kilocalorie 1 wattuur dus 1 kilocalorie |
= 4186,8 newtonmeter = 3600 newtonmeter = 4186,8 / 3600 = 1,16 wattuur |
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 2016 was 160 × 1012 kilowattuur |
Verdeling van de primaire energie naar energiebron (2016)
| aardolie | 31,9% |
| steenkool | 27,1% |
| aardgas | 22,1% |
| biobrandstof | 9,8% |
| kernenergie | 4,9% |
| waterkracht | 2,5% |
| geothermisch, zon, wind en getijden | 1,7% |
| totaal wereld | 100,0% |
Men kan wel "tegen steenkool" zijn, maar dat verandert niets aan het feit, dat ruim 27% van
het wereldverbruik van primaire energie afkomstig is van steenkool
De primaire energie en het elektriciteitsverbruik (2013)
(miljard kilowattuur)
primaire |
elektriciteits- |
|
| Nederland | 900 |
115 |
| Midden Oosten | 8 013 |
841 |
| China | 35 157 |
5 165 |
| Wereld | 157 481 |
21 538 |
Finale energie
|
- Finale energie is het eindverbruik van energie door industrie, huishoudens, diensten, vervoer en landbouw - Het wereldverbruik van finale energie in 2016 was 110 × 1012 kilowattuur |
Verdeling van de finale energie naar energiebron
| aardolie | 40,9% |
| steenkool | 10,8% |
| aardgas | 15,1% |
| biobrandstof en afval | 11,0% |
| elektriciteit | 18,8% |
| geothermisch, wind en zon | 3,4% |
| totaal wereld | 100,0% |
Verdeling van het elektriciteitsverbruik in Nederland (2009)
| industrie | 40% |
| huishoudens | 23% |
| diensten | 30% |
| landbouw | 7% |
| totaal | 100% |
Verdeling van het elektriciteitsverbruik in Nederland (2009)
Windenergie en zonne-energie in enkele landen (2009)
(miljard kilowattuur)
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 |
Duitsland 31% van de wereldproductie 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 |
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 |
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
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 jaarproductie is 680 000 megawattuur
- 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 megawattuur per vierkante meter per jaar
- de hoeveelheid energie, die in de collector instraalt is dus 45 137 500 megawattuur per jaar
- het rendement is (680 000 / 45 137 500) × 100% = 1,5%
- vergelijk hiermee het rendement van een elektrisch zonnepaneel, dat is 15%
Blue Energy
Blue Energy is een vorm van duurzame energie-opwekking die gebaseerd is op het verschil in zoutconcentratie
van (zout) zeewater en (zoet) rivierwater. Door op het grensvlak een "generator" met kunststof membranen
(een soort filters) te bouwen, kan enige energie worden gewonnen. De techniek die hiervoor wordt gebruikt,
heet "omgekeerde elektrodialyse". Het water aan de ene kant van het membraan is positief geladen, dat aan de
andere kant negatief. Het spanningsverschil is 80 millivolt. Door stapeling van een groot aantal membranen kan
voldoende spanning worden verkregen voor een praktische toepassing. Het systeem werkt als een soort accu.
Er is geen andere energiebron (?) nodig dan zoet en zout water. De opbrengst zou theoretisch voldoende
kunnen zijn voor de elektriciteitsvoorziening van Noord Nederland, als al het zoete water dat via Nederland
de zee in stroomt, benut wordt voor deze vorm van energie-opwekking.
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 windturbine
Maglev is de afkorting van magnetische levitatie (= zweving). De Maglev windturbine heeft een verticale as.
De as en de "windvanen" rusten op een magnetische lagering. Een magnetisch lager is vrijwel wrijvingsloos.
(maar verbruikt wel energie). Door de zeer geringe lagerwrijving, gaat deze windturbine al bij een
luchtsnelheid van 1,5 m/sec draaien en levert bij 3 m/sec. een bruikbare hoeveelheid energie. Zeer hoge
windsnelheden vormen geen probleem, de molen kan dan gewoon blijven draaien. Hierdoor kan, volgens
de Chinese uitvinders, dit type windturbine 20% meer energie leveren in vergelijking met een conventionele
windturbine van hetzelfde vermogen. Hoe de magnetische lagering werkt, komt niet uit de verf. Die zou met
permanente magneten zijn opgebouwd en daardoor geen elektrische energie gebruiken voor de "levitatie".
