Als je in stedelijk gebied op je eigen woning op een duurzame manier elektriciteit op wil wekken dan zijn zonnestroompanelen een uitkomst: ze zijn stil, stoten niets uit, hebben geen bewegende onderdelen, hebben geen onderhoud nodig en gaan lang mee. De aanschafprijs is pittig maar door hun lange levensduur verdienen ze zich waarschijnlijk toch wel terug. (Daarnaast kun je je afvragen hoe belangrijk terugverdienen is: bijna niemand vraagt zich af of de auto zich terugverdient, of het bankstel). Toch vragen veel mensen zich af of er geen alternatieven zijn voor zonnestroompanelen. Die zijn er op zich wel, maar het zijn er niet veel en de meeste hebben grote nadelen.

Waterkrachtturbines

Als je toevallig naast een snelstromende beek woont met flink wat verval zou je een kleine waterkrachtturbine kunnen plaatsen, maar dat is voor verreweg de meeste huishoudens in Nederland geen optie. De omstandigheden waarin een dergelijke turbine redelijk wat op zou kunnen brengen vind je in het vlakke Nederland bijna nergens, waarschijnlijk alleen in Limburg. Daarnaast moet je woning maar net een beek op eigen terrein hebben die voldoende doorstroom en verval heeft om een turbine rendabel te maken. Waarschijnlijk zal het in Nederland regel-land ook lastig zijn een vergunning te verkrijgen zonder eerst een uitgebreide milieu-effectrapportage te laten maken. Als laatste hebben kleine turbines regelmatig onderhoud nodig, omdat stromend water grote krachten op het apparaat uit kan oefenen. In de opbrengst zit enige seizoensvariatie omdat de waterdoorvoer van de meeste rivieren en beken afhankelijk is van smeltwater. Als de rivier of beek ‘s winters dichtvriest is er natuurlijk helemaal geen opbrengst, en kan de turbine ook schade oplopen. Het kan dan nodig zijn de turbine te beschermen, door hem bv. uit het water te halen. Ook kan drijvend materiaal als takken etc. schade aan de turbine toebrengen. Als laatste is netkoppeling relatief duur omdat het vaak om relatief hoge vermogens gaat en ook omdat de omvormers niet op grote schaal geproduceerd worden.

Doordat kleine waterkrachtturbines relatief weinig geplaatst worden is hun kostprijs erg hoog. Samen met de hoge onderhoudskosten en de weinige plekken waar het mogelijk is zorgt dit er voor dat kleinschalige waterkracht in Nederland niet veel zoden aan de dijk kan zetten.

Generator

Een andere mogelijkheid om op kleine schaal (enigszins) duurzaam elektriciteit op te wekken is het plaatsen van een generator op een biobrandstof. Dit kan biodiesel zijn, pure plantaardige olie, ethanol of houtgas. Ook hier zijn een paar duidelijke nadelen aan te wijzen. Het eerste nadeel is de brandstof zelf: de kweek van biobrandstof neemt ruimte in waar ook voedsel verbouwd zou kunnen worden. Daarnaast gaat in die kweek ook veel fossiele brandstof zitten, o.a. in de productie van kunstmest, insecticiden, pesticiden, de aandrijving van landbouwvoertuigen en vrachtwagens voor transport. De schattingen lopen uiteen maar het lijkt er op dat voor elke twee tot acht Joule aan biobrandstof één Joule aan fossiele brandstof nodig is. Hierdoor blijf je via deze route afhankelijk van een substantiële fossiele energie aanvoer.

De generator zelf zal zeker in dichtbevolkt gebied maar moeilijk te plaatsen zijn. Geluids- en geuroverlast kun je alleen vermijden als je buren op vrij grote afstand wonen, maar dan nog zul je er zelf last van hebben. Hoewel biobrandstoffen over het algemeen schonere verbrandingsproducten opleveren dan hun fossiele equivalenten blijft bv. fijnstof, NOx en CO een probleem. Het afvangen/verminderen hiervan is mogelijk maar het is duur en het kost energie waardoor de efficiëntie afneemt. Ook kan het vergunningstechnisch een probleem zijn om op een bepaalde lokatie uitlaatgassen uit te stoten.

