Een wereldwijd netwerk van duurzame energie

Duurzaam opgewekt of niet, elektriciteit moet getransporteerd worden.

Kan de Europese samenleving volledig draaien op hernieuwbare energie? Aan indrukwekkende plannen ontbreekt het in elk geval niet: van het bouwen van reuzenwindmolenparken in de Noordzee tot het importeren van zonne-energie uit de Sahara. Eén ‘detail’ wordt daarbij meestal over het hoofd gezien: de nood aan vele honderdduizenden kilometers nieuwe hoogspanningslijnen en andere transmissie-infrastructuur.

——————————————————————————————————–

// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js // http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js

——————————————————————————————————–

Dat we ons olie- en steenkoolverbruik moeten afbouwen en vervangen door duurzame energie, daar is bijna iedereen het ondertussen over eens. Maar over hoe dat nu precies moet gebeuren, heerst de grootst mogelijke onenigheid. Plaatsen we allemaal zonnepanelen op ons dak en windmolens in de tuin? Of investeren we in grote windmolenparken op zee en zonnecentrales in woestijnen? Moet duurzame energie kleinschalig worden aangepakt? Of moeten we het juist veel grootschaliger zien?

Ieder voor zich

Als ieder huishouden of bedrijf zelf energie zou produceren met zonnepanelen en windmolens, dan kan de hele transportinfrastructuur voor elektriciteit worden opgedoekt (Greenpeace Engeland wijdde daar onlangs een uitvoerig rapport aan).

Dat spaart niet alleen kosten maar ook energie, want tijdens het transport over hoogspanningslijnen gaat een deel van de opgewekte elektriciteit verloren. Nog belangrijker is het verlies in de elektriciteitscentrale zelf: bijna twee derde van de primaire energie die in de centrale wordt gestopt, gaat verloren als hitte.

Energie kleinschalig en decentraal produceren is dus veel efficiënter: we hebben ongeveer drie keer minder energie nodig om evenveel elektriciteit op te wekken. Zo’n infrastructuur is ook robuuster en biedt het voordeel dat ze ons verlost van de onvoorspelbare energieprijs en de maffia-praktijken van grote energiebedrijven. Eens de investering is gebeurd, levert een windmolen of zonnepaneel op je dak gratis energie.

Ingebedde energie

Toch kleven er serieuze bezwaren aan dit scenario. De omstandigheden voor het opwekken van duurzame energie zijn zelden ideaal op de plaats waar we wonen. Een windmolen op je dak is een aantrekkelijk idee, maar helaas valt er in een stedelijk gebied zo weinig wind te rapen dat windmolens daar vaak meer energie kosten dan ze opleveren. Die dingen moeten namelijk eerst geproduceerd worden en dat vraagt ook energie.

Een gelijkaardig probleem stelt zich met zonnepanelen. De opbrengst van zonnepanelen in België en Nederland is relatief laag, en de productie ervan kost veel energie en toxische stoffen. In het geval van zonnepanelen is de energiebalans wel positief, als ze tenminste goed worden geplaatst, maar dat neemt niet weg dat diezelfde zonnepanelen in een zonniger klimaat veel meer energie zouden opleveren voor een zelfde input van materiaal en energie.

Opslag van energie

Bovendien rijst de vraag hoe je in het geval van een kleinschalige elektriciteitsproductie windstille en bewolkte dagen kan opvangen (en hoe je vermijdt dat een overschot aan energie op een zonnige en winderige dag verloren gaat). Nu worden de meeste zonnepanelen aan het elektriciteitsnetwerk gekoppeld, zodat er in dat geval op de grote energiebedrijven gesteund kan worden. Maar als iedereen zijn eigen energie opwekt en de elektriciteitsinfrastructuur wordt opgedoekt, kan dat niet meer.

Een lokaal netwerk heeft weinig zin, want bij de buurman is op dat moment evenveel wind of zon. Batterijen? Niet bepaald een milieuvriendelijke optie, en de capaciteit is beperkt. Waterstof? Nog altijd – en mogelijk voor altijd – een toekomstdroom. Een kleinschalige, decentrale en duurzame energieproductie lijkt dan ook moeilijk te kunnen zonder een back-up van een elektriciteitsnetwerk en klassieke steenkool-, gas- en kerncentrales.

Grootschalige productie van groene energie

Al deze problemen kunnen worden opgelost door duurzame energieproductie juist op een veel grotere schaal te organiseren – veel grootschaliger dan onze huidige aanpak, waar landen voornamelijk hun elektriciteit binnen de grenzen opwekken (zie de beperkte export en import van elektriciteit binnen Europa in de illustratie hieronder, bron UCTE).