Een zeer onwaarschijnlijk verhaal, dus. De lagerwrijving verbruikt normaal slechts enkele procenten van de
energie die door een windturbine wordt opgewekt. Daar is dus zeer weinig winst aan te behalen.
Wel interessant is de verticale as, waardoor deze molen ongevoelig is voor de windrichting, terwijl zeer grote
constructies mogelijk zijn. De windenergie wordt daarbij over de gehele hoogte van de molen opgewekt.
Dit soort constructies is overigens al vele jaren (eeuwen) bekend. De molen zou monstrueuze afmetingen
hebben, (zoiets van 600 meter hoog, bij een diameter van 400 meter) en dan net zoveel energie kunnen
opwekken als 1000 gewone windmolens.
Golfslagenergie
Golfslagenergie is energie die te winnen is uit de snel wisselende waterhoogte op zee door aanwezigheid
van golven. Hoewel hieruit theoretisch (zeer veel) energie te winnen is, wordt dit tot op heden nog niet
veel gedaan, omdat de kosten de baten meestal overstijgen. Voor de kust van Portugal wordt de eerste
commerciële golfslagcentrale gebouwd, een centrale die energie uit zeegolven omzet in elektrische energie.
Het systeem moet vanaf 2006 elektriciteit leveren voor (slechts) 1500 huishoudens.
Energie-instraling vanuit de ruimte
Om dit mogelijk te maken, moeten enorme zonnepanelen in een geostationaire baan om de aarde worden
gebracht. De opgevangen zonne-energie wordt vervolgens door middel van microgolven naar de aarde
gestraald en daar omgezet in elektriciteit. Een waanzinnig plan, dat uiteraard nooit zal worden gerealiseerd.
(leuk voor James Bond films)
Vrije energie
|
Nikola Tesla |
Er is geen enkel wetenschappelijk bewijs voor het bestaan van "vrije energie". Toch kan men hierover vage
twijfels hebben, omdat Tesla dit in 1889 zou hebben uitgevonden.
Tesla (1856-1943) was een van de grootste uitvinders aller tijden. Hij bedacht onder meer de infrastructuur
van de elektriciteitsnetten zoals wij die tegenwoordig overal gebruiken. Dus energietransport door middel van
wisselstroom via hoogspanningsleidingen en transformatoren. Ook was hij de uitvinder van de wisselstroom
inductiemotor, de fluorescentiebuis (TL-buis), de radio en de afstandsbediening.
In 1943, kort nadat hij was overleden, werd door het Amerikaanse Hooggerechtshof officieel vastgesteld dat
Tesla de uitvinder van de radio was en dus niet Marconi.
Zijn grootste uitvinding zou zijn, de wereldwijde energievoorziening door "vrije energie", afgetapt uit de "ether".
("vrije energie" is de letterlijke vertaling van "free energy" = gratis energie). Experimenten hiermee vonden
echter nooit plaats, omdat zijn geldschieters het lieten afweten. Die zagen helemaal niets in gratis energie
|
De Warden Clyff Tower |
op een afstand van enkele honderden meters draadloos liet branden. Ook zou hij een elektrische auto hebben
omgebouwd, die daarna kon rondrijden op draadloos overgebrachte energie.
zie ook: patenten van Tesla
Op zichzelf is het draadloos overbrengen van energie niets bijzonders. Vrijwel alle energie die we op aarde
gebruiken wordt 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.
Tesla werkte enige jaren bij Edison. Hij kon Edison er maar niet van overtuigen, dat het transporteren van
elektriciteit over grote afstanden niet goed lukt met gelijkspanning, maar wel met wisselspanning.
Gelijkspanning kan men namelijk niet transformeren, maar wisselspanning wel
Bij dezelfde hoeveelheid energie is de spanning omgekeerd evenredig met de stroom
Voorbeeld:
Als men bij dezelfde hoeveelheid energie de spanning 10 keer zo groot maakt, dan wordt de stroom 10 keer
zo klein. De verliezen in de transportleiding zijn evenredig met het kwadraat van de stroom. Die worden dan
dus 100 keer zo klein
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.
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.
Nikola Tesla
Educate Yourself
Tesla Inside the Lab
Opslag van Energie
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 efficiënt 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.
