Afkortingen zijn in dit verhaal zo veel mogelijk vermeden.
Eenheden zijn niet met een hoofdletter geschreven, maar wel steeds
voluit. Bijvoorbeeld: newtonmeter, volt, megawattuur etc.
Getallen zijn meestal afgerond. Het gaat in dit verhaal vooral om de
verhoudingen en niet in de eerste plaats om de exacte waarden. Die
bestaan trouwens niet. Rendementen van auto's, verlichting, energie-
opwekking etc. worden steeds beter. Er bestaan natuurlijk wel
exacte wetten, zoals de Wet van behoud van Energie
Veel getallen zijn een "momentopname". Internetsites komen en
gaan. Daardoor is het niet altijd (meer) mogelijk om alle getallen
via internet te verifiëren.
De hoeveelheid energie die nodig is om bijvoorbeeld auto's, wind-
molens, zonnepanelen, biobrandstoffen etc. te produceren is niet
in beschouwing genomen.
Er zijn zo weinig mogelijk verschillende eenheden gebruikt. Bijna
alles is omgerekend in kilowatturen en megawatturen.
De meeste gegevens zijn 4 jaren oud, omdat ze niet meer (gratis)
worden gepubliceerd door: EIA (Energy Information Administration)
en IEA (International Energy Agency)
Veel mensen hebben er geen idee van, hoe de verhoudingen liggen
bij de verschillende vormen van energie opwekking en het energie-
verbruik. Dit verhaal probeert aan de hand van feiten hierover
duidelijkheid te verschaffen
Discussies over energie gaan meestal alleen maar over de opwekking
van elektriciteit. Dus over kolencentrales, kernenergie, waterkracht,
windmolens, zonne-energie etc. Men moet echter wel bedenken,
dat het totale energieprobleem (in Nederland) 3,4 keer zo groot is.
Het moet daarom ook gaan over verwarming, industrie, vervoer en
voedselproduktie.
Men kan door middel van de verwijzingen naar internetsites en via
eenvoudige berekeningen, zelf vaststellen of de in dit verhaal verstrekte
informatie juist is.
Het verhaal wordt continu bijgewerkt aan de hand van nieuwe feiten,
nieuwe inzichten en opmerkingen van lezers.
Inleiding
Het energieverbruik en de daarmee gepaard gaande milieuvervuiling is evenredig
met het aantal mensen op aarde. De meest effectieve maatregel om het energie-
verbruik en de milieuvervuiling te beperken is dus: geen verdere toename van
de wereldbevolking. Dat wordt bereikt als de "reproduktiefactor" niet groter is
dan 1. Dus niet meer dan 2 kinderen per echtpaar.
In het boek "Na ons de zondvloed" schrijft de auteur P. Gerbrands, oprichter
van de "Club van 10 miljoen": "Binnen redelijke marges is groei van het aantal
mensen en economische uitbreiding mogelijk, zolang we ons daarbij weten te
beperken tot het consumeren van de rente die de aarde ons biedt. Maar als
ook het kapitaal dat aarde heet, zelf wordt opgegeten, slaan we als menselijke
soort een doodlopende straat in".
Citaat uit het partijprogramma 2002
van "De Groenen"
Een hevige bedreiging voor het leven op aarde is de tomeloos groeiende bevol-
kingsomvang. Nog steeds is sprake van een explosieve groei van de wereld-
bevolking. 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: geboortenbeperking is noodzaak.
Gebeurt dat niet, dan eindigen wij allen als de bacteriën op een beperkte
voedingsbodem. Na ongebreidelde groei volgt ongekende sterfte.
De bevolkingsexplosie
Van 1990 tot 2000 nam de wereldbevolking elk jaar met gemiddeld 1,5% toe.
Stel, dat deze toename vanaf het begin van onze jaartelling tot heden altijd had
plaatsgevonden. Hoe groot zou dan nu de wereldbevolking zijn, uitgaande van
2 mensen in het jaar nul ?
na 2000 jaar zou de toename zijn: 1,0152000
= 8,55 × 1012
de oppervlakte van de aarde is 4 π r2 =
4 π × 40 × 106 vierkante
kilometer. (r = de straal van de aarde = 6400 kilometer)
het aantal mensen zou dan zijn: (2 × 8,55 × 1012 ) /
(4 π × 40 × 106)
= 34000 per vierkante kilometer, oceanen en de polen meegerekend.
In werkelijkheid leven er op aarde “slechts” 51 mensen per vierkante kilometer
(in 2010, op land). Nederland heeft een bevolkingsdichtheid van 401 inwoners
per vierkante kilometer. Dat is per inwoner een oppervlakte van 50 bij 50 meter
Zie ook: Are Humans Smarter Than Yeast?
Overzicht van de bevolkingsaanwas (afgerond)
1960
2000
2050
Nederland
11 miljoen
16 miljoen
17 miljoen
Wereldbevolking
3 miljard
6 miljard
9 miljard
Dagelijkse toename van de wereldbevolking (medium variant)
jaar
wereldbevolking
toename in 10 jaar
toename per dag
2010
6909 miljoen
- - -
- - -
2020
7675 miljoen
766 miljoen
210.000
2030
8309 miljoen
634 miljoen
174.000
2040
8801 miljoen
492 miljoen
135.000
2050
9150 miljoen
349 miljoen
96.000
De gemiddelde toename van de wereldbevolking in de periode 2010 - 2050
bedraagt 153.000 mensen per dag Dat zijn 1 miljoen per week
Een relativerend verhaaltje over
Enkele definities en fundamentele wetten
Vermogen
Vermogen is een maat voor de snelheid waarmee
energiekan
worden geleverd of gebruikt.
Een elektrische centrale met een vermogen van 1200 megawatt,
levert in 5 uur: 1200 megawatt × 5 uur = 6000 megawattuur
elektrische energie. (bij vol vermogen)
Een automotor met een vermogen van 70 kilowatt, levert in 2 uur:
70 kilowatt × 2 uur = 140 kilowattuur mechanische energie.
(bij vol vermogen)
Een gloeilamp met een vermogen van 75 watt, gebruikt in 10 uur:
75 watt × 10 uur = 750 wattuur en zet dit om in lichtenergie en
warmte.
Energie levert altijd iets op: elektriciteit, beweging, licht,
warmte, geluid, radiogolven, een chemische reactie etc.
In de winkel betaalt men voor het vermogen
(van bijvoorbeeld een stofzuiger) Thuis betaalt men voor de energie
(die door de stofzuiger wordt gebruikt)
In het dagelijkse leven geldt:
de basiseenheid voor vermogen is watt
de basiseenheid voor energie is wattuur
Wet van behoud van energie
Energie kan niet verloren gaan
Energie kan niet uit niets ontstaan
Energie kan worden omgezet van de ene vorm in een andere,
maar de som van de energieën verandert daarbij niet.
Wet van behoud van massa
Massa kan niet verloren gaan
Massa kan niet uit niets ontstaan
Massa kan worden omgezet van de ene vorm in een andere,
maar de som van de massa's verandert daarbij niet.
Energie en massa worden dus nooit "verbruikt".
In het normale taalgebruik heeft men het meestal toch over "verbruikt". Als
je bijvoorbeeld de tank van een auto leeg rijdt, dan is de benzine tijdens de
rit "verbruikt". Maar daarbij gelden dan wel onderstaande wetten:
de wet van behoud van energie
De chemische energie in de benzine wordt bij de verbranding omgezet in
mechanische energie (= arbeid) en thermische energie (= warmte). Dus: de chemische energie = de mechanische energie + de thermische energie
de wet van behoud van massa
Benzine is een chemische verbinding van de elementen koolstof en waterstof
Bij de verbranding van benzine met zuurstof, ontstaat: kooldioxide en water
Dus: de massa van benzine + zuurstof = de massa van kooldioxide + water
Rendement
rendement = nuttige energie / toegevoerde energie
Voorbeeld:
Een automotor met een vermogen van 50 kilowatt draait 1 uur op
vol vermogen en levert dan 50 kilowatt × 1 uur = 50 kilowattuur nuttige, mechanische energie.
Stel, de hoeveelheid toegevoerde energie is 200 kilowattuur.
(dat is 22 liter benzine).
Het rendement is dan (50 / 200) × 100% = 25%.
Hierbij wordt 150 kilowattuur, niet nuttig gebruikte energie, in de
vorm van warmte afgevoerd.
Rendementen zijn altijd kleiner dan 100%.
Perpetuum Mobile bestaat dus niet.
In het navolgende is het energieverbruik of de energie-opbrengst steeds zo veel
mogelijk omgerekend naar liters benzine-equivalent. Dat spreekt wat meer tot
de verbeelding en het maakt een goede onderlinge vergelijking mogelijk.
Thermische energie in 1 liter benzine
1 liter benzine = 7800 kilocalorie
Bij een rendement van 100% kan men hiermee 7800 liter water
1 graad verwarmen. (of 78 liter 100 graden verwarmen)
Mechanische energie in 1 liter benzine
1 liter benzine = 9,1 kilowattuur
Hierop zou een motor van 91 kilowatt gedurende 0,1 uur (= 6 minuten) op
vol vermogen kunnen draaien. Omdat het rendement van een benzinemotor
slechts 25% is, draait zo'n motor maar 1,5 minuut op 1 liter benzine, waarbij
dan 75% van de toegevoerde energie wordt omgezet in nutteloze warmte.
1 liter benzine = 3.340.000 kilogrammeter
Met 1 liter benzine kan men theoretisch een Jumbo van 334.000 kilogram
10 meter omhoog takelen. Zo’n vliegtuig 10 kilometer omhoog brengen,
kost dus 1000 liter brandstof. (de voorwaartse snelheid, luchtweerstand,
rendementen, etc. buiten beschouwing gelaten)
Mechanisch warmte-equivalent
Het mechanisch warmte-equivalent laat de relatie zien tussen
mechanische energie (= arbeid) en thermische energie (= warmte)
Om 1 liter water 1 graad in temperatuur te verhogen is
1 kilocalorie nodig. (per definitie)
Als men zijn hand 1 minuut in een liter koud water steekt, dan is
daarna de temperatuur van het water ongeveer 1 graad gestegen.
Dit komt dus
overeen met een hoeveelheid mechanische energie
van 427 kilogrammeter.
Daarmee kan men een koe (of 2 piano's) een meter omhoog
takelen.
Warmte is de meest compacte vorm van energie.
Energie-omzetting
Omzetting van warmte naar mechanische energie
Hierbij is het rendement begrensd volgens de formule van Carnot
In de praktijk is het maximaal haalbare rendement zo'n 50%
Voorbeeld:
Het rendement van een stoomturbine in een elektriciteitscentrale is 45%
Omzetting van mechanische energie naar elektriciteit
Dit kan theoretisch plaats vinden met een rendement van 100%
Voorbeeld:
Het rendement van een generator in een elektriciteitscentrale is 95%
Omzetting van elektriciteit naar mechanische energie
Dit kan theoretisch plaats vinden met een rendement van 100%
Voorbeeld:
Het rendement van de elektromotor van de "zonnewagen"
is 97%
De formule van Carnot
Met de formule van Carnot kan men het maximaal haalbare rendement
berekenen, bij de omzetting van thermische energie (= warmte) naar
mechanische energie (= arbeid)
De thermische energie is evenredig met de absolute temperatuur T
(kelvin)
Thoog - Tlaag = de warmte die wordt
omgezet in nuttige mechanische energie Thoog = de hoogste temperatuur in het proces = de toegevoerde energie Tlaag = de laagste temperatuur in het proces = de resterende energie
Voorbeeld:
De inlaat temperatuur van een stoomturbine is 527 graden celsius en de uitlaat
temperatuur is 207 graden celsius. (0 graden celsius = 273 kelvin Thoog = 527 + 273 = 800 kelvin Tlaag = 207 + 273 = 480 kelvin
Het maximaal haalbare rendement is dan (800 - 480) / 800 = 0,40 = 40%
1 newton is de kracht die aan een massa van 1 kilogram
een versnelling van 1 meter / seconde2 geeft
F = ma (Force = mass × acceleration)
Energieverbruik van een huishouden
Een gemiddeld huishouden in Nederland bestaat (statistisch gezien) uit
2,28 personen. In het jaar 2008 was het energieverbruik per huishouden:
Voor verlichting, koelkast, TV, wassen, strijken, stofzuigen etc.
werd 3560 kilowattuur elektriciteit verbruikt. Bij een rendement
van 40% van de elektrische centrale is dat een hoeveelheid primaire energie van 8900 kilowattuur.
Voor verwarming, warm water en koken was 1625 kubieke
meter aardgas nodig.
Met de auto werd 17400 kilometer gereden. Bij een verbruik
van 8,3 liter benzine per 100 kilometer, is dat 1444 liter benzine.
Omgerekend naar liters benzine-equivalent per dag, komt men op:
- verlichting
- koelkast, TV, wassen, strijken, etc.
- verwarming, warm water, koken
- de auto
0,4 2,3 4,3 4,0 11,0 liters benzine-equivalent
Energieverbruik van een huishouden Een auto verbruikt in 20 minuten evenveel primaire energie, als een
gemiddeld Nederlands huishouden in een etmaal voor verlichting,
koelkast, TV, wassen, strijken, stofzuigen etc.
("even" naar de brievenbus met de auto)
Alleen bezuinigen op de verlichting, (dat is slechts 4% van het totale energie-
verbruik), 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"
Zonne-energie
Bijna alle energie op aarde is afkomstig van de zon
Buiten de dampkring heeft de zonnestraling een intensiteit van
1,36 kilowatt per vierkante meter. Dat is de zonneconstante.
Ter hoogte van het aardoppervlak, bij een geheel onbewolkte
hemel en bij loodrechte instraling, heeft de zonnestraling een
intensiteit van 1 kilowatt per vierkante meter. De theoretische
opbrengst is dan 8760 kilowattuur per vierkante meter per
jaar (1 jaar = 8760 uren)
De instraling van zonne-energie in Nederland, op een horizon-
taal vlak van 1 vierkante meter, is 1000 kilowattuur per jaar.
(seizoenen, bewolkte hemel, dag en nacht meegerekend)
De produktiefactor komt hiermee op:
(1000 / 8760) × 100% = 11,4%
Om het zonlicht in Nederland optimaal te benutten, moet een
vast opgesteld zonnepaneel onder een hoek van 36 graden
met het horizontale vlak worden gemonteerd en gericht zijn
op het zuiden
Een zonnepaneel gemonteerd onder een hoek van 36 graden
heeft een meeropbrengst van 15% ten opzichte van een
horizontaal opgesteld zonnepaneel.
Een zonnepaneel dat meedraait met de stand van de zon, (een
zonvolgend systeem) levert nog eens 30% extra energie op.
Bij loodrechte instraling van zonlicht op een zonneboiler, een
zonnepaneel, een parabolische spiegel, of een zonnetrog, is
de hoeveelheid ingestraalde energie per vierkante meter en
gedurende dezelfde tijd (uiteraard) gelijk.
Bij een heliostaat is de instraling nooit loodrecht. Daar wordt
de instraalhoek bepaald door de afstand van de heliostaat tot
de zonnetoren en de stand van de zon
In de zomermaanden juni, juli en augustus van 1999 was in
Nederland de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie op een
horizontaal vlak 6 keer
zoveel als in de wintermaanden
december, januari en februari.
Dat is natuurlijk niet ieder jaar hetzelfde,
zie Leopoldhove
De energie, die een zonnepaneel in Nederland opvangt,
bestaat voor 40% uit direct zonlicht en 60% indirect zonlicht.
In de Sahara is de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie op
een horizontaal vlak slechts 3 keer zoveel als in Nederland.
(gedurende een jaar en bij dezelfde oppervlakte)
De hoeveelheid zonne-energie die in een jaar op de gehele
aarde wordt ingestraald, is 8000 keer zoveel als het
wereldenergieverbruik.
Zonne-energie in Nederland
in 2009 werd in Nederland 0,05 miljard kilowattuur
zonne-energie opgewekt
het elektriciteitsverbruik was toen 113,5 miljard kilowattuur
het aandeel zonne-energie was dus 0,04%
Zonne-energie in Duitsland
in 2012 werd in Duitsland 28 miljard kilowattuur
zonne-energie opgewekt
het elektriciteitsverbruik was toen 600 miljard kilowattuur
ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland) verwacht dat in 2020 het
geïnstalleerde vermogen van zonne-energie in Nederland 4000 megawatt
zal bedragen. Bij een produktiefactor van 11,4% komt men dan op een
jaaropbrengst van 4 miljard kilowattuur. Dat is 3,5% van het elektriciteits-
verbruik in Nederland.
Enkele mogelijkheden om zonne-energie te gebruiken zijn:
Het elektriciteitsverbruik van een gemiddeld huishouden in Nederland
is 3650
kilowattuur per jaar. Hiervoor zijn dus 30 vierkante meters zonnepaneel nodig.
Het ziet er naar uit, dat het rendement van een elektrisch zonnepaneel nog kan
worden opgevoerd tot 24%. Dan zouden 15 vierkante meters voldoende zijn.
Het lijkt zelfs mogelijk ooit een rendement te behalen van 80% met behulp van
"nano-antennes"
Concentrated solar power (CSP)
Bij "concentrated solar power" wordt de zonnestraling door middel van
spiegels op een klein oppervlak geconcentreerd.
Dit kan op verschillende manieren worden gedaan.
Voorwaarde voor "concentrated solar power" is een zonvolgend systeem.
De nauwkeurigheid waarmee de stand van de zon moet worden gevolgd,
is tenminste 1 graad. Dat betekent, dat het systeem elke 4 minuten moet
worden bijgesteld. Bovendien moet de zon ongehinderd schijnen. Bij een
bewolkte hemel werkt "concentrated solar power" niet. Daarom wordt het
in Nederland niet toegepast. Wat men eventueel met het hogere rendement
zou kunnen winnen, wordt volledig teniet gedaan door het feit, dat de zon
hier (gemiddeld) weinig uren per dag volop schijnt.
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 dwarsdoor-
snede 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 waarin olie wordt verhit.
In een warmtewisselaar wordt hiermee water verhit tot hete stoom.
Daarmee wordt op de gebruikelijke wijze elektriciteit opgewekt.
Het rendement van de omzetting van de zonnestraling naar hete
stoom is 50%. Van hete stoom naar elektriciteit 30%. Daarmee
komt het totaal rendement op 15%.
(dus weinig hoger dan bij 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.
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 heliostaat gereflecteerde zonlicht, wordt gefixeerd op
de top van een "zonnetoren". De top van deze zonnetoren, die
ongeveer 100 meter hoog is, wordt beschenen door een veld
met honderden heliostaten en is daardoor het gemeenschappelijke
brandpunt van een enorm groot oppervlak aan spiegels.
Alle spiegels moeten continu en individueel worden gericht. Er
kunnen in de top van de toren zeer hoge temperaturen worden
bereikt, tot 1000 graden celsius.
De opgevangen warmte wordt gebruikt voor de opwekking van
elektriciteit.
De temperatuur die bij parabolische spiegels of heliostaten
optreedt is veel hoger dan bij zonnetroggen. Het rendement van
de elektriciteitsopwekking is dan dus ook hoger. Carnot
Concentrated solar power met zonnecellen
"Concentrated solar power" (in wat mildere vorm) kan ook worden toegepast
in combinatie met daarvoor geschikte zonnecellen.
Spectrolab levert zonnecel- len, 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% ge-
haald.
Zonnepaneel van Greenpeace
In het jaar 2000 werd door Greenpeace in Nederland een elektrisch
zonnepaneel geïntroduceerd:
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 een flatscreen TV te kijken
op jaarbasis bespaart dit paneel 80 × € 0,20 = € 16,-
het paneel kostte bij Greenpeace (inclusief allerlei subsidies) € 454,-
de "terugverdientijd" is dus 28 jaar.
Advertentie voor zonnepanelen
Citaat uit een recente 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.
Zonne-energie heeft wel de potentie, om ooit interessant te worden
de hoeveelheid zonne-energie die in Nederland jaarlijks wordt
ingestraald op een oppervlakte van 25 vierkante kilometer bedraagt: 1000 kilowattuur per vierkante meter ×
25.000.000 vierkante meter
= 25 miljard kilowattuur.
dat is de hoeveelheid energie, die equivalent is aan 1 kilogrammassa
bij een rendement van 100% zou dat voldoende zijn voor bijna een
kwart van het jaarlijks elektriciteitsverbruik in Nederland.
een praktische mogelijkheid, om deze energie op een efficiënte
manier "te pakken" te krijgen bestaat voorlopig nog niet.
Waldpolenz Solar Park
Het Waldpolenz Solar Park is een grote zon-voltaïsche centrale in Duitsland en bevindt zich in de buurt van Leipzig.
de elektriciteit wordt opgewekt door 550.000 elektrische
zonnepanelen
de totale oppervlakte is 1 vierkante kilometer
de jaarproduktie is 40.000 megawattuur
voor de volledige elektriciteitsvoorziening van Nederland
zouden er 2500 van deze centrales nodig zijn
Een conventionele centrale van 1200 megawatt levert per jaar ruim 200 keer
meer energie, dan het "Waldpolenz Solar Park". Vergelijk ook de grootste
windmolen ter wereld. Die levert 21.000 megawattuur per jaar.
De grootste zon-voltaïsche centrale ter wereld
De grootste zon-voltaïsche centrale ter wereld zal worden gebouwd bij
Ordos
City in Mongolië. Het vermogen wordt 2000 megawatt. Bij een produktiefactor
van 20% is de energie-opbrengst ongeveer een derde van wat een grote
conventionele centrale van 1200 megawatt levert.
Zon-thermische centrales
Begin 2009 werd in Spanje, bij Sevilla een grote commerciële
zon-thermische centrale, de PS20 in bedrijf gesteld.
het vermogen van deze centrale is 20 megawatt
de energie-opbrengst is voldoende voor 12.000 huishoudens
het zonlicht wordt opgevangen door 1255 heliostaten
elke heliostaat heeft een oppervlakte van 120 vierkante meter
de heliostaten draaien met de stand van de zon mee
Het geconcentreerde zonlicht verhit een vat met water, dat zich bovenop een
toren van 160 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 produktiefactor wordt
hierdoor aanzienlijk verhoogd.
Bij Andasol, ook in Spanje, wordt een ander type zon-thermische centrale
gebouwd. Hier wordt de zonnestraling opgevangen in zonnetroggen.
het vermogen van deze centrale is 50 megawatt.
de jaarproduktie is 170.000 megawattuur,
voldoende voor 50.000 huishoudens
zonnetroggen zijn trogvormige spiegels, waarbij de
dwarsdoorsnede de vorm van een parabool heeft.
de zonnetroggen staan in noord-zuid richting opgesteld
en draaien met de stand van de zon mee
de spiegels staan in rijen opgesteld, die 150 meter lang zijn.
het reflecterend oppervlak van één rij is 800 vierkante meter.
in de "brandlijn" bevindt zich een stalen buis, waar olie
doorheen stroomt.
de olie wordt door de geconcentreerde zonnestraling verhit
tot ongeveer 400 graden celsius.
in een warmtewisselaar wordt hiermee water verhit tot stoom.
met de stoom wordt op conventionele wijze elektriciteit
opgewekt.
Een deel van de opgevangen warmte wordt overdag opgeslagen in een enorme
tank met 25000 ton gesmolten zout. De warmtecapaciteit hiervan is voldoende
om, als de zon niet schijnt, gedurende 7 uur elektriciteit op te wekken. In Spanje
is de hoeveelheid ingestraalde zonne-energie 2000 kilowattuur per vierkante
meter per jaar, dus 2 keer zo veel als in Nederland. www.gezen.nl/wordpress/?m=200705
In Californië is een zon-thermisch project gerealiseerd met een vermogen
van 354 megawatt.
Windenergie
Bij Siemens, aan de A12 bij Zoetermeer, staat een windmolen met een ver-
mogen van 1,5 megawatt. (= 1500 kilowatt). Dat is gelijk aan het vermogen
van 20 auto’s. (de Opel "Astra", heeft een motor van 74 kilowatt). Een paar
jaar geleden was dit nog de grootste windmolen van Nederland.
de ashoogte van deze molen is 85 meter en de wiekdiameter is 70 meter
het hoogste punt, dat door de wieken wordt bereikt is dus 120 meter
het vermogen is 1,5 megawatt
de theoretische jaaropbrengst is 1,5 megawatt × 8760 uur = 13140 megawattuur (1 jaar = 8760 uren)
de werkelijke jaaropbrengst is 3000 megawattuur.
(dat is voldoende voor 820 huishoudens).
De opgewekte energie van een windmolen is evenredig met de 3e macht van
de windsnelheid. Als het "halve" kracht waait, is de energie-opbrengst nog maar
1/8 deel van de opbrengst bij "volle" kracht. De produktiefactor van
een wind-
molen op land is 25%. Op open zee kan een produktiefactor
van 40% worden
gehaald. De produktiefactor (op land) neemt toe, naarmate de windmolen hoger
en groter is
Windenergie in Nederland
in 2009 werd in Nederland 4,6 miljard kilowattuur
windenergie opgewekt.
het verbruik was toen 113,5 miljard kilowattuur.
het aandeel windenergie was dus 4,1%
Windenergie in Duitsland
in 2012 werd in Duitsland 46 miljard kilowattuur
windenergie opgewekt.
Begin 2007 ging het windmolenpark bij Egmond aan Zee in bedrijf.
(10 kilometer uit de kust, 100.000 huishoudens)
Medio 2008 ging het windmolenpark bij IJmuiden in bedrijf.
(23 kilometer uit de kust, 125.000 huishoudens)
Begin 2009 ging het windmolenpark "Westereems" in bedrijf.
(op land, bij de Eemshaven, 135.000 huishoudens)
Teletekst 17 november 2009
Ondanks veel verzet van de bevolking in Urk komt bij het dorp het grootste
windmolenpark van Nederland. Minister van der Hoeven geeft een miljard euro
aan subsidie voor het park, dat voldoende elektriciteit levert voor 400.000
huishoudens. (De subsidie bedraagt dus 2500 euro per huishouden.!)
Persbericht op 25 juni 2010
In Friesland zouden in 2020 tweehonderd windturbines van 80 tot 120 meter
hoog moeten staan. Dat staat in een plan van het Platform Duurzaam Fryslân dat
vrijdag aan de provincie Friesland is gepresenteerd. De windmolens zouden de
helft van de provincie van stroom kunnen voorzien. Het project kost meer dan
1 miljard euro.
