Grootschalige ZONNE-ENERGIE uit Spanje en Noord-Afrika Dr. Evert du Marchie van Voorthuysen

Hoeveel woestijngrond is er nodig? ZONNE-ENERGIE Hoeveel woestijngrond is er nodig? Intensiteit zon boven atmosfeer: 1376 W/m2 Intensiteit op de grond: 1000 W/m2, 6 uur per dag 24-uurs gemiddelde intensiteit: 2 50 W/m2 zonnecentrales met 10% rendement: 25 W/m2 = 25 MW/km2 Wereldverbruik aan kolen, olie, gas, uranium: 14000 GW = 14.000.000 MW Benodigd oppervlak: 14.000.000 / 25 = 560.000 km2 Oppervlak van Frankrijk: 552.000 km2 Sahara >> Frankrijk —> Er is ruimte genoeg om de hele wereld te voorzien!

Er is genoeg land om de hele wereld van zonne-energie te voorzien! Bedek het vierkant met CSP-centrales. De stroom uit die centrales kan alle olie, gas, kolen en uranium op de hele wereld vervangen. 3

1990: Duurzame energie staat op de politieke agenda. ZONNE-ENERGIE 1990: Duurzame energie staat op de politieke agenda. Overal worden windturbines gebouwd. Niemand spreekt of schrijft over grootschalige zonne- energie in de woestijnen. Waarom? Wat is hier aan de hand? 4

ZONNE-ENERGIE 2003: Enquête onder fysici en chemici: Noem 2 technologiën waarmee je electriciteit kunt maken uit zonlicht. >90%: fotovoltaische zonnepanelen (PV) en ??? <10%: fotovoltaische zonnepanelen (PV) en zonnestralen concentreren met spiegels (CSP) 5

Concentrating Solar Power CSP Spiegelveld van 150 Mwe zonthermische kracht- centrale in Kramer Junction, Californië 6

Doorsnede van parabolische trogspiegel 7

Spiegelvelden van vijf 30 MW centrales op samen 4 km2 8

Power block van een 30 MW zonthermische krachtcentrale 9

Blokschema van een gewone thermische krachtcentrale gestookt met olie, gas of kolen, en met zeewaterkoeling 10 Rankine cyclus

Blokschema van een gewone thermische krachtcentrale gestookt met olie, gas of kolen, en met zeewaterontzilting 11

Blokschema van een zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en zeewaterontzilting, bedrijfsvoering overdag 12

Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en zeewaterontzilting, Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en zeewaterontzilting, bedrijfsvoering ‘s nachts 13

Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en zeewaterontzilting, Zonthermische krachtcentrale met warmteopslag en zeewaterontzilting, bij langdurig bewolkt weer 14

lineaire Fresnelspiegels: 15 Voordelen t. o. v lineaire Fresnelspiegels: 15 Voordelen t.o.v. trogspiegels: Minder land nodig Goedkoper Australie: levering van stoom aan kolencentrale: kolenbesparing Dit is de technologie waar de Nederlandse zonexploitatiemaatschappij SOLAQ voor kiest. 15

zonnetoren 16 Voordelen van de zonnetoren boven de lineaire spiegels: Hogere concentratiefactor, dus hogere temperaturen (800oC), dus hoger Carnot-rendement. In de toekomst zonnechemie mogelijk: directe productie van waterstof. Nadelen: Voornamelijk laboratoriumervaring, nog weinig commerciële ervaring. Er wordt momenteel bij Sevilla een 12 MWe zonnetoren gebouwd, bijna klaar

Zonneschotel: de hoogste temperaturen In brandpunt Stirlingmotor + generator. Toekomst: Chemische reactor? Waterstofproductie? 17

Plataforma Solar de Almería, Spanje Twee zonnetorens, parabolische trogspiegels, schotelspiegels, ontzilting, enz. 18

Huidige kosten: 19 Nieuwe trogcentrale van 64 MWe in Nevada: 9 – 13 $ct/kWh Kostenontwikkeling van de in 1985-1990 gebouwde trogcentrales in Californië: →

