Duurzaam energieplan Jacobson-Delucchi
Het Duurzaam energieplan Jacobson-Delucchi betreft de opwekking met wind, waterkracht en zonlicht van elektriciteit, het transport en de opslag van deze energie, en de bijzondere zorg dat het systeem steeds betrouwbaar de energievraag volgt.
Waterkracht wordt al heel lang gebruikt als een betrouwbare bron voor elektriciteitsvoorziening, maar wind en zon zijn lang ondergewaardeerd. Er is wereldwijd wel een overvloed van zonne- en windenergie, maar lokaal is het lang niet altijd voldoende beschikbaar. Windmolens en zonnepanelen zouden hooguit fossiele brandstof kunnen besparen bij de opwekking van elektriciteit, en zelfs dat werd in 2012 nog bestreden.[1] In ander onderzoek worden windturbines en zonnepanelen niet als lokale bronnen beschouwd die ingepast moeten worden in de door fossiele brandstof gedomineerde elektriciteitsvoorziening. Een netwerk van duurzame bronnen kan betrouwbaar energie leveren en fossiele brandstof vervangen.
WWZ-plan[bewerken]
In 2009 publiceerden Mark Z. Jacobson en Mark A. Delucchi in de Scientific American een plan om de wereld te voorzien van schone duurzame energie uit wind, waterkracht en zonlicht (WWZ-plan) in 2030-2050.[2] In Energy Policy werd het in 2011 gepubliceerd.[3][4]
Er zijn, aldus Jacobson en Delucchi, opties bij het ontwerpen en in bedrijf hebben van een WWZ-energiesysteem om te zorgen dat het betrouwbaar de vraag volgt en geen te grote, zelden gebruikte capaciteit heeft:
- geografisch verspreide variabele energiebronnen onderling verbinden
- een regelbare energiebron zoals waterkracht gebruiken om een tijdelijke kloof te overbruggen tussen vraag en aanbod van zonne- en windenergie
- elektrische energie opslaan voor later gebruik in waterkracht-pompcentrales; als warmte in geconcentreerd zonlicht centrales; in accu's; als waterstof door elektrolyse van water; of als samengeperste lucht ondergronds
- WWZ-piekcapaciteit overdimensioneren om de tijden van WWZ-tekorten te minimaliseren en om te voorzien in reservevermogen om waterstof te produceren
- weersverwachtingen gebruiken om de energievoorziening beter te plannen
- met slim vraag-aanbod management de flexibele vraag verschuiven zodat die beter overeenkomt met de beschikbaarheid van WWZ-vermogen.
Brandstofmotoren en verwarmingsketels kunnen vervangen worden door elektromotoren en warmtepompen en koken kan met wervelstroom in plaats van gas. Deze elektrische apparaten hebben een beter rendement. De auteurs concluderen dat het plan technisch en economisch uitvoerbaar is met wind, water en zon, aangevuld met kleine bronnen als aardwarmte, getijde- en golfenergie. Barrières zijn van sociale en politieke aard. Zonnepanelen die niet op daken staan en windturbines zullen ongeveer 1% van het landoppervlak innemen en kunnen ook in ondiep water geplaatst worden.
Netintegratie simulatie[bewerken]
In 2015 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Bethany Frew met computersimulatie (LOADMATCH) meer in detail nagegaan hoe een WWZ-systeem de energievraag van minuut tot minuut kan volgen. Dit bleek in de Verenigde Staten gedurende 5 jaar mogelijk te zijn.[5][6]
In 2017 is het plan door een team van 27 onderzoekers verder uitgewerkt voor 139 landen.[7][8] In 2018 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Brian Mathiesen de LOADMATCH-resultaten gepubliceerd voor 20 regio's waarin 139 landen van de wereld verdeeld zijn. Betrouwbare WWZ-energievoorziening is volgens dit onderzoek mogelijk in alle regio's.[9][10]
Het programma LOADMATCH krijgt als invoer geschatte reeksen, per halve minuut gedurende 2050-2055, van
- de energievraag
- het intermitterende wind- en zonne-energie aanbod voorspeld met een 3D wereldwijd klimaat/weer model GATOR-GCMOM[11]
- de waterkracht-, aardwarmte-, getijden- en golf-energie
en specificaties van
- de capaciteiten en maximale laad/ontlaad snelheden van de verschillende soorten opslag
- de verliezen als gevolg van opslag, transport, distributie en onderhoud
- een vraag-aanbod management systeem.
