1
Wat kan Denemarken, met betrekking tot de doelstelling van de Europese Unie om in 2030
ten minste 27% van alle energie in de Europese Unie uit hernieuwbare bronnen te laten
bestaan, het beste met haar groene energieoverschot doen?
Een vergelijkend onderzoek: Energie delen met Duitsland of opslaan in een hydropump storage in Noorwegen.
[ABSTRACT] In dit onderzoek wordt gekeken of energie delen kan bijdragen aan de doelstelling van de Europese Unie om in 2030 ten minste 27% van alle energie hernieuwbaar te laten zijn. Denemarken heeft relatief veel groene energie en slaat het overschot momenteel op in Noorwegen. Er wordt een vergelijking gemaakt tussen het opslaan van het overschot aan energie in Noorwegen en het overschot aan energie delen met Duitsland. Voor het energie delen met Duitsland is een situatie geschetst op basis van berekeningen met actuele data. In Denemarken, Duitsland en Noorwegen wordt een locatie voor een omzetstation bepaald. Vervolgens wordt berekend wanneer er minder energieverlies optreedt, bij het energie opslaan of het energie delen. Het blijkt dat er bij energie delen 27.3% minder energieverlies optreedt. Helaas neemt de energiezekerheid van Denemarken hierdoor enorm af. Om het energie delen in werking te kunnen zetten, om zo bij te dragen aan de doelstelling van de Europese Unie, moet er een oplossing worden gevonden voor het energiezekerheidsprobleem van Denemarken.
Paul Gorris 10675205
Robin van Schaik 10762019 Anoek Stofberg 10677836
Studiejaar 2016 - 2017
Tutor Lieke Mulder
2
Inhoudsopgave
1. Inleiding blz. 3
2. Theoretisch Kader blz. 4
2.1 Het belang van groene energie blz. 4
2.2 Constante toevoer van energie blz. 5
2.3 Energieverlies bij transporteren blz. 6
2.3.1 De HVDC verbinding blz. 6
2.3.2 De omzetstations blz. 7
2.4 De hydropump storage blz. 7
2.5 De vergelijking: Delen en opslag blz. 8
3. Methode van onderzoek blz. 8
3.1 Interdisciplinariteit blz. 9 3.2 Literatuur blz. 9 3.3 Data analyse blz. 9 3.4 Locatiebepaling blz. 10 3.4.1 Denemarken blz. 10 3.4.2 Duitsland blz. 11 3.4.3 Noorwegen blz. 11 4. Resultaten blz. 12 4.1 Denemarken blz. 12
4.1.1 Het omzetstation in Denemarken blz. 12 4.1.2 Het overschot van groene energie blz. 12
4.2 Noorwegen blz. 13
4.2.1 Het omzetstation in Noorwegen blz. 13
4.2.2 Energieverlies door transporteren en opslag blz. 13
4.2.3 Energiezekerheid blz. 14
4.3 Duitsland blz. 14
4.3.1 Het omzetstation in Duitsland blz. 14 4.3.2 Energieverlies door transporteren blz. 15
4.3.3 Energiezekerheid blz. 15
4.4 Vergelijking blz. 16
5. Conclusie blz. 16
6. Discussie blz. 16
7. Literatuur blz. 18
3
1 Inleiding
Groene, duurzame energie is erg belangrijk voor het behoud van onze aarde. De maatschappij is nu vrijwel geheel afhankelijk van fossiele brandstoffen. Het probleem met de fossiele brandstoffen is dat ze minder schoon zijn, moeilijker te winnen en te verwerken en dat er bij het verwerken CO2 vrijkomt (Hajer, Dietz en Hanemaaijer, 2012). Voor Europa is er nog een probleem met betrekking tot de fossiele brandstoffen. De Europese Unie was in 2013 voor meer dan de helft van haar energiebehoefte afhankelijk van import uit landen buiten de Europese Unie, waarmee de relatie moeizaam is, zoals Rusland, of uit instabiele regio’s, zoals het Midden-Oosten (Garcia-Álvarez et al., 2016). De import van deze energie kostte de Europese Unie in 2013 400 miljard euro (PBL, 2014). Door zelf te zorgen voor voldoende duurzame energie wordt de energie niet alleen schoner en op de lange termijn goedkoper, maar de Europese Unie zal er ook onafhankelijker door worden. De Europese Unie heeft in het rapport ‘Roadmap to 2030’ aangegeven dat de doelstelling is om in 2030 ten minste 27% van alle energie uit hernieuwbare energie te laten bestaan (ePure, 2010). Volgens het Eurostat (2016) bestond in 2014 gemiddeld slechts 16% van alle gebruikte energie in de Europese Unie uit hernieuwbare energie. Om de doelstelling van 27% groene energie te halen worden in het rapport van Epure verschillende manieren aangehaald, zoals het energieverbruik verminderen en het meer opwekken van groene energie, maar om de doelstelling te halen zijn er wellicht nog meer, niet genoemde, manieren zoals het delen van groene energie.