2. Chemische energie
In batterijen en accu's, maar ook bij de productie van waterstof, ammoniak, metaalbrandstof en mierenzuur,
wordt elektrische energie opgeslagen in de vorm van chemische energie
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 kilowattuur 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
De powerwall
Tesla Motors, bracht in 2015 de powerwall op de markt. Deze oplaadbare batterij heeft een energie-inhoud
van 10 kilowattuur. 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.
Waterstof
De productie 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.
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
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 productie 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 productie van
elektriciteit. Wel kan de opgeslagen warmte met behulp van warmtepompen worden gebruikt voor
verwarmingsdoeleinden.
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
Opslag van warmte in gesmolten zout
Bij een zon-thermische centrale wordt voor (kort durende) opslag van de zonne-energie, gebruik gemaakt van
gesmolten zout. Met de opgeslagen warmte kan tijdens zonloze periodes elektriciteit worden geproduceerd.
De opgeslagen warmte komt hierbij grotendeels vrij als stollingswarmte en dat is vele malen meer dan wat
vrijkomt bij alleen maar afkoelen.
Opslag van zonnewarmte in de vorm van chemische energie
Bij ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland) worden experimenten uitgevoerd met materialen, waarbij
zonnewarmte in de vorm van chemische energie wordt opgeslagen. Bij langdurige opslag van deze chemische
energie treden geen warmteverliezen op. Hierdoor wordt seizoenopslag van warmte mogelijk. Goed bruikbaar
lijken zouthydraten. In de zomer wordt de warmte van een zonneboiler gebruikt om de watermoleculen van het
zout te scheiden, waarna zout en water gescheiden worden opgeslagen.
In de winter wordt dit proces omgekeerd en de binding van water aan het zout levert dan weer warmte op.
4. Kinetische energie
Kinetische energie (= bewegingsenergie) kan worden opgeslagen in een vliegwiel. De opslagcapaciteit is vrij
klein. Een vliegwiel kan worden gebruikt bij het afremmen van een voertuig. Er wordt dan bewegingsenergie
in het vliegwiel opgeslagen. Bij het optrekken kan die energie weer worden gebruikt. Dit wordt bij sommige
stadsbussen toegepast
5. Potentiële energie
Potentiële energie ontstaat bij het verplaatsen van massa tegen de zwaartekracht in, of bij het comprimeren
van gassen. Potentiële energie kan bijvoorbeeld worden verkregen, door water op te pompen naar een hoger
gelegen spaarbekken. Dit gebeurt vaak bij waterkrachtcentrales. Voor het oppompen wordt de overtollige
energie gebruikt, die in de dal uren beschikbaar is.
In tijden van droogte kan de potentiële energie, die is opgeslagen in het spaarbekken, door de waterkracht-
centrale weer worden omgezet in elektrische energie. Het rendement van deze vorm van energie-opslag is
vrij hoog, ongeveer 80%
Potentiële energie in de vorm 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 kilowattuur)
- het gewicht van de samengeperste lucht is 100 kilogram
bron: Opslag van Energie
Enkele mogelijkheden voor energie-opslag (afgerond)
wattuur per |
rendement |
|
| benzine (ter vergelijking) | 12 640 |
- - |
| waterstof | 33 600 |
35% |
| lithium-ion batterij | 160 |
90% |
| vanadium redox accu | 20 |
80% |
| supercondensator | 10 |
97% |
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
Gebruik van een warmtepomp
Een warmtepomp gebruikt 2 keer minder energie dan een gewone centrale verwarming
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 zonne-
collectoren. Bij het douchen kan men het verbruik van warm water enigszins beperken door gebruik te maken
van een waterbesparende douchekop. Eén keer een bad nemen kost 120 liter water. Eén keer douchen de
helft (7,5 liter water per minuut, gedurende 8 minuten). Een waterbesparende douchekop verbruikt 7,5 liter
water per minuut, een gewone douchekop 8,2. Veel besparing kan worden bereikt, door de warmwaterboiler
vlak bij de kraan te monteren, zowel in de keuken als bij de douche. In veel huizen bevindt zich een combiketel
op zolder. Dat is wel de slechtst denkbare plaats.Als men warm water nodig heeft, moet eerst de lange
leiding naar de keuken of badkamer worden opgewarmd voordat het water op de verbruiksplaats de gewenste
temperatuur heeft. Na dichtdraaien van de kraan koelt het water in de leiding weer af, wat puur energieverlies
betekent. Bovendien kost dit ook nog eens extra veel water.