Persbericht op 19 maart 2008:
"Het Wereld Natuurfonds gaat campagne voeren voor een groot windenergie-
park in de Noordzee. Het moet vanaf de kust niet te zien zijn en een capaciteit
krijgen van 6000 megawatt. Dat komt neer op 6 energiecentrales".
Het vermogen van het geplande windenergiepark is dan misschien wel 6 keer zo
groot als van een gewone energiecentrale, maar de energie-opbrengst is maar
3 keer zo groot. Dat komt omdat de produktiefactor van windenergie (op zee) slechts 40% is. Bij een gewone centrale is de produktiefactor ruim 80%. Het
geplande windmolenpark zal 1200 windmolens van 5 megawatt gaan omvatten.
De energie-opbrengst zou dus net zoveel zijn als van 3 gewone elektriciteits-
centrales. Het windmolenpark zou in 2020 gereed moeten zijn. Dat betekent,
dat er 3 molens per week moeten worden geplaatst. Dat lijkt wel een wat erg
optimistische planning.
Teletekst 4 november 2011
Het energiebedrijf Eneco begint eind 2013 met de bouw van een windmolen-
park in de Noordzee. Het park komt op 23 kilometer uit de kust van Noord-
wijk te liggen. Het wordt het derde en voorlopig laatste windmolenpark op zee.
Het park, dat bestaat uit 43 windmolens, zal genoeg stroom opwekken voor
135.000 huishoudens. De aanleg moet in 2014 klaar zijn. Het windmolenpark
wordt gebouwd met behulp van subsidiegeld dat het vorige kabinet heeft
gereserveerd. De subsidie kan oplopen tot een miljard euro.
De grootste windmolen ter wereld
De grootste windmolen ter wereld is
de Enercon E-126.
de ashoogte is 135 meter
de wieklengte is 63 meter (de wiekdiameter is 126 meter)
het hoogste punt, dat door de wieken wordt bereikt is dus
198 meter
het maximale vermogen is 7,5 megawatt (100 auto's)
bij een produktiefactor van 32% (op land) is de jaarproduktie 21.000 megawattuur
Er zijn dus 400 windmolens van het type "grootste ter wereld" nodig, om
evenveel energie op te wekken als 1 conventionele kolen- of gascentrale
van 1200 megawatt. Het is overigens de vraag, of windenergie wel leidt
tot reductie van CO2-uitstoot. www.groenerekenkamer.com/node/946
Bij Estinnes (België) is een windmolenpark in aanbouw, waar 11 van deze
molens komen te staan.
Waterkracht
Zelfs in Zwitserland is waterkracht van beperkte betekenis geworden omdat het
energieverbruik, ook daar, de laatste jaren sterk is toegenomen. In Zwitserland
wordt tegenwoordig 40,5% van de elektrische energie opgewekt door kern-
centrales. Alleen in Noorwegen wordt vrijwel alle elektrische energie met behulp
van waterkracht opgewekt. Wereldwijd wordt 16,5% van alle elektrische energie door waterkracht
opgewekt. Dat is iets meer dan door kernenergie.
De grootste waterkrachtcentrales ter wereld
De grootste waterkrachtcentrale ter wereld,
de Itaipudam staat op de grens
tussen Brazilië en Paraguay. Het bijbehorende stuwmeer is 170 kilometer lang.
het vermogen van deze centrale is 12600 megawatt
de energie-opbrengst is 75 miljard kilowattuur per jaar
In China wordt momenteel een nog grotere waterkrachtcentrale gebouwd,
de Drieklovendam
de energie-opbrengst is 84 miljard kilowattuur per jaar
dat is 3% van het elektriciteitsverbruik van China
Ter vergelijking:
In 2008 was het elektriciteitsverbruik in Nederland 109 miljard kilowattuur.
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 aard-
oppervlak neemt de temperatuur bij toenemende diepte met globaal 30 graden
celsius per 1000 meter toe. Dat is een gemiddelde waarde. Afhankelijk van
plaatselijke omstandigheden, kan dit (sterk) variëren. In vulkanische gebieden
zijn de temperaturen aanzienlijk hoger. Op een diepte van 5000 meter is de
temperatuur gemiddeld 150 graden. Geothermische energie zal misschien een
(bescheiden) rol gaan spelen bij de toekomstige energievoorziening. Dank zij
de verbeterde boortechnieken, die ontwikkeld zijn voor het winnen van aard-
olie op grote diepte, is het nu mogelijk geworden om geothermische energie
op commerciële schaal te exploiteren. Geothermische energie is:
schoon, duurzaam en onuitputtelijk
niet afhankelijk van weersomstandigheden,
seizoenen en tijdstip van de dag
er is geen CO2 uitstoot
de energie is constant voorradig, er is dus
geen opslagprobleem
Geothermische energie in enkele landen
vermogen (megawatt)
jaaropbrengst (megawattuur)
China
1440
12.600.000
Zweden
1140
10.000.000
USA
990
8.680.000
IJsland
760
6.610.000
Nieuw Zeeland
220
1.970.000
Japan
160
1.430.000
Ter vergelijking: een conventionele centrale met een vermogen van
1200 megawatt, heeft een jaaropbrengst van 8.400.000 megawattuur.
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 2.000 meter onder de
grond genoeg water met een hoge temperatuur aanwezig is om de beoogde
4.000 woningen en 20.000 vierkante meter bedrijfsruimte in Den Haag Zuid-
West te verwarmen, zo blijkt uit de testresultaten die deze donderdag naar
buiten zijn gebracht. "We hadden een uiteindelijk doel van 75 °C.
Dat hebben we gehaald"
Getijdencentrale
De energie die door een getijdencentrale wordt opgewekt, is indirect afkomstig
van de maan. De grootste (en enige commercieel werkende) getijdencentrale ter
wereld, staat (sinds 1966) in Frankrijk bij La Rance.
het verschil tussen eb en vloed is daar zeer
groot, maximaal 13 meter.
het vermogen van de centrale is 320 megawatt
de hoeveelheid energie die jaarlijks wordt
geproduceerd is 540.000 megawattuur
dat is 0,54% van het elektriciteitsverbruik in
Nederland.
Tijdens de "kentering", dat is de periode waarin de vloedstroom overgaat in
de ebstroom of omgekeerd, wordt er vrijwel geen energie opgewekt. Bij
een gewone waterkrachtcentrale met een stuwmeer, kan de produktiefactor
oplopen tot 100%.
Biomassa
Biomassa is de verzamelnaam
voor organische materialen, die gebruikt kunnen
worden voor de opwekking van "duurzame energie". Enkele voorbeelden van
zulke organische materialen zijn: hout, groente- fruit- en tuinafval en mest.
Ook kunnen speciale "energiegewassen" worden geteeld, zoals koolzaad, maïs
en suikerriet, Die kunnen, eventueel na vergisting, fermentatie of vergassing,
worden gebruikt als biobrandstof voor voertuigen.
De gedachte bij het gebruik van biobrandstoffen is, dat tijdens het groeien ervan
(bijvoorbeeld bomen), zuurstof wordt aangemaakt en kooldioxide (CO2) uit de
atmosfeer wordt opgenomen. Bij verbranding vindt het omgekeerde proces
plaats. Netto vervuilt deze zogenaamde "korte cyclus" het milieu dus niet.
("CO2 neutraal"). Het gebruiken van biomassa heeft als groot voordeel dat er
geen opslagprobleem is. De biomassa kan worden bijgemengd bij de brandstof
van de, door milieuactivisten zo verguisde, kolengestookte centrales. De extra
vrijkomende CO2 is dan "groen" en wordt in mindering gebracht op de uitstoot
volgens "Kyoto".
Biomassa in Nederland
in 2009 werd in Nederland 7,8 miljard kilowattuur
elektriciteit opgewekt door het verbranden van 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 meer 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.
Energie-opslag in de accu's van elektrische auto's
Windenergie zal misschien ooit een belangrijke rol bij de elektriciteitsopwekking
voor het openbare net kunnen gaan spelen. De levering van windenergie is van
nature onderhevig aan grote en vaak snelle fluctuaties. Omdat het niet altijd
(hard) waait, is de produktiefactor in het gunstigste geval (op zee) 40%. Dat betekent dus, dat er in 60% van de tijd geen of heel weinig windenergie wordt
opgewekt. Daarom zal de bestaande infrastructuur voor de elektriciteitsopwek-
king voor 100% gehandhaafd moeten blijven. Bij grootschalige produktie van
windenergie ontstaat er behoefte aan opslag van elektriciteit, om de fluctuaties
in het aanbod op te vangen. Energie-opslag kan plaats vinden door produktie
van waterstofgas, 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 (er rijden in Neder-
land ruim 7 miljoen auto's rond) en een accucapaciteit van 50 kilowattuur per
auto, dan komt men op een totale opslagcapaciteit van 50 miljoen kilowattuur.
Ter vergelijking: een elektriciteitscentrale van 1200 megawatt levert in 24 uur
ongeveer 1200 × 24 × 0,8 = 23000 megawattuur = 23 miljoen kilowattuur
(0,8 = de produktiefactor).
Deze vorm van energie-opslag vereist een intelligent, geautomatiseerd energie-
management systeem. (Energy Internet)
Energy Internet
Energy Internet
(smart grid) is een energiemanagement systeem, dat de
verdeling regelt tussen de energie die wordt opgewekt door duurzame energie-
bronnen (wind- en zonne-energie) en conventionele elektriciteitscentrales.
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 energie-
management 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 elektriciteitscentrales.
Warmte-kracht koppeling
Bij de produktie van elektriciteit in een elektriciteitscentrale 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 elektriciteitscentrale hierdoor aanzienlijk verhoogd.
Bij warmte-kracht koppeling is de opwekking van warmte en elektriciteit
(kracht) direct aan elkaar gekoppeld. Warmte en elektriciteit worden dan bij
de verbruiker opgewekt. De warmteproduktie is hierbij hoofdzaak, terwijl de
elektriciteit nu een bijprodukt is. Het totale rendement is zeer hoog, omdat er
vrijwel geen warmte verloren gaat en alle elektriciteit nuttig wordt gebruikt.
(overtollige elektriciteit wordt teruggeleverd aan het net). Warmte-kracht
koppeling wordt veel toegepast bij ziekenhuizen, zwembaden, fabrieken en de
glastuinbouw. Bij de glastuinbouw is de vrijkomende CO2 zeer welkom, omdat
daarmee de groei van de planten wordt bevorderd. (koolzuurassimilatie). Het
totaalrendement bij warmte-kracht koppeling is ongeveer 90%.
Warmtepomp
Een warmtepomp "pompt" warmte van een laag temperatuurniveau naar een
hoger niveau. Het lage niveau is bijvoorbeeld de grondwarmte, die op enige
diepte het gehele jaar door ongeveer 12 graden is. De warmtepomp werkt
volgens hetzelfde principe als een koelkast, maar het doel is anders. Bij een
koelkast wordt de binnenruimte gekoeld en men neemt de warmte die daarbij
buiten de koelkast ontstaat, op de koop toe. Bij een warmtepomp gaat het juist
om die warmte. Daarmee kan een ruimte worden verwarmd. De warmte die
ontstaat is gelijk aan de pomp-energie, vermeerderd met de warmte die uit de
grond wordt gehaald. Het rendement lijkt daardoor groter dan 100%. Men
spreekt bij een warmtepomp van de COP. (= coëfficiënt of performance).
De COP kan bijvoorbeeld 4 zijn. Dan wordt 3 keer zoveel warmte, (gratis)
aan de grondwarmte onttrokken als de pomp-energie bedraagt. De totale
hoeveelheid geproduceerde warmte is dan 4 keer de pomp-energie. 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.
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 vergelijk-
bare complexen.
Warmte-kracht koppeling vergeleken met een warmtepomp
Warmte-kracht koppeling gaat ten koste van het rendement van
de elektriciteitsopwekking. Voor een bruikbare hoeveelheid
warmte, mag het koelwater niet te koud zijn, dus gaat het
rendement van de elektriciteitsopwekking omlaag. Carnot
Warmte-kracht koppeling is niet "groen", want het werkt alleen
bij elektriciteitsopwekking door middel van fossiele brandstoffen.
Warmtepompen kunnen (in de verre toekomst) wel op "groene
energie" werken.
Een warmtepomp is ruwweg 4 keer efficiënter dan "gewone"
elektrische verwarming.
Sommige warmtepompen kunnen in 2 richtingen werken.
Ze kunnen dus verwarmen of koelen. Ook kunnen ze gewoon
worden uitgezet, dit in tegenstelling tot warmte-kracht koppeling.
Mogelijkheden voor het opwekken van warmte (geïdealiseerd)
primaire energie = 100%
elektriciteit
afvalwarmte
nuttige warmte
verbranden
-
-
100%
opwekken van elektriciteit
40%
60%
-
warmte-kracht koppeling
40%
-
60%
warmtepomp
(40%)
60%
160%
Bij de warmtepomp wordt de elektriciteit (40%) volledig verbruikt om er warmte
mee op te wekken. Bij een "coëfficiënt of performance" = 4 wordt daarmee dus
160% nuttige warmte opgewekt. De warmtepomp is dus aanmerkelijk efficiënter
dan warmte-kracht koppeling. Als daarbij ook nog de afvalwarmte wordt benut,
komt men zelfs op 220%
Batterijen en accu's
Alkaline batterij (AA-cel):
bevat 1,5 ampère-uur bij 1,5 volt, dat is 2,25 wattuur.
bevat 2,7 ampère-uur bij 1,2 volt, dat is 3,24 wattuur.
in het gebruik zijn oplaadbare batterijen zeer veel
goedkoper en milieuvriendelijker dan gewone batterijen.
De oplaadbare nikkel-metaalhydride batterijen van GP PowerBank voldoen
voor 100% aan de elektrische specificaties, wat opmerkelijk genoemd mag
worden. Andere merken heb ik niet nagemeten, maar er bevindt zich veel
"kaf onder het koren", vooral bij snel oplaadbare batterijen. Helaas is de maat-
voering 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, celspanning en rendement van oplaadbare batterijen
en accu’s
Navraag bij Battery University omtrent
het rendement van de laadcyclus van
verschillende soorten batterijen leverde het volgende antwoord op: Als een
batterij tot 80% wordt geladen, is het laadrendement hoog. Bij een lithium-ion
batterij ligt het laadrendement dan ver boven de 90%. Bij een nikkel-metaal-
hydride batterij is het laadrendement tijdens snel laden 90% en bij langzaam
laden 70%. Bij verder laden wordt het laadrendement lager.
De zink-lucht batterij
De zink-lucht batterij ("electric fuel") is niet oplaadbaar, in de gebruikelijke be-
tekenis van het woord. Als de batterij leeg is, moeten de (zink)anodes worden
vervangen. Bij toepassing in een elektrische auto, zou dit een voordeel kunnen
zijn, omdat men dan niet uren hoeft te wachten tot de batterij weer opgeladen is.
In plaats daarvan moet de batterij worden uitgewisseld met een geregenereerd
exemplaar. De zink-lucht batterij voor toepassing in elektrische auto’s is overi-
gens nog in het experimentele stadium. De energiedichtheid is 6 keer zo groot
als van een loodaccu, maar toch nog 60 keer zo klein als van benzine.
(bij hetzelfde gewicht). Er wordt ook gewerkt aan
de nucleaire batterij De vanadium redox accu
De vanadium redox accu is een vloeistofaccu met een zeer grote energie-
inhoud. Het elektrolyt is een oplossing van vanadiumsulfaat in zwavelzuur.
De accu bevat een membraan, waarmee het elektrolyt in 2 helften wordt
verdeeld. Dit membraan laat alleen positieve ionen door.
Tijdens het laden vindt er
een redox-reactie in
de accu plaats. Daarbij ver-
andert de ionisatiegraad van de atomen. In de ene helft wordt het elektrolyt
gereduceerd en in de andere helft geoxideerd. Hierdoor ontstaan tegenover-
gestelde ladingen. Bij het ontladen vindt de omgekeerde reactie plaats. Beide
helften zijn aangesloten op hun eigen voorraadtank met elektrolyt. De hoeveel-
heid elektrolyt (en daarmee de capaciteit van de accu) kan hierdoor zeer groot
worden gemaakt. Het elektrolyt wordt vanuit de voorraadtank langs de bijbe-
horende elektrode gepompt. Als de accu stroom levert, vloeien er positieve
ionen door het membraan en elektronen door het uitwendige circuit. Tijdens
het ontladen van de accu worden de ladingen van de elektrolyten ter weers-
zijden 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 opgeladen door een elektrische stroom.
Enkele eigenschappen:
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
Er is al een vanadium redox accu gemaakt, met een energie-inhoud
van 12 megawattuur.
Een elektrische trein zou hier 2000 kilometer op kunnen rijden
(een 4-wagons Dubbeldekker verbruikt
6 kilowattuur per kilometer)
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
De redox accu wordt misschien ooit interessant voor de toepassing
in een elektrische auto, omdat het laden zeer snel kan plaats
vinden door het vervangen van de elektrolyten
De werking van de vanadium redox accu lijkt veel op die van Blue Energy.
Ook daar wordt een membraan gebruikt, dat 2 vloeistoffen met een verschil-
lende lading van elkaar gescheiden houdt. De "elektrolyten" zijn hierbij zout
en zoet water.
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 ontlaadcycli.
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
het omzetten van de netspanning naar de
gewenste gelijkspanning van de acculader
het opladen van de accu
het ontladen van de accu
het omzetten van de accuspanning naar 3-fasen
wisselspanning met de gewenste frequentie
voor de aandrijving van de elektromotor
Bericht in "De Ingenieur" van 13 november 2009:
"Onderzoekers van het Technion-Israël Institute of Technology hebben een
batterij bedacht die stroom levert door oxidatie van silicium. Een accu van dit
type heeft een bijna zestigmaal grotere energiedichtheid dan een hoogwaardige
lithium-batterij. Theoretisch is de energiedichtheid 8,5 kilowattuur per kilogram
(dat is bijna net zoveel als van benzine) of 21,1 kilowattuur per liter. Een indu-
striële introduktie kan binnen 3 jaar plaatsvinden. Grote oplaadbare silicium
accu"s voor gebruik in auto's zouden over 10 jaar beschikbaar zijn".
Dit verhaal is te mooi om waar te zijn en het is dan ook waarschijnlijk niet waar. Als het wel waar is, dan zou het probleem van de elektrische auto zijn
opgelost. Bij een gewicht van de accu, gelijk aan dat van een volle benzinetank,
(en bij het halve volume), zou de actieradius van een elektrische auto dan zo'n
2000 kilometer kunnen zijn. Als de accu steeds wordt geladen, als de auto niet
rijdt, dan zou de gemiddelde energievoorraad ruim voldoende zijn voor het
dagelijks gebruik. Blijft natuurlijk de vraag: "Hoe verwarm je zo'n auto". Als de
energie voor het verwarmen uit de accu moet komen, dan gaat dat ten koste
van de actieradius.
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). De belangrijkste eigenschappen van de
standaardmodule, die 10 cellen bevat, zijn:
de spanning is 24 volt bij 4,2 ampère-uur
(de energie-inhoud is dus 100 wattuur)
de batterij is zeer veilig (geen ontploffings- of brandgevaar)
de oplaadtijd is slechts enkele minuten
(in 5 minuten is de batterij tot 90% geladen)
de energiedichtheid is slecht in vergelijking met een gewone
lithium-ion batterij (100 wattuur bij een gewicht van 2 kilogram
en een volume van 1,35 kubieke decimeter)
de levensduur is zeer groot, 10 jaar of 6000 laadcycli
(na 3000 laadcycli is het capaciteitsverlies slechts 10%)
de batterij is bruikbaar binnen een groot temperatuurgebied
(- 30 tot + 45 graden)
de eigenschappen van de batterij vertonen veel overeenkomst
met die van een supercondensator (hoge laad- en ontlaad-
stromen en zeer korte laad- en ontlaadtijden)
Met dit nieuwe type lithium-ion batterij kan de elektrische auto, de hybride auto
en ook de elektrische fiets een groot succes worden. Het snel laden is vooral
interessant voor het (op een efficiënte wijze) terugwinnen van elektrische energie
tijdens remmen en snelheidsvermindering.
Ook Sony heeft
een nieuwe lithium-ion batterij ontwikkeld
De nieuwe batterij van Sony valt op door de grote ontlaadstroom,
die mogelijk is. Enkele eigenschappen:
een cel, type 18650, levert 1,1 ampère-uur bij
3,2 volt, dat is dus 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
Nexeon kondigt
een lithium-ion cel aan, met de "hoogste
energie-inhoud ter wereld"
Het betreft het type lithium-ion cel, dat vaak in laptops en ook in de Tesla Roadster wordt gebruikt. Dat is de 18650. Deze cel heeft
een diameter van 18 millimeter en een lengte van 65 millimeter.
Enkele eigenschappen:
de cel levert 3,2 ampère-uur bij 3,6 volt, dat is
dus 11,5 wattuur (vergelijk hiermee de cellen
in de Tesla Roadster, die leveren 8,2 wattuur)
de energiedichtheid is 275 wattuur per kilogram
op termijn verwacht men zelfs 4 ampère-uur te
kunnen halen, dus 14,4 wattuur per cel
Ook ENVIA schijnt iets nieuws te hebben.
Een accu met een
energiedichtheid van 400 wattuur per kilogram
Nog een bericht over een nieuw type batterij, met een 10 keer zo hoge
energie-inhoud als een gewone lithium-ion batterij. Misschien wordt het
ooit toch nog wat met elektrische auto's etc. www.kit.edu/visit/pi_2011_8281.php
De grafeen super supercondensator
Het laatste nieuws op het gebied van batterijen en supercondensatoren,
is de grafeen super supercondensator. www.grafeen.be/tag/batterij/
Snel laden van een batterij
Bij het snel laden van een batterij 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. (rendementen buiten beschouwing gelaten). Als men deze hoeveelheid
energie in 5 minuten in een batterij wil stoppen, dan moet de stroom vanuit het
lichtnet 12 keer zo groot zijn, dus 480 ampère. Het tanken van energie in de
vorm van benzine gaat dus wel even wat gemakkelijker en sneller dan het
"tanken" van elektrische energie.
Batterijen en accu's zijn (nog) niet erg geschikt voor het opslaan van (zeer) grote
hoeveelheden elektrische energie, zoals bijvoorbeeld vereist is bij een elektrische
auto. Ook als door nieuwe ontwikkelingen batterijen en accu's kleiner en lichter
worden, blijft nog steeds het probleem van de zeer grote laadstromen of de
langdurige laadtijden. Bij een bepaalde hoeveelheid energie is het produkt van
laadstroom en laadtijd constant. Bij een korte laadtijd, moet de laadstroom groot
zijn. Omgekeerd geldt, dat men bij een kleine laadstroom onherroepelijk vervalt
in lange laadtijden. Wat dit betreft is het gebruik van brandstofcellen minder
problematisch, omdat men dan waterstofgas tankt. Het (totaal)rendement daarbij
is echter wel aanzienlijk slechter en de vraag blijft natuurlijk: "waar haalt men het
waterstofgas vandaan".
Teletekst 19 januari 2013
Boeing levert geen Dreamliners meer aan klanten totdat de problemen met de
accu's zijn opgelost. De afgelopen twee weken ontstond brand in twee toestellen
doordat de lithium-ion accu's oververhit waren geraakt. Vermoedelijk werden
de accu's te sterk opgeladen. Onderzocht wordt hoe dat kan
Lopen en fietsen
Voor een persoon van 75 kilogram is het
basaal metabolisme (de grond-
stofwisseling) ongeveer 300 kilojoule per uur, dat is 2 kilowattuur per etmaal.
Deze hoeveelheid energie wordt continu verbruikt voor hartslag, ademhaling,
constant houden van de lichaamstemperatuur (aanvullen van het warmteverlies),
spijsvertering etc. De energie-inhoud van bijvoorbeeld 1 liter volle melk is
2700 kilojoule en dat is voldoende voor 9 uur basaal metabolisme.
voor 1 kilometer lopen is ongeveer 300 kilojoule extra nodig.
voor 1 kilometer fietsen is ongeveer 60 kilojoule extra nodig.
Lopen kost dus 5 keer zo veel energie als fietsen over dezelfde afstand.
Nu de berekening voor lopen of fietsen gedurende dezelfde tijd:
Lopen kost dus evenveel energie als fietsen gedurende dezelfde tijd.
De benodigde hoeveelheid energie voor het fietsen is sterk afhankelijk
van de
fietssnelheid en de wind. In dit voorbeeld is uitgegaan van windstil weer en een
rechtop zittende fietser. Bovengenoemde getallen geven aan hoeveel energie in
de vorm van voedsel wordt verbruikt. Die energie wordt met een rendement van
maximaal 25% omgezet in mechanische energie. De energie-inhoud van 1 liter
benzine is 32,6 megajoule.
Omrekening naar benzine-equivalent levert de
volgende (bruto) waarden op:
lopen 1 liter per 108 km
Fietsen 1 liter per 540 km
lopen
de massa van een wandelaar wordt bij elke stap enkele
centimeters op en neer bewogen, dat kost veel energie
de gebruikte energie is evenredig met de massa
(het gewicht) van de wandelaar
fietsen
een fietser zit gefixeerd op het zadel en zijn zwaartepunt
blijft daardoor steeds op dezelfde hoogte (als het ene
been naar beneden gaat, gaat het andere omhoog)
bij een constante snelheid op een vlakke weg, wordt
alleen energie gebruikt voor het overwinnen van de
luchtweerstand en de rolwrijving (het gewicht van de
fietser is daarbij niet van belang)
accelereren en oprijden van een helling kost extra energie.
(de daarvoor benodigde energie is evenredig met 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
van ongeveer 75 watt leveren.
100 kilometer fietsen kost dus een hoeveelheid energie van
75 watt × 5 uur = 375 wattuur.
dat is 1350 kilojoule. Bij een rendement van 25% is hiervoor de
energie-inhoud van 2 liter volle melk = 5400 kilojoule nodig.
van 100 kilometer fietsen val je dus niet af. Je valt wèl af van
zwemmen, door het warmteverlies (en vooral door minder te eten.!)
bij een tegenwind van 5 meter per seconde (= 18 kilometer per uur)
moet 3 keer zoveel energie worden geleverd als bij windstil weer.
Elektrische fiets
bij een elektrische fiets wordt de fietser ondersteund
door een elektromotor
deze motor krijgt zijn energie uit een oplaadbare accu
de mate van ondersteuning wordt automatisch geregeld
door een trapsensor
de trapsensor meet de kracht waarmee de fietser op de
pedalen trapt
evenredig met die kracht, wordt de hoeveelheid energie
geregeld die aan de motor wordt toegevoerd
het resultaat hiervan is, dat bij het oprijden van een
helling of bij tegenwind de ondersteuning toeneemt.