Denemarken is op het gebied van groene energie een van de meest innovatieve landen van de wereld. (Ruszel, 2016) en is bereid om te investeren in duurzaamheid (Hajer, Dietz en Hanemaaijer, 2012). Denemarken heeft van de lidstaten van de Europese Unie de meeste wind uren (Transparency Platform, 2016) en kan hierdoor veel windenergie opwekken, meer dan zij zelf op sommige van deze momenten verbruikt.
Op dit moment wordt het overschot van groene energie van Denemarken opgeslagen in Noorwegen. De energie wordt getransporteerd naar Noorwegen, waar het met behulp van een hydropump storage wordt opgeslagen. Denemarken kan zelf de energie niet opslaan in een hydropump storage, omdat Denemarken niet de benodigde geografische eigenschappen heeft. Noorwegen heeft dit wel en de energie die in Noorwegen aankomt wordt vervolgens gebruikt om water omhoog te pompen. Als er dan een energietekort is, kan het water door turbines weer naar beneden stromen. De kinetische energie van het naar beneden bewegende water wordt met behulp van speciale generatoren omgezet in elektrische energie, dat vervolgens weer gebruikt kan worden in Denemarken (Ibrahim et al., 2008).
Door energie te transporteren, op te slaan, op te wekken en dan weer te transporteren gaat er veel energie verloren (Ibrahim et al., 2008). Er gaat alleen al tijdens het opslaan gemiddeld 25% van de energie verloren (Ibrahim et al., 2008).
Met oog op de doelstelling van de Europese Unie om in 2030 ten minste 27% van alle energie uit hernieuwbare bronnen te laten bestaan is het onwenselijk om zoveel verlies te leiden op het groene energie overschot uit Denemarken. Een oplossing hiervoor zou kunnen zijn om de groene energie te transporteren en meteen te verbruiken. Op het moment dat het overschot van groene energie direct wordt gebruikt gaat er alleen energie verloren aan het transporteren.
Een land waar Denemarken haar groene energie overschot naar zou kunnen transporteren is Duitsland. Hier zijn een aantal redenen voor. Ten eerste produceert Duitsland niet zoveel groene energie dat zij zelf groene energie overschotten heeft op de energiebalans. Hierdoor heeft zij altijd een ‘tekort’ aan groene energie en kan er altijd energie gebruikt worden (Transparency Platform, 2016). Dit zal dan betekenen dat het energieverbruik uit fossiele brandstoffen af kan nemen. Ten tweede is Duitsland, net als Denemarken, bereid om te investeren in duurzaamheid, waardoor het plan eventueel gerealiseerd zou kunnen worden. Daarnaast is de afstand van transporteren van de energie belangrijk voor het realiseren van het plan. Een verdere transportafstand betekent een groter energieverlies. Duitsland en Denemarken zijn buurlanden, waardoor de afstand geminimaliseerd kan worden.
