De toekomst, ons energiesysteem en een verruimde blik

SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
De toekomst, ons energiesysteem
en een verruimde blik.
Kas Hemmes
KIVI lezing 3 november 2014, Den Haag
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Systeem Denken (Amory Lovins)
System s Think ing: Optim izing Not Just
P arts, But Entire System s
• Designers and decision-makers too often
define problems narrowly, without identifying
their causes or connections. This merely shifts
or multiplies problems.
• System s think ing —the opposite of that disintegrated approach—typically reveals lasting,
elegantly frugal solutions with multiple
benefits, which enable us to transcend
ideological battles and unite all parties around
shared goals.
• … systems thinking also reveals interconnections between problems,
which often permits one solution to be leveraged to create many more.
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
• Het gaat om een andere manier
van denken!!.
• Dit is het doel van deze voordracht.
• De (brandstofcel) voorbeelden
dienen slechts ter illustratie
daarvan.
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Dwight Eisenhower
'If you can't solve a problem, enlarge it.‘
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Systeem Integratie Opties.
KNAW rapport: ‘Duurzaam duurt het langst’ (2007)
1. Integratie van componenten tot systemen
2. Integratie van diverse energiebronnen (MultiSource Multi-Product systemen)
3. Integratie van hernieuwbare en fossiele
energiebronnen
4. Integratie van nieuwe technologie in
bestaande technologie
5. Integratie van sectoren
6. Integratie van functies
7. Integratie van duurzaamheid (Brundtland) in
het ontwerp van energiesystemen.
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
1. Integratie van Componenten tot een
Energie Systeem
S
Y
T
C
T
D
system
boundary
Y = Yield; supply
T = Transport
C = Conversion
S = Storage
D = Demand
Φi,in(x,t)
C
Φj,out(x,t)
Φloss(x,t)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
1. Opslag van elektriciteit:
S
S
Y
T
C
T
D
C
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Echter…….
Systeem denken !!!
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Multisource-multiproduct systemen (MSMP)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem
E - power
E - power
CO / H2
NG
heat
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Vrijheidsgraden gebruiken voor
optimalisatie
• Hoeveel van welke input om optimaal aan alle
benodigde output te voldoen ?
• Welke randvoorwaarden ?
• Welke optimalisatie criteria ?
• Economisch optimaal ≠ energie optimaal
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Conventional Solution for dealing with fluctuating
renewable energy sources essentially is a complex
storage device in a linear energy system.
E - power
E - power
Storage
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Opslag is het probleem geworden in plaats van de
oplossing
E - power
Storage
H2O
E - power
O2
FC
Electrolyser
H2
H2O
heat
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Conventional Solution is ‘Island
Thinking’ not ‘System Thinking’
Storage
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
MSMP voorbeeld: integratie van een interne
reforming brandstofcel met windenergie
E - power
air
IR-FC
NG
H2
N2
H2
Optional
(NG/N2 )
heat
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Superwind: Multi-Source Multi-Product systeem
E - power
E - power
IR-FC
CO / H2
NG
heat
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
M ode 1 – High efficiency m ode
Efficiency (%)
First we kept the input flow rate of NG constant. The fuel utilization
is now decreased by decreasing the current density.
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Electric-Efficiency
Gas Efficiency
Total Efficiency
60
65
70
75
80
85
Fuel Utilization (%)
90
95
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Hyperwind
• Hyperwind = Superwind + HTelectrolyse
electriciteit
O2
H2O
H2
(warmte)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Hyperwind
• Hyperwind = Superwind + electrolyse
• + Optie: ‘Fuel assisted electrolysis’
electriciteit
biogas
H2O
+ CO2
H2O
H2
(warmte)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Energieopslag
• We hebben al opslag en we noemen dat:
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Energieopslag
• We hebben al opslag en we noemen dat:
•Slochteren!!
To store or not to store
that’s the question.