Het programma is voor elke regio 10-20 keer uitgevoerd met steeds aangepaste invoer voor de opslag capaciteiten, tot een oplossing was gevonden waarin de energievraag gevolgd werd, per halve minuut gedurende 5 jaar, met lage kosten.
De tabel toont het WWZ-vermogen in gigawatt (GW) om 7 grote regio's in 2050 betrouwbaar van energie te voorzien. De totaalkolom geeft het jaargemiddelde vermogen dat de bronnen in de volgende 7 kolommen leveren. In deze 7 kolommen staan maximale vermogens. Aardwarmte, golf- en getijdevermogen geven ook een kleine bijdrage. Zie in WWZ per regio de tabellen 2 en 4 en casus C.[9]
| Regio | Totaal | Windturbines | Water-kracht | Zonnepanelen | CSP | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| op land | op zee | op woningen | op andere gebouwen | in zonne-parken | ||||
| China | 2600 | 4750 | 489 | 301 | 729 | 507 | 4200 | 603 |
| VS en Canada | 1117 | 1158 | 612 | 158 | 452 | 449 | 1089 | 448 |
| Europa | 910 | 1518 | 444 | 160 | 238 | 199 | 2141 | 63 |
| India | 739 | 1844 | 32 | 49 | 744 | 450 | 669 | 254 |
| Z-Amerika | 487 | 635 | 261 | 152 | 407 | 417 | 163 | 118 |
| Afrika | 465 | 679 | 33 | 26 | 351 | 326 | 581 | 177 |
| Rusland | 323 | 538 | 229 | 52 | 77 | 101 | 172 | 15 |
In 2016 stond 169 GW windturbinevermogen in China, 154 GW in de Europese Unie en 82 GW in de Verenigde Staten.[12] Het wereldwijd vermogen van zonnepanelen (PV) was in 2016 300 GW, grotendeels in China, Japan, Duitsland en de Verenigde Staten.[13] Het grootste deel van het wind- en PV vermogen moet dus nog opgesteld worden.
WWZ trend[bewerken]
Sommige regio's zijn al ver gevorderd met WWZ. In 2015 genereerde Schotland 59% van zijn elektriciteitsgebruik met duurzame bronnen.[14] Volgens de energieplannen van het Schotse bestuur zal 100% van het elektriciteitsgebruik duurzaam opgewekt worden in 2020, en 50% van het totale energiegebruik (inclusief verwarming en transport) in 2030.[15][16]
Het Internationaal Energieagentschap verwacht dat tussen 2017 en 2022 het duurzame elektrische vermogen in de wereld 43% stijgt, dat is meer dan 920 GW, voor 80% door de groei van wind en PV capaciteit. De helft van deze groei zal in China gebeuren, vooral door meer PV. Ook in de VS en India groeit zonne- en windstroom sterk. De kosten van deze stroom zijn sterk gedaald zodat ze kan concurreren met kolenstroom. In de EU is minder groei door overcapaciteit. Denemarken gaat in 2022 elektriciteit voor 70% met variabele duurzame bronnen opwekken.[17]
Kritiek[bewerken]
John E. Bistline en Geoffrey J. Blanford[18] vinden de conclusies van Jacobson et al. (2015) over o.a. kosten, energie-opslag en het elektrificeren van eindgebruik "agressief". In hun reactie[19] stellen Jacobson et al. dat de kritiek van Bistline en Blanford onjuist of ongefundeerd is.