Om te onderzoeken of het delen van energie tussen Denemarken en Duitsland kan bijdragen aan de doelstelling voor 2030, wordt er een vergelijkend onderzoek uitgevoerd. Om de vraag ‘Is energie delen tussen Denemarken en Duitsland een betere oplossing voor de doelstelling van de Europese Unie dan energie opslaan in Noorwegen?’ te kunnen beantwoorden worden de twee scenario’s op verschillende punten vergeleken.
4
Het eerste vergelijkingspunt is de efficiëntie. Is energie delen met Duitsland efficiënter dan energie opslaan in Noorwegen? Gaat er minder energie verloren bij het transporteren naar Duitsland, waar het meteen kan worden verbruikt, dan naar het transporteren en opslaan naar/in Noorwegen?
Het tweede vergelijkingspunt is de energiezekerheid. Op dit moment heeft Denemarken een zekerheid, als zij niet genoeg groene energie heeft wordt dit uit de opslag in Noorwegen gehaald en is er nooit te weinig energie. Wat zijn de gevolgen voor de energiezekerheid als het overschot aan groene energie naar Duitsland wordt getransporteerd?
Om antwoord te kunnen geven op deze vragen zal voor het energie delen, door middel van een gemaakt model, een situatie worden geschetst. De hoeveelheid overschot aan groene energie uit Denemarken moet worden bepaald. Ook zullen de locaties van de omzetstations moeten worden bepaald. Als de locaties van de omzetstations bekend zijn, kan de efficiëntie van deze situatie worden berekend en vergeleken met het huidige scenario waarbij de energie wordt getransporteerd naar en opgeslagen in Noorwegen en kan de energiezekerheid in beide situaties worden vergeleken. Er wordt verwacht dat er bij energie transporteren naar Duitsland minder verlies optreedt, omdat er alleen verlies is bij het transporteren. Ook wordt verwacht dat in deze situatie de energiezekerheid niet kan worden gewaarborgd, omdat het overschot aan energie direct wordt verbruikt door Duitsland.
2 Theoretisch kader
In het theoretisch kader worden de belangrijkste concepten uitgewerkt en onderbouwd door middel van bijpassende literatuur. Het is belangrijk dat er vanuit een bepaald kader wordt gewerkt en dat de definities van de gebruikte concepten helder onder woorden worden gebracht. De volgende concepten komen aan de orde en worden door middel van relevante literatuur, formules en onderzoeken ingekaderd; het belang van groene energie, het belang van constante toevoer van energie, de werking van een energie deelsysteem en de werking van een hydropump systeem. De twee eerstgenoemde geven een sociale context aan dit onderzoek, en de twee laatstgenoemde gaan in op de technische achtergrond.
2.1 Het belang van groene energie
Volgens Slingerland, van Geuns en van der Linden (2008) ziet Europa het als haar taak om een leidende rol in te nemen in het internationale klimaat- en energiespel. Politici en beleidsmakers hebben het druk met internationale conferenties en klimaatverdragen. Er worden allerlei doelen gesteld, zowel nationaal, internationaal als intercontinentaal, om het aanwezige klimaatprobleem op verschillende schalen aan te pakken. Volgens Hajer, Dietz en Hanemaaijer (2012) komt er een moment dat de vooruitgang aan kennis de toenemende vraag naar energie, voedsel, water en grondstoffen niet meer aan kan. Verschillende onderzoeken tonen aan dat de huidige trends, zoals het ontginnen van onconventionele fossiele brandstoffen, niet houdbaar zijn. Het exacte moment van schaars worden van hulpbronnen is lastig in te schatten, echter stellen Hajer, Dietz en Hanemaaijer (2012) wel vast dat schaarste op korte termijn leidt tot prijsstijgingen, protectionisme en geopolitieke spanningen. Slingerland, van Geuns en van der Linden (2008) beamen dit en beargumenteren dat de wil van politici, beleidsmakers en bedrijven niet genoeg is om de groene koers in te zetten. Internationale verhoudingen en uiteenlopende doelstellingen van verschillende beleidsmakers maken dat de mondiale energietransitie niet eenvoudig te