Daar zijn intussen een tiental ambitieuze plannen voor uitgewerkt, van het bouwen van reusachtige windmolenparken in alle uithoeken van de Noordzee (zie verder), over het op grote schaal importeren van zonne-energie uit de Sahara (zie verder), tot het aanleggen van een wereldomspannend netwerk van hernieuwbare energiebronnen, vergelijkbaar met het internet. De Europese Commissie sprak zich recent uit voor de uitbouw van een uitgebreid netwerk, en ook in de Verenigde Staten krijgt het idee stilaan voet aan de grond.

Een netwerk over de grenzen heen betekent dat windmolens en zonnepanelen geplaatst kunnen worden waar ze het hoogste rendement behalen. In woestijnen valt er tot 7 keer zoveel zonne-energie te rapen dan in landen als België en Nederland, in de Noordzee kan er tot 20 keer zoveel windenergie geoogst worden dan in onze achtertuin. Dat wil dus zeggen dat we veel minder materiaal en energie nodig hebben om een groene elektriciteitsproductie uit de grond te stampen. Dat is zowel financieel als ecologisch een zeer groot voordeel. In zo’n scenario kan je ook gebruik maken van duurzame energiebronnen die per definitie verder van bewoonde gebieden afliggen, zoals golven, getijden en oceaanstromingen.

Betrouwbaar

Bovendien lost duurzame energieproductie op grote schaal ook het probleem van opslag op. Door een netwerk uit te bouwen dat hernieuwbare energiebronnen op ver uit elkaar gelegen plaatsen met elkaar verbindt, valt er altijd wel ergens zon of wind te oogsten. Duurzame energie wordt zo een energiebron waar je 24 uur per dag en 365 dagen per jaar op kan rekenen. Er is dus geen nood meer aan steenkool-, gas- of kerncentrales om slechte weersomstandigheden op te vangen.

Maar terwijl een decentrale energieproductie belooft om de hele infrastructuur voor het transport en de distributie van elektriciteit overbodig te maken, vraagt een grootschalige productie van hernieuwbare energie juist een aanzienlijke investering in bijkomende hoogspanningslijnen en substations om die elektriciteit uit te wisselen en te verdelen. Daar wordt in de meeste van die plannen met geen woord over gerept.

Masterplan Zeekracht

Een goed voorbeeld is het eerder deze maand gepresenteerde “Masterplan Zeekracht”, dat 193.000 vierkante kilometer of 33,8 procent van de Noordzee wil volbouwen met een “ring” van aan elkaar geschakelde windmolenparken (zie illustratie hierboven). Dat zou jaarlijks 13.400 terawattuur elektriciteit opleveren en daarmee zou het energieverbruik van de 7 landen rondom de Noordzee (het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, België, Nederland, Duitsland, Denemarken en Noorwegen) in 2050 volledig door windenergie kunnen worden gedekt.

Let op: het gaat hier niet alleen het om het elektriciteitsverbruik maar ook om het energieverbruik van transport en verwarming. Omdat de windmolenparken vele honderden kilometers uit elkaar liggen, zou er altijd elektriciteit geleverd kunnen worden. Bijkomend voordeel is dat er op die manier ook grote gebieden ontstaan waar niet gevist kan worden, en dat er kunstmatige riffen worden gevormd, zodat het zeeleven zich zou kunnen herstellen.

Wild idee

Dat klinkt allemaal zeer goed, er horen ook mooie plaatjes bij, en dus haalde het plan – dat ontwikkeld werd door het beroemde architectenbureau OMA (Office for Metropolitan Architecture) in opdracht van de milieuorganisatie Stichting Natuur en Milieu – de meeste Nederlandse kranten en zelfs de internationale pers. Toch gaat het om niet meer dan een wild idee, dat na een kritische toets niet erg realistisch lijkt.

Dan hebben we het niet zozeer over de kosten (klassieke energiecentrales bijbouwen is op termijn nog duurder), niet over de technologie (die is beschikbaar) en niet over de bureaucratische en politieke uitdaging om tot de nodige internationale samenwerking te komen (al is die ook niet min). We hebben het over de transport- en distributie-infrastructuur die bij zo’n plan hoort. Het plan erkent dat “verbinding” een sleutelelement is in het project, maar gaat daar niet verder op in.