In het ideale geval, zal men bij het oprijden van een helling of bij tegenwind even
gemakkelijk blijven fietsen, als op een vlakke weg zonder wind. Maar dat kost
dan natuurlijk wel veel energie. Daarom is het bij de meeste elektrische fietsen
mogelijk, om de mate van ondersteuning meer of minder progressief in te stellen
met behulp van een schakelaar op het stuur. Men kan dan bijvoorbeeld kiezen
voor de standen "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 toege-
stane maximale vermogen van de motor is 250 watt.
Een goed voorbeeld van een elektrische fiets is de "Vela" van het merk "Antec"
Enkele kenmerken van deze fiets zijn:
de lithium-ion accu is uitneembaar
de accu levert 36 volt bij 10,5 ampère-uur
de energie-inhoud van de accu is dus 378 wattuur
dat is equivalent aan 0,04 liter benzine.
(een borrelglaasje vol)
1 acculading kost minder dan € 0,10
Elektrische fietsen zijn zo geconstrueerd, dat de elektromotor alleen ingeschakeld
kan worden, als men meetrapt. In de letterlijke betekenis van het woord een
rijwiel met hulpmotor. De "Vela" heeft een pulsgestuurde 3-fasen motor in het
voorwiel. Met behulp van een microprocessorschakeling, die de omvormer
tussen accu en motor bestuurt, is het mogelijk om met zeer weinig verliezen de
motorondersteuning binnen ruime grenzen in te stellen. De motorondersteuning is
instelbaar tussen 10% en 90%.
Het energieverbruik van een elektrische fiets
Het energieverbruik is sterk afhankelijk van de omstandigheden
waaronder de fiets wordt gebruikt. Zoals bijvoorbeeld:
De Dubbeldekker
De Dubbeldekker is de modernste en zuinigste trein van de NS.
de basisuitvoering van de trein is 4 wagons
met 372 zitplaatsen
de totale lengte van 4 wagons is 108 meter.
het gewicht, inclusief de reizigers is 254 ton.
het vermogen is 1608 kilowatt.
Het gewicht en aantal passagiers bij deze trein is vergelijkbaar met een
Jumbo.
Bij de volgende, globale berekening wordt uitgegaan van een rendement van de
trein van 85%, een traject van 14 kilometer en een snelheid van 140 kilometer
per uur. (= 39 meter per seconde).
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, wrijvingverliezen en de luchtweerstand)
voor snelheidsvermindering en remmen wordt de
resterende 1640 meter gebruikt.
de netto hoeveelheid verbruikte energie is dus:
54 + 30 = 84 kilowattuur (dat is iets meer dan de
hoeveelheid energie die het zonnepaneel van Greenpeace
van 0,75 vierkante meter in een jaar levert).
het totaal rendement van de elektriciteitsopwekking en
de trein samen is 33% × 85% = 28%.
voor een traject van 14 kilometer wordt bruto verbruikt
84 / 0,28 = 300 kilowattuur
dat is equivalent aan 33 liter benzine
hiermee kunnen 372 personen over een afstand van
14 kilometer worden vervoerd
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
De resultaten van bovenstaande berekening komen goed overeen met de
gegevens die ik van een treinbestuurder kreeg. Bij een auto wordt de ver-
warming verzorgd door de ”afvalwarmte”. Bij de trein wordt de warmte-
energie opgewekt met een rendement van ongeveer 33%
De Thalys
De Thalys, die op de Hoge Snelheid Lijn (HSL) rijdt, verbruikt natuurlijk veel
meer energie dan een gewone trein. De gelijkspanning van 1500 volt, zoals in
Nederland wordt toegepast, is dan niet meer toereikend. De Thalys op de lijn
Amsterdam - Parijs is geschikt voor 3 verschillende voedingsspannigen:
25000 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 voor-
zien van 6 verschillende signaleringssystemen, o.a. het Nederlandse, Belgische,
Duitse en Franse systeem.
de Thalys heeft een vaste samenstelling van
8 wagons + 2 motorwagens met 377 zitplaatsen.
de lengte is 200 meter.
het gewicht, inclusief de reizigers is 414 ton.
het vermogen is 8850 kilowatt.
Bij de volgende, globale berekening wordt uitgegaan van een rendement van
85%, een traject van 100 kilometer en een snelheid van 300 kilometer per uur.
(= 83 meter per seconde)
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 totaal rendement van de elektriciteitsopwekking en
de trein samen is 33% × 85% = 28%.
voor het gehele traject van 100 kilometer wordt bruto
verbruikt: 1934 / 0,28 = 6907 kilowattuur
dat is equivalent aan 759 liter benzine
hiermee kunnen 377 personen over een afstand van
100 kilometer worden vervoerd
een accu van 420 ampère-uur bij 24 volt, dat is 10 kilowattuur
een boot van 800 kilogram vaart hier 8 uur op, met een snelheid
van 6 kilometer per uur.
aan energie kost dat ongeveer € 2,- en voor die prijs zou men
8 personen over een afstand van 50 kilometer kunnen vervoeren
omgerekend naar benzine-equivalent, komt men per reiziger
op 1 liter per 91 km
De snelle veerboot tussen Hoek van Holland en Harwich
deze boot, van het type Catamaran, is met 75 kilometer
per uur de snelste veerboot ter wereld.
de boot wordt aangedreven door 4 gasturbines met een
totaal vermogen van 69000 kilowatt.
de boot is 124 meter lang en 40 meter breed.
de vervoercapaciteit is 1500 passagiers en 350 auto’s.
de hoeveelheid verbruikte energie is dus
69000 / 75 = 920 kilowattuur per kilometer
bij een rendement van 40% van de gasturbines komt men
op 253 liter benzine-equivalent per kilometer
een auto weegt gemiddeld net zoveel als 12 passagiers.
totaal komt men daarmee op het gewicht van
350 × 12 + 1500 = 5700 passagiers
dat is per "passagier" een verbruik van 1 liter per 23 km
Inmiddels is deze veerboot uit de vaart genomen, omdat er te weinig
belangstelling voor was.
Vliegtuig
De Boeing 747 "Jumbo"
Enkele globale gegevens en berekeningen:
Een Jumbo kan maximaal 100.000 liter brandstof per vleugel meenemen.
De actieradius is dan 13.500 kilometer. (= 1/3 van de aardomtrek).
Het verbruik is dus 2 × 100.000 / 13.500 = 15 liter per kilometer.
Een Jumbo kan 450 passagiers vervoeren.
Het verbruik per passagier is dan 1 liter per 30 km
(veel zuiniger dan een auto met 1 inzittende).
Ongeveer de helft van het startgewicht van een Jumbo bestaat (bij een
lange afstandsvlucht) uit de meegenomen brandstof.
Het leeggewicht is 181 ton, het maximale brandstofgewicht is 173 ton
Het vol tanken duurt ongeveer een uur. Dat is 200.000 liter in 60 minuten
= 3.333 liter per minuut.
200.000 liter = 200 kubieke meter. Dat is een "zwembad" van 2 meter diep
bij een oppervlakte van 10 bij 10 meter.
De kruissnelheid op 10 kilometer hoogte is 900 kilometer per uur.
De vliegtijd bedraagt 15 uur voor de maximale afstand van 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
200.000 × 10 kilowattuur per 15 uur. (1 liter kerosine = 10 kilowattuur)
Bij een rendement van 30% komt men op 40.000 kilowattuur per uur
nuttige energie. Dat is een vermogen van 40.000 kilowatt = 40 megawatt.
De "take off" snelheid is 290 kilometer per uur.
Binnen 1 minuut is de Jumbo "los". De (gemiddelde) versnelling is dan
1,5 meter / sec2 De afgelegde weg op de startbaan is 2000 tot 2500 meter.
(afhankelijk van het startgewicht)
De benzine auto
Het benzineverbruik van een gemiddelde auto is 1 liter per 15 km.
Bij een snelheid van 120 kilometer per uur, is dat 8 liter benzine per uur.
Het rendement van een benzinemotor is sterk afhankelijk van:
het toerental
het geleverde koppel
het momentele vermogen
Het maximaal haalbare rendement is 25% en dit wordt bepaald door de
compressieverhouding en het temperatuurtraject dat in de cilinders wordt
doorlopen. Carnot. Bij een Dieselmotor is het rendement ongeveer 35%.
Bij een benzinemotor kan dat worden benaderd door:
optimale brandstof inspuiting
optimale mengverhouding zuurstof-brandstof
bij alle toerentallen
optimaal ontstekingstijdstip bij alle toerentallen
zo veel mogelijk kleppen
variabele kleptiming
een zo hoog mogelijke motortemperatuur
Vandaar dat er ooit experimenten plaats vonden met keramische motoren.
Die zouden een hogere temperatuur toelaten dan motoren die gemaakt zijn
van metaal. Afbreuk aan het rendement van de motor in een auto wordt
veroorzaakt door:
het gebruik van de katalysator
koude start
variabel toerental
variabele belasting
koeling
stationair draaien.
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.
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_production_battery_electric_vehicles_(table)
Een auto-accu van 12 volt, 36 ampère-uur, kan 12 × 36 = 432 wattuur aan
energie leveren. De normale tankinhoud van een auto is 48 liter benzine. Dat
komt overeen met 437 kilowattuur. Dat is dus ongeveer gelijk aan de energie-
inhoud van 1000 auto-accu’s.
Elektrische auto’s kunnen tegenwoordig redelijke afstanden afleggen.
Dat is te danken aan:
een beter soort accu (nikkel-metaalhydride of lithium-ion
in plaats van loodaccu’s)
het hogere rendement van de elektromotor (90%) in vergelijking
met een benzinemotor (25%)
een lagere snelheid, (de luchtweerstand is evenredig met
de 2e macht van de snelheid)
een lage rolweerstand, een laag gewicht en een goede stroomlijn
teruglevering van energie tijdens remmen, snelheidsvermindering
en het afdalen van een helling
Enkele kenmerken van de elektrische auto zijn:
de elektrische auto is vrijwel geruisloos
de elektrische auto produceert geen uitlaatgassen
(maar de elektriciteitscentrale 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
het primaire energieverbruik is (iets) lager dan bij een
gelijkwaardige auto met een benzinemotor
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 batterij is zwaar, zeer duur en neemt veel ruimte in
het opladen van de batterij duurt lang (minimaal 4 uren)
het verwarmen van een elektrische auto gaat ten koste van
de actieradius.
Voor speciale toepassingen zoals koerierdiensten, gemeentelijke diensten
en woon-werkverkeer 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 elektriciteitscentrale www.energybulletin.net/node/52736
De EV1 van General Motors
De EV1
(electric vehicle) van General Motors werd geproduceerd tussen 1996
en 1999. Het was een 2-persoons elektrische auto. Er werden 1117 stuks van
gemaakt. Ze mochten alleen voor lease doeleinden worden gebruikt en waren dus
niet te koop. In 2003 werden alle auto’s door General Motors ingenomen
en vernietigd, op een paar na die aan musea en scholen werden geschonken. Ze
werden eerst onbruikbaar gemaakt. Dit gebeurde waarschijnlijk (mede) onder
druk van de olie-industrie. Het eerste ontwerp ontstond ter gelegenheid van de "World Solar Challenge" in Australië in 1987. Het eerste type, de “Impact”
haalde ooit een topsnelheid van 295 kilometer per uur. Iedereen was enthousiast,
behalve General Motors. Men was aan de ontwikkeling van de EV1 begonnen,
om aan te tonen dat de tijd nog niet rijp was, om een succesvolle elektrische auto
te maken. De ontwikkelaars waren echter zó enthousiast, dat het moeilijk was
om ze af te remmen. De batterij 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 batterij was
26 kilowattuur (= 2,9 liter benzine-equivalent)
de actieradius was 200 kilometer
het gemiddelde energieverbruik was 130 wattuur per kilometer
de laadtijd van de batterij was 8 uur
Over deze auto is in 2006 een film gemaakt: "Who killed the electric car?"
De Toyota RAV4-EV
In Californië rijden 1000 elektrische auto’s in proefbedrijf rond.
Het betreft een 5-persoons auto,
de Toyota RAV4-EV
Enkele gegevens:
het vermogen van de elektromotor is 57 kilowatt
de auto accelereert in 15 seconden van 0 naar 100 kilometer
per uur
de topsnelheid is 125 kilometer per uur
de energie-inhoud van de batterij is 27 kilowattuur
(= 3 liter benzine-equivalent)
de actieradius is 150 kilometer
het gemiddelde energieverbruik is 180 wattuur per kilometer
de nikkel-metaalhydride batterij weegt 460 kilogram
bij 230 volt is de benodigde laadstroom uit het lichtnet
24 ampère (bij 110 volt dus 50 ampère)
de laadtijd van de batterij is 7 uren
Het hoge gewicht van de batterij wordt grotendeels gecompenseerd door de
afwezigheid van een zware benzinemotor en versnellingsbak. Inmiddels heeft
Toyota de produktie van deze elektrische auto gestaakt, omdat de verkoop-
cijfers tegenvielen. De grootste problemen voor de gebruiker zullen wel zijn:
de grote laadstroom, de lange oplaadtijd en de betrekkelijk kleine capaciteit
van de batterij. Batterijen met een grotere capaciteit, die bovendien sneller
oplaadbaar zijn, maken het probleem van de grote laadstroom alleen maar
groter. Dit staat een algemene toepassing van de elektrische auto, in de huidige
vorm, principieel in de weg.
De Tesla Roadster
In 2008 kwam in Amerika een elektrische 2-persoons sportauto op de
markt, de Tesla Roadster
Enkele gegevens:
het vermogen van de 3-fasen wisselstroom 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 batterij
is 56 kilowattuur
(= 6,1 liter benzine-equivalent)
de batterij weegt 450 kilogram
de batterij bevat 6831 "laptop" cellen (type 18650), die vloeistof
gekoeld zijn
de energie-inhoud van 1 cel is 8,2 wattuur
de energiedichtheid van de batterij is 121 wattuur per kilogram
(inclusief behuizing)
de actieradius is 340 kilometer (bij een constante snelheid van
100 kilometer per uur)
bij deze snelheid is het energieverbruik
150 wattuur per kilometer
het primaire energieverbruik is dan 516 wattuur per kilometer
het totaal rendement ("plug-to-wheel") van de auto is 88%
een volledige acculading van 56 kilowattuur kost:
56 × 20 eurocent = 12 euro
de minimale laadtijd van de batterij is 4 uur
bij die laadtijd en bij een netspanning van 230 volt, is de netstroom
70 ampère
De snelle acceleratie is te danken aan het feit, dat de elektromotor over het
gehele toerenbereik van 0 tot 6000 toeren per minuut, een constant koppel
levert. De mechanica leert, dat voor snel of langzaam accelereren naar dezelfde
eindsnelheid, steeds dezelfde hoeveelheid energie nodig is. Bij een constante
snelheid op een vlakke weg, speelt het gewicht van de auto niet of nauwelijks
een rol. Tijdens het accelereren en bij het oprijden van een helling is het gewicht
wel van belang. Maar bij remmen, snelheidsvermindering en het afdalen van een
helling wordt in evenredigheid met het gewicht weer meer of minder energie
teruggewonnen.
De Opel Ampera
Een nieuwe interessante ontwikkeling is
de Opel Ampera
Bij deze 4-persoons elektrische auto wordt tegemoet gekomen aan het
probleem van de lange oplaadtijd van de batterij en de beperkte actieradius.
De "Ampera" komt omstreeks 2012 op de markt en is voorzien is van een
"oplaadmotor". De energie-inhoud van de batterij is voldoende voor een actie-
radius van 60 kilometer. De oplaadmotor is uitsluitend bedoeld om de batterij
op te laden, indien deze tijdens een lange rit leeg raakt. Hierdoor wordt de
actieradius vergroot tot 500 kilometer. Dit maakt de toepasbaarheid van deze
elektrische auto veel groter. Het gehele concept spaart weliswaar geen energie,
maar bij een goed gepland gebruik, bij korte afstanden (woon-werkverkeer)
hoeft men nooit benzine te tanken, terwijl het risico van een lege batterij wordt
vermeden. De oplaadmotor werkt met een (constant) toerental, waarbij het
rendement maximaal is. De "Ampera" wordt uitsluitend voortbewogen door de
elektromotor. De oplaadmotor heeft als enige taak het opladen van de batterij,
als deze tijdens een lange rit leeg raakt.
Enkele gegevens:
het vermogen van de elektromotor is 110 kilowatt
de auto accelereert in 9 seconden van 0 naar 100 kilometer per uur
de topsnelheid is 160 kilometer per uur
de energie-inhoud van de lithium-ion batterij is 16 kilowattuur
(= 1,8 liter benzine-equivalent)
de actieradius zonder bijladen door de oplaadmotor is 60 kilometer
de actieradius met bijladen door de oplaadmotor is 500 kilometer
het vermogen van de oplaadmotor is 60 kilowatt
De hybride auto
De Prius
Toyota heeft in 1997 de "Prius" op de markt gebracht. Dit is een "hybride" auto.
In 2004 verscheen een verbeterde versie. Van dit type rijden er wereldwijd nu
(2010) al meer dan 2 miljoen stuks rond. Het is een auto, die afhankelijk van de
situatie, door een elektromotor (60 kilowatt), een benzinemotor (73 kilowatt) of
een combinatie van beiden wordt voortbewogen. Het doel hierbij is om een zo
hoog mogelijk (voertuig)rendement te behalen.
het rendement van de (Atkinson) benzinemotor is hoog, maar
sterk afhankelijk van de belasting en het toerental
bij de elektromotor is het rendement altijd hoog
de elektromotor werkt mee, als het rendement van de
benzinemotor laag is
de energie voor de elektromotor wordt geleverd door een
oplaadbare nikkel-metaalhydride batterij van 1,3 kilowattuur.
(= 0,14 liter benzine-equivalent)
bij (regeneratief) remmen en snelheidsvermindering werkt de
elektromotor als dynamo en levert energie terug aan de batterij
bovendien wordt de batterij 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.
Het hybride systeem kan natuurlijk nooit energiezuiniger zijn, dan
de benzinemotor die er deel van uit maakt.
Alle energie is immers uiteindelijk 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 en bij lage snelheden.
de benzinemotor is ontworpen voor het gemiddelde
vermogen en daardoor extra zuinig.
de elektromotor assisteert de benzinemotor tijdens
accelereren en kortdurend bij hoge snelheden.
bij snelheidsvermindering en remmen wordt energie
teruggeleverd aan de batterij.
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%. Een gewone benzinemotor heeft een rendement van 25%.
De Prius heeft een "energiemonitor" op het dashboard. Deze nodigt uit tot een
zuinige rijstijl. Het verbruik benadert dan de
1 liter per 25 km die door
Toyota wordt opgegeven. Zie: gebruikerservaringen
De brandstofcel auto
De energiebron voor een brandstofcel auto is waterstofgas. In een brandstof-
cel "verbrandt" het waterstofgas, waardoor elektriciteit wordt opgewekt. De
opgewekte elektriciteit zorgt voor de voortbeweging van de auto.
het rendement van een brandstofcel is 45%
de opgewekte elektriciteit wordt via een accu toegevoerd
aan een elektromotor, die de auto voortbeweegt
het rendement van de elektromotor is 90%
bij remmen en snelheidsvermindering wordt energie
teruggeleverd aan de accu
bij de verbranding van waterstofgas ontstaan geen
schadelijke gassen, alleen maar water
het rendement van de ontleding (elektrolyse) van water is 66%
de elektrische energie die nodig is voor de ontleding van het
water moet worden opgewekt via verbranding van fossiele
brandstoffen (waarbij wel schadelijke gassen ontstaan),
kernenergie, windenergie of andere vormen van "groene" energie.
het rendement van de opwekking van elektriciteit is 33%
De vraag blijft alleen, waar haalt men het waterstofgas vandaan.
Waterstofgas kan worden verkregen door ontleding van water. Hiervoor is
netto evenveel energie nodig, als bij de "verbranding" in de brandstofcel vrij
komt. (wet van behoud van energie). Waterstofgas kan ook worden gewon-
nen uit aardolie of aardgas. Shell schijnt zich daar in de nabije toekomst mee
bezig te gaan houden. Maar dat kost fossiele brandstof. De auto die op waterstofgas rijdt, is dus geen oplossing van het energie-
probleem. Integendeel. Het totaalrendement is slechts 9%.
(45% × 90% × 66% × 33% = 9%). Het energieverbruik van de brandstof-
cel auto is, omgerekend naar benzine-equivalent, ongeveer 1 liter per 6 km
Toyota verwacht, dat hybride brandstofcel auto’s op zijn vroegst in 2015
grootschalig op de markt kunnen worden gebracht. Er rijden van dit merk
al enige prototypes rond. Het betreft een 5-persoons auto, type FCHV-4
(Fuel Cell Hybrid Vehicle) met een maximale snelheid van 150 km/uur. De
brandstof is pure waterstof in een hogedruktank, bij een druk van 35 atmosfeer.
Voorwaarde voor de introductie van de brandstofcel auto, is een infrastructuur,
die het mogelijk maakt, dat op veel plaatsen (het zeer explosieve en dus gevaar-
lijke) waterstofgas onder hoge druk, getankt kan worden. De toegepaste
brandstofcel heeft een vermogen van 90 kilowatt. De energie wordt via een
nikkel-metaalhydride batterij, aan een elektromotor van 80 kilowatt geleverd.
Het laatste nieuws op het gebied van brandstofcel auto's is de ontwikkeling van
de FINE-N
Bij deze auto worden de 4 wielen elk afzonderlijk aangedreven
door een elektromotor. Hierdoor is er geen differentieel meer nodig, wat een
beter voertuigrendement tot gevolg heeft. De modulaire opbouw van het voer-
tuig biedt nieuwe mogelijkheden voor de vormgeving, mede omdat er zich geen
motor in de neus bevindt. Bovendien kan de brandstofcel in principe op elke
willekeurige plaats in het voertuig worden geplaatst. Een uitgebreid verhaal over
de voor- en nadelen van brandstofcel auto's etc. is te vinden op: www.toyota.co.jp/en/tech/environment/fchv
Teletekst 27 september 2012
Hyundai gaat in december duizend waterstofauto's voor de Europese markt
produceren. Het al bestaande ix35-model krijgt een speciale waterstof uitvoering,
met een tankinhoud van 5,6 kilo waterstof. De SUV kan daarmee 588 kilometer
rijden. Voor de produktie van waterstof is veel elektriciteit nodig. In Europa
bestaat een handvol waterstof-tankstations, onder meer in Arnhem en langs de
snelweg bij Brussel.
Zoals de zaken er nu voor staan, is het zeer onwaarschijnlijk dat de brandstofcel-
auto ooit op de weg zal verschijnen. Het ligt meer voor de hand, dat auto's in de
toekomst zullen gaan rijden op synthetische benzine, synthetische dieselolie of
elektriciteit.
Leerzaam speelgoed
Een werkend systeem van een brandstofcel auto in de vorm van
leerzaam
speelgoed is te koop voor € 99,- Het omvat een zonnecel, een reactor
voor de produktie van waterstof door middel van elektrolyse van water en
een brandstofcel auto.
Het valt op, dat vooral Toyota op alle fronten zeer actief is met de ontwikkeling
van "groene" auto’s. Het zijn allemaal volwaardige 5-persoons auto’s zonder
compromissen op het gebied van veiligheid en luxe. Ze worden (al jaren) op
grote schaal in de praktijk beproefd en toegepast.
de elektrische auto
de hybride auto (de Prius)
de brandstofcel auto
Andere autofabrikanten beperken zich tot wat vrijblijvende experimenten,
opgeklopte verhalen in hun folders, hebben plannen, of ze doen (nog) niets op
het gebied van "milieuvriendelijke" auto’s. Toyota heeft aangekondigd, dat ze
in 2012 een assortiment van 4 hybride auto's, 1 plug-in hybride auto en
1 volledig elektrische auto op de markt zullen zetten
Bericht in NRC-Handelsblad van 11 augustus 2006:
"General Motors, DaimlerChrysler en BMW gaan samen 1 miljard dollar
investeren in de ontwikkeling van een hybride motor. De drie fabrikanten werken
samen om tegenwicht te bieden aan Toyota, dat op het gebied van hybride
motoren een beslissende voorsprong dreigt (?) te nemen. General Motors wil
de nieuwe motor in 2007 gaan gebruiken, DaimlerChrysler heeft vergelijkbare
plannen. BMW wil pas enkele jaren later een hybride auto op de markt brengen".
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 batterij 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 batterij in.
www.technischweekblad.nl/hybride-auto-is-een-ecologische-ramp.74323.lynkx
BMW heeft inmiddels laten weten, voorlopig af te zien van de ontwikkeling
van de brandstofcel auto. Wel zal men een verbrandingsmotor, die op waterstof
draait, ontwikkelen. Het rendement hierbij zou ongeveer 50% zijn.
OPEL omschrijft de Prius als "technologisch prehistorisch". (de druiven zijn
wel héél erg zuur). De marktintroductie (in 2011) van de Ampera is uitgesteld
wegens problemen met de lithium-ion batterij. (zelfontbranding). http://www.autointernationaal.nl/artikel.php?id=20106>/A>
De "Waterstof Economie"
Het energiescenario van de toekomst, als de fossiele brandstoffen op zijn, zal
(heel) misschien (gedeeltelijk) gebaseerd zijn op de zogenaamde Waterstof
Economie. Hierbij wordt voorondersteld, dat er tegen die tijd (omstreeks 2050)
een oeverloze hoeveelheid "groene" energie beschikbaar zal zijn en ook zeer veel
energie afkomstig van (schone) kernfusie.
Zonne-energie (uit de Sahara) en windenergie (afkomstig van windmolenparken
in zee) is niet continu beschikbaar. (de zon schijnt ‘s nachts niet en het waait ook
niet altijd). Voor de elektriciteit die door deze "groene" energie wordt opgewekt
is er dus een opslagprobleem. Het is mogelijk, elektriciteit te gebruiken voor de
produktie van waterstofgas, door elektrolyse (ontleding) van water.