bereiken is. We zitten dus met een grootschalig, niet te ontkennen, klimaatprobleem. Echter is het oplossen hiervan nog niet zo eenvoudig. Eveleens en van Schaik (2014) leggen in hun artikel uit waarom het zo lastig is om overeenstemming te bereiken. Er kleven voor- en nadelen aan duurzame energie. Zonne- en windenergie zijn zonder overheidssteun nog niet rendabel en fossiele brandstoffen zijn nu simpelweg nog goedkoper. Om het aandeel duurzame energie te vergroten moeten overheden dus bijspringen door subsidie te verstrekken of extra belastingen te heffen. In beide gevallen worden de kosten verhaald op de burger. Of de belastingbetaler of de consument en het bedrijfsleven gaan hierdoor achteruit. Volgens Eveleens en van Schaik (2014) zijn veel overheden, in deze tijd van bezuinigingen, niet in staat om mee te werken aan een groei van duurzame energie, en is het politiek moeilijk verkoopbaar. De Europese Commissie (PBL, 2014) heeft in 2014 voorstellen gedaan voor het Europese beleidskader voor klimaat en energie tot 2030. De doelstellingen hebben betrekking op alle lidstaten van de Europese Unie, maar
5
zijn voor elk land anders. Voor Denemarken zijn bijvoorbeeld hogere eisen gesteld dan voor Nederland. De drie belangrijkste targets voor alle landen samen zijn: minstens 40% minder uitstoot van broeikasgassen (ten opzichte van 1990), minstens 27% gebruik maken van hernieuwbare energie, ten minste 27% verbetering van energie efficiëntie. Omdat sommige landen verder zijn dan andere landen bij bijvoorbeeld het tweede target, zijn de doelstellingen voor elk land ook anders. In dit onderzoek wordt de focus gelegd op de landen Duitsland en Denemarken en daarom wordt het kader daar nu meer op gericht. Zowel Eveleens en van Schaik (2014) als Hajer et al. (2012) geven aan dat specifiek Denemarken en Duitsland wel investeren in een groeiende duurzame samenleving. In Duitsland wordt de duurzame energie gesubsidieerd, waardoor de energieconsumenten eongeveer twee keer zoveel betalen aan energiekosten dan de consumenten in Nederland. Maar het aandeel duurzame energie kan hierdoor wel stijgen. Volgens Eurostat (2016) bedroeg het aandeel energie wat duurzaam is opgewekt in Duitsland 13,8% en in Denemarken 29,2%, en zijn zij bereid om nog meer te investeren om dit te verhogen (Slingerland et al., 2008). Opmerkelijk is dat in Duitsland het aantal stroomstoringen tussen 2010 en 2013 met 30% is gestegen (Eveleens & van Schaik, 2014). Dit is te wijten aan de fluctuerende en onregelmatige opwekking van zonne- en windenergie. Dit zorgt herhaaldelijk voor een overbelasting van het netwerk, waardoor schade op wordt gelopen en stroomstoringen zich steeds vaker voor gaan doen.
2.2 Constante toevoer van energie
De zojuist besproken toenemende stroomstoringen zijn een belangrijk aanknopingspunt voor dit deel van het theoretisch kader. Een historische schets van de snelle verbreiding van elektrificatie in de westerse culturen geeft aan dat men eigenlijk niet meer zonder elektriciteit kan (de Rijk, 1998). De Rijk geeft aan de hand van de geschiedenis en opkomst van verschillende huishoudelijke apparaten weer dat de samenleving is veranderd en zwaar afhankelijk is van elektriciteit. Waar de elektrische stofzuiger als een van de eerste noodzakelijke huishoudelijke apparaten zware huishoudelijke klussen vergemakkelijkte, maakt nu bijna elk gebruiksvoorwerp gebruik van elektriciteit. Het zijn niet alleen de noodzakelijke producten meer zoals de stofzuiger en strijkbout maar ook ‘luxe producten’ zoals televisie, waterkoker en mobiele telefoon (de Rijk, 1998). Juist omdat zoveel apparaten gebruik maken van stroom, heeft een stroomstoring nu veel meer ernstige gevolgen voor de burger dan vroeger. Een constante toevoer van energie, en de mogelijkheid om altijd stroom te kunnen gebruiken is nu meer dan ooit een vereiste in de samenleving. Een energieleverancier kan zich het niet veroorloven om een tijd geen stroom te leveren.