Auto
Een aanzienlijke besparing in brandstof kan men bereiken met hybride auto's. Men moet dan denken aan
(maximaal) 25%. De enige echte besparing is natuurlijk het afschaffen van de auto. Helaas is het openbaar
(streek)vervoer van een dermate slechte kwaliteit, dat men deze stap moeilijk zal zetten. Alleen een extreme
verhoging van de benzineprijs, tot bijvoorbeeld € 5,- per liter, zal op termijn enig effect sorteren, maar de
meeste mensen zijn niet uit hun auto te slaan. Voor die mensen heeft het leven dan geen enkele zin meer
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 weinig of 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
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
De beschaving, zoals wij die nu kennen, zal spoedig eindigen, omdat de olie opraakt. Dat was ooit een weten-
schappelijk onderbouwde conclusie. De olie zal niet plotseling op zijn, want de productie 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 productie valt samen
met het punt, waarbij de helft van de olie verbruikt is. Na de top, neemt de productie af en nemen de kosten
toe omdat de olie steeds moeilijker winbaar wordt. Bovendien heeft de schaarste een zeer sterk prijsopdrijvend
effect. In 2007 was het wereldolieverbruik meer dan 86 miljoen vaten per dag.
Dat zijn 1000 vaten per seconde. (1 vat = 159 liter). zie ook: Aardolie
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 gewone olie.
Er blijkt geen energiecrisis meer te zijn, maar wel een klimaatcrisis.
Nog geen 10 jaar geleden waren experts er van overtuigd dat de olieproductie een definitieve daling had
ingezet. Het tijdperk van de fossiele brandstoffen is echter nog lang niet voorbij. De toename van
CO2 in de atmosfeer gaat dus gewoon door
zie ook: De Ingenieur
De prijsontwikkeling van de ruwe olie
|
dollars per vat |
2000 |
24 - 37 |
2002 |
20 - 28 |
2004 |
30 - 51 |
2006 |
58 - 80 |
2008 |
32 - 146 |
2010 |
67 - 92 |
2012 |
77 - 110 |
2014 |
53 - 107 |
2016 |
26 - 54 |
2018 |
42 - 77 |
2020 |
18 - 63 |
2021 |
48 - 87 |
2022 |
80 - 124 |
2023 |
72 - 100 |
Hoe zal het nu verder gaan met de energie?
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-
productie 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 overproductie 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 productie 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 hiermee
(in Nederland) maximaal 14% van (alleen) de elektriciteit in 2020 te kunnen opwekken. Windenergie komt in
enkele landen uit de "startblokken". Zonne-energie is vooralsnog te verwaarlozen. Men moet hierbij denken
aan hooguit enkele procenten van de totale elektriciteitsproductie.
Biobrandstof
Grootschalige productie van biodiesel etc. gaat ten koste van de voedselproductie 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
Milieu, overbevolking en energietekort
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 reproductiefactor 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
Nederland heeft een bevolkingsdichtheid van 421 inwoners per vierkante kilometer. Dat is per inwoner
een oppervlakte van 49 bij 49 meter. De bevolkingsdichtheid in Nederland is 3 keer zo hoog als in China
Overzicht van de bevolkingsaanwas (afgerond)
1960 |
2000 |
2022 |
|
| Nederland | 11 miljoen |
16 miljoen |
18 miljoen |
| Wereldbevolking | 3 miljard |
6 miljard |
8 miljard |
Dagelijkse toename van de wereldbevolking
wereldbevolking |
toename per dag |
|
2010 |
6,9 miljard |
- - - |
2020 |
7,7 miljard |
210 000 |
2030 |
8,3 miljard |
174 000 |
2040 |
8,8 miljard |
135 000 |
2050 |
9,2 miljard |
96 000 |
In 2022 werd de 8 miljardste aardbewoner geboren
|
- bij een onderlinge afstand van 1 meter tussen 2 mensen, is dit een rij van 8 miljard meter, dat is 200 keer de aardomtrek - een vliegtuig met een snelheid van 900 kilometer per uur doet er 370 etmalen over, om deze afstand af te leggen |
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 producten 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, alleen geboortebeperking
Er dreigt een wanverhouding te ontstaan tussen de productie 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". De oplossing is natuurlijk: "de kraan dicht draaien"