In tegenstelling tot elektriciteit, kan waterstofgas (onder zeer hoge druk) wèl op-
geslagen worden, zowel in ongelimiteerde hoeveelheden als gedurende langere
tijd. Vervoer zou kunnen plaatsvinden via een net van pijpleidingen naar tank-
stations, hoewel dit enorme praktische problemen oplevert. Het lijkt meer voor
de hand te liggen, om waterstof ter plaatse, bij tankstations te produceren. Het
waterstofgas kan via brandstofcellen weer elektriciteit leveren, waarbij het enige
"verbrandings" produkt water is. Waterstofgas is in dit scenario een energiedrager. Waterstofgas is dus niet een onuitputtelijke bron van energie, zoals
sommigen denken. Integendeel. Het produceren van waterstofgas door
elektrolyse van water kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert.
Bij TV programma’s over dit onderwerp, wordt meestal als "bewijs" van de
onuitputtelijkheid van waterstofgas, de zee op de achtergrond getoond. Dat is
natuurlijk onzin, want water bevat geen energie. Het moet eerst worden ontleed
in waterstofgas en zuurstof. De waterstof economie levert het volgende beeld op: "groene" energie > elektrolyse van water > waterstofgas >
brandstofcel > elektriciteit
Het opslaan van elektrische energie in een accu, gaat gepaard met een rende-
ment van 75% - 90% (laadcyclus) Het opslaan van elektrische energie in waterstofgas is veel minder efficiënt. Het rendement van elektrolyse van water
is 66% en van de brandstofcel 45%. Dit levert een totaal rendement op van
30%. Waterstofgas als opslagmedium van energie lijkt alleen zinvol voor
voertuigen, als de aardolie op is en als er dan nog steeds geen doorbraak in
de accutechnologie heeft plaats gevonden.
Het is ook denkbaar dat de nucleaire batterij ooit een oplossing biedt.
Aardgas en aardolieprodukten, zoals dieselolie en benzine, zijn chemische ver-
bindingen van koolstof en waterstof. Deze zogenaamde koolwaterstoffen zijn,
in tegenstelling tot pure waterstof, zeer goed handelbaar. Energie komt vrij door
verbranding van zowel de koolstof als ook van de waterstof. Daarbij wordt
respectievelijk kooldioxide (CO2) en water (H2O) gevormd.
De produktie van waterstof kan met behulp van kernenergie plaats vinden. (via
een thermochemisch proces of via elektrolyse van water). De ideale oplossing is
echter, om waterstof met behulp van "groene" energie te produceren. Daar zal
waarschijnlijk heel weinig van terecht komen, want het potentieel aan econo-
misch winbare "groene" energie is (zeer) gering en de conversie naar waterstof
is bijzonder inefficiënt. Waterstof produceren uit fossiele brandstof is uiteraard
mogelijk, maar dat was nou net niet de bedoeling, omdat de fossiele brand-
stoffen opraken. Zie ook:
Waterstof gaat ons redden."
Er bestaan nogal wat misverstanden omtrent water, waterkracht, waterstofgas
en kernfusie van waterstof-isotopen. Daarom hierbij het volgende overzichtje:
Water
Water is het verbrandingsprodukt van waterstofgas 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.
Waterstofgas
Water kan door elektrolyse worden ontleed in waterstofgas en zuurstof. De
energie in het waterstofgas komt weer vrij bij de "verbranding" in een brand-
stofcel. De energie voor de ontleding van water moet in eerste instantie worden
geleverd door fossiele brandstoffen, kernenergie, kernfusie, windenergie, water-
kracht, geothermische energie of zonne-energie. (dus door energiebronnen).
Waterstof is dus geen energiebron, maar een energiedrager. Het produ-
ceren van waterstofgas kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert
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 kinder-
schoenen en het zal nog minstens 50 jaar duren voordat er (misschien) prak-
tische toepassingen zijn. Kernfusie is een energiebron.
Enkele citaten uit ingezonden brieven in NRC-Handelsblad
De belofte die waterstof in de toekomst zal gaan betekenen voor de energie-
voorziening voor de mens op deze wereld, berust op pure fantasie. Niet in
technisch opzicht. Het wérkt: de waterstofmotor, de brandstofcel en ook de
windmolens of de zonnecellen die misschien de stroom moeten leveren om het
waterstofgas via elektrolyse uit water te maken. Dit soort verhalen, zonder
enige kwantificering omtrent het potentieel van de genoemde techniek,
passen in de populaire blaadjes van de autolobby, niet in de NRC.
Het gebruik van waterstof als brandstof in auto’s heeft als grootste bezwaar
dat het zeer onveilig is. Zowel bij de distributie via pijpleidingen als bij het
rijden met een van een waterstoftank voorziene auto is het met de veiligheid
slecht gesteld. Bij toepassing van elektrolyse met behulp van elektriciteit,
opgewekt in een met aardgas gestookte centrale, is de keten: aardgas > elektriciteit > waterstof > elektriciteit > voortbewegings-
energie
Men zou zowaar op het idee komen om auto’s op aardgas te laten rijden en
waterstof maar te vergeten.
Kernfusie
Er bestaan 2 soorten kernreacties, die geschikt zijn voor het opwekken van
energie.
splijting van uraniumkernen. Dit wordt kernenergie genoemd.
samensmelting van waterstofkernen. Dit wordt
kernfusie genoemd.
Bij beide processen treedt massaverlies op. Bij kernsplijting is dit ongeveer
0,10% en bij kernfusie 0,35%. De "verdwenen" massa wordt volgens de
formule van Einstein omgezet in energie.
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 be-
wegen 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 fusie-reactie die op aarde het gemakkelijkst tot stand kan worden gebracht,
is de fusie van de waterstof-isotopen deuterium en tritium. Hierbij ontstaan
helium-atomen, neutronen en zeer veel energie. Fusie van een deuterium-tritium
mengsel met een massa van 250 kilogram levert evenveel energie op, als de
verbranding van 2,7 miljoen ton steenkool. Dat is voldoende om een elektrici-
teitscentrale van 1000 megawatt een jaar lang (op vol vermogen) draaiende te
houden.
Het grootste probleem bij kernfusie is de extreem hoge temperatuur, die nodig
is om het fusieproces in het plasma tot stand te brengen. Geen enkel materiaal
is tegen die temperatuur bestand. In een zogenaamde "Tokamak" wordt het
hete plasma opgesloten in een sterk magnetisch veld en het komt daardoor niet
in contact met de wand. Een Tokamak is een ringvormige reactor waarin het
plasma wordt verhit tot de temperatuur waarbij kernfusie optreedt.
Een Tokamak moet een minimale grootte hebben, om meer energie te leveren
dan nodig is voor het op gang houden van het fusieproces. ITER (International Tokamak Experimental Reactor) zal de eerste (experi-
mentele) kernfusiecentrale zijn, waarbij dat gaat lukken. De buitenafmetingen
zijn: 24 meter hoog en 34 meter in doorsnede. ITER is een project, waarvoor
Reagan en Gorbatsjov ooit het initiatief hebben genomen, toen de koude oorlog
ten einde liep. ITER moet aantonen dat het mogelijk is om langdurig energie op
te wekken met kernfusie.
Men verwacht hiermee gedurende 10 minuten 500 megawatt te kunnen opwek-
ken. Dat is tien keer meer dan wordt gebruikt voor het instandhouden van het
hete fusieplasma. ITER wordt het grootste internationale wetenschappelijke
onderzoeksproject sinds de bouw van het International Space
Station (ISS).
Na ITER zal DEMO gebouwd worden. Dat is een grotere centrale die de
technische haalbaarheid, betrouwbaarheid en economische aantrekkelijkheid
van fusie-energie moet demonstreren. Tenslotte zal omstreeks 2050 het eerste
prototype van een commerciële fusiecentrale, PROTO gereed zijn. Kernfusie
is inherent veilig. Er treedt geen kettingreactie op. Zodra er iets mis gaat, stopt
de reactie. Bij kernfusie komt weinig radioactief afval vrij. Dit afval heeft een
korte halveringstijd.
bron: "Kernfusie, een zon op aarde"
Auteur: Dr. Ir. M.T. Westra FOM-instituut voor plasmafysica "Rijnhuizen".
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".
Kernenergie
Met de formule van Einstein kan de relatie tussen massa en energie worden
berekend.
E = mc2 E = energie m = massa c = de lichtsnelheid
De brandstof voor de kerncentrale in Borssele bestaat voor 4,5% uit splijtbaar
Uranium 235. Bij het splijtingsproces wordt ongeveer 1 promille van de massa
omgezet in energie. De energie die per kilogram kernbrandstof als warmte
vrijkomt is daarom "slechts" 1,2 miljoen kilowattuur.
In 2008 was het elektriciteitsverbruik in Nederland
109 miljard
kilowattuur
Hiervoor zou nodig zijn: (afgerond)
of of
250 ton 31.000.000 ton
verrijkt Uranium steenkool
(rendement 33%) (rendement 40%)
Het verschil in rendementen is het gevolg van het feit dat een kerncentrale met
lagere temperaturen werkt (door toepassing van warmtewisselaars), dan een
met gas, olie of kolen gestookte centrale. Carnot
Als we denken aan een trein met goederenwagons van 50 ton en elk een lengte
van 12 meter, dan levert dit het volgende beeld op:
voor het aanvoeren van verrijkt Uranium: 5 goederenwagens = 60 meter
voor het aanvoeren van steenkool: 620.000 goederenwagens = 7440 kilometer
Bij de verbranding van al die steenkool ontstaat 81 miljoen ton CO2
Dat is dus alleen in Nederland en alleen bij de produktie van elektriciteit
In 2008 was het totale primaire energieverbruik in Nederland 927 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 50 jaar zijn
alle economisch winbare fossiele brandstoffen op, behalve steenkool)
de milieuvervuiling bij verbranding van fossiele brandstoffen is zeer hoog.
duurzame energie zal nooit voldoende zijn, want er komen steeds meer
mensen, met steeds meer energiebehoefte. (in China met 1314 miljoen
inwoners, is in de periode van 1990 tot 2008 het elektriciteitsverbruik
met 537% toegenomen)
Conclusie: Omdat de wereldbevolking en dus ook het
energieverbruik exponentieel
toeneemt, zijn kolencentrales en kernenergie onontkoombaar
Sommige mensen denken:
"Ze" vinden er wel wat op.
(je zet "gewoon" de Sahara vol met zonnepanelen)
Het zal mijn tijd wel duren.
(dat is nog maar de vraag en hoe moet het dan met het nageslacht ?)
Op termijn wordt alle energie "duurzaam" opgewekt.
(dus alle energie die nodig is voor de voedselproduktie,
verwarming, industrie, vliegtuigen, treinen en 1 miljard auto's ?)
Men kan wel van alles uitrekenen, maar dat wil nog niet zeggen dat het in
de praktijk kan worden gerealiseerd, of dat het economisch haalbaar is
Voorbeeld:
De hoeveelheid zonne-energie die jaarlijks op de gehele aarde wordt
ingestraald, is 8000 keer zoveel als het jaarlijks wereldenergieverbruik
De hoeveelheid zonne-energie die in 2009 werd "geoogst", was slechts 0,10 procent van de wereldproduktie van (alleen) elektriciteit
De schone kernfusie laat wel erg lang op zich wachten. "Ze" zijn daar al meer
dan een halve eeuw mee bezig. De meest optimistische schatting is, dat in 2050 de eerste commercieel werkende kernfusie centrale operationeel zal zijn. Men zal tegen die tijd wel met praktische resultaten moeten komen, want ook
de voorraad splijtbaar Uranium voor het bestaande type kerncentrales is beperkt
en slechts voldoende voor de komende 75 jaar (bij het huidige verbruik)
Kweekreactoren, waarbij 60 tot 100 keer efficiënter met de splijtstof wordt
omgegaan, mogen er van de milieuactivisten niet komen.
(Kalkar)
Op internet vond ik het volgende bericht van ECN = Energieonderzoek Centrum Nederland: "Nieuwe kernbrandstof vermindert radioactief afval"
"Thorium is een interessante brandstof, omdat de Thoriumvoorraad op aarde
voldoende is voor enkele duizenden jaren. De radiotoxiteit van Thorium is
een factor 10 tot 100 keer lager in alle stadia van de cyclus dan Uranium".
Tegenstanders van kernenergie zeggen "dat het niet kan". Het tegendeel wordt
in de ons omringende landen bewezen:
Frankrijk België
77% 54%
Duitsland Zwitserland
23% 41%
Engeland Zweden
14% 43%
In Nederland beperkt men zich schijnheilig tot 4% en importeert vervolgens
het ontbrekende uit Frankrijk, België en Duitsland. Wereldwijd wordt
13,4% van alle elektrische energie opgewekt door
kernenergie. Door milieuactivisten wordt het belang van kernenergie steevast
gebagatelliseerd, terwijl waterkracht dan wordt opgevoerd als een zeer belang-
rijke energiebron. De realiteit is, dat het aandeel kernenergie wereldwijd
bijna net zo groot is als het aandeel waterkracht.
Persbericht op 23 juni 2009:
"Energiebedrijf Delta wil in Borssele een tweede kerncentrale bouwen. In een
nog vertrouwelijke notitie schrijft het bedrijf dat een kerncentrale een belangrijke
bijdrage levert aan de milieudoelstellingen. Ook de consument zou ervan
profiteren, doordat de elektriciteitsprijs omlaag kan".
Persbericht op 13 oktober 2009:
"België houdt zijn kerncentrales 10 jaar langer open dan aanvankelijk de be-
doeling 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 op 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 afhan-
kelijker wordt van onder meer gas uit Rusland. De kerncentrale leverde bijna
driekwart van de Litouwse energiebehoefte.
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 bio-
massa. Wanneer hij dat gerealiseerd wil hebben, zei Kan er niet bij.
Teletekst 8 juni 2012
Japan gaat weer gebruikmaken van kernenergie. Premier Noda zei op een pers-
conferentie dat twee reactoren in het westen van het land weer worden opgestart
"om de samenleving te laten overleven" en de werkgelegenheid te beschermen.
Na de tsunamie in maart 2011 werden alle 50 Japanse reactoren stilgelegd.
Experts waarschuwen nu voor energietekorten. Voor de tsunamie werd een
derde van de Japanse energievoorziening geleverd door kernenergie.
Nederland importeert steeds meer kernenergie uit het buitenland. Dat is goed-
koper dan het opwekken van energie met conventionele centrales. Bovendien
kan men zo gemakkelijker voldoen aan de eisen van Kyoto. De hoeveelheid geïmporteerde kernenergie is 2 keer zoveel als in de kerncentrale in Borssele
wordt opgewekt.
Wat kernenergie betreft: iedere oplossing heeft voor- en nadelen.
("wet van behoud van ellende") De vraag is maar wat je liever hebt:
onomkeerbare klimaatverandering
stijging van de zeespiegel en overstromingen
steeds verdere toename van de luchtvervuiling (CO2)
uitputting van alle fossiele brandstoffen
milieurampen met olietankers, met booreilanden en bij
het boren naar olie in zee, zoals de olieramp in
Alaska,
in de Golf van Mexico en
in de Nigerdelta
oorlogen om de aanvoer van olie of aardgas veilig te
stellen
Men staat voor dit dilemma, omdat er voor het jaar 2050 nog zo nodig 2 miljard
mensen bij moeten komen. Dat zijn gemiddeld 1 miljoen per week er bij, terwijl er al 7 miljard aardbewoners zijn. Het veel gehoorde argument, dat het
afval van kerncentrales 240.000 jaar radioactief blijft, is niet zo interessant.
Ik durf de stelling wel aan, dat de mensheid ruim binnen deze termijn van onze
planeet is verdwenen. Misschien wel door kernwapens. Het is merkwaardig,
dat men zich wel druk maakt over kernenergie en niet over kernwapens.
Bericht in NRC-Handelsblad van 17 september 2010
De Amerikaanse president Obama is een belangrijke stap dichter bij de ratificatie
van een door hem gesloten verdrag met Rusland over de vermindering van strate-
gische kernwapens. Of de senaat dat verdrag zal ratificeren is allerminst zeker.
Onder het verdrag moeten de VS en Rusland hun voorraad strategische kern-
koppen binnen zeven jaar inkrimpen tot elk 1550 stuks, zo'n 30 procent minder
dan nu is toegestaan
Teletekst 23 december 2010
In de Amerikaanse Senaat heeft een meerderheid het nieuwe START-verdrag
goedgekeurd. Het verdrag moet leiden tot minder strategische kernwapens in de
VS en Rusland. De Russische Doema moet nog akkoord gaan. De goedkeuring
in de senaat is een overwinning voor Obama. Hij kreeg vorig jaar de Nobelprijs
voor de vrede, onder meer voor zijn streven naar een wereld zonder kernwa-
pens.
Teletekst 16 februari 2012
De Amerikaanse regering overweegt een drastische reductie van het aantal kern-
wapens, mogelijk met 80%. Dat is veel meer dan afgesproken in het nieuwe
START-verdrag met Rusland. In het meest vergaande voorstel van het Pentagon
zouden de Verenigde Staten nog 300 kernwapens overhouden.
Teletekst 25 januari 2013
De Nederlandse Aardolie Maatschappij vindt de risico's van gaswinning nog
altijd "aanvaardbaar en beheersbaar". De NAM reageert op een onderzoek
waaruit blijkt dat de gaswinning in Groningen tot zwaardere aardbevingen kan
leiden van 4 of 5 op de schaal van Richter. De NAM neemt een pakket van
maatregelen om de extra schade te beperken. Zo wordt er 100 miljoen euro
beschikbaar gesteld om woningen te verstevigen.
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 beper-
king 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.
Problemen bij kernenergie zijn:
de veiligheid van kernreactoren
het veilig opbergen van radioactief afval
gevaar voor proliferatie
(verspreiding van kernwapens)
Misschien kan men wereldwijd geleidelijk overstappen
op Thorium
als
kernbrandstof. Daarbij zijn bovenvermelde problemen niet of in veel
mindere mate aanwezig.
Een vertragende factor voor de invoering van kernenergie zou een sterke
bezuiniging op het energieverbruik kunnen zijn. Helaas zal dat niet werken. Iedereen denkt:
Stom hè, ik vind het gewoon:
lekker:
leuk:
gemakkelijk:
lekker warm:
lekker koel:
vlees, kasgroente, diepvriesprodukten, uit de tropen
aangevoerd fruit
vlieg- en autovakanties, veel kinderen, de TV (die de hele dag aanstaat)
de auto, koelkast, (af)wasmachine, wasdroger, magnetron
centrale verwarming
airconditioning
Enkele feiten, berekeningen en wetenswaardigheden
Het energieverbruik in Nederland in het jaar 2008
In 2008 was het gemiddelde elektriciteitsverbruik van een
huishouden 3560 kilowattuur
Er zijn in Nederland 7 miljoen huishoudens. Het totale
elektriciteitsverbruik was dus 25 miljard kilowattuur
Het elektriciteitsverbruik, met inbegrip van de industrie,
diensten en landbouw, was 109 miljard kilowattuur
Bij een rendement van 40% was voor de opwekking
hiervan 273 miljard kilowattuurprimaire energie
nodig
Het totale primaire energieverbruik, nodig voor verwarming,
de industrie, auto's en de opwekking van elektriciteit, was 927 miljard kilowattuur.
Dat is 3,4 keer zoveel primaire energie als nodig is voor
de opwekking van elektriciteit
Het rendement van de produktie en het transport van
elektriciteit tot aan het stopcontact
de elektrische centrale 40%
het elektriciteitstransport via hoogspanningsleidingen 95%
de omzetting van de hoogspanning naar laagspanning 95%
het elektriciteitstransport via het laagspanningsnet naar het
stopcontact van de verbruiker 92%
Het totale rendement is 40% × 95% × 95% × 92% = 33% Het rendement van de produktie en het transport van
benzine tot aan de benzinepomp
oppompen uit de oliebron 97%
vervoer naar de raffinaderij 99%
het raffinageproces 85%
het vervoer naar de benzinepomp 99%
Het totale rendement is 97% × 99% × 85% × 99% = 80%
Het massa-energie equivalent
1 kilogrammassa is de hoeveelheid massa die
op aarde 1 kilogram weegt.
(voor de massa wordt het symbool m gebruikt)
1 newton is de kracht die aan
1 kilogrammassa
een versnelling van 1 meter / seconde2 geeft.
1 kilogrammassa is equivalent aan
25 miljard kilowattuur
De Zon
Bijna alle energie op aarde is afkomstig van de zon
Bijna alle energiebronnen op aarde (aardolie, aardgas, steenkool, biomassa,
wind- en waterkracht) vinden hun oorsprong in zonne-energie. Uitzonderingen
zijn: geothermische energie, kernenergie en energie afkomstig van de maan.
(getijdencentrales). De meest directe energiebron is de licht- en warmtestraling
van de zon. Deze energiebron is schoon en onuitputtelijk en daar zullen we het
in de verre toekomst voor een groot deel van moeten hebben. De energie die
de zon uitstraalt wordt opgewekt door kernfusie.
Elke seconde wordt in de
zon 4,27 miljard kilogrammassa omgezet in
energie. Kernfusie zal op aarde misschien ook een grote rol gaan spelen bij
de energie-opwekking.
Berekening van de hoeveelheid energie die de zon in 1 seconde uitstraalt
de afstand van de aarde tot de zon is 150 miljoen kilometer
het stralingsvermogen van de zon op aarde bedraagt: 1,36 kilowatt per vierkante meter
(dat is de zonneconstante, gemeten buiten de dampkring)
het totale stralingsvermogen van de zon is dus:
de zonneconstante vermenigvuldigd met de oppervlakte
van een bol met een straal van 150 miljoen kilometer
de straal van de bol r = 150 × 109 meter
de oppervlakte van de bol = 4 π r2
= 4 π × 150 2 × 1018
vierkante meter
de totale hoeveelheid energie die de zon in 1 seconde
uitstraalt = 1,36 × 4 π × 1502 ×
1018 × 1 kilowattseconde
de energie die de zon in 1 seconde uitstraalt is dus equivalent
aan: (1,36 × 4 π × 1502
× 1018 × 1) / (25 × 109
× 3600)
= 4,27 miljard kilogrammassa
In 2008 was het elektriciteitsverbruik in Nederland
109 miljard kilowattuur.
Dat is equivalent aan 4,36 kilogrammassa. De hoeveelheid energie die
de zon in 1 seconde uitstraalt is dus 1 miljard keer zoveel als het totale
elektriciteitsverbruik van Nederland in 1 jaar. De totale hoeveelheid zonne-energie die op de aarde wordt ingestraald
de totale hoeveelheid ingestraalde zonne-energie is gelijk
aan wat loodrecht valt op een cirkelvormig vlak met de
straal van de aarde (de straal r = 6400 kilometer).
de oppervlakte van dat cirkelvormig vlak is:
π r2 =
3,14 × 40 × 1012 vierkante meter.
de zon schijnt per jaar 8760 uur op dit denkbeeldige vlak,
met een intensiteit van 1 kilowatt per vierkante meter.
de totale hoeveelheid jaarlijks ingestraalde energie is dus:
3,14 × 40 × 1012 × 8760 × 1 = 11.000 × 1014 kilowattuur
De hoeveelheid jaarlijks ingestraalde energie is dus 8000 keer zoveel als het
jaarlijkse wereldenergieverbruik en equivalent aan een hoeveelheid benzine,
die een kubus met een ribbe van 50 kilometer vult. Men kan het ook anders
zeggen: De hoeveelheid zonne-energie, die in 1 uur op de aarde wordt inge-
straald, is ongeveer gelijk aan het jaarlijkse wereldenergieverbruik.
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
voor de resterende 29% is de verdeling, zoals
aangegeven in onderstaand taartdiagram
Verdeling van het vaste aardoppervlak
Enkele eigenschappen van licht
Licht plant zich (rechtlijnig) voort door middel van elektro-
magnetische golven. (en dus niet door “ethergolven”)
Licht bereikt een waarnemer altijd met de lichtsnelheid. (in vacuüm).
Het maakt daarbij niet uit, of een lichtbron (bijvoorbeeld een ster)
beweegt ten opzichte van de waarnemer, of dat de waarnemer
beweegt ten opzichte van een lichtbron. De onderlinge snelheid
tussen de lichtbron en de waarnemer is niet van invloed.
De lichtsnelheid (in vacuüm) ten opzichte van een waarnemer is altijd in alle richtingen 300.000 kilometer per seconde en
wordt daarom aangeduid met de letter c (= constant)
Bestaat de ether?
De aarde draait met een snelheid van 30 kilometer per seconde in een baan
om de zon. Vroeger dacht men dat het heelal geheel gevuld was met “ether”
en dat het licht zich door die ether voortplantte. De consequentie daarvan zou
dan moeten zijn, dat de lichtsnelheid die op aarde wordt gemeten, afhankelijk
is van de beweging van de aarde ten opzichte van de ether. (in analogie met
het gedrag van geluidsgolven in lucht). Om deze veronderstelling te toetsen,
maakten Michelson en Morley in 1887 een interferometer. Hiermee kon
het verschil in lichtsnelheid, in de richting van de baan om de zon en loodrecht
daarop, zeer nauwkeurig worden gemeten. De uitkomst van de metingen was
zeer verrassend: de lichtsnelheid is in alle richtingen altijd hetzelfde
De conclusie moet daarom zijn, dat er geen ether bestaat.
Alle elektromagnetische golven, dus ook radiogolven, planten zich voort met
de snelheid van het licht. Het feit dat de lichtsnelheid constant is, heeft veel
toepassingen mogelijk gemaakt, zoals:
ter hoogte van het aardoppervlak, bij een geheel onbewolkte
hemel en bij loodrechte instraling is het vermogen van het
zonlicht 1 kilowatt per vierkante meter
in 1 uur wordt dan een hoeveelheid energie ingestraald van
1 kilowattuur per vierkante meter
de lichtsnelheid is 300.000 kilometer per seconde
in 1 uur legt het licht een afstand af van:
3600 × 300.000 kilometer = 1012 meter
de energiedichtheid van zonlicht is dus: 1 kilowattuur per
1012 kubieke meter (1012 kubieke meter is een kubus met
een ribbe van 10 kilometer)
Zonne-energie in de Sahara
Bij de evenaar is de daglengte het gehele jaar 12 uur. De geïntegreerde
hoeveelheid zonne-energie, die daar op een horizontaal geplaatst zonne-
paneel, bij een volkomen wolkenloze hemel valt, is gemakkelijk te bere-
kenen. Die hoeveelheid blijkt 8 keer zoveel te zijn, als wanneer de zon
1 uur loodrecht boven het paneel staat. (2 uur na zonsopgang en 2 uur
voor zonsondergang, staat de zon 30 graden boven de horizon, de hoe-
veelheid ingestraalde energie is dan nog maar de helft van het maximum).