De kosten hangen sterk af van de jaarlijkse instraling De kosten hangen sterk af van de jaarlijkse instraling. DNI: Direct Normal Irradiation. De jaarlijkse instraling op een vlak ┴ zon (normaal // zon) 20

Belangrijkste kostenfactor: Kapitaalslasten 21 De nieuwe centrale in Nevada kost 3,7 miljoen dollar per geïnstalleerde Megawatt. De nieuwe kerncentrale in Finland kost 2,5 miljoen dollar per geïnstalleerde Megawatt. Belangrijkste kostenpost: het spiegelveld Nu: 150 – 300 $/m2 Toekomst: 50 – 100 $/m2

Markten waar CSP nu al rendabel is 22 Olie-exporterende landen aan de Persische Golf Hoteldorpen langs de Egyptische Rode-Zee kust Markten met een gunstig subsidieregime: Spanje betaalt 22 cent/kWh voor zonnestroom Algerije heeft ook een gunstig tarief voor stroom uit hybride gas-zonne centrales

Kunnen de kosten omlaag. Jazeker Kunnen de kosten omlaag? Jazeker! Door veel centrales te gaan bouwen: 23 De leercurve voor CSP volgens Sargent&Lundy en volgens Sunlab:

Leercurven voor electriciteitscentrales: 24

25

Absorptie van zonnestraling in de atmosfeer: 26

Absorptie van zonnestraling in de atmosfeer: 27 In de ruimte: I0 = 1376 W/m2 Op de grond: DNI (θZ ) = 1376 T (θZ ) W/m2. θZ : zenithoek cos θz = sin δ sin φ + cos δ cos φ cos ω δ: declinatiehoek (-23.50 < δ < 23.50) (seizoen) φ: geografische breedte ω: uurhoek ω = (t – 12).150, T (θZ ) = ao + a1 exp( -k/cos θz) Op zeeniveau: ao = 0,13, a1 = 0,76, and k = 0,39. Zonneschotel steeds op de zon gericht: instraling = DNI Fresnel spiegelveld is horizontaal, instraling: Ihor (θZ ) = DNI (θZ ). cos θz Nog geen rekening gehouden met wolken.

Seizoenseffecten zijn groot: 28 Darwin, Australië: Zuid-Marokko

Zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu 1 gigawatt (1000 Mwe) levert: 29 Fresnel spiegelveld. Over het jaar gemiddelde instraling: Ihor = 4,65 kWhth/m2/dag = 194 Wth/m2 continu. Rendement: Zoninstraling → hogedruk stoom: 50% Hogedruk stoom → electriciteit: 30% Samen: 15% Opbrengst van het spiegelveld: 194 x 15% = 29 We/m2 = 29 MWe/km2 De centrale heeft een spiegeloppervlak nodig van 34 km2 aan woestijngrond. Dit is 6 x 6 kilometer (de bebouwde oppervlakte van Assen of Emmen)

De zon schijnt niet altijd. Probleem 1: dag/nacht 30 Oplossingen, warmte opslaan in: 1. Vloeibare zoutmengsel 2. Goedkope materialen (beton, grind, ......) 3. Ondergrondse waterreservoirs onder hoge druk 4. Reversibele chemische reacties: MgH2 ↔ Mg + H2 TiH2 ↔ Ti + H2 NH3 ↔ ½N2 + 1½H2

De zon schijnt niet altijd. Probleem 2: zomer/winter (60% effect) 31 Nog geen oplossing gevonden, uitdaging voor chemici! ‘s Zomers chemisch-potentiële energie maken, bv. zink metaal: in zonneschotels (Solar dishes): ZnO (1700 0C) → Zn + ½O2 ‘s Winters: Zn + H2O → ZnO + H2 Dit kan ook in auto’s e.d. Gaat zink het opslag- en transportprobleem van de waterstofeconomie oplossen?