Energie uit de woestijn

De plannen voor windmolenparken in de Noordzee (het Masterplan Zeekracht lijkt erg op eerdere, veel minder ambitieuze plannen van Greenpeace België en van Airtricity – zie illustratie hierboven) sluiten mooi aan bij het al langer bestaande en zeer goed gedocumenteerde project TRANS-CSP, dat op grote schaal zonne-energie wil importeren uit Noord-Afrika. Dat plan, dat ook in 2050 realiteit zou moeten zijn, steunt (onder meer) op grote thermische zonnecentrales in woestijngebieden.

Thermische zonnecentrales zijn een lowtech alternatief voor zonnepanelen en halen energie uit zonnewarmte in plaats van zonlicht. De productie van deze energiecentrales kost aanzienlijk minder energie dan de productie van fotovoltaïsche zonnecellen en ze zijn met een rendement van 30 procent ook nog eens drie keer efficiënter. Bovendien kan een deel van de overdag opgewekte zonnewarmte worden gebruikt om olie, water of zout op te warmen, warmte die ’s nachts of tijdens bewolkte perioden de elektriciteitsproductie draaiende kan houden.

Thermische zonnecentrales zouden dus ideaal zijn voor een kleinschalige, decentrale energieproductie (er zijn intussen kleine modules te koop met de afmetingen van een zonnepaneel), maar helaas werken ze alleen in erg zonnige gebieden. In Europa komt alleen Zuid-Spanje in aanmerking voor de technologie (hier vind je een gedetailleerd overzicht van de projecten in Spanje, hier een nieuwssite over zonnecentrales).

In België of Nederland zouden deze centrales tijdens de wintermaanden zo goed als geen energie produceren, terwijl ze in de zomer niet eens de helft van hun capaciteit zouden halen. In de woestijn van Noord-Afrika draait een thermische zonnecentrale echter 10 van de 12 maanden op volle capaciteit, en het rendement daalt zelfs in de twee resterende wintermaanden nooit onder de 80 procent.

Verlies tijdens transport

Maar hoe gaan we die duurzaam opgewekte elektriciteit over een afstand van 3.000 kilometer transporteren? (TRANS-CSP neemt het Verenigd Koninkrijk als bestemming, dus voor de Benelux is dat net iets korter). Elektriciteit is lastiger te vervoeren dan olie of gas. De optie om de energie in de vorm van waterstof via schepen of pijpleidingen naar Europa te transporteren, werd door de onderzoekers afgevoerd omdat 75 procent van de energie verloren zou gaan bij omzetting, transport en opslag. Maar de bestaande hoogspanningslijnen zijn evenmin een optie.

Per duizend kilometer gaat er over een hoogspanningsleiding ongeveer 15 procent van de elektriciteit verloren, wat voor een afstand van 3.000 kilometer neerkomt op een verlies van 45 procent. Aangezien het om een gratis brandstof gaat, zou je nog kunnen besluiten om dat verlies op te vangen door twee keer zoveel centrales in de woestijn te bouwen, maar ook dat brengt geen zoden aan de dijk: de capaciteit van de bestaande hoogspanningslijnen tussen Europa en Afrika bedraagt momenteel slechts 0,5 gigawatt, goed voor een maximum overdracht van 2,5 terawattuur per jaar (of 0,001 procent van het elektriciteitsverbruik in Europa). Die capaciteit kan via allerlei trucs wel wat worden opgedreven, maar ook dan kom je niet verder dan een maximum capaciteit van 2 gigawatt.

Gelijkstroom infrastructuur nodig

Willen we op grote schaal duurzaam opgewekte elektriciteit uit Noord-Afrika importeren, dan zit er niets anders op dan een geheel nieuwe elektriciteitsinfrastructuur uit te bouwen die steunt op gelijkstroom (HVDC of “high-voltage direct current”). Onze bestaande elektriciteitsinfrastructuur steunt op wisselstroom (HVAC of “alternate current”), dat beter geschikt is voor kortere afstanden. Het energieverlies op een HVDC-lijn bedraagt slechts 3 tot 5 procent per 1.000 kilometer, dus 9 tot 15 procent over een afstand van duizend kilometer, inclusief het verlies van 1,5 tot 2 procent tijdens de omzetting van gelijkstroom naar wisselstroom.

Maar het is niet de bedoeling dat deze HVDC-lijnen de bestaande hoogspanningslijnen gaan vervangen: het gaat om een complementaire infrastructuur. Het volstaat evenmin om onderzeese kabels aan te leggen tussen de twee continenten. De geïmporteerde elektriciteit moet ook ergens aan land komen en verder in Europa worden verdeeld, wat betekent dat die nieuwe hoogspanningslijnen grotendeels over het Europese vasteland zullen lopen. Bovendien impliceert het inzetten van gelijkstroom ook de bouw van nieuwe substations, die de elektriciteit opnieuw omzetten naar wisselstroom.