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 zoals aardolie, aardgas en steenkool 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 watturen (= 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 wattuur - een accu van 36 volt en 10 ampère-uur heeft een energie-inhoud van 36 × 10 = 360 wattuur |
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 kilowattuur 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 |
|
| led-lamp | 10 watt |
5 uur |
50 wattuur |
| koffiezetter | 750 watt |
12 minuten |
150 wattuur |
| waterketel | 2 000 watt |
6 minuten |
200 wattuur |
| elektrische deken | 25 watt |
8 uur |
200 wattuur |
| gloeilamp | 50 watt |
5 uur |
250 wattuur |
| stofzuiger | 1 500 watt |
10 minuten |
250 wattuur |
| internet router | 12 watt |
24 uur |
288 wattuur |
| elektrische fiets | 100 watt |
3 uur |
300 wattuur |
| flatscreen TV | 100 watt |
3 uur |
300 wattuur |
| computer | 100 watt |
4 uur |
400 wattuur |
| stoomstrijkijzer | 1 000 watt |
30 minuten |
500 wattuur |
| sluipverbruik | 25 watt |
24 uur |
600 wattuur |
| koelkast | 180 watt |
5 uur |
900 wattuur |
| wasmachine | 1 000 watt |
1 uur |
1 000 wattuur |
| wasdroger | 2 000 watt |
90 minuten |
3 000 wattuur |
| boiler | 1 000 watt |
3 uur |
3 000 wattuur |
| airco | 1 000 watt |
12 uur |
12 000 wattuur |
- 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
- met een boiler kan men tegen nachttarief water verwarmen, om daarmee bijvoorbeeld te douchen
Het verwarnen van 36 liter water, van 10 naar 80 graden, kost 3000 wattuur
- een sluipverbruik van 600 wattuur 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 kilowattuur per dag - dat is een continu vermogen van 417 watt - bij een kilowattuur prijs van 40 eurocent, kost de elektriciteit dus € 4 per dag = € 1460 per jaar |
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. (?)
De titel van het Energieakkoord luidt: "Energieakkoord voor duurzame groei" (?)
zie ook:
Energie akkoord
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.
Het klimaatakkoord
Het klimaatakkoord in Parijs, waarbij men elkaar ontroerd om de hals viel, omdat er nu eindelijk iets op papier
was gezet, dateert van 12 december 2015
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.
(Ik vraag me af: wat was er dan eigenlijk wel afgesproken bij het klimaatakkoord, als men het nu nog over
de hoofdlijnen moet hebben? De voorbereidingen hebben dus ruim 3 jaar geduurd)
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 productie 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 de klimaattoppen
Hoe lang laten we ons nog voor de gek houden?
Na de 25e klimaattop is er nog steeds niets gebeurd. Alleen eindeloos gepraat.
Teletekst 18 november 2009
De temperatuur kan wereldwijd met 6 graden stijgen als de klimaattop in Kopenhagen mislukt. Dat zegt
het Global Carbon Project, een groep wetenschappers en universiteiten die zoveel mogelijk gegevens over
de uitstoot van CO2 hebben verzameld en geanalyseerd. Volgens het GCP is de uitstoot van CO2 tussen
2000 en 2008 met 29% gestegen. De klimaattop van volgende maand is "de laatste kans" om de schade
te beperken tot een stijging van 2 graden.
Teletekst 19 december 2009
In Kopenhagen is geen formeel akkoord gesloten om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Het was
de bedoeling dat alle 192 landen die aan de klimaattop deelnamen het akkoord zouden tekenen, maar Sudan,
Bolivia, Venezuela, Tuvalu en Cuba stemden er niet mee in. Veel milieu-organisaties en arme landen spreken
van een flop.
Teletekst 10 december 2011
Laatste poging tot klimaatakkoord. De klimaattop in Durban is met een dag verlengd. Er bleek grote
onenigheid te bestaan. Gastland Zuid Afrika komt nu met een nieuwe ontwerptekst. In het vorige concept-
akkoord stond dat afspraken over CO2 reductie pas na 2020 van kracht zouden worden en niet wettelijk
bindend. Een coalitie van de EU en meer dan 70 ontwikkelingslanden eisen dat er uiterlijk 2015 bindende
afspraken worden gemaakt, die uiterlijk 2020 ingaan. Liever geen akkoord dan een slap akkoord.