De combinatie tussen zonne- en windenergie en een constante toevoer van energie is dus problematisch. Het is belangrijk en noodzakelijk dat het klimaatprobleem wordt aangepakt, waarin de Europese Unie een leidende rol op zich neemt. Er moet meer worden geïnvesteerd in duurzame energie om de Europese doelstellingen voor 2030 te kunnen halen, maar deze duurzame energie moet wel op zo’n manier worden gebruikt dat een constante toevoer van energie gegarandeerd kan worden. Omdat in dit onderzoek wordt gekeken naar een mogelijkheid om de duurzaam opgewekte energie te delen tussen de landen Denemarken en Duitsland is het van belang dat de verschillende manieren waarop duurzame energie gebruikt en opgeslagen kan worden in het theoretisch kader worden besproken.
Bij zowel energie delen als energieopslag is er sprake van energieverlies tijdens het transporteren. Dit wordt in het volgende deel van dit theoretisch kader uitgelegd. Bij de opslag gaat nog een keer energie verloren. Dit wordt in het laatste deel van dit theoretisch kader uitgelegd.
6
2.3 Energie transporteren
Voor het transporteren van energie tussen landen, over grote afstanden, zijn een paar constructies noodzakelijk. Ten eerste moet er een verbinding tussen de landen aanwezig zijn. Deze verbinding moet door de grote afstand een speciaal soort verbinding zijn zodat er zo min mogelijk energie verloren gaat tijdens het transporteren. De verbinding waarbij dit gebeurd is een High Voltage Direct Current (HVDC) verbinding (Elsherif et al., 2011).
Ten tweede moeten er twee omzetstations zijn die de normale stroom kunnen omzetten naar de High Voltage Direct Current en visa versa. Bij deze omzetstations gaat 2.5% van het inkomende vermogen verloren, waardoor deze aanpak niet rendabel is op afstanden van minder dan 50 kilometer (Elsherif et al., 2011).
2.3.1 De HVDC verbinding
De totale weerstand van de kabels wordt gegeven door
Formule 1: De formule voor de totale weerstand in de draden. R is de weerstand in Ω, s is de afstand in km en is de soortelijke weerstand in Ω/km (Elsherif et al., 2011).
De weerstand van de kabels zorgt voor vermogensverlies. Het vermogensverlies wordt gegeven door
(
)
Formule 2: De formule voor het vermogensverlies in de kabels. Hierin is de formule voor de weerstand ingevuld. Hierin is Ploss het vermogens verlies in Watt, P het totale vermogen in Watt dat aan het begin van de kabels aanwezig is en U de
spanning van de kabels in Volt (Elsherif et al., 2011).
Vermogen is energie per tijdseenheid, hierdoor is Formule 2 om te schrijven naar een formule voor energieverlies met behulp van de tijdsduur. De tijdsduur is 24 uur. Hierdoor wordt de formule voor energieverlies
Formule 3: De formule voor het energieverlies dat optreedt in de kabels. Hierin is Everlies het energieverlies in Wattuur en E de totale hoeveelheid energie in Watuur (Elsherif et al., 2011).
In HVDC kabels is de spanning een blokfunctie. De absolute waarde van de spanning verandert niet, alleen de richting van de stroom verandert waardoor constant blijft. De absolute waarde van de spanning in deze HVDC kabels is gelijk aan 800 kV (Elsherif et al., 2011). De HVDC kabels zijn gemaakt van koper en hebben een soortelijke weerstand van 0.02 Ω per kilometer (Elsherif et al., 2011). Hierdoor wordt het totale energieverlies in de kabels gegeven door
Formule 4: De formule voor het energieverlies dat optreedt in de kabels. Hierin zijn de bekende constanten ingevuld (Elsherif et al., 2011).