Een generator waarvan de restwarmte niet wordt gebruikt is vrij inefficiënt; een rendement van 35% is ongeveer het maximaal haalbare. Van elke drie Joule aan energie die in de vorm van biobrandstof aanvoert hou je dus maar één Joule aan elektrische energie over. Samen met het bovengenoemde feit dat er nogal wat fossiele brandstof nodig voor de kweek van de biobrandstof maakt dat het hele proces compleet zinloos. Iets anders ligt het als de restwarmte van de verbranding ook gebruikt kan worden voor verwarming van bv. woning/bedrijfsruimte of tapwater. Hierdoor wordt een veel groter deel van de toegevoerde energie nuttig gebruikt. Dit zorgt er wel voor dat de installatie complexer, en dus duurder en onderhoudsgevoeliger is.

Netkoppeling is wat makkelijker dan bij kleine waterkrachtturbines omdat het mogelijk is de generator met een constant toerental te laten draaien en dit toerental aan te passen aan de 50Hz van het elektriciteitsnet. Ik ben er zeker van dat dit voorzien zal moeten zijn van allerlei beveiligingsinstallaties wat de kosten nog verder opdrijft. Ik verwacht ook dat er een vergunning nodig is voor een dergelijke koppeling.

Ook hiervoor geldt dus dat het weinig zoden aan de dijk gaat zetten, en dat is denk ik maar goed ook.

Brandstofcel

Onder veel mensen leeft het idee dat de ‘waterstof-economie‘ het energieprobleem op moet gaan lossen. De media springt hierop in door elke ontwikkeling op het gebied van brandstofcellen, vooral in de automobielindustrie, breeduit te melden en dat houdt dat beeld in stand.

Het probleem met dat beeld is dat het niet klopt. Ten eerste is er het feit (wat veel mensen eigenlijk wel weten) dat waterstof niet zoals fossiele brandstoffen zonder veel moeite uit de grond komt, maar dat we het moeten maken uit duurzame of fossiele bronnen. Op zich is het prima mogelijk waterstof te maken uit duurzame bronnen zoals zon en wind door elektrolyse van water, maar dat proces is inefficiënt en mede daardoor erg duur. Verreweg de meeste waterstof wordt op dit moment uit aardgas gemaakt, wat het dus niet zinvol maakt om op grote schaal op waterstof over te schakelen. Veel mensen gaan er van uit dat waterstof met duurzaam opgewekte elektriciteit uit zon en wind gemaakt kan worden, maar door de vele verliezen van dat proces ben je beter uit als je die elektriciteit via het elektriciteitsnet direct naar je huis brengt.

Waterstof is op twee manieren in elektriciteit om te zetten: door het te verbranden in een generator, of door middel van een brandstofcel. Beide methoden hebben vergelijkbare nadelen, howel de brandstol cel iets stiller en efficiënter is. Er zijn twee soorten brandstofcellen: cellen die gevoed worden met pure waterstof, en cellen die gevoed worden met koolwaterstoffen zoals bv. ethanol of aardgas.

Een brandstofcel is in principe stil, alleen hulpapparatuur zoals pompen en ventilatoren kunnen wat geluid maken, maar dat is niet meer dan bij bv. een koelkast. Als de brandstofcel gevoed met pure waterstof bestaat de uitstoot alleen uit heet water en waterdamp, wordt hij gevoed ethanol of aardgas dan bestaat de uitstoot uit een mengsel van heet water, waterdamp en CO₂. Hierdoor is het apparaat prima plaatsbaar in bewoond gebied.

Hoewel de brandstofcel op zich geen nieuwe technologie is (het principe werd al in 1838 ontdekt en in o.a. de bemande ruimtevaart wordt het al sinds de jaren ’60 gebruikt) is het nog niet op zo’n grote schaal ingezet dat er al voordelen van massaproductie zijn. Hoewel de brandstofcel – afhankelijk van de omstandigheden – wat efficiënter kan zijn dan een generator gaat er nog altijd een substantieel deel van de energie verloren als warmte. Als die warmte nuttig gebruikt kan worden is dat mooi, wordt die warmte ongebruikt geloosd dan gaat die energie verloren.