De produktiefactor gedurende een etmaal en dus ook gedurende een
jaar, komt daarmee op 33,3% In Nederland is dit 11,4%
In de Sahara is de produktiefactor dus maar 3 keer zo groot als in
Nederland. Bij de toepassing van "concentrated solar power" is de pro-
duktiefactor groter, want daarbij wordt gebruik gemaakt van zonvol-
gende systemen. Men komt dan op een produktiefactor van ongeveer
45%. Een probleem vormt de vervuiling van de zonnecollectors, omdat
zandstormen vaak voorkomen. Fantasieën over "zonne-akkers" met
gigantische hoeveelheden zonne-energie in de Sahara, moeten dus wel
enigszins worden gerelativeerd.
Zonne-energie in Nederland (per vierkante meter per jaar)
in 1999 was de hoeveelheid ingestraalde energie dus:
1006 kilowattuur per vierkante meter
In dit verhaal wordt gerekend met een energie-instraling van 1000 kilowattuur per vierkante meter per jaar.
Dat is gemiddeld 2,7 kilowattuur per vierkante meter per dag.
De "Leopoldhove"
De "Leopoldhove" in Zoetermeer, is een zorginstelling met bijbehorende
woningen. Op de daken van het complex ligt een groot aantal zonnepanelen.
In de hal van het hoofdgebouw, kan men de energie-opbrengst van deze
panelen op een display aflezen.
Enkele gegevens van de "Leopoldhove"
606 panelen met een totale oppervlakte van 770 vierkante meter
de jaaropbrengst is 64.000 kilowattuur (18 huishoudens)
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
1040
1,6
februari
1582
2,5
maart
5244
8,2
april
8454
13,3
mei
11216
17,6
juni
10301
16,2
juli
9544
14,9
augustus
6801
10,7
september
4933
7,7
oktober
3357
5,3
november
959
1,5
december
348
0,5
totaal
63779
100,0
in mei was de energie-opbrengst 32 keer zoveel als in december
in de maanden mei, juni en juli was de opbrengst 13 keer zoveel
als in november, december en januari.
Vergelijking van de dagopbrengst van de "Leopoldhove" bij
een bewolkte en een onbewolkte hemel (2010)
bewolkt
onbewolkt
11 juni 63 kilowattuur
3 juni 520 kilowattuur
27 november 3 kilowattuur
16 november 101 kilowattuur
Van 16 tot 29 december was de totale opbrengst 0 kilowattuur, door
sneeuw op de zonnepanelen
Dagopbrengst van de "Leopoldhove" (kilowattuur in 2010)
Weekopbrengst van de "Leopoldhove" (kilowattuur in 2010)
Daglicht in Nederland (uren per dag, van zonsopgang tot zonsondergang)
Daglicht in Nederland (lente, zomer, herfst en winter)
20 maart
H = 37,8 graden
D = 12 uur 11 min.
21 juni
H = 61,4 graden
D = 16 uur 45 min.
22 september
H = 38,2 graden
D = 12 uur 11 min.
21 december
H = 14,5 graden
D = 07 uur 44 min.
H = de hoogste stand van de zon, midden op de dag
D = de daglengte, gemeten van zonsopgang tot zonsondergang
de CO2-uitstoot per kilowattuur, is bij de verbranding van benzine
of dieselolie bijna net zoveel als bij de verbranding van steenkool
Kolencentrales "mogen niet", maar de auto "moet".
CO2 uitstoot, veroorzaakt door het personenauto verkeer in Nederland
In 2005 bedroeg het aantal auto's in Nederland 7 miljoen stuks. Per auto werd
gemiddeld 17400 kilometer per jaar gereden, bij een verbruik van 8,3 liter ben-
zine per 100 kilometer. De totale hoeveelheid verbruikte benzine hiervoor was
dus ruim 10 miljard liter.
Bij de verbranding hiervan werd 24 miljard kilogram CO2 geproduceerd.
CO2 uitstoot, veroorzaakt door het huishoudelijk elektriciteitsverbruik
in Nederland
Het jaarlijks elektriciteitsverbruik van alle huishoudens in Nederland
is 62 miljard kilowattuur primaire energie.
Bij uitsluitend kolengestookte centrales ontstaat 20 miljard kilogram CO2.
Bij uitsluitend gasgestookte centrales ontstaat 12 miljard kilogram CO2
De elektriciteit in Nederland wordt zowel door kolengestookte als gasgestook-
te centrales opgewekt. Het personenauto verkeer veroorzaakt dus meer CO2
uitstoot, dan het elektriciteitsverbruik van alle huishoudens. Dus ook als men
uitsluitend kolengestookte centrales zou toepassen. Het is merkwaardig dat milieuactivisten protesteren tegen kolenge-
stookte elektriciteitscentrales, terwijl ze zelf net als iedereen rustig
in een auto rondrijden. (milieu-dominees)
De CO2-uitstoot "well-to-plug" van elektriciteit, opgewekt door een
gasgestookte centrale
bij verbranding van 1 kubieke
meter aardgas ontstaat 2,2
kilogram CO2
(inclusief de CO2-uitstoot bij de produktie en distributie van het aardgas)
de energie-inhoud van 1 kubieke meter aardgas = 8,8 kilowattuur
het rendement van de opwekking van elektriciteit is 33%
de energie uit het stopcontact is dus 0,33 × 8,8 = 2,9 kilowattuur per
kubieke meter aardgas
1 kilowattuur uit het stopcontact veroorzaakt "well-to-plug" dus:
2,2 / 2,9 = 0,760 kilogram CO2 = 760 gram CO2
(4 kilowattuur veroorzaakt bijna 3,1 kilogram CO2, zie tabel hieronder)
Bij een gasgestookte centrale en bij dezelfde CO2-uitstoot levert een
elektromotor 1,6 keer zoveel nuttige arbeid als een benzinemotor.
Bij een kolengestookte centrale is er vrijwel geen verschil.
Het broeikaseffect
Veel mensen denken dat het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de energie
die vrij komt bij de verbranding van de fossiele brandstoffen. Dat is niet het
geval, want die hoeveelheid energie is verwaarloosbaar klein ten opzichte van
de hoeveelheid energie die door de zon op aarde wordt ingestraald. De zon
straalt per tijdseenheid 8000 keer meer energie in, dan door menselijke activi-
teiten wordt opgewekt. Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de kool-
dioxide (CO2), die bij de verbranding van fossiele brandstoffen vrij komt en
vooral ook door de waterdamp in de atmosfeer. Deze broeikasgassen laten de
zonne-energie op weg naar de aarde vrijwel ongehinderd door, terwijl de uit-
straling van warmte afkomstig van de aarde grotendeels wordt tegengehouden
De aarde koelt minder af, naarmate er meer broeikasgassen in de atmosfeer
aanwezig zijn. Het is echter de vraag, of het effect van kooldioxide (CO2) in dit
proces wel zo groot is als tot nu toe wordt aangenomen. Dat is nog lang geen uitgemaakte zaak. Misschien hoort het "broeikaseffect" in dezelfde categorie
thuis als "de zure regen" en "het gat in de ozonlaag". De toekomst zal het leren.
Wel is duidelijk dat, hoe dan ook, het klimaat de laatste jaren sterk aan het
veranderen is. Denk hierbij aan het wegsmelten van het ijs op de noordpool en
het verdwijnen van de “eeuwige” sneeuw in de Alpen. Ook de winters zijn de
laatste jaren (in Europa) opvallend warm. http://nl.wikipedia.org/wiki/Broeikaseffect
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.
De effectieve hoogte van de atmosfeer
de soortelijke massa van lucht is 1,29 kilogram per
kubieke meter, bij een druk van 1 atmosfeer
1 atmosfeer is een druk van 1 kilogram per vierkante
centimeter = 10.000 kilogram per vierkante meter.
de effectieve hoogte van de atmosfeer is dus
10.000 / 1,29 = 8000 meter
de luchtdruk neemt af met de hoogte.
(steeds minder snel naarmate de hoogte toeneemt).
op een hoogte van 5500 meter is de druk 0,5 atmosfeer.
op 10,5 kilometer hoogte, waar het meeste vliegverkeer
plaatsvindt, is de druk nog 0,25 atmosfeer.
Op zee-niveau geeft 1 meter hoogteverschil een drukverandering
van 1 / 8000 atmosfeer = 1 / 8 gram per vierkante centimeter.
Dat kan men goed meten met een digitale hoogtemeter.
Lichtbronnen
Vergelijking diverse lichtbronnen
watt
lumen
lumen per watt
lichtrendement
gloeilamp
75
930
12
5%
LED-lamp
7
400
57
25%
spaarlamp
23
1550
67
29%
TL-buis
51
4800
94
41%
de lichtstroom van een lichtbron wordt gemeten in lumen
het aantal lumen per watt is een maat voor de specifieke licht-
opbrengst en hiermee kan het lichtrendement worden berekend.
bij 228 lumen per watt is het lichtrendement 100%
(dat geldt, als men rekening houdt met de ooggevoeligheidskromme)
het lichtrendement van een lichtbron is dus:
(het werkelijke aantal lumen per watt / 228 lumen per watt) × 100%
Enkele overwegingen bij LED-lampen
Een LED-lamp geeft meestal gebundeld licht. Het rendement lijkt
daardoor hoger dan het is. Dat kan dan ook niet rechtstreeks
vergeleken worden met een "bolstraler" zoals een spaarlamp.
Het rendement wordt nadelig beïnvloed door de omzetting van
de netspanning naar de lage brandspanning van de LED's.
(meestal 2 tot 5 volt) en de slechte arbeidsfactor.
Het zal nog wel even duren, voordat de LED-lamp de TL-buis
voorbijstreeft, voor wat betreft het lichtrendement. Het is zelfs
de vraag, of dat ooit zal lukken. (voor wit licht).
De voordelen van de LED-lamp zijn de afmetingen, de schok-
bestendigheid en de levensduur. Bovendien is na inschakelen
van de LED-lamp het licht onmiddellijk op volle sterkte.
(veel sneller dan bij een gloeilamp).
Voor ruimteverlichting lijken LED-lampen vooralsnog totaal
ongeschikt. Wel zijn ze geschikt voor straatverlichting, decor-
verlichting, speciale lichteffecten, backlight van LCD-schermen
en bij toepassingen waarbij gekleurd licht gewenst is.
In vergelijking met kleine gloeilampjes, zoals bijvoorbeeld in zaklantaarns
en in het achterlicht van een fiets, is het rendement
van LED's zeer hoog.
LED-lampen
De nieuwste LED-lamp van Philips is de “Master LED” type A55 van 7 watt.
Op de verpakking wordt vermeld dat, als de lamp in een armatuur zit, de hoe-
veelheid naar beneden uitgestraald licht even veel is als bij een 40 watt gloei-
lamp. Naar de zijkanten wordt veel minder licht uitgestraald en naar boven bij-
na niets. Dit in tegenstelling tot een gewone spaarlamp.
Deze LED-lamp bestaat voor de helft uit een koellichaam. Dat blijkt zo warm
te worden, dat men het niet langdurig kan vastpakken. Het lijkt daarom zeer
onwaarschijnlijk, dat de lamp slechts 7 watt uit het lichtnet opneemt. Deze lamp
bespaart per uur 40 - 7 = 33 wattuur. Bij een gebruik van 3 uur per dag geeft
dat een besparing van ongeveer € 7 per jaar.
Bij de toepassing van LED’s als backlight voor LCD-schermen, wordt gebruik
gemaakt van de eigenschap, dat LED’s traagheidsloos kunnen worden gescha-
keld. Het backlight kan daardoor worden meegemoduleerd met de beeldin-
houd. 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 back-
light 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.
Spaarlampen
De levensduur van spaarlampen valt nogal tegen, vooral als ze vaak in- en
uitgeschakeld worden. Vaak wordt dan 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.
Tussen 2009 en 2012 wordt de gloeilamp gefaseerd uit de handel genomen.
Hierdoor wordt het CO2 probleem een (heel klein) beetje kleiner. Het energie-
verbruik van de verlichting is slechts 4% van het totale energieverbruik. Deze
maatregel zal dus weinig helpen, maar maakt de mensen misschien wel wat
meer milieu-bewust. De spaarlamp bevat, evenals de TL-buis, schadelijke
stoffen (o.a. kwik) en moet daarom als klein chemisch afval worden behandeld.
OLED's
Bij Philips is de ontwikkeling gestart van verlichting door "OLED's" (organic
LED's). Dit zijn geen "lampen", maar oplichtende panelen, vergelijkbaar met
een LCD-scherm. De verwachting is, dat men ooit een lichtopbrengst zal
kunnen realiseren van 140 lumen per watt. Dat komt overeen met een licht-
rendement van ongeveer 60%.
http://www.lighting.philips.com/main/lightcommunity/trends/oled/index.wpd
De nieuwste ontwikkeling op het gebied van LED-lampen is een "bolstraler"
die een vermogen van 12 watt heeft en evenveel licht uitstraalt als een gloeilamp
van 100 watt. Het rendement zou 133 lumen per watt zijn. Dat is 1,4 keer zo-
veel als een TL-buis. Nadere berichten volgen binnenkort
Nieuwe TL-buis halveert energieverbruik
Philips noemt het zelf een doorbraak in ledverlichting, de ontwikkeling van de buisledlamp die door de barrière van 200 lumen per watt breekt. Daarmee
gebruikt de buisledlamp - TLED genaamd - de helft van de energie van reguliere
ledverlichting bij dezelfde helderheid, zonder negatieve effecten voor de kwaliteit
van het licht, dat Philips als warmwit classificeert.
Eerst zien, dan geloven. Het lichtrendement zou dus bijna 90% zijn.
De 200 lumen per watt TLED zou pas in 2015 op de markt beschikbaar zijn
Dan is iedereen dit (onwaarschijnlijke) bericht natuurlijk al lang weer vergeten
de soortelijke massa van kerosine = 0,8 kilogram / kubieke decimeter
Een vliegtuig met een straalmotor
Sommige mensen denken dat een straalmotor (of een raketmotor) zich "afzet"
tegen de lucht. Dat is niet het geval en een raketmotor (die zijn eigen zuurstof
meeneemt) werkt zelfs beter in het luchtledige.
de werking van een straalmotor (en de raketmotor)
berust op het principe van actie = reactie
in de straalmotor verbrandt kerosine met zuurstof uit de lucht.
de stuwkracht ontstaat doordat de massa van de
verbrandingsprodukten + de lucht via de "bypass", met
hoge snelheid wordt uitgestoten door de straalmotor.
bij de straalmotor van een Jumbo, een turbofan, is de hoeveelheid
lucht die via de "bypass" langs de verbrandingsruimte stroomt, 5 keer zoveel als voor de verbranding van de kerosine nodig is.
de uitstroomsnelheid van de verbrandingsprodukten + de lucht
via de bypass is ongeveer 285 meter per seconde.
In onderstaand rekenvoorbeeld 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 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 / seconde2
(v = at)
de afgelegde weg S = ½ × 1,5 × 552 = 2270 meter
(S = ½ at2)
de kinetische energie E = ½ × 300.000 × 802 = 960.000.000 joule
= 960.000 kilojoule = 267 kilowattuur (E = ½ mv2)
De 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 lucht die om de verbrandingsruimte heen 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:
285 × 105 = 30.000 kilogrammeter per seconde2 = 30.000 newton
voor de versnelling van 1,5 meter / seconde2 van een Jumbo
met een massa van 300.000 kilogram is een stuwkracht nodig
van 450.000 newton (F = ma)
dat kost dus 450.000 / 30.000 = 15 kilogram kerosine per seconde
Energie bij de kruissnelheid en tijdens het opstijgen van een Jumbo
het verbruik van de Jumbo bij de kruissnelheid van 900 kilometer
per uur is: 15 liter kerosine per kilometer (15 liter = 12 kilogram)
900 kilometer per uur = 1 kilometer in 4 seconden
het verbruik bij de kruissnelheid is dus 12 kilogram in 4 seconden
tijdens het opstijgen is het verbruik 15 kilogram in 1 seconde
dat is per seconde dus 5 keer zo veel als bij de kruissnelheid.
Elektrische trein
De basisuitvoering van de Dubbeldekker bestaat uit 4 wagons.
Bij een rendement van 85% is het bruto vermogen 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 zijn er de laatste jaren veel voedingsstations bij gekomen.
Hierdoor is de gemiddelde afstand tussen de trein en een voedingsstation veel
kleiner geworden. 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 versterkings-
leiding, 1 draagkabel en 2 rijdraden) www.nicospilt.com/bovenleiding.htm http://nl.wikipedia.org/wiki/Bovenleiding
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, bij voorbeeld, de spanning 5 keer zo hoog zou maken, dan
zou de stroom bij hetzelfde energieverbruik 5 keer zo klein worden.
Het energieverlies in de bovenleiding is evenredig met het kwadraat
van de stroom
De verliezen zouden dan dus 25 keer zo klein worden.
Desondanks ziet het er niet naar uit, dat men bij het Nederlandse spoorwegnet
ooit een hogere voedingsspanning zal gaan toepassen. Alleen op de trajecten
van de Betuwelijn en de Hoge Snelheid Lijn wordt 25 kilovolt wisselspanning
toegepast. www.nieuwsbank.nl/inp/2005/10/18/R203.htm
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
Een goed getrainde fietser, kan continu een vermogen van 130 watt
leveren. Daarmee wordt bij windstil weer, op een toerfiets, een
snelheid van 25 kilometer per uur bereikt.
Met een ligfiets haalt men bij hetzelfde vermogen 32 kilometer per uur.
Een wielrenner kan continu 300 watt leveren. Op een racefiets is dat
goed voor een snelheid van 40 kilometer per uur.
Lance Armstrong haalde ooit 450 watt. Daarmee was hij in staat om
de "Alpe d'Huez" in 38 minuten te "beklimmen". Het hoogteverschil
bedraagt daarbij 1061 meter en de afgelegde afstand is 13,8 kilometer.
De gemiddelde snelheid was dus 21,8 kilometer per uur.
In 2012 won Bradley Higgins de tijdrit over 53 kilometer met een
gemiddelde snelheid van 50 kilometer per uur. Bij een vermogen
van 450 watt is dat 9 wattuur per kilometer
Het vermogen, nodig voor het overwinnen van de luchtweerstand,
is evenredig met de 3e macht van de snelheid van een voertuig.
(zie kolom B van bovenstaande tabel)
de luchtweerstand is evenredig met
de 2e macht van de snelheid.
vermogen = luchtweerstand × snelheid
De energie, die verbruikt wordt voor het overwinnen van de luchtweerstand
gedurende dezelfde tijd, is evenredig met de 3e macht van de snelheid.
energie = vermogen × tijd
Voorbeeld:
Als je in 1 uur 30 kilometer fietst, dan kost het overwinnen van de
luchtweerstand: 1,5 3 = 3,38 keer zoveel energie (inspanning),
als wanneer je in 1 uur 20 kilometer fietst. (denk in dit verband
aan het winnen van een wielerwedstrijd, of het verbeteren van het
wereld uur-record op de fiets)
De energie, die verbruikt wordt voor het overwinnen van de luchtweerstand
over dezelfde afstand, is evenredig met de 2e macht van de snelheid
de luchtweerstand van een voertuig is evenredig
met de 2e macht van de snelheid.
energie = luchtweerstand × afgelegde weg
Voorbeeld:
Een auto die 120 kilometer per uur rijdt, verbruikt voor het
overwinnen van de luchtweerstand 1,5 2 = 2,25 keer zoveel
energie, als een auto die 80 kilometer per uur rijdt en daarbij
dezelfde afstand aflegt.
Wind bij fietsen is altijd nadelig, als men op de plaats van vertrek
terug wil keren
rekenvoorbeeld:
stel, de afstand is 30 kilometer heen en 30 kilometer terug
geen wind, fietssnelheid 20 km/uur
de fietser is 3 uur onderweg.
een wind van 10 km/uur, mee of tegen
Bij dezelfde snelheid t.o.v. de wind, ondervindt de fietser steeds
dezelfde luchtweerstand. Heen (wind mee) 30 km/uur en terug
(wind tegen) 10 km/uur. Nu is de fietser 1 + 3 = 4 uur onderweg.
De hoeveelheid geleverde energie is nu 4/3 keer zo veel als bij
windstil weer.
Ook bij zijwind moet een fietser meer energie leveren dan bij
windstil weer bron: het boek "Hoor je beter in het donker?"
auteur: Jo Hermans
rekenvoorbeeld:
stel, de zijwind is net zo sterk 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
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 = 1,41 keer groter is dan bij windstil weer.
het kost dus 1,41 keer zoveel energie om dezelfde afstand
af te leggen als bij windstil weer.
Vergelijking tussen een helling en tegenwind bij hetzelfde fietsvermogen
(snelheid steeds 20 kilometer per uur)
bij een snelheid van 20 kilometer per uur en een tegenwind
van 4 meter per seconde (windkracht 3), moet een rechtop
zittende fietser een vermogen leveren van ruim 180 watt.
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 75%.
bij 50% ondersteuning moet de accu van een elektrische
fiets dan 4,5 / 0,75 = 6 wattuur per kilometer leveren.
Dat is wel een minimum waarde, want men gebruikt de ondersteuning vooral
bij (sterke) tegenwind. De (gemiddelde) actieradius van een elektrische fiets
bij 50% ondersteuning is hiermee gemakkelijk te berekenen.
actieradius (kilometer) = energie-inhoud
van de accu (wattuur) / 6 (wattuur per kilometer)
Een voorbeeld laat zien, dat dit aardig klopt. De Sparta Ion M-Gear heeft een
accu met een energie-inhoud van 240 wattuur.
De actieradius is dus 240 / 6 = 40 kilometer. Dit komt goed overeen met de
gegevens van de fabrikant. 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. De laatste tijd komen er steeds meer elektrische fietsen op de
markt, die voorzien zijn van een lithium-ion accu van 36 volt, 10 ampère-uur.
Dus met een energie-inhoud van 360 wattuur. De actieradius wordt daardoor
dus vergroot tot zo'n 60 kilometer.
Er bestaan 3 uitvoeringsvormen van elektrische fietsen:
aandrijving door middel van een elektromotor in het voorwiel
aandrijving door middel van een elektromotor die gekoppeld
is aan de trapas
aandrijving door middel van een elektromotor in het achterwiel
Hieronder enkele voorbeelden:
De Antec Vela
een lithium-ion accu (afneembaar) 36 volt bij 10,5 ampère-uur.
de energie-inhoud is dus 378 wattuur en de oplaadtijd is 6 uur.
de ondersteuning is continu regelbaar tussen 10% en 90%.
voorzien van een versnellingsnaaf met 7 versnellingen,
de motor zit in het voorwiel.
bij 50% ondersteuning is de actieradius 60 kilometer.
De Flyer
een lithium-ion accu (afneembaar) 26 volt bij 12 ampère-uur.
de energie-inhoud is dus 312 wattuur.
de actieradius is ruim 60 kilometer. (volgens de fabrikant)
voorzien van trapbekrachtiging, dus de elektromotor is
gekoppeld aan de trapas.
door de plaatsing van de motor en de accu heeft de fiets een
laag zwaartepunt
de bedrading tussen de accu en de motor is kort, hierdoor
zijn er weinig elektrische verliezen.
Het voordeel van deze constructie is, dat men de wielen gemakkelijk kan ver-
wijderen bij het vervangen van een band. Bovendien kan elk gewenst type
versnellingsnaaf en een dichte kettingkast worden toegepast. Merkwaardig is,
dat deze fiets desondanks een open kettingkast heeft, maar de Flyer is van
Zwitserse makelij. Een kettingkast is een typisch Nederlandse uitvinding.
De Sparta Ion M-Gear
een nikkel-metaalhydride accu (niet afneembaar) 24 volt bij
10 ampère-uur.
de energie-inhoud is dus 240 wattuur en de oplaadtijd is 3 uur.
motor met trapsensor in het achterwiel.
voorzien van een derailleur met 7 versnellingen.
bij 50% ondersteuning is de actieradius 40 kilometer.
Opvallend is de zeer duidelijke en nauwkeurige indicatie van de
actuele energievoorraad in de accu. (in stapjes van 3%).
Hierdoor kan men de ondersteuning bij een lange fietstocht goed plannen.
Het principe van de motor met trapsensor wordt op ingenieuze wijze ook
toegepast bij een "hulpmotor voor een handmatig voortbewogen rolstoel".
Multifunctioneel display
De nieuwste ION-fietsen van Sparta zijn voorzien van een multifunctioneel
display. Hierop is onder meer de actuele, dynamische actieradius te zien.
Het zou interessant zijn, als ook het momentele energieverbruik zou worden
getoond. Dus het aantal watturen per kilometer. Men zou dan zijn eigen
"rijstijl", afhankelijk van de omstandigheden, al fietsend kunnen aanpassen.
Bijvoorbeeld door het kiezen van een andere versnelling of een lagere snelheid.
Ook zou men dan het effect van de bandenspanning op het energieverbruik,
direct kunnen zien. Vergelijk dit met de verbruiksmeter, zoals die in de meeste
moderne auto's wordt toegepast. Meestal wordt het een "sport" om aan de
hand van de gegevens van die verbruiksmeter, zo zuinig mogelijk te gaan rijden.
Bij de elektrische fiets zou men dat ook kunnen doen, met als gevolg een
grotere actieradius. Helaas heeft Sparta voor dit idee (nog) geen interesse
getoond
Trapsensor of bewegingssensor?
De laatste tijd verschijnen er steeds meer elektrische fietsen op de markt, die
voorzien zijn van een bewegingssensor in plaats van een trapsensor. Het voor-
deel van de bewegingssensor is de lagere prijs en de eenvoudige constructie.
Het nadeel is de kleinere actieradius en de onveiligheid.
Bij de toepassing van een bewegingssensor, 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, want de berijder moet de extra energie dan geheel zelf 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 rem-
handel. Als men remt, wordt het circuit naar de motor onmiddellijk verbroken.
Elektrische fietsen met een bewegingssensor zijn potentieel gevaarlijk in het
verkeer, vooral voor oudere berijders. Maar alles went.
Bij een elektrische fiets met een trapsensor, zijn genoemde problemen geheel
afwezig.
Trapt een elektrische fiets zonder ondersteuning zwaarder dan een
gewone fiets?
Het is een wijd verbreid misverstand, dat een elektrische fiets (veel) zwaarder
trapt dan een gewone fiets, als de ondersteuning is uitgeschakeld. Bij het grotere
gewicht van een elektrische fiets, is alleen de rolweerstand wat groter dan bij
een gewone fiets. De luchtweerstand is uiteraard gelijk. De rolweerstand is te
verwaarlozen ten opzichte van de luchtweerstand, vooral bij enige tegenwind.