400.000 kilometer hoogspanningsleidingen

Hoogspanningslijnen hebben een nadelige invloed op het milieu, zowel in zee als op land, maar het grootste obstakel is eenvoudigweg het ruimtegebruik zelf, en de zichtbaarheid ervan. Getuige het protest tegen de “visuele vervuiling” van windmolens kunnen we er gerust van uitgaan dat niemand zit te wachten op een pyloon of een verdeelinstallatie in zijn of haar achtertuin, of die elektriciteit nu duurzaam is opgewekt of niet.

Europa telt momenteel al 230.000 kilometer hoogspanningslijnen (zie kaart hieronder, bron: GENI) en het het middenspannings- en laagspanningsnetwerk, die de elektriciteit verder distribueren, zijn nog veel langer: alleen al in Nederland bijna 250.000 kilometer.

Het TRANS-CSP project gaat uit van 20 hoogspanningslijnen met een totale lengte van ongeveer 60.000 kilometer, die grotendeels over land lopen (drie ervan zijn hieronder afgebeeld). Elk van die lijnen heeft een capaciteit van 5 gigawatt, in totaal dus 100 gigawatt. Daarmee kan slechts 15 procent van het elektriciteitsverbruik in Europa worden opgevangen (het plan steunt verder op 65 procent hernieuwbare energie van eigen bodem en op 20 procent fossiele brandstoffen).

Als we ervoor zouden kiezen om al onze elektriciteit te importeren uit Noord-Afrika, dan zouden we 133 nieuwe hoogspanningslijnen moeten bouwen met een totale lengte van 400.000 kilometer. Dat is een verdriedubbeling ten opzichte van vandaag. Zouden we ervoor kiezen om ook voor (elektrische) verwarming en (elektrisch) transport op geïmporteerde zonne-energie te steunen, vergelijkbaar met de ambities van het “Masterplan Zeekracht”, dan zijn er bijna 2 miljoen kilometer nieuwe hoogspanningslijnen nodig.

Hoeveel ruimte is er nodig?

Het goede nieuws is dat gelijkstroom hoogspanningslijnen minder plaats nodig hebben dan wisselstroom hoogspanningslijnen – in de breedte en in de hoogte dan toch. De pylonen zijn iets lager en de infrastructuur heeft slechts een strook nodig van 100 meter breedte, tegenover 400 meter voor een klassieke hoogspanningslijn. Inclusief de te bouwen substations en exclusief de onderzeese kabels zou het totale ruimtebeslag van die transportinfrastructuur (voor 15 procent van het Europese energieverbruik) volgens de studie 3.600 vierkante kilometer bedragen. Dat is meer dan het ruimtebeslag van de zonnecentrales in de woestijn zelf: 2.500 vierkante kilometer.

Als we alle elektriciteit in Europa zouden willen opvangen met geïmporteerde zonne-energie dan stijgt het ruimtebeslag van die transport-infrastructuur (verder bouwend op dat eerdere cijfer) tot 24.000 vierkante kilometer. Transport en verwarming inclusief wordt dat meer dan 100.000 vierkante kilometer: ruim drie keer België, volgepakt met elektrische substations en rijen uit elkaar te vouwen pylonen en hoogspanningslijnen. Bovendien gaan we in deze berekening uit van lijnen van 800 kilovolt. Als voor een lager voltage wordt gekozen, en daar bestaan redenen voor, is het ruimtegebruik groter (die lijnen hebben een breedte van 150 meter).

Ondergronds

Het rapport adviseert het plaatsen van schaamgroen (bomen die de hoogspanningsleiding aan het zicht onttrekken) als een middel om het protest tegen de “visuele vervuiling” van de transportinfrastructuur tegen te gaan. Ondergrondse hoogspanningslijnen worden als onrealistisch beschouwd, tenzij op bepaalde plaatsen, omdat ze 5 tot 7 keer duurder zijn dan bovengrondse lijnen op pylonen. Ook ondergrondse hoogspanningslijnen eisen overigens een strook op van 5 meter breedte, waar niets gebouwd of geplant kan worden, en ze hebben evengoed nood aan deelstations voor de omzetting naar wisselstroom. Zo’n station met een capaciteit van 5 gigawatt meet 800 op 700 meter (560.000 vierkante meter).