Brandstofcellen maken op dit moment gebruik van zeer zeldzame metalen als o.a. platina, en dat maakt de aanschafprijs zeer hoog. Ook stelt dat een limiet aan hoeveel van dergelijke brandstofcellen er in totaal gemaakt kunnen worden. Er wordt daarom veel onderzoek gedaan naar brandstofcellen die met veel minder zeldzame materialen gemaakt kunnen worden. Het is nog niet duidelijk of brandstofcellen op voldoende grote schaal gebouwd zouden kunnen om een groot verschil te kunnen maken, nog afgezien van de beperkingen/nadelen van de brandstoffen.

Verder zjin de nadelen van de brandstoffen hetzelfde als bij de generator: als er direct of indirect fossiele brandstoffen worden gebruikt om de cel te voeden blijft de afhankelijkheid daarvan bestaan. Biobrandstoffen blijven ook hun eigen problemen houden. Op korte en wellicht ook middellange termijn verwacht ik van de brandstofcel niet veel als het gaat om duurzame elektriciteitsopwekking voor de woning.

Micro-Warmte Kracht Koppeling / HRe-ketel

Nederland is bij uitstek een aardgasland, vooral sinds in 1959 in Groningen één van de grootste aardgasvoorraden ter wereld werd ontdekt hebben de Nederlanders zich op alle mogelijke manieren ingesteld op het gebruik van aardgas. Vooral op het gebied van woningverwarming en koken is dat duidelijk: hoewel ik de percentages niet kan vinden denk ik dat toch wel 80-90% van de Nederlanders met aardgas kookt en stookt. Hoewel duidelijk wordt dat het goedkope en makkelijk te winnen aardgas niet oneindig is – de gasbel onder Slochteren is op dit moment voor ongeveer de helft uitgeput – ziet helaas niet iedereen dat in. Er wordt nog steeds grootschalig ingezet op aardgas, zoals auto’s die rijden op aardgas en voor in huis de HRe-ketel.

De HRe-ketel is een zgn. micro-WKK, dat houdt in dat het een apparaat is wat primair warmte opwekt (in dit geval voor woning- en tapwaterverwarming) en de restwarmte omzet in elektriciteit. Op zich klinkt dit mooi, een efficiëntieverbetering is altijd mooi, nietwaar?

Toch zitten er nogal wat haken en ogen aan dit concept. Ten eerste is het op deze schaal een nog onbewezen techniek. Er lopen een paar pilots, maar over de resultaten daarvan kan ik niets vinden. Dat betekent dat levensduur, onderhoudskosten en zaken als geluidsproductie nog een groot vraagteken zijn. Een nog veel groter vraagteken is de toekomstige prijs van aardgas. Niemand kan het met zekerheid zeggen maar ik verwacht toch wel een stijging van de prijs van aardgas op de lange termijn. Het elektrische gedeelte van de ketel kan niet helemaal toe met de restwarmte, en dus wordt er ten opzichte van een normale HR-ketel meer aardgas verstookt. Het aan het net terugleveren van de geproduceerde elektriciteit is in sommige gevallen met zonnestroompanelen al een moeilijke zaak, vooral als er geen terugdraaiende draaischijfmeter maar een digitale of “slimme” meter in de meterkast hangt. Dat zal ook spelen met de HRe-ketel. Maar is bij zonnestroompanelen de brandstof nog gratis, bij de HRe-ketel heb je voor elke kubieke meter aardgas de kostprijs + transportkosten + allerlei heffingen en belastingen betaald. Op dit moment kan niemand mij vertellen hoeveel geld je voor elke geleverde kWh terugkrijgt en dus op de ketel zich ooit terug zal verdienen.

Als laatste blijft het plaatsen van een dergelijke ketel een investering in een fossiele toekomst, en de vraag is of dat slim is. Het lijkt er op dat vooral de gasleveranciers blij moeten zijn met dit apparaat, omdat ze zich hiermee van klandizie op de lange termijn kunnen verzekeren. In mijn ogen dus geen goede optie voor duurzame elektriciteitsproductie.