Christopher T.M. Clack en twintig co-auteurs evalueerden het WWZ-plan in 2017.[20] Zowel in de uitgangspunten als in de berekeningen zouden volgens hen fouten zitten. Een kort overzicht:
- Zij geven aan dat er een verschil is tussen een uitgedacht experiment met computersimulaties enerzijds, en de haalbaarheid in de werkelijkheid anderzijds. Ze wijzen er bijvoorbeeld op dat windmolenparken op zee tot nu toe slechts spaarzaam zijn toegestaan in de Verenigde Staten. Verder is volgens hen 80% ontkolen al moeilijk en geldt dat temeer voor de laatste 20%. Ook zien ze de grootschalige opslagcapaciteit die nodig is als buffer als probleem; in 2018 bestaat deze nog vrijwel niet en zijn we onvoldoende bekend met de eigenschappen ervan. Ook is er (in de Verenigde Staten) nog geen infrastructuur voor de distributie van bodemwarmte.
- Zij melden fouten in de analyse, o.a. in het vermogen van waterkracht. De uitsluiting van kern-, bio-energie en fossiele brandstof met CO2-afvang en -opslag (CCS) is volgens hen onterecht, want die bronnen kunnen de kosten verlagen van het ontkolen (Engels: decarbonizing) van de energievoorziening. Ze wijzen erop dat het model nuldimensionaal is; productie en verbruik van energie vinden plaats op dezelfde plek. De factor transport wordt buiten beschouwing gelaten. LOADMATCH zou deterministisch zijn, want alle vraag- en aanboddata zijn bekend.
- Omdat Jacobsen cs. ≥ 95% schone electriciteitsproductie willen vinden ze dat de bewijslast hoog ligt en dat deze niet wordt gehaald.
Mark Jacobson et al. stellen in hun reactie dan weer dat de foutmeldingen van Clack et al. onjuist zijn.[21][22] Het WWZ-plan is technisch en economisch haalbaar, de uitvoering is afhankelijk van politieke en sociale factoren.[2] Dat is geen fout in het plan. Bij waterkracht is er geen fout, het piekvermogen is veel groter dan het gemiddeld vermogen. Dat ontkoling zonder kernenergie of CCS mogelijk is tegen lage kosten, is juist en bevestigd door ander onderzoek. Energiebronnen en gebruikers zijn niet noodzakelijk op dezelfde plek, maar verspreid over de regio en verbonden door het elektriciteitsnet. Tijdens de uitvoering kent LOADMATCH vraag en aanbod niet in de volgende minuut, en is dus niet deterministisch. Wel gaven ze toe dat de kostenfactor van extra benodigde turbines en generatoren voor meer energie uit waterkracht, niet was meegenomen in de berekeningen. Het conflict leidde tot een rechtszaak, door Jacobson aangespannen tegen Clack. Dit dreigde ertoe te leiden dat de discussie werd verplaatst van het wetenschappelijk toneel naar de rechtszaal. Eind februari 2018 heeft Jacobson de zaak weer ingetrokken. Er waren inmiddels ook signalen dat de rechters zich onbevoegd zouden verklaren en zouden seponeren.[23][24]
Zie ook[bewerken]
- Duurzame energie
- Samenvattingen van 30 door collega's beoordeelde artikelen die het resultaat ondersteunen dat het elektriciteitsnet stabiel kan blijven met elektriciteit die wordt geleverd door 100% of bijna 100% duurzame energie https://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/CombiningRenew/100PercentPaperAbstracts.pdf
Bronnen, noten en/of referenties
|
Dit artikel "Duurzaam energieplan Jacobson-Delucchi" is uit Wikipedia. De lijst van zijn auteurs is te zien in zijn historische en/of op de pagina Edithistory:Duurzaam energieplan Jacobson-Delucchi.