7
2.3.2 De omzetstations
Behalve het vermogensverlies in de kabels treedt er, zoals eerder genoemd, ook verlies op in de omzetstations. Er gaat 2.5% van de energie verloren tijdens het omzetten. Van de hoeveelheid energie dat in het eerste omzetstation in Denemarken aankomt gaat 2.5% verloren, dan gaat er energie verloren door de weerstand van de HVDC kabels en van de hoeveelheid energie die dan aankomt in het laatste omzetstation, in het buurland, gaat weer 2.5% verloren. Het vermogen dat aankomt in het buurland wordt gegeven door
[
]
Formule 5: De formule voor de hoeveelheid energie die na transporteren in het buurland aankomt. Hierin is E de hoeveelheid energie die aan het begin aanwezig is en Eaankomst de hoeveelheid energie die er na transporteren over is
en aankomt in het buurland (Elsherif et al., 2011).
Met behulp van Formule 5, de afstand tussen de omzetstations (s) en de hoeveelheid groene energie die over is in Denemarken (E) kan worden berekend hoeveel energie er aankomt in het buurland. Het buurland is in de twee scenario’s van dit onderzoek verschillend. Bij het energie transporteren naar Duitsland geeft Formule 5 de totale hoeveelheid energie die in Duitsland aankomt. In Noorwegen gaat er echter ook nog energie verloren tijdens de opslag in de hydropump storage. Dit wordt in de volgende paragraaf toegelicht.
2.4 De hydropump storage
De energie die aankomt in Noorwegen (Eaankomst) wordt opgeslagen met behulp van een hydropump storage. Het hydropump systeem werkt met twee reservoirs, waarbij de een lager gelegen is dan de andere. Dit is schematisch weergegeven in afbeelding 1. Wanneer er stroom te veel is kan met behulp van een pomp het water van het laag gelegen reservoir naar het hoog gelegen reservoir worden gepompt zodat het water meer potentiële energie bevat. Wanneer er een energietekort is, kan het water in het hoog gelegen reservoir naar beneden worden gelaten door een tunnel. Terwijl het water naar beneden gaat wordt de potentiële energie omgezet in kinetische energie. Wanneer het water beneden aankomt wordt door middel van een rad en een dynamo elektriciteit opgewekt, waardoor het energietekort kan worden opgevangen.
Figuur 1: Een schematische weergave van de hydropump storage. Hierin zijn de hoog en laag gelegen reservoirs, de pomp en de waterkrachtcentrales te zien.
8
Naast de energie transformaties gaat er op nog een manier energie verloren, namelijk door de verdamping van het water in het hoog gelegen bassin. Dit water is reeds omhoog gepompt maar kan niet meer worden gebruikt voor het opwekken van stroom. Doordat er meer verdamping is bij warmer weer, is het rendement van een hydropump systeem variabel in de tijd. Het rendement wisselt tussen de 65% bij warm weer en 85% bij koeler weer (Ibrahim et al.,2008). In dit onderzoek wordt het gemiddelde van deze waarden aangenomen als het rendement waardoor het rendement van een hydropump systeem 75% is (Ibrahim et al., 2008).
Formule 6: De formule voor hoeveelheid energie die overblijft na de opslag in de pomp in Wattuur, hierin is Eaankomst de
energie die in het opslagsysteem aankomt na het transporteren (Ibrahim et al, 2008).
Om te kunnen berekenen hoeveel energie er na het opslaan in de hydropump storage weer terug aankomt in Denemarken kan Epomp worden ingevuld in Formule 5. Hieruit volgt de formule voor de energie die overblijft bij terugkomst in Denemarken
[
(
)
]
Formule 7: De formule voor de hoeveelheid energie die na transporteren naar en opslag in Noorwegen terug komt in Denemarken.
2.5 De vergelijking: Delen en opslag
Om te berekenen hoeveel energie er in beide situaties verloren gaat wordt er een verliespercentage berekend. De formule voor verliespercentage is te zien in Formule 7.