Windturbines

Windturbines zijn heel lang het domein geweest van zeer grote machines. Was twintig jaar geleden 75-100kW nog de standaard, inmiddels is 2-3MW al heel gewoon en hier en daar draaien al 5MW windturbines. Windenergie profiteert bij uitstek van schaalvoordelen als de windturbines groter worden. Hoe groter een windturbine is, hoe lager de prijs per opgewekte kWh zal zijn – als alle andere factoren gelijk blijven. Dit komt eigenlijk door drie factoren:

- Doordat het apparaat simpelweg groter is kunnen materialen als staal, koper en kunststof grootschaliger en dus goedkoper ingekocht worden.
- Doordat de windturbine groter en dus hoger is bestrijkt de rotordiameter een hoger gedeelte van de atmosfeer waar het gemiddeld harder waait, en dus is er meer opbrengst.
- Grotere windturbines worden over het algemeen gunstiger geplaatst (in open terrein zonder obstakels of zelfs op zee) omdat veel mensen ze liever niet willen zien. Dat zorgt voor een hogere opbrengst.

Door deze factoren is elektriciteit uit een gunstig geplaatste grote windturbine in veel gevallen al concurrerend met elektriciteit uit fossiele bronnen. Omdat de prijs van windenergie alleen maar daalt en de prijs van fossiel opgewekte elektriciteit vrijwel alleen maar stijgt zal windenergie steeds interessanter worden.

Doordat enorm grote windturbines dus vaak uit het zicht staan blijft het voor veel mensen een beetje ongrijpbaar, en mede daardoor willen sommige mensen zelf een kleine windturbine op of bij hun huis. Het idee leeft dat dit goedkoper zou zijn dan zonnestroompanelen maar in de praktijk blijkt dit sterk tegen te vallen. Zoals gezegd hebben grote windturbines dus baat bij het schaalvoordeel van een groot formaat, omgekeerd hebben kleine windturbines last van hun kleine formaat.

De opbrengst uit een windturbine neemt toe met het kwadraat van de diameter en de derde macht van de windsnelheid. Dat klinkt misschien ingewikkeld maar het betekent alleen maar dat als je de diameter van een windturbine twee keer zo groot maakt er vier keer zo veel energie uitkomt, en als het twee keer zo hard waait, er acht keer zoveel energie uitkomt. Beide zaken zijn in het nadeel van de kleine windturbine. Ten eerste zijn ze dus klein (…) en zijn dus daardoor al beperkt in hun opbrengst. Veel belangrijker is het effect van de hoogte van plaatsing: op grote hoogte waait het gemiddeld harder dan op lage hoogte. Grote windturbines zijn soms wel 150m hoog en profiteren dus van de hoge windsnelheid op die hoogte. Voor een kleine windturbine binnen de bebouwde kom zul je vermoedelijk geen vergunning krijgen om hem zo hoog neer te zetten. Dat betekent dat je genoegen moet nemen met een lage windsnelheid en dus een zeer lage opbrengst.

Een ander negatief effect van lage plaatsing binnen de bebouwde kom is turbulentie; windturbines werken het best in ‘schone’ wind, wind die niet verstoord wordt door objecten als bomen, huizen e.d. Binnen de bebouwde kom is de wind alles behalve schoon en daardoor wordt de opbrengst van kleine windturbines nog verder verlaagd. Het is te vergelijken met zonnestroompanelen: schaduw verlaagt de opbrengst en in die zin is turbulentie van objecten in de buurt te vergelijken met schaduw. Ook is turbulente wind onrustig en vlagerig en dit zorgt voor grote krachten op de windturbine met hogere onderhoudskosten tot gevolg.

Op advertenties van fabrikanten van kleine windturbines zie je bijna altijd hun turbine op een kort mastje direct op een woonhuis. Dit heeft de hierboven genoemde nadelen van lage opbrengst, maar wat er ook nooit bij verteld wordt is dat kleine windturbines door hun hoge toerental vaak nogal wat geluid en trillingen produceren. Het geluid is vervelend voor jou en je buren, maar de trillingen kunnen een bakstenen gebouw aantasten en scheuren veroorzaken. Zonnestroompanelen hebben geen bewegende onderdelen en hebben deze nadelen dus niet.