Stoomturbine, generator, etc. 1522 50 M$/km2 Spiegelveld 34.4 km2 Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu stroom levert aan Europa (1) 32 414 9 M$/ GWhthermisch Warmteopslag 46 GWhthermisch 2436 totaal 500 0,5 M$/MWe Stoomturbine, generator, etc. 1522 50 M$/km2 Spiegelveld 34.4 km2 Totaal (M$) stuksprijs onderdeel

Transportkosten totaal 430 M$ Investering in leidingen, kabels Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu stroom levert aan Europa (2) 33 Transportverlies langs de 3500 km lange Gelijksspannings Hoogspanningsleiding: 14,5 % 844 M$ Transportkosten totaal 430 M$ Investering in leidingen, kabels 17% x 2436 = 414 M$ compensatie

3280 Totaal: 844 transportkosten 2436 Bouwkosten centrale Kostenberekening voor een toekomstige 1 GWe zonthermische krachtcentrale in Zuid-Marokko die continu stroom levert aan Europa (3) 34 3280 Totaal: 844 transportkosten 2436 Bouwkosten centrale Miljoen dollar: Deze centrale levert Nederland 1000 MWe continu in de maanden maart – september, 600 MWe continu in december en januari. Om het seizoensprobleem op te lossen: Onderzoek intensiveren naar chemische energiedragers

Gedecentraliseerd oogsten van zonnehitte door onafhankelijke “zonneboeren” 35

Bebossing van de woestijn 36 start na 5 jaar 1 GWe CSP-ontziltingscentrale op 2 x 20 km langs de kust Acacia’s hebben na twee jaar geen irrigatie meer nodig Het bos groeit met een snelheid van 2.5 km/jaar de woestijn in! Bron: N. Bassam, IFEED.

Realistisch scenario voor de wereldwijde groei van CSP: 37 0,35 GWe in 2006 naar 850 GWe in 2040 = helft van stroomproductie in 2003 Een sneller scenario = oorlogsscenario is bijna niet mogelijk. De wereld heeft 50 jaar nodig voor de volledige transitie naar de zonne-economie! Voor kernenergie geldt hetzelfde! Er zijn decennia nodig voor de volledige omschakeling naar een nucleaire economie Voor kolen + CO2-opslag geldt hetzelfde! Er is 50 jaar nodig voor de omschakeling naar de schoon- fossiele economie.

Conclusies van de technische en economische beschouwing: 38 1. Er is genoeg ruimte in de woestijnen om de hele wereld te voorzien 2. De investeringskosten voor zonnestroom in Nederland zakken binnen 10-20 jaar tot 130% van die voor een kerncentrale, maar…. 3. Een CSP centrale verbruikt geen uranium en zadelt de toekomstige generaties niet op met radioactief afval 4. Als we nu beginnen met massaal in CSP te investeren i.p.v. (weer) in kernenergie, kunnen we Iran geloofwaardiger tot de orde roepen. 5. De wereld moet NU de juiste beslissing nemen, want IEDERE optie kost zeer vele decennia

Het politieke probleem: 39 Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan?

Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan 40 Mondiale argumenten tegen CSP: Lage olieprijzen 1990-2003 (maar waarom groeiden windenergie en zon-PV wel?) Kleinschaligheids ideologie: “Small-is-beautifull” Bestaande energiebelangen werken zitten niet te wachten op nieuwe concurrent

Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan? 41 Nederlandse argumenten tegen CSP: CSP is niet relevant voor Nederland Adviesbrief van de Algemene Energieraad (AER) d.d. 3maart 2006 aan minister Brinkhorst: CSP-stroom, ingevoerd uit Noord-Afrika, wordt goedkoper dan de rond 2020 te verwachten kosten voor electriciteitsopwekking met wind, zon-PV en biomassa. HOEZO, NIET RELEVANT? Dit advies van de AER wordt straal genegeerd in alle andere studies en beleidsstukken!

