Wat is beter, zon en wind of kernenergie? Zon en wind zijn gratis, de keus lijkt niet moeilijk.

Op land staan al meer dan 2000 windmolens, en op zee zo’n 500. Greenpeace en Timmermans zeggen dat we alleen nog wat moeten opschalen, en dan komt het dik voor elkaar met zon en wind. Dat opschalen betekent dat er heel veel zonnepanelen en windmolens bij moeten komen om alle energie voor ons land te leveren. We wekken op dit moment ongeveer 13 GW aan elektrisch vermogen op, maar als we onze hele energiebehoefte uit elektriciteit willen halen, zullen we een netto continuvermogen van gemiddeld 100 GW consumeren.

Omdat zon en wind niet altijd beschikbaar zijn, hebben we niet alleen windmolens en zonnepanelen nodig (links op het plaatje), maar ook opslagcapaciteit voor de buffering (rechts op het plaatje). De accu’s zijn bedoeld om één dag te overbruggen. De waterstof is voor langere periodes, bijvoorbeeld als het in het najaar wekenlang mistig weer is zonder zon of wind. Van de waterstof kan met brandstofcellen weer stroom gemaakt worden. Bij die omweg via waterstof blijft maar een-derde over, twee-derde gaat helaas in de elektrolysers en brandstofcellen verloren. Vanwege deze verliezen moeten we gemiddeld 50 % meer opwekken dan we aan elektriciteit consumeren, dus we moeten gemiddeld 150 GW met zon en wind opwekken.

Omdat windmolens en zonnepanelen een gemiddelde levensduur hebben van 20 jaar, moeten er iedere dag vier windmolens en 100.000 zonnepanelen worden vervangen. En met nieuwbouw in dit tempo duurt het dus ook 20 jaar voordat we er zijn en de oudste weer moeten gaan vervangen.

Dan zijn we er nog niet. Rechts staan de aantallen accu’s, 800.000 zeecontainers vol, en hoeveel er iedere dag vervangen moeten worden, 220 zeecontainers.

Aan elektrolysers hebben we 600.000 zeecontainers nodig, en per dag nog eens 160 zeecontainers om slijtage op te vangen.

Tenslotte zijn er 130.000 zeecontainers vol met brandstofcellen nodig, en iedere dag 36 zeecontainers om versleten exemplaren te vernieuwen.

Zou dit gaan? “Zon en wind moeten wel worden opgeschaald” zeggen Greenpeace en Timmermans. Gelooft u het?

Uitgangspunten

De gemiddelde energievraag is die van Nederland in het jaar 2019: 101 GW, inclusief bunkers (https://www.energieinnederland.nl/feiten-en-cijfers/uitgebreid/2019).

De energievraag is inclusief de bunkers die in Nederland gevuld worden (internationale scheepvaart en internationale luchtvaart, 4% van totaal).

Het piekvermogen van wind is gelijk aan dat van zon. Hiermee wordt de opslag geminimaliseerd (https://www.kivi.nl/afdelingen/elektrotechniek/energieplan).

Uitgegaan wordt van alleen wind op zee, niet op land, omdat het op zee meer waait.

De capaciteitsfactor van wind op zee is 0,4, die van zon in Nederland 0,1.

Er is een batterijopslag van 1 dag en een waterstofopslag van 1 jaar.

Het rendement van een batterij is 90%, dat van een elektrolyser 60%, en dat van een brandstofcel 50%.

Van de energie van wind plus zon gaat 15% gaat de batterij in, en 45% gaat de electrolysers in. Het geheel van electrolysers, waterstofopslag en brandstofcellen wordt kortweg aangeduid met de term P2G2P (power-to-gas-to-power).

Over het jaar gemiddeld zijn de geleverde output van de batterij en van de P2G2P elk 20% van de gemiddelde elektriciteitsvraag.

Het ingangspiekvermogen van de P2G2P is gelijk aan het piekvermogen van wind plus zon, maar dat van de batterijen is de helft daarvan.

Het uitgangspiekvermogen van de P2G2P is gelijk aan het piekvermogen van de vraag, terwijl dat van de batterijen gelijk is aan de helft daarvan. Het piekvermogen kan daarom ook worden geleverd als een Dunkelflaute meer dan een dag duurt en de batterijen daardoor leeg zijn.

Het huidige gemiddelde elektriciteitsvraagvermogen is 15% van het totale vraagvermogen (EBN-infographic-2021)

Het piekvermogen van de huidige elektriciteitsvraag is 19 GW (https://www.tennet.eu/nl/e-insights/energietransitie/jaarlijkse-piekbelasting). Dit is dus 1,3 maal het gemiddelde elektriciteitsvraagvermogen. Aangenomen is dat deze verhouding hetzelfde zal blijven.

Een windturbine heeft een piekvermogen van 10 MW, een zonnepaneel van 400 W.

Windturbines en zonnepanelen hebben een levensduur van 20 jaar, terwijl batterijen, elektrolysers en brandstofcellen een levensduur hebben van 10 jaar,

Een zeecontainer aan batterijen heeft een energieopslag van 3 MWh (https://alfen.com/nl/energieopslag/thebattery-specificaties). Een zeecontainer met elektrolysers heeft een vermogen van 1 MW evenals een zeecontainer met brandstofcellen. (https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/attachment_data/file/866379/Phase_1_-OGTC_-_Hydrogen_Offshore_Production.pdf)

Hoe als we het met kernenergie zouden doen?

De totale warmtevraag is 42% van de totale energiebehoefte (EBN infographic 2021). De andere 58%, (energie voor de industrie, elektriciteit, mobiliteit) moet uit de opgewekte elektriciteit worden gehaald. Omdat kernenergie continu beschikbaar is, is er geen buffering nodig en is het gemiddelde vereiste elektrische vermogen 58 GW in plaats van 100 GW zoals bij zon en wind. Een kerncentrale heeft een rendement van 35%; de andere 65% komt vrij als warmte. Dat is veel meer dan de reeds genoemde warmtevraag, dus er is een ruim overschot aan warmte beschikbaar voor stadsverwarming en industrie.

De piekvraag aan elektriciteit is 1,3 maal zo groot genomen als de gemiddelde vraag (evenals was aangenomen bij wind pus zon) zodat er 75 GW aan geïnstalleerd elektrisch vermogen nodig is. De gerealiseerde capaciteitsfactor komt hierdoor uit op 77% (de inverse van de factor 1,3), dat is ruim onder de technische capaciteitsfactor van kerncentrales (90%).

Voor 75 GW geïnstalleerd vermogen zijn 13 grote centrales, bestaande uit 4 units van 1,5 GW elk, voldoende. Dat kan in 20 jaar worden gebouwd en bij een levensduur van 80 jaar moet er om de 6 jaar één zo’n grote centrale worden vervangen.