Dan de kosten, allereerst de aanschafprijs: deze varieert enorm per merk en model maar vaak worden de kosten van een lange mast en plaatsing er niet bij vermeld. De totale aanschafprijs van een complete goed presterende windturbine kan gelijk of hoger zijn dan van een zonnestroominstallatie. Voor mast zal zeker in Nederland altijd een vergunning moeten worden aangevraagd, wat ook weer kosten met zich meebrengt, helemaal als omwonenden tegen de plaatsing protesteren. In de bebouwde kom is de kans naar mijn idee heel klein dat je er een vergunning voor krijgt. Naast de aanschafprijs zijn er natuurlijk de lopende kosten van belang voor de totale kWh-prijs. Een windturbine heeft bewegende onderdelen en zal dus van tijd tot tijd onderhoud nodig hebben. Zonnestroompanelen hebben geen onderhoud nodig en hebben die kosten dus ook niet.

Veiligheid is ook iets om over na te denken: bij zeer harde wind moeten windturbines actief geremd worden om schade te voorkomen. Als dit mechanisme faalt is het niet ondenkbeeldig dat bv. een rotorblad afbreekt of zelfs de hele mast met windturbine en al naar beneden komt. Als dit op een naburig gebouw valt en schade of zelfs verwondingen veroorzaakt lopen de kosten hard op. Je zult je hiertegen moeten verzekeren, wat ook weer voor extra kosten zorgt. Zonnestroompanelen kunnen mits goed bevestigd en aangelegd geen schade veroorzaken.

Ondanks al deze nadelen blijft de vraag vanuit de markt naar kleine windturbines onverminderd groot. Ik krijg er ook wel eens mails over. Dat vind ik vreemd, het zal wel komen door de subjectieve wens om elektriciteitsproductie in eigen hand te nemen, en het – naar mijn idee foutieve – idee dat zonnestroompanelen te duur zouden zijn. Er verschijnen af en toe nieuwe merken en modellen op de markt die onderling maar moeilijk te vergelijken zijn.

De provincie Zeeland wilde wel eens weten hoe de verschillende turbines van elkaar verschilden en organiseerde een unieke test. Er werden een aantal fabrikanten van kleine windturbines uitgenodigd om hun modellen te laten te laten testen. Hiervoor werd nabij Schoondijke een veld ingericht met een aantal masten waarop de turbines werden opgesteld.

Op dit moment loopt de test nog maar de eerste resultaten spreken al boekdelen: zelfs in een relatief open terrein in een winderig deel van Nederland op een vrij hoge mast presteren de meeste turbines maar matig. Dat kan alleen maar inhouden dat ze het in stedelijk gebied met veel turbulentie en opgesteld op een lage mast nog veel slechter zullen doen. Dat is jammer, maar voor mij geen heel grote verrassing.

Als ik in de resultaten kijk naar de best presterende windturbine, de Montana, dan zou die op de testlocatie in een jaar tijd 2566 kWh geproduceerd hebben, voor een aanschafprijs van € 18500. De slechtst presterende windturbine waarvan meetdata beschikbaar is, de Energy Ball, zou per jaar 53 kWh geproduceerd hebben voor een aanschafprijs van € 4300. (ik weet trouwens niet of de kosten van een mast en netgekoppelde omvormer hierbij zitten – die zouden er dus mogelijk nog bij kunnen komen). Als we dit vergelijken met zonnestroominstallaties van € 18500 en € 4300 dan zullen die optimaal opgesteld ongeveer 3150 resp. 730 kWh per jaar produceren.

Uit deze cijfers blijkt dat zelfs op een hoge mast, in vrij open terrein en in een winderig deel van Nederland zelfs de best presterende windturbine maar net enigszins in de buurt van de prestaties van een zonnestroomsysteem in de buurt kan komen. De slechtst presterende turbine produceerde nog geen 10% van een vergelijkbaar geprijsd zonnestroomsysteem. Daarbij houd ik nog geen rekening met het feit dat een zonnestroomsysteem in Zeeland nog iets beter zou presteren én het feit dat een zonnestroomsysteem geen enkel onderhoud nodig heeft en een windturbine wel.