Tijdens accelereren en bij het oprijden van een helling speelt het grotere gewicht
natuurlijk wel een belangrijke rol. Maar bij een lange fietstocht (in Nederland)
zullen hellingen niet zo vaak voorkomen.
Voorbeeld: (fietssnelheid 20 kilometer per uur) A = een fiets van 15 kilogram, een fietser van 75 kilogram, geen wind B = een fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram, geen wind C = een fiets van 25 kilogram, een fietser van 75 kilogram en een tegenwind
van 4 meter per seconde
De actieradius van een elektrische fiets wordt gedeeltelijk 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 reali-
seerde 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 geen rol. (afgezien van een ver-
waarloosbaar verschil in rolweerstand). Het verschil in de actieradius wordt ver-
oorzaakt door het verschil in luchtweerstand. De luchtweerstand is evenredig met
het frontaal oppervlak van fietser + fiets. Als het frontaal oppervlak 50% groter
wordt, dan neemt de actieradius met 25% af. Dat is gemakkelijk te berekenen
via kolom B in bovenstaande tabel.
De voordelen van een elektrische fiets zijn:
het energieverbruik van een elektrische fiets is 10 keer
minder dan van een bromfiets
de ondersteuning voor 40 kilometer kost minder dan
10 eurocent (= 0,5 kilowattuur)
een uur elektrisch fietsen verbruikt (bruto) net zoveel
elektrische energie als een uur TV-kijken. Elektrisch
fietsen is dus "energie-neutraal", want als men niet
fietst gaat men toch maar voor de TV of achter de
computer zitten.
een elektrische fiets vraagt vrijwel geen onderhoud
voor een elektrische fiets geldt geen helmplicht
voor een elektrische fiets geldt geen verzekeringsplicht
een elektrische fiets is veel sportiever en gezonder dan
een bromfiets, omdat men altijd meetrapt
een elektrische fiets stinkt niet, maakt geen lawaai en
lekt geen olie
men kan met een elektrische fiets ook gewoon fietsen
met een elektrische fiets, fiets je vaker, verder en vlugger
De waterstof fiets
Het laatste nieuws op het gebied van elektrische fietsen, is de waterstof fiets.
Dit is een fiets, waarbij de accu is vervangen door een brandstofcel.
Enkele globale gegevens:
het vermogen van de brandstofcel is 24 volt bij 10 ampère,
dus 240 watt
in 2 kleine tanks wordt 600 liter pure waterstof vastgelegd
in de vorm van een chemische verbinding (metaalhydride)
het verbruik bij maximaal vermogen is 3 liter waterstof per
minuut, bij een druk van 0,4 bar.
de vultijd van de tanks is 30 minuten, bij 0 graden celsius
om de waterstof weer vrij te maken uit het metaalhydride, moet
de temperatuur van de tanks hoger zijn dan 25 graden celsius
het rendement van de brandstofcel is 50%
het gewicht van de brandstofcel is 0,76 kilogram
het gewicht van de 2 waterstoftanks is 6,5 kilogram
volgens de fabrikant is het systeem veilig, omdat het met
lage drukken werkt
de tanks hebben een hoge opslagdichtheid
de tanks en de brandstofcel hebben een lange levensduur
Het tanken van de waterstof is omslachtig en de vraag is natuurlijk weer "waar
haalt men de waterstof vandaan", met name tijdens een fietstocht. Maar dit is een
eerste stap naar een fiets die op waterstof rijdt en als zodanig een interessante
ontwikkeling. Het is zeer onwaarschijnlijk, dat de waterstof fiets ooit zal worden
gebruikt. Bij toepassing van de nieuwe generatie lithium-ion accu's bij een
gewone elektrische fiets, duurt het opladen slechts enkele minuten en het kan
vrijwel overal plaatsvinden. Bovendien is het veel goedkoper. (10 eurocent).
Wel lijkt de combinatie van brandstofcel en waterstoftanks zinvol op plaatsen
waar geen elektriciteitsvoorziening is, zoals bijvoorbeeld op kampeerterreinen
en in pleziervaartuigen.
Elektrische centrales
Brandstof en vermogen van enkele elektrische centrales in Nederland
Het totale elektriciteitsverbruik in Nederland is ruim 100 miljard
kilowattuur per jaar
Een elektrische centrale van 1200 megawatt kan, bij vol vermogen en
continu bedrijf, een hoeveelheid energie van 10 miljard kilowattuur per
jaar leveren. (1200 megawatt × 8760 uren = 10 miljard kilowattuur).
In de praktijk is een conventionele centrale gedurende ongeveer 80%
van de tijd operationeel. Voor het totale elektriciteitsverbruik van
Nederland zijn er dus minstens 12 grote centrales nodig.
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. Deze wordt aangedreven
door het verbranden van aardgas of synthesegas.
Synthesegas ontstaat bij vergassing van steenkool of biomassa
De tweede turbine is een stoomturbine
Deze wordt aangedreven door stoom, 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 maximaal 58%.
Bij een STEG-centrale is de verhouding tussen de inlaattemperatuur van de gas-
turbine 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%.
De kerncentrale in Borssele
De kerncentrale in Borssele heeft een vermogen van 449 megawatt. In het jaar
2000 was de energie-opbrengst 3,7 miljard kilowattuur. De produktiefactor van
deze centrale was toen 94%. Een kerncentrale is slecht regelbaar en draait
daarom vrijwel altijd op maximaal vermogen. De Nederlandse regering heeft
besloten, dat de kerncentrale tot 2033 in bedrijf mag blijven.
De grootste kerncentrale ter wereld
Deze bevindt zich in Japan, aan de westkust, in Kashiwazaki. De kerncentrale
bestaat uit 7 units met een gezamenlijk vermogen van 8212 megawatt. Dat is
ruim 18 keer zoveel als de kerncentrale in Borssele en bijna 7 keer zoveel als
een grote conventionele centrale in Nederland.
http://en.wikipedia.org/wiki/Kashiwazaki-Kariwa_Nuclear_Power_Plant
In 2008 was het elektriciteitsverbruik in Nederland
109 miljard
kilowattuur
Dit zou opgewekt kunnen worden met (afgerond):
of 1.000.000.000 zonnepanelen van 1 vierkante meter
of 5.000 windmolens van 6 megawatt (op zee)
of 47.000.000 ton hout (of biomassa)
of 31.000.000 ton steenkool
of 29.000.000 kubieke meter aardgas
of 250 ton verrijkt uranium
geen CO2
geen CO2
"CO2 neutraal"
81.000.000 ton CO2
52.000.000 ton CO2
geen CO2
Bij dezelfde hoeveelheid geproduceerde elektriciteit, ontstaat bij een kolengestookte
centrale 1,56 keer zoveel kooldioxide (CO2) als bij een gasgestookte centrale
In 2008 was het totale primaire energieverbruik in Nederland
927 miljard
kilowattuur
In onderstaande tabel is voor enkele "groene" energiebronnen de benodigde
oppervlakte vermeld als percentage van het totale landoppervlak van Nederland.
alleen zonnepanelen
alleen windmolens
alleen biomassa
Iedereen is er voorstander van, totdat er een windmolen in de buurt komt te
staan. NIMBY ofwel Not In My BackYard.
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 (bijvoorbeeld 1000 molens) gaat het boven
land minder regenen en waaien, terwijl ook de golfslag vermindert.
per auto werd gemiddeld 17400 kilometer per jaar gereden.
dat levert een totaalafstand op van 120 miljard kilometer per jaar.
(dat is 800 keer de afstand aarde - zon ).
een elektrische auto verbruikt gemiddeld 200 wattuur per kilometer.
Als alle auto’s in Nederland elektrisch zouden gaan rijden, dan is hiervoor
per jaar nodig: 120 × 200 = 24000 miljard wattuur = 24 miljard kilowattuur.
Voor de opwekking van deze hoeveelheid energie zijn 3 grote elektriciteits-
centrales extra nodig. Het elektriciteitsverbruik van alle huishoudens in Neder-
land is 25 miljard kilowattuur per jaar. (7 miljoen huishoudens verbruiken elk
3560 kilowattuur per jaar). De capaciteit van de gehele infrastructuur van het
elektriciteitsnet (hoogspanningsleidingen, kabels, transformatoren etc.) zou
dus aanzienlijk moeten worden vergroot.
De laatste tijd verschijnen er steeds meer berichten in de pers over zeer snel
oplaadbare accu's en supercaps. Leveren deze een reële oplossing voor de
energievoorziening in elektrische auto's? Nou nee, niet echt.
Een elektrische auto met een actieradius van 400 kilometer, zal bij een verbruik
van 175 wattuur per kilometer, een accu moeten hebben met een capaciteit
van 70 kilowattuur. Bij een oplaadtijd van 6 minuten (= 0,1 uur) komt men
dan op een vermogen van 700 kilowatt. Dat vereist een stroom uit het lichtnet
van 3000 ampère. Dat is 3 keer zo veel als wat een elektrische trein opneemt
tijdens het optrekken. Dat lijkt geen realistische oplossing.
Persbericht op 29 december 2008:
"De elektro-auto is nog niet klaar voor een snelle opmars. De baas van Bosch,
de grootste auto-toeleverancier ter wereld, noemt de verwachtingen over elek-
trische auto's overdreven euforisch. Auto's met een verbrandingsmotor zullen
nog zeker twintig jaar het straatbeeld domineren"
Vergelijking van enkele elektrische auto's en de Prius A = het energieverbruik van de motor, in wattuur per kilometer,
bij 100 kilometer per uur B = de actieradius in kilometers, bij een constante snelheid
van 100 kilometer per uur C = de energie-inhoud van de batterij in kilowattuur D = het vermogen van de elektromotor in kilowatt E = de acceleratie van 0 - 100 kilometer per uur, in seconden F = de topsnelheid in kilometer per uur G = het primaire energieverbruik in wattuur per kilometer H = het aantal kilometers per liter benzine-equivalent, bij
een snelheid van 100 kilometer per uur
De EV1 van General Motors was zijn tijd ver vooruit. Gezien het energie-
verbruik per kilometer, was het de beste elektrische auto die ooit is gemaakt.
De Tesla model S is voorzien van een batterij, die in 45 minuten tot 80%
kan worden opgeladen. Ook zou het bij deze auto mogelijk zijn, om een
lege batterij binnen 5 minuten te vervangen door een vol exemplaar.
(maar daar komt natuurlijk niks van terecht). Volgens de fabrikant is de
laadsnelheid "62 miles per hour", een nieuw begrip.!
De bovenvermelde gegevens zijn zeer voorlopig, want er rijdt nog geen
enkele elektrische auto in Nederland rond. Het zal nog wel een paar jaar
duren voordat er betrouwbare gegevens bekend zijn.
De zuinigste auto is de Prius, een luxe 5-persoons auto met een actieradius van 1000 kilometer. Er rijden inmiddels (2010) al meer dan 2 miljoen stuks rond
Het benzineverbruik van de Prius is 3,9 liter per 100 kilometer, dat is
355 wattuur per kilometer. Het rendement van de Atkinson benzinemotor
is 34%.
Het netto energieverbruik van deze motor is dus 120 wattuur
per kilometer
De "plug-in" hybride auto
Toyota brengt in 2012
de "plug-in"
hybride Prius op de markt.
Deze "plug-in" hybride auto heeft een relatief grote batterij, die vanuit het licht-
net kan worden opgeladen. De batterij heeft voldoende energie-inhoud, om
daarmee 20 kilometer elektrisch te rijden. Voldoende voor (een enkele reis)
woon-werk verkeer of om boodschappen te doen.
Enkele gegevens: (ontleend aan het blad "My Toyota",
voorjaar 2011)
de actieradius bij volledig elektrisch rijden is 20 kilometer
de energie-inhoud van de batterij is 5,2 kilowattuur
de laadtijd vanuit een gewoon stopcontact is 90 minuten
het benzineverbruik is gemiddeld 2,6 liter per 100 kilometer
de CO2-uitstoot is 59 gram per kilometer
Bij elektrisch rijden zou het verbruik dus zijn: 5200 / 20 = 260 wattuur per
kilometer. Deze gegevens roepen wel een aantal vragen op. Er is geen enkele
reden om aan te nemen, dat de "plug-in" hybride Prius meer energie per kilo-
meter verbruikt dan de gewone Prius. (120 wattuur per kilometer) Bij elek-
trisch rijden wordt kennelijk niet de volledige energie-inhoud van de batterij
benut. Om de levensduur van de batterij te verlengen, wordt deze steeds maar
tot de helft ontladen. De effectieve energie-inhoud is slechts 2,4 kilowattuur.
(20 kilometer × 120 wattuur per kilometer). De auto zou een benzineverbruik
hebben van 2,6 liter per 100 kilometer. Men beschouwt elektrisch rijden blijk-
baar als emissievrij, maar dat is het natuurlijk niet. Als men ervan uitgaat, dat
steeds 20 kilometer elektrisch wordt gereden en 40 kilometer op benzine, dan
komt men op een gemiddeld verbruik van 2,6 liter benzine per 100 kilometer.
Het lijkt dan net, of deze auto een zeer lage CO2-uitstoot heeft. Als de CO2-
uitstoot bij de opwekking van elektriciteit ook in rekening wordt gebracht,
blijkt de "plug-in" hybride (indirect) evenveel CO2-uitstoot te produceren als
een gewone hybride auto.
Dit alles neemt niet weg, dat het best wel leuk is, om thuis een deel van de be-
nodigde energie vanuit het stopcontact in de auto te stoppen. Afhankelijk van
het gebruik hoeft men dan minder vaak, of misschien helemaal niet meer, naar
de benzinepomp.
Maar in de winter gaat dat niet lukken. Dan moet de benzinemotor vrijwel
continu draaien, om daarmee de auto te verwarmen.
Voor de Opel Ampera geldt een soortgelijk verhaal.
de actieradius bij volledig elektrisch rijden is 60 kilometer
de energie-inhoud van de batterij is 16 kilowattuur
Bij elektrisch rijden zou het verbruik dus zijn: 16000 / 60 = 267 wattuur per
kilometer. Ook bij deze auto wordt kennelijk maar een deel van de volledige
accu-capaciteit benut. Tijdens het rijden met de "oplaadmotor" is het verbruik
6 liter benzine per 100 kilometer.
Bij een rendement van 25% van de "oplaadmotor" komt men dan op ongeveer:
(0,25 × 6 × 9100) / 100 = 136 wattuur per kilometer. Als men steeds eerst
60 kilometer elektrisch rijdt en daarna 40 kilometer op benzine, dan is het ver-
bruik (schijnbaar) 2,4 liter per 100 kilometer.
Met dit soort berekeningen kan men alle kanten op. Maar het feit blijft, dat een
"plug-in" hybride auto niet zuiniger is dan een gewone hybride auto en (indirect)
een vergelijkbare CO2-uitstoot veroorzaakt.
Vergelijking elektrische auto, hybride auto
en een benzine-auto
Vergelijking op basis van het primaire energieverbruik, de CO2 uitstoot
en de kilometerprijs. De gegevens gelden voor een constante snelheid
van 100 kilometer per uur.
elektrische auto, de Tesla Roadster
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
het rendement van de elektromotor is 92%
het energieverbruik van de elektromotor is: 150 wattuur per kilometer.
het totaalrendement van de auto "plug-to-wheel" is 88%
het elektriciteitsverbruik uit het stopcontact is dus:
150 / 0,88 = 170 wattuur per kilometer
het rendement van de opwekking van elektriciteit is 33%
het primaire energieverbruik is dus:
170 / 0,33 = 516 wattuur per kilometer
1 kilowattuur uit het stopcontact veroorzaakt "well-to-plug" 760 gram CO2 bij een gasgestookte centrale
de CO2-uitstoot "well-to-wheel" voor 170 wattuur uit het
stopcontact is 0,17 × 760 = 130 gram per kilometer
1 kilowattuur uit het stopcontact kost 20 eurocent
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 Atkinson benzinemotor draait zo veel mogelijk onder
omstandigheden waarbij het rendement maximaal is, dus
met een constant toerental bij het maximale koppel
de CO2-uitstoot "well-to-wheel" is
(5,5 × 3,1) / 100 = 171 gram per kilometer
1 liter benzine kost 150 eurocent
de kilometerprijs is dus 8,25 eurocent
Samenvatting (alles per kilometer)
primaire energie
CO2-uitstoot "well-to-wheel"
kilometerprijs
Tesla Roadster
516 wattuur
130 gram
3,40 eurocent
Toyota Prius
444 wattuur
121 gram
5,85 eurocent
Opel Astra
625 wattuur
171 gram
8,25 eurocent
Er is geen fundamenteel verschil in de CO2-uitstoot bij een zuinige benzine-
auto (de Prius) of bij een elektrische auto. Bij een benzine-auto vindt de om-
zetting van primaire energie naar mechanische energie in de auto plaats. Bij
een elektrische auto gebeurt dit in de elektrische centrale. In beide gevallen
ontstaat een vergelijkbare hoeveelheid CO2. Grootschalige opwekking van
duurzame energie, waarbij geen CO2-uitstoot optreedt, zal nog zeer lang op
zich laten wachten, of komt misschien nooit.
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 elek-
triciteit, 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 elektriciteits-
verbruik drastisch zal toenemen, als iedereen elektrisch gaat rijden.
Het relatieve aandeel van de "groene" energie,
neemt dan af.
Kan een elektrische auto rijden op de energie die door (een paar)
zonnepanelen wordt opgewekt?
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 zo'n 150 wattuur per kilometer
voor een gemiddeld gebruik van 50 kilometer per dag
heeft men dus 7,5 kilowattuur per dag nodig.
een zonnepaneel van 1 vierkante meter levert in Nederland
250 wattuur per dag.
er zouden dus 30 vierkante meters aan zonnepanelen nodig zijn.
op een zonnepaneel van 1 vierkante meter, kan een elektrische
auto gemiddeld 1,5 kilometer per dag rijden.
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 2013 zullen er "Formule E races" worden georganiseerd voor elektrische
auto's
De Opel Astra (of vergelijkbare auto)
het vermogen van de motor is 74 kilowatt
bij dit vermogen en een rendement van 25% is de hoeveelheid
verbruikte energie 296 kilowattuur per uur
de tankinhoud is 45 liter benzine, dat is 410 kilowattuur
bij vol vermogen rijdt de auto daar 1,4 uur op
bij de topsnelheid van 165 km/uur is de actieradius 231 kilometer
en het verbruik bij deze snelheid is dan 1 liter per 5,1 kilometer
bij 100 km/uur is de actieradius ongeveer 820 kilometer,
bij een verbruik van 1 liter per 18,2 kilometer
De actieradius bij 100 km/uur is dus 820 / 231 = 3,6 keer
zo groot als bij het continu rijden op topsnelheid.
Vergelijking van de actieradius van een auto met een dieselmotor
en een auto met een benzinemotor
De energie-inhoud van dieselolie is 10 kilowattuur per liter
De energie-inhoud van benzine is 9,1 kilowattuur per liter
Het rendement van een dieselmotor is 35%
Het rendement van een benzinemotor is 25%
De actieradius van een auto met een dieselmotor is daarom, per liter brandstof,
ongeveer 1,5 keer zo groot als van een auto met een benzinemotor. Als men
het over de actieradius van een auto heeft, moet er dus wel altijd bij vermeld
worden om welk soort motor (en om welke brandstof) het gaat.
Vergelijking vervoermiddelen
A = aantal kilometers per liter benzine-equivalent per vervoerde persoon
A = vermogen per centrale (megawatt) B = opgewekte energie per centrale in 1 jaar (megawattuur) C = benodigd aantal centrales in Nederland D = produktiefactor (werkelijke jaaropbrengst / theoretische jaaropbrengst)
De opgewekte energie = vermogen × 8760 uur × produktiefactor
(1 jaar = 8760 uren)
Het elektriciteitsverbruik in Nederland is ruim 100 miljard kilowattuur per jaar
Het Waldpolenz Solar Park is een grote zon-voltaïsche centrale in Duitsland.
Deze centrale omvat 550.000 panelen op een oppervlakte van 1 vierkante
kilometer. Voor de volledige elektriciteitsvoorziening van Nederland zouden er
dus 2500 van deze centrales nodig zijn. Dat zijn 2500 × 550.000 = 1,375
miljard panelen bij een oppervlakte van 2500 vierkante kilometer. Een veld
van 50 bij 50 kilometer. Zonne-energie, een realistisch perspectief ?
Let wel, het gaat hier alleen over de opwekking van elektrische energie.
Het totale primaire energieverbruik van Nederland is ruim
900 miljard
kilowattuur per jaar. Voor de opwekking van 100 miljard kilowattuur aan
elektriciteit is bij een rendement van 40 % een hoeveelheid primaire energie
nodig van 250 miljard kilowattuur. De rest, 650 miljard kilowattuur, moet
dus ooit ook "groen" worden opgewekt.
Het probleem, dat zon-voltaïsche centrales bij een bewolkte hemel weinig,
en gedurende de nacht geen energie leveren, laten we hierbij "gemakshalve"
maar even buiten beschouwing. Bovendien is de energie-opbrengst in de
wintermaanden 6 keer zo weinig als in de zomer.
zie ook: de Leopoldhove
Een conventionele elektriciteitscentrale heeft een vermogen
van 1200 megawatt. De theoretische jaaropbrengst is dan:
1200 × 8760 = 10.512.000 megawattuur.
Tengevolge van onderhoud, storingen en wisselende belasting
is de produktiefactor 80%. De werkelijke jaaropbrengst is
dus 8.410.000 megawattuur = 2,3 miljoen huishoudens
De kerncentrale heeft een produktiefactor van 94% omdat
deze meestal continu in vollast draait. Het niet produktieve
deel van 6% is nodig voor onderhoud en uitwisselen van
brandstofstaven.
Bij een windmolen wordt de produktiefactor bepaald door
de plaats waar de molen staat. (op land of op zee), de wind-
kracht en het aantal uren dat het in een jaar (hard) waait.
Zonnetrogcentrales staan uitsluitend op plaatsen waar de zon
de hele dag schijnt. Dat is het geval in zuid Europa en noord
Afrika. De energie-instraling is daar een factor 2 tot 3 hoger
dan in Nederland. Bovendien wordt vaak gebruik gemaakt
van energie-opslag. Overdag wordt een deel van de inge-
straalde energie opgeslagen in de vorm van warmte. Als de
zon niet schijnt, kan de energielevering aan het net doorgaan
omdat de opgeslagen warmte dan wordt gebruikt voor de
produktie van elektriciteit. De produktiefactor wordt
hierdoor aanzienlijk verhoogd.
Bij een zon-voltaïsche centrale wordt de produktiefactor
bepaald door het aantal uren zonneschijn in een jaar. Dus
door het weer, de breedtegraad en de seizoenen. Er is geen
energie-opslag mogelijk. Grootschalige toepassing van
zonne-energie, opgewekt door elektrische zonnepanelen is
nauwelijks denkbaar, omdat de zon 's nachts niet schijnt,
terwijl er dan juist veel energie nodig is.
Enkele projecten van Wubbo Ockels
De duurzame zeilboot
Dit is een groot zeewaardig zeiljacht (25 meter lang), dat in zijn eigen elek-
trische 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 onder-
zijde 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.
Teletekst 2 december 2010
Het duurzame zeilschip van voormalig astronaut Wubbo Ockels is door
vandalen ernstig beschadigd. De Ecolution heeft vele miljoenen gekost
en is uitgerust met de nieuwste technieken op duurzaamheidgebied.
Of de Ecolution nog gerepareerd kan worden is niet bekend
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, op een speciaal daarvoor aan-
gelegde baan, met een snelheid van zo'n 200 kilometer per uur 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. http://nl.wikipedia.org/wiki/Superbus_(bus) De "World Solar Challenge"
Ook in 2005 heeft het Nuon Solar Team (voor de 3e keer) de World Solar
Challenge gewonnen. Dit is een wedstrijd (over ruim 3000 kilometer) 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 onder begeleiding van ex-astronaut Wubbo
Ockels, de "zonnewagen" hebben ontworpen, resp. verbeterd. De studie-
richtingen 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 was 3021 kilometer, dwars door Australië van noord
naar zuid, bij een gemiddelde snelheid van 102,75 kilometer per uur.
Enkele technische gegevens van het voertuig:
lengte 5 meter, breedte 1,8 meter en hoogte 80 centimeter
totale oppervlakte van de zonnepanelen 8,4 vierkante meter
frontaal oppervlak 0,79 vierkante meter
luchtweerstand 0,07
gewicht 189 kilogram (exclusief coureur)
gallium arsenide triple junction zonnecellen, met een
rendement van 26%
rendement van de (in-wheel) motor 97%
capaciteit van de lithium-ion polymeer accu 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 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 "boostcaps" (supercaps)
tijdens accelereren wordt extra energie gehaald uit de boostcaps
de energie-inhoud van de boostcaps is 56 wattuur,
dat is 20 kilowatt gedurende 10 seconden
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 (Euro 95). Dus op 9,1 kilowattuur. Er
zijn 2 klassen: "prototype" en "urban-concept". Bij de "prototype" klasse is elke
vorm van het voertuig toegestaan. Meestal lijkt het dan op een gemotoriseerde
ligfiets. Bij de "urban-concept" klasse moet het voertuig enigszins lijken op een
auto. De bestuurder moet rechtop zitten en het voertuig moet vier wielen heb-
ben. Behalve benzine, mogen er ook andere energiebronnen worden gebruikt,
zoals:
waterstof via een brandstofcel
zonne-energie via zonnecellen
dieselolie
LPG (liquefied petroleum gas)
Het resultaat wordt dan omgerekend naar het benzine-equivalent. Waterstof
levert in potentie een hogere actieradius op dan benzine. Tenminste als men
de energie die nodig is voor de produktie van waterstof buiten beschouwing
laat. Het rendement van een brandstofcel + elektromotor is hoger dan van
een benzinemotor. Belangrijke factoren bij de recordpogingen zijn:
een lage luchtweerstand, dus een klein frontaal oppervlak
en een goede stroomlijn
een laag gewicht
een lage snelheid (de luchtweerstand is evenredig met
de 2e macht van de snelheid)
volgens het reglement mag de gemiddelde snelheid niet
lager zijn dan 30 kilometer per uur
een zuinige rijstijl
de transmissieverliezen en de rolweerstand moeten zo
laag mogelijk zijn
het rendement van de (kleine) motor moet zo hoog mogelijk zijn
(er wordt wel eens een Honda 4-takt bromfietsmotor gebruikt)
De volgende records werden tot nu toe behaald:
in de klasse "prototype" 3836 kilometer (= 2,4 wattuur per kilometer)
in de klasse "urban-concept" 804 kilometer (= 11,3 wattuur per kilometer)
het rendement van de omzetting van zonne-energie naar
chemische energie via fotosynthese is veel minder dan 1%
de instraling van zonne-energie in Nederland, is
1000 kilowattuur
per jaar, gemeten op een horizontaal vlak van 1 vierkante meter
de jaaropbrengst van koolzaadolie is ongeveer 1700 liter per hectare.