Teletekst 26 november 2012
In Doha, de hoofdstad van het emiraat Qatar, begint de jaarlijkse klimaattop van de UN. De belangrijkste
vraag die op tafel ligt is hoe het verder moet met de klimaatafspraken vanaf 2013. Het Kyoto Protocol loopt
ten einde. De EU en tien andere landen willen afspraken maken over een tweede fase van "Kyoto" tot aan het
jaar 2020.
Teletekst 23 november 2013
Op de VN-klimaattop in Warschau is op de laatste dag overeenstemming bereikt over een tekst over het
tegengaan van klimaatverandering. In het compromis worden alle landen opgeroepen om minder 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 doelstellingen,
minder CO2-uitstoot en de opwarming van de aarde ruim onder de 2 graden houden, worden gehaald
Persbericht 8 oktober 2016
Op de klimaattop in Parijs zijn zaterdag 195 landen akkoord gegaan met een nieuw klimaatverdrag dat de
uitstoot van broeikasgassen moet terugdringen. Hieronder de belangrijkste punten uit het akkoord
- de gemiddelde temperatuur op aarde mag niet meer dan 2 graden stijgen
- de partijen zullen zo snel mogelijk hun best doen (?) om de uitstoot van broeikasgassen en schadelijke
stoffen te verminderen in combinatie met de beschikbare techniek van dat moment
- er is extra inzet nodig om negatieve gevolgen van klimaatverandering aan te pakken zonder dat dit de
voedselproductie in gevaar brengt
Trouw 7 november 2016
In Marrakesh begint vandaag de volgende top om de afspraken, die gemaakt zijn bij het akkoord van Parijs
verder uit te werken. Dat gebeurt in het jaarlijkse overleg van de landen die het klimaatverdrag van de
Verenigde Naties uit 1994 ondertekenden, in jargon de COP22, de 22e Conference of the Parties.
In Marokko zullen echter geen harde besluiten worden genomen.
Teletekst 1 juni 2017
De Verenigde Staten trekken zich terug uit het klimaatakkoord van Parijs dat in 2015 door bijna 200 landen
werd ondertekend. Het besluit is een klap voor de strijd tegen opwarming van de aarde. De VS is de op een na
grootste producent van broeikasgassen. Trump ontkent dat die de opwarming van de aarde veroorzaken
Teletekst 18 november 2017
Op de klimaattop in Bonn is in de vroege ochtend een akkoord bereikt over de uitwerking van het akkoord
van Parijs over de aanpak van de opwarming van de aarde. De delegaties zijn het eens geworden over een
stappenplan voor de uitvoering van “Parijs”. Deze agenda moet volgend jaar klaar zijn, voor de top van Polen.
Er worden onder meer afspraken gemaakt over de manier van meten en rapporteren van de CO2-uitstoot.
(dàt schiet lekker op)
Teletekst 13 november 2018
De wereldwijde vraag naar energie zal tot 2040 met zeker een kwart stijgen. Dat meldt het Internationaal
Energie Agentschap. De belangrijkste oorzaak is de bevolkingsgroei. In 2040 zullen er 1,4 miljard meer
mensen op de wereld zijn dan nu. Dus totaal 9 miljard. Die waren voorspeld voor 2050, maar dat wordt dus
10 jaar eerder gehaald.
(er komt dus helemaal niets terecht van al die verhalen over klimaatakkoord etc.)
Teletekst 9 december 2018
Op de 24e klimaattop in Polen is een discussie ontstaan over een rapport van het IPCC. In het rapport staat
dat de opwarming van de aarde versnelt. Het moet een belangrijke rol krijgen, om mede op basis daarvan
besluiten te nemen. De onderhandelaars kunnen het niet eens worden over de formulering. Daardoor wordt er,
tot frustratie van veel landen nu helemaal niets over het rapport in de tekst van de conferentie opgenomen.