Gebruik gelijkstroom i.p.v. wisselstroom. Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan? 42 Nederlandse argumenten tegen CSP: Je kunt geen elektriciteit over lange afstand transporteren Dat kan wel. Gebruik gelijkstroom i.p.v. wisselstroom. Zuid-Marokko -> Nederland: 14,5% verlies, dus 17% meer centrales bouwen.

Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan? 43 Nederlandse argumenten tegen CSP: Je moet geen samenwerking beginnen met onstabiele landen (enge moslimlanden) We doen dit al lang. De meeste olie komt uit Saoedi-Arabië, Iran, Irak, enz. CSP uit Marokko of Tunesië is juist een welkome diversificatie. De 60-jarige vrede in West-Europa begon met de EGKS in 1952: de aartsvijanden Duitsland en Frankrijk gingen samenwerken op het gebied van kolen = energie. Het concept FORT EUROPA leidt vroeg of laat tot oorlog. Er is geen alternatief tegen globalisatie.

Nederlandse bedrijven zijn niet geïnteresseerd Waarom zijn er 15 kostbare jaren verloren gegaan? 44 Nederlandse argumenten tegen CSP: Nederlandse bedrijven zijn niet geïnteresseerd Bedoeld wordt: BESTAANDE Nederlandse bedrijven. Nogal wiedes, er is geen enkele positieve aansturing vanuit de overheid. NIEUWE Nederlandse bedrijven zijn wel geïnteresseerd!

De reactie van Shell: 5 – 10 8 - 14 Zonthermische krachtcentrales CSP Stroomkosten van de twee zonne- energie technologieën in zonnige landen (Californië, Noord-Afrika, enz.) World Energy Outlook 2004 (IEA): 5 – 10 8 - 14 Zonthermische krachtcentrales CSP 15 - 32 31 – 38 $cent / kWh Zonnecellen PV (zonnecollectoren) 2030 2002 Conclusie: PV is veel duurder dan CSP Shell investeert bewust in de duurste technologie Shell meent nog 20-30 jaar de tijd te hebben. De wereld heeft deze tijd niet meer.

Gaan we in Nederland de boot missen? In 2006 begint de victorie: 46 De 12 MWe zonnetoren bij Sevilla is klaar Een 1 MWe trogcentrale in Arizona is klaar Bouw begonnen van 64 MWe parabolische trogcentrale by Boulder City, Nevada Bouw begonnen van drie 50 Mwe centrales bij Guadix met 7 uur warmteopslag Nieuwe projecten aangekondigd met een totaal vermogen van 1,4 GW! Gaan we in Nederland de boot missen?

Nederlandse politieke actiepunten op korte termijn: 47 Uitbreiding van het Energie Transitiebeleid met een nieuw Transitiepad Concentrating Solar Power (CSP) Verdrag met bv. Tunesië: op een stuk woestijngrond (liefst aan de kust) mogen Nederlandse bedrijven gaan investeren in CSP. Zij vallen dan gedeeltelijk onder het Nederlandse juridische stelsel en krijgen Nederlandse subsidie. Verdrag met Algerije en/of Libië: de Gas-CSP-rotonde. (Plan Heetebrij). Uitruil van LNG tegen aanleg van zonnecentrales in Noord-Afrika door het Nederlandse bedrijfsleven. Financiering uit FES fonds en opcenten op de gasstroom.

STELLINGEN: 48 1. Nederland heeft een verantwoordelijkheid jegens de wereld om het klimaatprobleem op te lossen. 2. Nederland moet de totstandkoming van een Europees feed-in stelsel bevorderen die particuliere investeringen in CSP uitlokt. 3. Uit het FES fonds moet een CSP-investeringsprogramma worden bekostigd: De bedrijven hebben het laten afweten, dus de Overheid moet het doen.

Grootschalige zonne-energie: Realiteit of Utopie? 49 REALITEIT! DANK U VOOR DE AANDACHT Dr.Evert du Marchie van Voorthuysen www.zonisdetoekomst.nl