Electrical
Sector
Conversion
Conversion
Fuel/chemical
Alternative
applications
Chemical
Sector
Fuel/chemical
By coupling of two sectors and an overflow of energy
from one sector to the other ‘virtual’ storage can be
obtained.
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
4. Integratie van sectoren
•
•
Grotere systeemgrenzen
Meerdere problemen tegelijk oplossen
Voorbeelden:
4.1 afvalverbranding
4.2 combi-ketel (warm tap water + ruimte verwarming)
4.3. V2G (vehicle to grid)
4.4 Energie sector en chemische sector
4.5 Offshore wind en scheepvaart
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Wireless Windpark
•
•
•
•
Integratie van offshore wind en scheepvaart
Wind – H2 – NH3 als ‘scheepsdiesel’
Geen kabel connectie met grid.
Scheepvaart is tegelijk ‘transport’ en ‘demand
side’ van de windenergie.
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Conclusies
Duurzame ontwikkeling vraagt
• een brede kijk,
• een andere manier van denken
• (systeem) integratie op verschillende
manieren en nivo’s
• Meer ruimte voor creativiteit, lateraal denken
en ‘2 photon processen’.
• Tot slot…discussie
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Is er een directe link tussen
sustainablility en integratiedenken ?
Er zijn in ieder geval overeenkomsten
1. Brede systeem grenzen
2. Meerdere problemen tegelijk aanpakken
3. Doelstelling groot, abstract, ver weg maar wel
duidelijk. (niet te snel subdoelen definiëren en daar
te rigide aan vasthouden)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Kun je ook een link leggen naar de
energietransitiepaden?
• Er is een grote groeiende vraag naar innovatie
op energie gebied. (OK)
• Opsplitsing in 6 kernthema’s (te weinig
aandacht voor integratie)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Groene grondstoffen
Duurzame mobiliteit
Keten efficiëntie; (lineair systeem denken)
Nieuw gas, schoon fossiel
Duurzame elektriciteit
Gebouwde omgeving
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Is sub-optimaliseren zelfs niet eens
‘buying time’, of toch wel?
Groot gevaar voor lock-in: bijvoorbeeld kolen- en
biomassa vergassing !!!
Institutions
Technology
Markets
1
Operational
Elements of an Energy System
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
voorbeeld 3.1: brandstofcellen in een
aardgas mengstation
E - power
E - power
air
Air SEP
O2
IR-FC
FC
H2
Low T
heat
heat
NG
N2
H2
NG/N2 /(H2 )
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Vervanging luchtscheider in een
mengstation door een brandstofcel
E - power
air
IR-FC
Low-T FC
Low T
heat
NG
H2
N2
N2
NG/N2/(H2)
Het systeem produceert elektriciteit in plaats van elektriciteit te
verbruiken !! (Orde enkele tientallen MW)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
Voorbeeld 4.3: V2G (vehicle to grid)
•
•
•
•
NL: 6.000.000 cars à
50 kW = 300 GW.
Dit is meer dan 10 x
het geïnstalleerd
vermogen
slechts 10% van de
auto’s zijn nodig
of …??
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
analyse V2G (vehicle to grid)
En worden twee denkstappen gemaakt:
1. Er is een inefficiëntie in het huidige
systeem (auto’s staan stil)
2. Transportsector en energiesector
worden gecombineerd
Verder
• Overcapaciteit gebruiken om
thermodynamische limiet te
benaderen
• Accu’s geven < 6. 106 kWh=6 GWh
(1 uurtje alle stroom voor NL)
SECTIE ENERGIE EN INDUSTRIE
6. Integratie van functies
• industrieel ontwerpers passen dit dagelijks toe
Voorbeelden:
5.1 zonnepanelen op het dak in plaats van
dakpannen
5.2 windenergie in de gebouwde omgeving;
Opm: hier liggen nog veel kansen;
Welke functies kan de fundering voor off-shore
windturbines nog meer vervullen?

Download Report