In het geval van windmolenparken in de Noordzee liggen de hoogspanningslijnen grotendeels op de bodem van de zee. Het “Masterplan Zeekracht” geeft geen enkele informatie over de bijhorende transportinfrastructuur, maar het iets oudere plan van Greenpeace België doet dat wel. Dat voorstel telt “slechts” 100 windmolenparken verspreid over de hele Noordzee, met een gezamenlijke capaciteit van 68,4 gigawatt, die samen jaarlijks 247 terawattuur energie moeten leveren – of 13 procent van het elektriciteitsverbruik (dus exclusief verwarming en transport) in de 7 landen rondom de Noordzee. De milieuorganisatie berekende dat daar 6.200 kilometer extra hoogspanningslijnen voor nodig zijn.

Noordzee

Extrapoleren we dat naar het Masterplan Zeekracht, dan komt dat neer op ongeveer 340.000 kilometer hoogspanningsleidingen. Dit getal betreft echter alleen de elektriciteitsleidingen in zee. Daar heeft niemand last van, maar al die leidingen moeten natuurlijk wel ergens aan land komen, en vervolgens doorlopen naar de steden en industriegebieden waar de elektriciteit wordt gevraagd.

Maar daar geeft ook het plan van Greenpeace België geen verdere details over. Het is zelfs wachten tot de allerlaatste zin van het meer dan 40 pagina’s tellende document eer er iets over gezegd wordt: “Als de elektriciteitsvraag zich niet aan de kust zelf bevindt, is een versterking van de ‘onshore’ transmissie-infrastructuur even belangrijk als de ontwikkeling van een offshore transmissie-infrastructuur”.

 

Dankzij de gedetailleerde informatie uit de TRANS-CSP studie kunnen we wel enig idee krijgen van die benodigde infrastructuur tussen de kust en het binnenland. Dat plan voorziet (zoals vermeld) in 20 elektriciteitsleidingen van 5 gigawatt om 700 terawattuur zonne-energie per jaar te importeren. Het Masterplan Zeekracht wil 13.400 terawattuur windenergie importeren uit de Noordzee, dus daar zijn dan omgerekend 382 bijkomende hoogspanningslijnen en minstens evenveel deelstations op land voor nodig, te verdelen over de 7 landen. Dat zijn 55 hoogspanningslijnen (elk 100 meter breed) en 55 substations per land, als elk land even groot zou zijn. 

Kenia

Al deze kritiek betekent niet dat we geen duurzame energieproductie moeten uitbouwen. We hebben geen andere keus. De alternatieven hebben nog grotere nadelen en ze zijn bovendien niet oneindig beschikbaar. Maar of duurzame energieproductie nu kleinschalig of grootschalig wordt aangepakt, duidelijk is dat het energieverbruik drastisch omlaag moet, zo niet is een maatschappij die op honderd procent duurzame energie draait een illusie.

Als Europa er in zou slagen het energieverbruik te halveren, dan worden deze grootschalige scenario’s al een stuk minder onrealistisch. Merkwaardig genoeg wordt het energieverbruik in al deze plannen als een onveranderlijke factor beschouwd en probeert men telkens het aanbod aan te passen aan een alsmaar stijgende vraag.

In andere delen van de wereld is het veel makkelijker om de energieproductie volledig te verduurzamen. Het zopas aangekondigde windmolenpark van 300 megawatt in Kenia zal maar liefst tot 30 procent van het totale elektriciteitsverbruik in dat land leveren. Daar hoort één hoogspanningslijn bij van 426 kilometer. Kenia telt bijna 38 miljoen inwoners.

© Kris De Decker

// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js

——————————————————————————————————–

Foto’s elektriciteitsinfrastructuur :

Bob Fornal / Deep Frozen Shutterbug / S.J Alexander / Kaphoto

——————————————————————————————————–

Lees meer :

• Oorlog om windenergie? Windparken “stelen” wind van elkaar
• Windenergie kan slechts fractie van wereldwijde energieverbruik leveren – zonder het klimaat te ontregelen
• De mechanische batterij: hernieuwbare energie opslaan met de zwaartekracht
  
• Hernieuwbare energie op grote schaal is een illusie: er zijn niet genoeg grondstoffen
• Hoeveel olie kost de productie van olie? netto energie analyse
  
• Moeten we het energieverbruik rantsoeneren?
  
• Zo lossen we de energiecrisis (nooit) op
• Hoeveel energie kost de productie van zonnepanelen? 
• 40 kleine windturbines getest : veel geld voor weinig energie
• Draait de industrie straks op geconcentreerd  zonlicht?
• Viva Las Vegas : LED’s en de paradox van energie-efficiëntie
• Mag het een zuinig lampje minder zijn? hoe effectief is ecotech? 

Startpagina