Je zou nog kunnen denken dat 2008 misschien een matig windjaar was, en dat de opbrengst van de windturbines daardoor erg laag was. Als ik kijk naar de opbrengsten van de windturbines van de Windvogel (bv. de Amstelvogel) dan was 2008 juist een licht bovengemiddeld jaar, dus ook daar kan het niet aan liggen.

De conclusie? Windenergie kan een heel groot gedeelte van onze elektriciteitsvoorziening op zich gaan nemen, maar dan wel in de vorm grote, efficiënte en kosteneffectieve windturbines buiten de bebouwde kom. Kleine turbines in stedelijk gebied zullen de grootste moeite hebben om door te dringen vanwege de hoge kosten per kWh en de vergunningproblematiek.

Andere opties?

Behalve de bovengenoemde opties zie ik geen makkelijke methoden om thuis op praktische wijze duurzame elektriciteit op te kunnen wekken. Het beste en meest duurzame blijft nog altijd zo zuinig mogelijk met elektriciteit om gaan door zuinige apparatuur met beleid te gebruiken, maar dat houdt een keer op natuurlijk. Sommige mensen denken aan kleine kernreactoren, de vraag is of je zoiets in je achtertuin wil. Een stoommachine is ook nog een mogelijkheid maar als veel mensen dat gaan doen is er al gauw geen boom meer over, nog afgezien van rook, stank, herrie, af en toe een ontplofte ketel of vliegwiel, etc.

Zonnestroompanelen

Volgens mij is er maar één conclusie mogelijk: wil je in stedelijke omgeving zelf duurzame elektriciteit op wekken dat gaat er niets boven een zonnestroominstallatie. Geen enkele methode is zo praktisch en goedkoop (!), zonder noodzaak tot vergunningen e.d.

Eerder schreef ik al over schepen die op een andere manier dan met fossiele brandstoffen werden aangedreven. Een project genaamd PlanetSolar om met een schip om de wereld te varen heeft kennelijk wat voortgang geboekt, want ze hebben het definitieve ontwerp van het schip vrijgegeven. Het ziet er erg futuristisch uit, het heeft wel wat weg van de Enterprise uit Star Trek. Op dit moment wordt het schip gebouwd in Kiel. De bouw is nog een vroeg stadium, en ik kan nergens vinden wanneer de reis moet gaan plaatsvinden, maar dit lijkt mij een groot en ingewikkeld project en ik denk dat de tewaterlating nog wel even op zich zal laten wachten.

Het is de bedoeling dat het schip een reis om de wereld gaat maken op alleen maar zonnestroom, met een gemiddelde snelheid van 10 knopen ofwel 18 km per uur. Als ik naar de geplande route kijk is dat misschien wel 50000 km en daar zouden ze dan ongeveer 115 dagen over gaan doen – stops niet meegerekend.

Gisteravond was in TROS Radar een item over de ‘slimme meter’, waar ik al eerder over schreef. Helaas heb ik de uitzending zelf gemist en staat hij op moment van schrijven nog niet online, maar dat zal binnenkort wel verschijnen denk ik. Er staat wel een korte samenvatting online, en ook de uitslag van een enquete onder het TROS Radar test panel. Er van uitgaande de enquete enigszins representatief is uitgevoerd, is wel duidelijk dat de meeste deelnemers geen voordeel zien in de invoering van slimme meter. Wat ik niet wist is dat je een half jaar gevangenisstraf kunt krijgen als de meter weigert te laten plaatsen! Als je de cel in moet omdat je weigert een privacy-aantastend apparaat in je eigen huis te laten plaatsen begin ik me af te vragen in wat voor politiestaat we aan het terechtkomen zijn… maar laten we hopen dat de Eerste Kamer het wetsvoorstelt terugstuurt naar de minister. Slimme meters in hun huidige uitvoering zijn overduidelijk nadelig voor duurzame opwekkers zoals mensen met zonnestroompanelen, omdat je dan verplicht bent de verrekening van productie en verbruik uit handen te geven aan de netbeheerder, die er geen enkel belang bij heeft dit snel en goed te doen.

Of het nog zin heeft weet ik niet, maar als je je hier net als ik zorgen over maakt kun je hier nog altijd een petitie tegen de invoering van de slimme meter tekenen.