1 hectare = 10.000 vierkante meter
de jaaropbrengst is dus 0,17 liter per vierkante meter
de primaire energie-inhoud hiervan is 1,7 kilowattuur.
als men de bijprodukten in rekening brengt (perskoek en stro)
komt men op ruim 3 kilowattuur. Dat is dus slechts 0,3% van de ingestraalde hoeveelheid zonne-energie
na omzetting in elektrische energie, bij een rendement van 40%,
resteert 1,2 kilowattuur
de jaaropbrengst van een elektrisch zonnepaneel van
1 vierkante meter is 120 kilowattuur
een elektrisch zonnepaneel produceert, bij dezelfde oppervlakte
en gedurende dezelfde tijd, dus 100 keer meer elektrische
energie dan koolzaadolie.
Een wat betere oplossing lijkt het produceren van bio-ethanol. Dat wordt
(na vergisting) verkregen uit suikerbieten, suikerriet of maïs. De opbrengst
is 0,57 liter per vierkante meter, met een primaire energie-inhoud van 3,5
kilowattuur. Dat is 2 keer zoveel als wat koolzaadolie oplevert.
http://plantaardigheden.nl/aardig/aardigheden/biobrandstoffen.htm www.solaroilsystems.nl
Sinds september 2005 worden de oliemaatschappijen in Nederland verplicht,
om benzine en diesel te mengen met 2% biobrandstof.
Men streeft naar 10% in 2020.
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 streef-
cijfer verlaagd, want het lijkt erop dat het stimuleren van biobrandstoffen
nadelig is voor de voedselproduktie in arme landen".
Het is immoreel en misdadig om kostbare landbouwgrond te gebruiken voor
(grootschalige) produktie van biobrandstof om hier onze auto's op te laten
rijden, terwijl er in grote delen van de wereld in toenemende mate hongers-
nood heerst. Bovendien wordt de effectieve uitstoot van CO2 door het
gebruik van biobrandstoffen niet of nauwelijks verminderd.
De energie-opbrengst van houtteelt
Een site, waar men kan beleggen in hout, vermeldt:
in 21 jaar is de produktie 400 kubieke meter teakhout
per hectare (ergens in de tropen)
in 1 jaar is dat 19 kubieke meter teakhout per hectare
1 hectare = 10.000 vierkante meter
1 kubieke meter teakhout = 800 kilogram
de energie-inhoud van 1 kilogram hout = 5,3 kilowattuur
bij verbranding van 19 kubieke meter hout komt vrij:
19 × 800 × 5,3 = 80.000 kilowattuur per hectare
de energie-opbrengst is dus 8 kilowattuur
per vierkante meter per jaar
de energie-instraling van de zon in de tropen is 3000 kilowattuur per vierkante meter per jaar
het energierendement van de houteelt is dus
(8 / 3000) × 100% = 0,3 procent
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 (of zadel) 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, inclusief
de laadcyclus van de batterij. 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 = 139 wattuur
elektrisch deken (1-persoons) = 25 watt
de hele nacht aan = 8 uur = 8 × 25 = 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 een stroom van bijna 100 ampère uit het lichtnet. Dat
is dus geen praktische oplossing. Daarom worden elektrische boilers toege-
past. Daarbij wordt het water (meestal gedurende de nacht) eerst langzaam in
een reservoir opgewarmd.
Vergelijking van koken op gas met elektrisch koken
Op het eerste gezicht lijkt koken op gas veel efficiënter dan koken op elek-
triciteit, maar bij nadere beschouwing moet men dit toch enigszins nuanceren
koken op gas:
veel warmteverlies, omdat veel warmte om de pan heen stroomt
verbrandingsprodukten (koolmonoxide en kooldioxide) ontstaan
in de keuken
daarom is meestal (energieverbruikende) ventilatie nodig
gevaar voor gaslekkages, waardoor explosies kunnen optreden
daarom zijn er veel gebouwen (torenflats) waar koken op gas
verboden is
energietoevoer (zeer) slecht regelbaar
elektrisch koken:
geen verbrandingsprodukten in de keuken.
het rendement van de warmte-overdracht tussen
kookplaat en pan benadert de 100%
de energietoevoer is uitstekend regelbaar
de energietoevoer kan worden geautomatiseerd, zoals
bijvoorbeeld het instellen op een bepaalde temperatuur
en stoppen met verwarmen als het water kookt
ook kan een tijdschakelaar worden toegepast
(handig in bejaardenhuizen)
Spaarlampen
Het gebruik van spaarlampen levert nauwelijks energiebesparing op. Omdat
deze lampen "toch vrijwel geen energie verbruiken", laat men ze de hele dag
maar branden en worden ze overal opgehangen. ("rebound-effect")
Betrouwbaarheid van de levering van elektriciteit
Iedereen verwacht, dat de levering van elektriciteit voor minstens 99,99%
van de tijd is gegarandeerd. Gelukkig is dit in de praktijk aanzienlijk beter.
Bij een betrouwbaarheid van slechts 99,99% zou men gemiddeld 53 minu-
ten per jaar in het donker zitten.
Het energieverbruik van de verlichting
Het energieverbruik van de verlichting is ongeveer 15% van het totale elek-
triciteitsverbruik van een huishouden. Als men ook de verwarming van de
woning en het gebruik van de auto in rekening brengt, is het aandeel van de
verlichting slechts 4%. 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.
Energieverbruik van de huishoudens in Nederland in het jaar 2008 A = netto energieverbruik per huishouden B = primair energieverbruik per huishouden in kilowatturen C = primair energieverbruik van alle huishoudens in Nederland
in miljard kilowatturen
A
B
C
voor verlichting etc.
3560 kilowattuur
8900
62
voor verwarming
1625 kubieke meter aardgas
14300
100
voor de auto
1444 liters benzine
13140
92
totaal
36340
254
In het jaar 2008 waren er in Nederland 7 miljoen huishoudens.
De huishoudens in Nederland verbruiken 27% van de totale
hoeveelheid primaire energie
in 2008 was het primaire energieverbruik van alle huishoudens 254 miljard kilowattuur, dat is inclusief de verwarming van de
woning en het gebruik van de auto.
het totale primaire energieverbruik, met inbegrip van industrie,
transport en openbaar vervoer, was toen 927 miljard kilowattuur.
De huishoudens verbruikten dus 27% van de totale hoeveelheid
primaire energie.
Omgerekend naar het verbruik per inwoner per dag komt men op ongeveer 160 kilowattuur. Dat is 53 keer zoveel energie als nodig is om in leven te
blijven en equivalent aan de energie-inhoud van 18 liter benzine. Inwoners
van Afrika moeten het met 13 kilowattuur per dag doen.
1 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 18 liter benzine-
equivalent per dag
in 80 jaar is dat: 18 × 365 × 80 = 525.600 liter benzine-equivalent
een Jumbo verbruikt 200.000 liter kerosine voor een vlucht
van 13.500 kilometer, dat is 600.000 liter voor 40.000 kilometer
(de aardomtrek)
de hoeveelheid CO2 die daarbij wordt geproduceerd is ongeveer 1500 ton, zowel door een Nederlander als door een Jumbo
In 2011 werd de 7-miljardste aardbewoner geboren
Stel, dat we het aantal mensen op aarde zouden tellen met een snelheid van
50 per seconde (dat is de frequentie van het lichtnet). Dan heeft men daar 4,5 jaar voor nodig: (50 × 3600 × 8760 × 4,5 = 7 miljard)
(1 uur = 3600 seconden, 1 jaar = 8760 uren)
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".
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
Overzicht van de belangrijkste vindplaatsen van fossiele brandstoffen
in procenten
Midden Oosten
Afrika
Noord Amerika
Zuid Amerika
Azië en Oceanië
Oost Europa
West Europa
steenkool
6,9
37,3
3,1
35,4
6,1
11,2
aardolie
62,1
6,3
7,4
7,9
3,8
9,8
2,7
aardgas
32,5
6,4
5,5
3,9
9,3
37,3
5,2
Energieën op wereldschaal, per jaar en omgerekend in kilogrammassa-equivalent)
elektriciteitsverbruik = 800 kilogrammassa
totaal primaire energie = 5600 kilogrammassa
ingestraalde zonne-energie = 40 miljoen kilogrammassa
Enkele eenheden
Wattpiek Wattpiek is het elektrisch vermogen van een zonnepaneel, bij een loodrechte
instraling van 1000 watt per vierkante meter en een paneeltemperatuur van
25 graden celsius.
Voorbeeld:
een zonnepaneel met een oppervlakte van 2 vierkante meter en
een rendement van 12% (huidige stand van de techniek) heeft een
elektrisch vermogen van 2 × 1000 × 12% = 240 wattpiek.
De theoretische jaaropbrengst van 1 wattpiek is 1 × 8760 = 8760 wattuur.
De werkelijke jaaropbrengst in Nederland van 1 wattpiek is ongeveer 850 wattuur. Dat is het gevolg van de volgende omstandigheden:
de produktiefactor van zonne-energie in Nederland is 11,4%
het rendement van een zonnepaneel is afhankelijk van het ingestraalde
vermogen 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
een hoek van 36 graden en is ook niet altijd gericht op het zuiden
1 kilocalorie = 427 kilogrammeter = 1,16 wattuur
1 kilocalorie is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur
van 1 kilogram water met 1 graad celsius te verhogen.
het laten smelten van 1 kilogram ijs van 0 graden celsius kost 80 kilocalorie.
het aan de kook brengen van 1 kilogram water van 0 graden kost 100 kilocalorie.
het volledig verdampen van 1 kilogram water van 100 graden kost 540 kilocalorie. Dat is (toevallig ?) 3 keer zoveel als nodig is voor
smelten + aan de kook brengen.
1 huishouden = 3650 kilowattuur per jaar = 10 kilowattuur per dag
1 huishouden is de hoeveelheid elektrische energie die een gemiddeld
Nederlands huishouden in 1 jaar verbruikt. Dat is een continu vermogen
van 417 watt. Dat is uiteraard niet elk jaar hetzelfde, maar in dit verhaal
wordt verder met deze hoeveelheid gerekend. Een huishouden bestaat
(statistisch gezien) uit 2,28 personen. In 2008 werd 3560 kilowattuur
per huishouden verbruikt.
1 mtoe = 11,63 miljard kilowattuur
1 mtoe (megaton oil equivalent) is
de hoeveelheid energie die vrijkomt
bij het verbranden van 1 miljoen ton ruwe olie.
(dus 2 mtoe is bijna net zoveel energie als
1 kilogrammassa equivalent)
1015 btu = 293 miljard kilowattuur
1 btu (British thermal unit) is de hoeveelheid energie die nodig is om de
temperatuur van 1 pound water (= 0,45 kilogram) met 1 graad fahrenheit
(= 0,56 graad celsius) te verhogen. 1 btu = 0,252 kilocalorie.
Tabellen en grafieken
Wereldproduktie van primaire energie in 2006
(verdeling naar energiebron)
Wereldproduktie van primaire energie in 2006
(verdeling naar energiebron)
www.eia.doe.gov/pub/international/iealf/table29.xls Men kan wel "tegen steenkool" zijn, maar dat verandert niets aan het
feit, dat 28% van de wereldproduktie van primaire energie afkomstig
is van steenkool.
Wereldverbruik van primaire energie in 2006
(verdeling naar werelddeel)
Overzicht van de energiebronnen voor de opwekking van elektriciteit in
enkele landen in 2009
(in procenten)
kern- energie
water- kracht
wind- energie
zonne- energie
geotherm. biomassa
steenkool, olie en gas
totaal
Nederland
3,7
0,1
4,1
0,04
6,9
85,3
100
België
51,8
1,9
1,1
0,18
5,9
39,2
100
Duitsland
22,8
4,2
6,5
1,11
7,1
58,4
100
Engeland
18,4
2,4
2,5
0,01
3,3
73,4
100
Frankrijk
75,6
11,5
1,5
0,03
1,1
10,3
100
Zwitserland
40,5
54,8
0,0
0,07
3,5
1,1
100
Italië
0,0
18,3
2,2
0,23
5,2
74,0
100
Spanje
18,0
9,9
12,9
2,06
1,5
55,7
100
Zweden
38,2
48,3
1,8
0,00
8,9
2,8
100
Noorwegen
0,0
95,7
0,7
0,00
0,3
3,3
100
Denemarken
0,0
0,1
18,5
0,01
11,1
70,4
100
Rusland
16,5
17,8
0,0
0,00
0,3
65,4
100
Afrika
2,0
16,0
0,3
0,00
0,1
81,4
100
Japan
26,7
7,8
0,3
0,26
2,3
62,6
100
China
1,9
16,5
0,7
0,01
0,1
80,8
100
Australië
0,0
4,7
1,5
0,10
1,1
92,7
100
USA
19,8
7,1
1,8
0,06
1,7
69,1
100
Wereld
13,4
16,5
1,4
0,10
1,5
66,8
100
Energiebronnen voor de opwekking van elektriciteit, wereldwijd
groen = windenergie, zonne-energie, geothermisch, hout en biomassa
Windenergie en zonne-energie in enkele landen (2009)
(in 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
Nederland produceert wel heel erg weinig zonne-energie in vergelijking met
andere landen. In 2009 wekte Duitsland 31% van de wereldproduktie van
zonne-energie op en dat was 132 keer zoveel als Nederland. Spanje was
een goede tweede met 29%
Inmiddels is de hoeveelheid zonne-energie in
Duitsland geëxplodeerd
naar meer dan 28 miljard kilowattuur in 2012. Dat is dus meer dan de
wereldproduktie in 2009
Overzicht van de toename van groene energie bij de opwekking van
elektriciteit in enkele landen
(in procenten)
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 1,5% en de hoeveelheid opgewekte energie
is maar 8% van wat een gewone elektriciteitscentrale levert.
Zonnetoren
Zonnestraling verwarmt de lucht die zich onder een lage cirkelvormige, door-
schijnende collector bevindt. Deze collector is aan de rand open. Het door-
schijnende dak van deze collector vormt samen met de grond een opslag-
ruimte 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 grond-
oppervlakte bestaat uit met water gevulde buizen. Overdag warmen deze
buizen op en ’s nachts geven ze hun warmte weer af. In de luchtstroom naar
de toren staan een aantal windturbines opgesteld. De hieraan gekoppelde
generatoren wekken elektriciteit op. In Australië gaat men misschien ooit zo'n
toren bouwen.
Enkele gegevens:
de temperatuur van de lucht onder de collector stijgt
overdag 30 graden celsius
de snelheid van de luchtstroom aan de voet van de
toren is 60 kilometer per uur
het vermogen is 200 megawatt
de jaarproduktie is 680.000 megawattuur
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
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 mega-
wattuur per vierkante meter per jaar. De totale 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 = 12%
De voordelen van de zonnetoren zijn:
er is vrijwel geen onderhoud nodig
er is geen (water)koeling nodig
(een groot voordeel in droge en warme gebieden)
de installatie werkt op de warmtestraling van de zon
en heeft daardoor weinig last van vervuiling
de energielevering gaat dag en nacht (min of meer continu) door
Blue Energy
Blue Energy is een vorm van duurzame energie-opwekking die gebaseerd is
op het verschil in zoutconcentratie van (zout) zeewater en (zoet) rivierwater.
Door op het grensvlak een "generator" met kunststof membranen (een soort
filters) te bouwen, kan (misschien) enige energie worden gewonnen. De tech-
niek 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 theo-
retisch voldoende kunnen zijn voor de elektriciteitsvoorziening van Noord
Nederland, als al het zoete water dat via Nederland de zee in stroomt, benut
wordt voor deze vorm van energie-opwekking.
Een onrealistisch verhaal. http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/18247384/
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 neer-
waartse 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.
www.ecoboot.nl/artikelen/OckelsLaddermolen.php
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 wind-
turbine 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 per-
manente magneten zijn opgebouwd en daardoor geen elektrische energie
gebruiken voor de "levitatie". Een zeer onwaarschijnlijk verhaal, dus.
In sommige publicaties laat men zijn fantasie de vrije loop. Deze molen zou
1000 keer efficiënter zijn dan een gewone windturbine. (?) Men moet wel
zeer naïef zijn, om dit soort onzin te geloven. Misschien wordt bedoeld, dat
de lagerwrijving bij deze molen 1000 keer geringer is dan bij een gewone
molen. 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 con-
structies is overigens al vele jaren (eeuwen) bekend. De molen zou monstru-
euze afmetingen hebben, (zoiets van 600 meter hoog, bij een diameter van
400 meter) en dan net zoveel energie kunnen opwekken als 1000 gewone
windmolens.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Maglev_windturbine
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 huis-
houdens. http://nl.wikipedia.org/wiki/Golfenergie www.neoweb.nl/forum2
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)
http://abcnews.go.com/Technology/story?id=98547&page=2 Vrije energie
Nikola Tesla
In deze opsomming van alternatieve energiebronnen, mag de vermelding van
"vrije energie" niet ontbreken. Er is geen enkele wetenschappelijke onder-
bouwing 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 tegen-
woordig overal gebruiken. Dus energietransport door middel van wissel-
stroom via hoogspanningsleidingen en transformatoren. Ook was hij de
uitvinder van de wisselstroom inductiemotor, de fluorescentie buis (TL-buis),
de radio en de afstandsbediening. In 1943, kort nadat hij was overleden,
werd door het Amerikaanse Hooggerechtshof officieel vastgesteld dat Tesla
de uitvinder van de radio was en dus niet Marconi. Zijn grootste uitvinding
zou zijn, de wereldwijde energievoorziening door "vrije energie", afgetapt uit
de "ether
("vrije energie" is de letterlijke vertaling van "free energy" = gratis energie).
Experimenten hiermee vonden echter nooit plaats, omdat zijn geldschieters
het lieten afweten. Die zagen helemaal niets in gratis energie
De Warden Clyff Tower
Met 5 van deze torens wilde Tesla
een wereldwijde draadloze energie-
voorziening mogelijk maken
Tesla was in staat om energie draadloos over grote afstanden te transporteren.
Vermeld wordt dat hij lampen op een afstand van enkele honderden meters
draadloos liet branden. Ook zou hij een elektrische auto hebben omgebouwd,
die daarna een week lang kon rondrijden zonder dat de accu werd opgeladen.
Ook dit zou mogelijk gemaakt zijn, door het draadloos overbrengen van energie.
zie: patenten van Tesla:
Grootschalige toepassing van zonne- en windenergie is alleen mogelijk, als er
een oplossing wordt gevonden voor het opslaan 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. De belangrijkste methodes voor grootschalige
energie-opslag lijken voorlopig te zijn:
het oppompen van water naar een hoger gelegen spaarbekken
Elektrische energie
In een supercondensator (supercap) kan elektrische energie worden opgesla-
gen in de vorm van elektrische lading. Supercondensatoren kunnen zeer snel
met hoge piekstromen worden geladen en ontladen. In hybride- en elektrische
auto's kunnen supercondensatoren worden gebruikt voor het snel en effectief
opslaan van de rem-energie, terwijl bij accelereren die energie dan even snel
weer beschikbaar is. De energie-inhoud van een supercondensator is betrek-
kelijk klein, terwijl de spanning snel afneemt tijdens de ontlading. Recente
ontwikkelingen zijn echter veelbelovend. Er zijn al modules met supercaps te
koop, die een energie-inhoud hebben van 282 wattuur bij een capaciteit van
17,8 farad en een spanning van 390 volt. Ook schijnt er een supercondensator
in de maak te zijn, die een energie-inhoud heeft van 52 kilowattuur. Op termijn
zal de supercondensator de batterij bij bepaalde toepassingen kunnen gaan
vervangen. De levensduur is vrijwel onbeperkt, terwijl het rendement van de
laadcyclus zeer hoog is, ongeveer 97%.
www.olino.org/articles/2006/10/11/supercondensator
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_double-layer_capacitor
Onlangs is de grafeen super supercondensator aangekondigd. Hierin zou
20 keer zoveel energie kunnen worden opgeslagen als in een supercondensator. www.grafeen.be/tag/batterij/
Chemische energie
In batterijen en accu’s, maar ook bij de produktie van waterstofgas, wordt
elektrische energie opgeslagen in de vorm van chemische energie.
batterijen en accu’s
Batterijen en accu's zijn relatief goedkoop en 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
waterstofgas
De produktie van waterstofgas en terugwinning van elektriciteit
in een brandstofcel gaat gepaard met een slecht (totaal)rendement
De energie-inhoud van waterstofgas per gewichtseenheid is
weliswaar groot, maar het volume is ook (zeer) groot, zelfs als
het gas sterk is samengeperst. Dat samenpersen kost veel energie.
Waterstofgas 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 waterstofgas is potentieel gevaarlijk. (knalgas)
Chemische verbindingen van waterstof met koolstof zijn probleemloos.
Dat zijn de bekende koolwaterstoffen, zoals: aardgas en synthetische benzine.
Thermische energie (= warmte)
Opslag van warmte kan plaats vinden in materiaal met een grote warmteca-
paciteit, bijvoorbeeld in water (zonneboiler), of in waterhoudende zandlagen
op enige diepte in de grond. (aquifers). Meestal gaat het daarbij om vrij lage
temperatuurniveaus, die onbruikbaar zijn voor de produktie van elektriciteit.
Wel kan de opgeslagen warmte met behulp van warmtepompen worden
gebruikt voor verwarmingsdoeleinden.
Opslag van warmte in een reservoir
Bij opslag van warmte in een reservoir, is de verhouding tussen de oppervlakte
en inhoud belangrijk. De warmteverliezen zijn evenredig met de oppervlakte
(dus met de 2e macht). terwijl de warmtecapaciteit evenredig is met de inhoud.
(dus met de 3e macht). De relatieve warmteverliezen nemen af naarmate het
reservoir groter is.
Voorbeeld:
een kubus met een ribbe van 1 meter heeft een inhoud van
1 kubieke meter en een oppervlak van 6 vierkante meter
een kubus met een ribbe van 2 meter heeft een inhoud van
8 kubieke meter en een oppervlak van 24 vierkante meter
dus bij een 8 keer zo grote inhoud is het oppervlak maar
4 keer zo groot
Opslag van warmte in gesmolten zout
Bij een zon-thermische centrale wordt voor (kort durende) opslag van de
zonne-energie, gebruik gemaakt van gesmolten zout. Met de opgeslagen
warmte kan tijdens zonloze periodes elektriciteit worden geproduceerd.
De opgeslagen warmte komt hierbij grotendeels vrij als stollingswarmte
en dat is vele malen meer dan wat vrijkomt bij alleen maar afkoelen.
Vergelijk hiermee de eigenschappen van water.
Voor het laten smelten van ijs is 80 keer
zoveel warmte nodig, als voor
1 graad verwarmen van water. Bij het bevriezen komt die warmte weer vrij.
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.
www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/archief-2009/maart-april-2009/
Potentiële energie
Potentiële energie ontstaat bij het verplaatsen van massa naar een hoger
niveau. 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 water-
krachtcentrale weer worden omgezet in elektrische energie. Het rendement
van deze vorm van energie-opslag is vrij hoog, ongeveer 75%. Een andere
vorm van potentiële energie ontstaat, als men lucht samenperst. Perslucht kan
worden gebruikt voor de aandrijving van gereedschappen en zelfs
van auto's.
Potentiële energie in de vorm van perslucht.
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. (= 9100 wattuur)
Het gewicht van de samengeperste lucht is 100 kilogram.
Bovenstaand voorbeeld en andere mogelijkheden voor energie-opslag
zijn te vinden op www.davdata.nl/energie.html
Potentiële energie met behulp van
een "Gravity Power Module"
Bij deze vorm van energie-opslag wordt gebruik gemaakt van de potentiële
energie van een massa van 8000 ton in een hydraulisch systeem. Deze massa
kan in verticale richting over een afstand van 500 meter op en neer worden
bewogen. De massa is een stalen cilinder met een diameter van 6 meter en
een hoogte van 36 meter.
De potentiële energie van de "gravity power module" is
8500 kilowattuur.
Hierbij wordt een massa van 8000 ton, met een volume van
ruim 1000 kubieke meter, 500 meter op en neer bewogen.
De potentiële energie is dus 8500 / 8000 = 1 wattuur per
kilogram en 8500 / 1000 = 8,5 wattuur per liter.
Als het volume van het hydraulisch systeem ook in rekening
wordt gebracht, komt men op 0,6 wattuur per liter
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.
zie:
energieverbruik van een huishouden
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.
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 vermin-
dering 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 verwar-
ming 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.
Warm water
Het (voor)verwarmen van tapwater kan met een hoog rendement (65%) plaats-
vinden met behulp van zonnecollectoren. Bij het douchen kan men het verbruik
van warm water enigszins beperken door gebruik te maken van een water-
besparende 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 verbruiks-
plaats 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. zie: anekdote
De zuinigste 4-persoons auto met een benzinemotor, zal bij een snelheid van
100 kilometer per uur nooit veel zuiniger kunnen worden dan 1 liter per 40
kilometer. 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 is overigens aangekondigd
voor de nieuwe (plug-in hybride) Prius, die in 2012 op de markt komt. Ter
vergelijking: het voertuig dat op zonne-energie de “World Solar Challenge”
won, de Luna 4, heeft een verbruik (omgerekend naar benzine-equivalent) van
1 liter per 70 km. Dit voertuig kan slechts 1 persoon in half liggende houding
vervoeren.
www.toyota.nl/innovation/design/concept_cars/1x/index.aspx
Verlichting
Hoewel verlichting relatief weinig energie verbruikt, kan men daar toch
wel wat op bezuinigen door het consequent gebruik van spaarlampen.
In de nabije toekomst zullen misschien ook LED-lampen een rol kunnen
gaan spelen bij de energiebesparing.
De ineenstorting van de olie-economie
www.oilcrash.com/articles/survivng.htm
De beschaving, zoals wij die nu kennen, zal spoedig eindigen, omdat de olie
opraakt. Dat is een wetenschappelijk onderbouwde conclusie. De olie zal niet
plotseling op zijn, want de produktie verloopt volgens een klokvormige curve.