Teletekst 15 december 2018
Op de klimaattop in Polen is nog geen overeenstemming bereikt. Het was de bedoeling dat er vrijdagavond
een handboek op tafel zou liggen, met daarin de praktische uitwerking van de klimaatafspraken, maar dat is
niet gelukt. Naar verwachting wordt er vanmorgen verder gepraat. Op de top is wel besloten, dat de volgende
klimaatconferentie in Chili zal plaats vinden
Teletekst 15 december 2018
De klimaatconferentie in Polen heeft toch nog geleid tot nadere afspraken. (wat spannend, toch). Na een
moeizame slotfase wordt nu de eindtekst vastgesteld in een plenaire vergadering. Vooral Brazilië lag dwars.
Dat wilde niet instemmen met een onderdeel over emissierechten. Dat onderdeel wordt doorgeschoven naar
een bijeenkomst van volgend jaar. Een van de hoofdpunten van de nieuwe afspraken is, dat landen meer werk
zullen maken van het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen.
Teletekst 14 december 2019
Op de klimaattop in Madrid is na ruim 2 weken onderhandelen een minimaal akkoord bereikt. De meest
omstreden kwesties worden doorgeschoven naar de volgende top, volgend jaar in Glasgow. Over het
opstellen van regels voor de handel in uitstootrechten zijn geen afspraken gemaakt
(deze klimaattop ging eigenlijk alleen maar over de centen)
De 25e klimaatconferentie 2019
De conferentie zou oorspronkelijk in Chili plaats vinden, maar werd bij nader inzien gehouden in Madrid.
Daar kwamen afgevaardigden uit bijna 200 landen bijeen. Het totaal aantal deelnemers was 25 000 (?)
Vier jaar geleden werd op de klimaatconferentie in Parijs afgesproken, dat de temperatuurstijging op aarde
beperkt moet blijven tot maximaal 2 graden, maar liever tot 1,5 graad. De uitstoot van broeikasgassen neemt
echter wereldwijd nog steeds toe. Dit jaar steeg de CO2-uitstoot nog met 1,5 procent.
Zelfs met de actieplannen in het akkoord van Parijs wordt de temperatuurstijging aan het eind van deze eeuw
3,2 graden. Dat bleek vorige week uit een alarmerend rapport van de VN.
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)
De 26e klimaattop in Glasgow uitgesteld tot 2021 vanwege de coronacrisis
De klimaattop had een begin moeten zijn van een nieuwe fase in de wereldwijde klimaatactie. Tijdens de
top hadden de afspraken die bij het klimaatakkoord in 2015 zijn gemaakt, verdere invulling moeten krijgen.
Er zouden 30 000 (?) afgevaardigden vanuit de hele wereld aanwezig zijn
De 28e klimaatconferentie in Dubai 2023
- aantal deelnemers 70 000
- Eurocommiissaris Hoekstra spreekt van een "historisch besluit". Er is voor het eerst (na 27 conferenties)
een besluit genomen over het geleidelijk stoppen met fossiele brandstoffen. etc.
Teletekst 8 februari 2024
Vorige maand was de warmste januari ooit gemeten. Het is de 8e maand op rij waarbij een warmterecord
wordt verbroken. Bovendien is het voor het eerst, dat de vaak genoemde 1,5 graad opwarming uit het
klimaatakkoord van Parijs een heel jaar lang wordt gepasseerd.
De 29e klimaatconferentie in Azerbeidzjan 2024
De EU-landen zijn het eens geworden over een gezamenlijk standpunt voor de klimaattop COP29
Ze roepen op om de opwarming van de aarde te beperken tot maximaal 1,5 graad. (alweer)
De klimaattop kampt met vele absenties.
De presidenten Schoof, Biden, Macron, Lula, Scholz en ook Von der Leyen komen niet.
Wordt dit het einde van al die klimaatconferenties?
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
Interessante internetsites
De boer als energie- en biobrandstoffenteler
Exponential Growth
worldometers
Honderdduizend windmolens?
We redden het niet zonder kernenergie
Het zure lot van kernenergie
het plan van rob jetten voor 100 miljoen drijvende zonnepanelen is complete luchtfietserij
30 000 windmolens in de Noordzee: de EU beraamt een reusachtige milieuramp
Frans Timmermans moet kiezen, wil hij wel of geen nieuwe kerncentrales in nederland
Europese wetenschappers breken eigen kernfusierecord: "Ontwikkeling gaat hard"
Elektrisch rijden wordt geschiedenis, brandstofauto's hebben de toekomst"
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 8 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.