Aan de opgaande kant van de curve is er in toenemende mate goedkope olie
beschikbaar. Aan de neergaande kant is er steeds minder olie, die steeds
duurder wordt. De top van de produktie valt samen met het punt, waarbij de
helft van de olie verbruikt is. Na de top, neemt de produktie af en nemen de
kosten toe omdat de olie steeds moeilijker winbaar wordt. Bovendien heeft de
schaarste een zeer sterk prijsopdrijvend effect. Nog dit jaar (2007) zal het
wereldolieverbruik de 86 miljoen vaten per dag overschrijden.
Dat zijn 1000 vaten per seconde. (1 vat = 159 liter).
Stel, dat in het jaar 2000 de top van de produktie was bereikt, dan zal er in
2020 evenveel olie worden geproduceerd als in 1980. De wereldbevolking
is intussen verdubbeld en bovendien is men steeds afhankelijker van olie
geworden. Het gevolg hiervan is, dat wereldwijd de vraag naar olie in 2020
zeer veel groter zal zijn dan de produktie. De olieprijs zal dan exploderen tot
zo’n 400 dollar per vat. Olie-afhankelijke economieën zullen ineenstorten en
waarschijnlijk zullen er oorlogen om de olie uitbreken.
De komende olieschaarste is het begin van een nieuwe, blijvende toestand.
De vermindering van de olieproduktie zal ongeveer 7% per jaar bedragen.
Dat is 50% in 10 jaar. De algemene verwachting is, dat tussen 2008 en 2012
ernstige problemen zullen ontstaan.
De prijsontwikkeling van de ruwe olie
jaar
dollar per vat
1973
3 - 12
1998
10 - 15
2000
24 - 37
2002
20 - 28
2004
30 - 51
2006
58 - 80
2007
53 - 99
2008
32 - 146
2009
32 - 81
2010
67 - 92
2011
75 - 115
2012
77 - 110
2013
86 - 98
Persbericht op 20 december 2007:
"De NAM (Nederlandse Aardolie Maatschappij) gaat weer olie winnen
in Schoonebeek. De volgende 25 jaar kunnen er zeker 100 miljoen vaten
worden geproduceerd".
Het wereldverbruik van aardolie is 1000 vaten per seconde. De produktie van
Schoonebeek in 25 jaar is dus voldoende voor het wereldverbruik gedurende
100.000 seconden = 28 uur.
Teletekst 12 oktober 2012:
Door de kwakkelende wereldeconomie zijn de vooruitzichten op de oliemarkt
de afgelopen maanden verbeterd. Grote stijgingen van de olieprijs zijn de
komende 5 jaar niet waarschijnlijk, zegt het Internationaal Energie Agentschap.
Vanaf 2017 worden wereldwijd 102 miljoen vaten per dag geproduceerd,
terwijl de vraag 96 miljoen zal zijn.
Hoe zal het nu verder met de energie gaan?
Olie
De olie begint op te raken. Al gedurende 15 jaar worden er geen grote olie-
velden meer gevonden. Men gaat daarom in Canada en Venezuela de moeilijk
winbare olie uit teerzand halen. Ook gaat men naar olie boren op 5 kilometer
diepte in de Golf van Mexico. De prijs van ruwe olie neemt snel toe. Men gaat
weer naar olie boren in Schoonebeek.! Niet iedereen is er van overtuigd dat
aardolie een fossiele brandstof is en dat die ooit op zal raken. http://canadafreepress.com/index.php/article/3952
NRC-Handelsblad 9 december 2011:
"Olie genoeg". Shell, schat de voorraad voor de kust van Alaska op 25 miljard
vaten olie. (dat is voldoende voor hooguit 10 maanden wereld-olieverbruik)
Gas
Er is voorlopig nog voldoende gas, waarschijnlijk nog voor de komende
60 jaar. De top van de aardgasproduktie wordt over 20 jaar bereikt. Daarna
zal de prijs sterk gaan stijgen. West Europa is daarbij vooral afhankelijk van
Noorwegen, Rusland, Noord Afrika en het Midden Oosten.
Volkskrant 5 december 2006:
"Bij ongewijzigde omstandigheden zijn de gasreserves (in Nederland) in 2030
uitgeput".
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.
zie ook: schaliegas
www.eia.gov/energy_in_brief/article/about_shale_gas.cfm
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, waterstofgas, synthetische
benzine en dieselolie mee worden geproduceerd. Daarbij komt overigens
wel zeer veel CO2 vrij. Maar daar zit natuurlijk niemand mee, als er een
energietekort is. De techniek voor de produktie van synthetische benzine
uit steenkool is al sinds 1923 bekend en werd in de 2e wereldoorlog door
Duitsland op grote schaal toegepast.
(Fischer-Tropsch synthese)
Waterkracht
Hoewel de meest rendabele projecten al zijn gerealiseerd, liggen er nog grote
mogelijkheden in Afrika en Zuid-Amerika. Waterkrachtcentrales veroorzaken
veel schade aan het milieu.
Teletekst 4 maart 2011:
In Brazilië mogen de voorbereidingen voor de bouw van de grootste water-
krachtcentrale ter wereld toch doorgaan. De centrale komt in het noorden
in het Amazonegebied. De lokale bevolking en de natuurorganisaties zijn
fel tegen. Er zouden tienduizenden mensen dakloos worden door de bouw.
De regering benadrukt dat de dam aan 23 miljoen huishoudens energie kan
leveren en dat veel banen worden gecreëerd
Groene energie
Groene energie verkregen uit wind, zon, biomassa etc. is voorlopig van
weinig betekenis. Men denkt hiermee (in Nederland) maximaal 15% 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 promillen van
de totale elektriciteitsproduktie. In 2009 was de wereldproduktie van
zonne-energie slechts 0,10 procent
van de totale hoeveelheid opgewekte
elektrische energie
Biobrandstof
Grootschalige produktie van biodiesel etc. gaat ten koste van de voedsel-
produktie 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 is, bij het huidige verbruik, nog zo'n 75 jaar mogelijk. Daarna is
het Uranium op. Een oplossing zou kunnen zijn, het toepassen van kweek-
reactoren. Dan zou men met het Uranium nog 5000 jaar vooruit kunnen.
(alleen voor de elektriciteitsproduktie). 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).
In India zijn al enkele Thoriumreactoren in bedrijf. Thorium zal op termijn
waarschijnlijk de belangrijkste nucleaire brandstof worden. De hoeveelheid
Thorium op aarde is 3 keer zo groot als de hoeveelheid Uranium.
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. Nog nooit heeft een technische ontwikkeling zo lang geduurd. Denk
bijvoorbeeld aan elektriciteit, radio, (satelliet)televisie, vliegtuig, computer,
ruimtevaart, de laser, kernenergie, waterstofbom etc. Die uitvindingen werden
allen gerealiseerd in een tijdsbestek van enkele 10-tallen jaren, van idee naar
een bruikbaar produkt.
Waterstof
Waterstof kan worden geproduceerd met behulp van kernenergie via een
thermo-chemisch proces of door elektrolyse van water. De benodigde elek-
triciteit 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 infra-
structuur bestaat. De brandstofcel is voorlopig nog veel te duur en vraagt
nog veel ontwikkeling. Waterstof is geen energiebron, maar een energie-
drager. Het produceren van waterstofgas door elektrolyse van water kost 1,5 keer meer energie dan het oplevert. Waterstof is dus geen oplossing voor het energieprobleem
Hoe lang kunnen we nog vooruit met fossiele brandstoffen?
Volgens sommige deskundigen
is er nog voldoende gas en steenkool voor de
komende 400 jaar. Maar dan moeten wel alle moeilijk bereikbare bronnen
worden aangeboord. Aardolie is binnen afzienbare tijd op. (over zo'n 50 jaar).
Kernenergie en duurzame energiebronnen (zon en wind) zullen een zeer
beperkte bijdrage blijven leveren. Kernfusie wordt slechts terloops vermeld.
Men zal het vooral moeten hebben van een drastische bezuiniging op het
energieverbruik en een hoger rendement bij de opwekking van elektriciteit.
Ook moet alle restwarmte volledig worden
benut.
Er is een wanverhouding ontstaan tussen de produktie en consumptie van
energie. Er zouden vrijwel geen problemen zijn, als er een paar miljard
mensen minder op deze aarde zouden rondlopen. (rondrijden).
De werkelijkheid is, dat er voor het jaar 2050 nog een paar miljard mensen
bij zullen komen. Dat zijn gemiddeld 1 miljoen per week erbij
De enige oplossing lijkt: (sterk) bezuinigen op energie en (veel) minder
mensen. Bezuinigen op het energieverbruik, terwijl tegelijkertijd het aantal
aardbewoners toeneemt, levert per saldo niets op. Dat is "dweilen met de
kraan open".
Het worden interessante tijden
Energie-inhoud en watervoorbeeld
De 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
Beide accu's hebben dus dezelfde energie-inhoud. Vermelding van alleen
de spanning of alleen het aantal ampère-uren geeft geen informatie over
de energie-inhoud
In winkels die elektrische fietsen verkopen, heeft men het vaak over "een accu
van 10 ampère". Dat zegt dus niets over de energie-inhoud, zolang de spanning
en de tijd er niet bij worden vermeld. Er zijn zelfs fabrikanten van elektrische
fietsen, die alleen maar het aantal ampère-uren van de accu in hun folders ver-
melden en dus niet de energie-inhoud.
Watervoorbeeld
Om de eigenschappen van elektriciteit duidelijk te maken, gebruikt men vaak
het watervoorbeeld. 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. Vermogen is een eigenschap.
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 Energie levert altijd iets op, in dit geval water. Energie = vermogen x tijd.
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.
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 benzine-
motor is ongeveer 25%. Dat betekent dat 25% van de energie in de benzine
wordt omgezet in nuttige mechanische arbeid. Hierdoor wordt de auto gedu-
rende de tocht voortbewogen. Via de koeling van de motor en de hete uitlaat-
gassen 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
apparaat
vermogen
gebruik per dag
energie per dag
kosten per dag
LED-lamp
5 watt
10 uur
50 wattuur
€ 0,01
spaarlamp
15 watt
10 uur
150 wattuur
€ 0,03
koffiezetter
750 watt
12 minuten
150 wattuur
€ 0,03
waterketel
2000 watt
6 minuten
200 wattuur
€ 0,04
elektrisch deken
25 watt
8 uur
200 wattuur
€ 0,04
stofzuiger
1500 watt
10 minuten
250 wattuur
€ 0,05
ADSL-router
12 watt
24 uur
288 wattuur
€ 0,06
elektrische fiets
100 watt
3 uur
300 wattuur
€ 0,06
flatscreen TV
100 watt
3 uur
300 wattuur
€ 0,06
computer
100 watt
4 uur
400 wattuur
€ 0,08
stoomstrijkijzer
1000 watt
30 minuten
500 wattuur
€ 0,10
sluipverbruik
25 watt
24 uur
600 wattuur
€ 0,12
gloeilamp
75 watt
10 uur
750 wattuur
€ 0,15
koelkast
180 watt
5 uur
900 wattuur
€ 0,18
wasmachine
1000 watt
1 uur
1000 wattuur
€ 0,20
waterbed
50 watt
24 uur
1200 wattuur
€ 0,24
wasdroger
2000 watt
90 minuten
3000 wattuur
€ 0,60
120 liter boiler
3000 watt
90 minuten
4500 wattuur
€ 0,90
airco
1000 watt
12 uur
12000 wattuur
€ 2,40
elektrische auto
14000 watt
1 uur
14000 wattuur
€ 2,80
1 kilowattuur kost € 0,20 (inclusief energiebelasting, transport en BTW)
Een ADSL-router verbruikt per etmaal bijna evenveel energie
als het volledig opladen van een elektrische fiets, of 3 uur naar
de TV kijken.
De koelkast wordt door de thermostaat zo nu en dan even
ingeschakeld. De "aan"-tijd is ongeveer 5 uur per etmaal.
Het vermogen van 1000 watt voor een wasmachine is een
gemiddelde waarde. Het wasproces kan worden opgedeeld
in 3 fasen met een verschillend energieverbruik:
1. het opwarmen van het water, dit verbruikt de meeste energie
2. het wassen, hierbij verbruikt de motor die de wastrommel
ronddraait weinig energie
3. het centrifugeren, hierbij verbruikt de motor veel energie
Een wasdroger verbruikt per wasbeurt 3 keer zoveel energie als
een wasmachine.
De boiler is meestal 's nachts ingeschakeld. Met 4500 wattuur
wordt dan 50 liter water verhit van 10 naar 85 graden celsius
Voor de elektrische auto is de Tesla model S gekozen.
Die komt pas in 2012 op de markt
Een sluipverbruik van 600 wattuur per etmaal is voor de meeste
huishoudens wel een minimumwaarde. Dat is ongeveer 6% van
het totale elektriciteitsverbruik.
In Nederland is het elektriciteitsverbruik van een huishouden ongeveer 10 kilowattuur per dag. Bij een kilowattuurprijs van 20 eurocent,
kost dat dus € 2 per dag = € 730 per jaar.
Het energieverbruik (en ook het "sluipverbruik") van huishoudelijke
apparaten kan men gemakkelijk meten met een energiemeter. Die
kan worden geplaatst tussen de wandcontactdoos en het apparaat
waarvan men het verbruik wil meten. www.lage-energierekening.nl 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.
Boeken over energie
"energie survival gids"
Wilt u letterlijk alles weten over energie, lees dan dit populair wetenschap-
pelijke boek auteur: Jo Hermans, oud-hoogleraar natuurkunde aan de
Universiteit Leiden. ISBN 9789075541113
"Sustainable Energy - without the hot air"
Dit boek geeft een volledig overzicht van de (on)mogelijkheden van duurzame
energie. auteur: David MacKay, professor aan de Universiteit Cambridge.
Lees vooral hoofdstuk 19:
"Every BIG helps"
Enkele citaten uit het boek:
if everyone does a little, we’ll achieve only a little als iedereen een beetje doet, dan zullen we maar een beetje bereiken
is the population of the earth six times too big? is de wereldbevolking misschien 6 keer te groot?
any sane discussion of sustainable energy requires numbers voor een 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: “Unless we act now, not some time distant but now, these consequences,
disastrous as they are, will be irreversible. So there is nothing more
serious, more urgent or more demanding of leadership.” "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:
Have you thought of perhaps not flying to Barbados for a holiday and not using
all those air miles?
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:
I would, frankly, be reluctant to give up my holidays abroad.
Eerlijk gezegd voel ik er niets voor mijn vakanties in het buitenland op te geven Interviewer:
It would send out a clear message though wouldn’t it, if we didn’t see that great
big air journey off to the sunshine? - a holiday closer to home?
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:
Yeah – but I personally think these things are a bit impractical actually to expect
people to do that. I think that what we need to do is to look at how you make air
travel more energy efficient, how you develop the new fuels that will allow us to
burn less energy and emit less. How – for example – in the new frames for the
aircraft, they are far more energy efficient.
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.
I know everyone always – people probably think the Prime Minister shouldn’t go
on holiday at all, but I think if what we do in this area is set people unrealistic
targets, you know if we say to people we’re going to cancel all the cheap air
travel - You know, I’m still waiting for the first politician who’s actually running
for office who’s going to come out and say it – and they’re not.
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
"Zes graden"
In zes hoofdstukken wordt beschreven wat de wereld te wachten staat bij een
opwarming van zes graden. Zes graden is de voorspelde opwarming aan het
einde van deze eeuw, als we niet snel tot een wereldwijde reductie van de
CO2-uitstoot komen.
auteur: Mark Lynas, wetenschapsjournalist en milieubeschermer.
Enkele citaten uit een interview met Mark Lynas: Interviewer:
Waarom ben je ten aanzien van kernenergie zo radicaal van mening veranderd? Mark Lynas:
De wetenschap brengt geen overtuigende bezwaren meer naar voren. Moderne
kerncentrales kunnen eigenlijk niet meer ontploffen, Ze verbruiken inmiddels het
radioactieve afval waar we toch vanaf moesten. Gezondheidsrisico’s vallen in het
niet bij andere gebruikte technieken. Het levert enorme hoeveelheden stroom uit
een minuscule hoeveelheid brandstof. De hoeveelheid afval is heel erg klein en het
is niet zo schadelijk voor de natuur als sommige mensen denken. Ik durf zelfs te
beweren dat het principieel afwijzen van kernenergie de grootste fout is die de
milieubeweging ooit heeft gemaakt. Dat is omdat het de deur heeft opengezet
naar kolencentrales. We hebben het aan de antikernenergie-beweging te danken
dat er miljarden tonnen CO2 de atmosfeer in zijn geblazen. Achteraf was dat een
slecht idee. Interviewer:
Maar uiteindelijk is de brandstof voor kerncentrales toch ook op? Mark Lynas:
Dat klopt, maar dat duurt nog een eeuw of twee. Ik wil er graag even aan
herinneren dat we nog maar een paar jaar hebben om het zelfregulerend
vermogen van onze planeet te redden. Dat is de keus waar we voor staan.
Het probleem is dat milieu-organisaties het niet echt kunnen maken om nu
opeens toe te geven dat ze fout zaten met kernenergie.
www.guardian.co.uk/books/2007/apr/23/scienceandnature.climatechange
NRC-Handelsblad 13 november 2009
Het klimaatprobleem is op te lossen, zegt het Internationaal Energie Agent-
schap (IEA). Als we zuiniger worden, meer kernenergie gebruiken en massaal
elektrisch gaan rijden. Kernenergie speelt een veel grotere rol dan in eerdere
scenario's. Aardgas eveneens. Maar het opvallendste is de enorme omslag die
het IEA nodig acht in de transportsector. Die zal massaal over moeten op
elektrisch vervoer, vertelde chef-econoom Fatih Birol van het IEA gisteren.
"Dit is de achilleshiel", onderstreepte Birol. De omslag is nodig, niet alleen
vanwege het klimaat. Het vermindert tevens de kans op internationale conflic-
ten. Zonder beleidswijzigingen zal de vraag naar olie toenemen van 84 miljoen
vaten per dag nu, naar 105 miljoen vaten in 2030. De prijs zal volgens de prog-
nose van het IEA stijgen naar bijna 200 dollar. Het zal de wereldeconomie
ontwrichten. Bovendien kan de krapte makkelijk leiden tot conflicten. Wellicht
gewapende. Het IEA heeft in zijn analyse één toverwoord: zuiniger.
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 weten-
schappers en universiteiten die zoveel mogelijk gegevens over de uitstoot
van CO2 hebben verzameld en geanalyseerd. Volgens het GCP is de uit-
stoot 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 24 december 2009
De Amerikaanse president Obama vindt dat de teleurstelling over de uitkomst
van de klimaattop in Kopenhagen terecht is. "Volgens de wetenschap moeten
we de uitstoot van broeikassen de komende 40 jaar aanzienlijk verminderen.
Niets in het Kopenhagen-akkoord verzekert dat dat gebeurt". De top in
Kopenhagen leverde niets meer op dan een intentieverklaring van de deel-
nemers om de komende jaren iets te doen aan de uitstoot van CO2.
Teletekst 20 januari 2010
Het VN-Klimaatpanel erkent dat een waarschuwing over het smelten van de
gletsjers in het Himalayagebergte niet voldoende was onderbouwd. In een
rapport uit 2007 stond dat de gletsjers rond 2035 zouden zijn verdwenen,
maar die stelling blijkt niet houdbaar. Het Klimaatpanel (IPCC) laat weten
dat de waarschuwing niet was gebaseerd op de eisen die het IPCC zelf stelt
aan gedegen onderzoek
Teletekst 26 februari 2010
De VN stelt een onderzoek in naar het omstreden rapport uit 2007 van het
VN-klimaatpanel. IPCC. Er komt een commissie van onafhankelijke weten-
schappers die de fouten onder de loep gaan nemen. Het IPCC ligt onder
vuur nadat de afgelopen maanden verschillende fouten in het rapport waren
ontdekt. O.a. zijn de passages over de opwarming van de aarde gebaseerd
op meetfouten.
Teletekst 16 april 2010
Het CDA wil het aantal kerncentrales in Nederland uitbreiden naar drie.
Voor de bouw van de twee extra centrales moeten binnen vier jaar vergun-
ningen worden afgegeven, zei minister Verhagen bij een bezoek aan de
Pettense reactor. Extra kerncentrales zijn nodig als ons land over 30 jaar
nog zeker wil zijn van energie, zei Verhagen. Hij wees op de vooruitgang
bij het veilig opslaan van kernafval.
NOS 23 april 2010
Op het booreiland Deep Horizon, op ruim 80 kilometer uit de kust van
Louisiana, was dinsdagavond 20 april, een zware explosie. Het platform
kapseisde en zonk. Op zee drijft nu een olievlek van meer dan tien vier-
kante kilometer. Het boor-eiland, ongeveer zo groot als een voetbalveld,
was in gebruik door de oliemaatschappij BP. Het platform produceerde een
miljoen liter olie per dag. Op het moment van de explosie was er 2,5 miljoen
liter olie opgeslagen. De oorzaak van de explosie is vooralsnog onbekend.
De Amerikaanse overheid doet er alles aan om de milieuschade na het
ongeluk te beperken. Dat heeft de hoogste prioriteit, heeft president Obama
gezegd. De Amerikaanse autoriteiten, oliemaatschappij BP en het bedrijf
Transocean hebben een grootscheepse operatie opgezet om de oliemassa
te isoleren. Daarmee moet worden voorkomen dat de olie de kusten van
Louisiana, Alabama en Mississippi bereikt en vervuilt. Deskundigen waren
bang dat het ongeluk zou uitgroeien tot de ergste olieramp sinds 1989, toen
zich in de wateren bij Alaska een ramp voordeed met de olietanker Exxon
Valdez.
De Volkskrant 31 mei 2010
Het falen van de diepzeeboring in de Golf van Mexico is het opzichtig falen
van een techniek waarvan eerder is gezegd dat die veilig en beheersbaar
was. In dat opzicht lijkt de situatie op de kernramp van Tsjernobyl in 1986.
Tsjernobyl bracht de nucleaire industrie goeddeels tot stilstand. Dat zal de
olie-industrie nu niet letterlijk gebeuren, daarvoor is de afhankelijkheid
van olie te groot. Maar de vanzelfsprekendheid waarmee aardolie kan en
zal worden gewonnen is terecht even verdwenen.
Teletekst 3 augustus 2010
BP hoopt vandaag te beginnen met het definitief dichten van het olielek in de
Golf van Mexico. Dat gebeurt door cement en boorvloeistof in de bron te
spuiten. Half juli lukte het om een kap over de oliebron te zetten, maar het
lek is nog niet helemaal gedicht. Volgens de laatste berekeningen is zo'n 780
miljoen liter olie weggelekt. Dat is meer dan bij enige andere olieramp in het
verleden. (er kwam dus bijna 20 keer zoveel olie in zee terecht als bij de ramp
met de tanker Exxon Valdez bij Alaska in 1989. De lekkage in de Golf van
Mexico duurde ruim 3 maanden)
Teletekst 15 augustus 2010
President Obama is het weekeinde met zijn gezin in Florida om de regio een
hart onder de riem te steken na de olieramp in de Golf van Mexico. Hij riep de
Amerikanen op naar Florida te komen en daar weer geld uit te geven. Hij zei
dat de stranden weer schoon en veilig zijn en verklaarde ze voor "heropend".
(dàt is snel, nog geen 2 weken na het sluiten van het olielek dat de grootste
olieramp uit de geschiedenis veroorzaakte, is de olie al weer verdwenen (?)
Teletekst 19 september 2010
Olieconcern BP heeft de oliebron in de Golf van Mexico na een laatste test
definitief voor gesloten verklaard. In de test van vannacht werd gekeken of
de oliebron, waarin cement is gestort, het ook onder grote druk zou houden.
Dat bleek het geval.
Teletekst 12 oktober 2010
De Amerikaanse regering heeft het verbod op het boren naar olie in diep
water opgeheven. Het boorverbod zou tussen de 8000 en 12000 banen
hebben gekost en veel schade hebben berokkend aan de economie in de
zuidelijke kustregio.
Teletekst 14 mei 2011
President Obama neemt maatregelen om de olieproductie in Alaska en
in de golf van Mexico op te voeren. Hij komt daarmee tegemoet aan de
Republikeinen. Door de huidige hoge benzineprijs is er ook druk vanuit de
bevolking om meer olie in eigen land te winnen. Na de ramp in de golf van
Mexico mocht daar een half jaar niet worden geboord en werden de regels
strenger
Teletekst 18 augustus 2011
Nog dit jaar wordt de 7-miljardste aardbewoner geboren. De bevolkings-
toename komt vooral voor rekening van Afrika, waar vrouwen gemiddeld
vijf kinderen krijgen. De groei van de wereldbevolking neemt wel af. Pas (?)
over 14 jaar wordt het volgende miljard bereikt, terwijl dat nu 12 jaar heeft
geduurd. Voor 2050 lost India China af als land met de meeste inwoners
NRC-Handelsblad 23 september 2011
De zeven miljardste is een ongewenst kind. Waarschijnlijk krijgt het een
rotleven. Op 31 oktober 2011 wordt de zeven miljardste mens geboren.
Verwacht geen beschuit met muisjes op het hoofdkantoor van de Verenigde
Naties. De organisatie is een campagne begonnen om alle aardbewoners
op hun verantwoordelijkheid te wijzen.
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 conceptakkoord 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 13 december 2011
Canada stapt uit het Kyoto-verdrag. Daarmee is het het eerste land dat zich
terugtrekt uit de overeenkomst die in 1997 werd gesloten om de uitstoot van
broeikasgassen te beperken. Volgens Canada heeft het verdrag geen zin zolang
grote vervuilers als China en de VS het niet ondertekenen. Van "Kyoto" moet
de uitstoot eind 2012 6% lager zijn dan in 1990, maar dat gaat Canada niet
halen. De bekendmaking komt een dag na het eind van de top in Durban. Daar
lieten ook Japan en Rusland weten weinig meer in het Kyoto-protocol te zien.
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 21 mei 2013
De overheid, de milieubeweging en de energiesector willen in 2014 met een
grote campagne burgers stimuleren om energie te besparen en duurzame energie
te gebruiken. Dat meldt Trouw op basis van een nog geheim conceptrapport.
In 2020 moeten een miljoen huishoudens en bedrijven hun energie voor de helft
uit duurzame bronnen krijgen. In 2050 moeten alle gebouwen energieneutraal zijn.
Ook liggen er plannen voor de veranging van energieverslindende apparaten als koelkasten en geisers.