[
]
Formule 7: De formule voor het verliespercentage. Hierin is EAankomst in situatie 1 de hoeveelheid energie die aankomt in
Denemarken na opslag in Noorwegen. In situatie 2 is EAankomst de hoeveelheid energie die aankomt in Duitsland.
EDenemarken is in beide situaties de hoeveelheid groene energie die in Denemarken over is.
3 Methode van onderzoek
In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van verschillende onderzoeksmethoden vanuit verschillende disciplines. Hieronder vallen literatuuronderzoek, data-analyse en een GIS analyse. Bij elk van deze onderdelen is de hulp van een expert op dat gebied gebruikt. In dit hoofdstuk wordt helder uiteen gezet welke assumpties, aannames en redenaties ten grondslag liggen aan dit onderzoek. Eerst is er aandacht voor het interdisciplinaire karakter van dit onderzoek. Vervolgens komen achtereenvolgens het literatuuronderzoek, de data analyse en de locatiebepaling van de omzetstations aan bod.
9
3.1 Interdisciplinariteit
Om de onderzoeksvraag te kunnen beantwoorden is gekozen voor een interdisciplinaire onderzoeksmethode. Bij interdisciplinair onderzoek worden relevante concepten, theorieën en methoden van verschillende disciplines geïntegreerd en gebruikt om zo tot nieuwe inzichten en resultaten te komen (Menken & Keestra, 2016). In dit onderzoek zijn invalshoeken uit de disciplines natuurkunde en sociale geografie gebruikt en geïntegreerd. In het onderzoek wordt een vergelijking gemaakt tussen aan de ene kant de huidige manier van duurzame energie gebruiken en opslaan tussen Denemarken en Noorwegen en aan de andere kant een nieuwe manier van energie delen tussen Denemarken en Duitsland. Hier is enerzijds een literatuuronderzoek naar verricht om een sociale context te kunnen bieden en culturele en maatschappelijke standpunten weer te geven over de noodzaak van groene energie en elektrificatie van de afgelopen eeuw. Anderzijds is onderzoek gedaan naar actuele data over overschotten van windenergie in Denemarken en een berekening gemaakt voor het zo optimaal mogelijk gebruiken van deze overschotten. De optimalisatie hangt zowel af van het zoveel mogelijk huishoudens van stroom voorzien, als van transportafstanden van de energie. Voor deze verschillende stappen in het onderzoek zijn de disciplines natuurkunde en sociale geografie een ideale combinatie. De rol van de sociaal geograaf is niet uitsluitend gericht op de discipline sociale geografie, maar bevat ook invalshoeken vanuit het duurzaamheidsdomein en sociologie. Relevante theorieën direct uit de sociale geografie hebben namelijk weinig tot geen raakvlak met dit onderwerp, maar het gebruik van het programma GIS weer wel. Verderop in dit hoofdstuk wordt meer aandacht besteedt aan het programma GIS. De discipline natuurkunde is gebruikt om berekeningen met actuele data los te laten op bestaande formules over energieverlies waarbij de locatie van de omzetstations van belang is. In dit onderzoek zijn de disciplines dus zowel naast elkaar gebruikt als geïntegreerd.
3.2 Literatuur
In het theoretisch kader worden theorieën en concepten over het huidige energiebeleid en de noodzaak van verandering ingekaderd. Het belang van duurzame energie en de huidige noodzaak om altijd zeker te zijn van elektriciteit in deze maatschappij (De Rijk, 1998) zorgt ervoor dat er in dit onderzoek niet alleen gekeken kan worden naar in welke situatie er minder energieverlies optreedt. Als energie delen zorgt voor minder energieverlies, maar de leveringszekerheid daarmee afneemt, is de overstap onmogelijk om te maken. Windenergie is namelijk zoals vaker aangegeven in dit onderzoek niet constant omdat er geen constante wind is. Op de dagen dat er geen wind is zal er een andere oplossing gevonden moeten worden. Vervolgens is het theoretisch kader gebruikt om de werking van het hydropump systeem uit te leggen en de verschillende gebruikte formules van energieverlies. Door de werking en de rendabiliteit van het pompsysteem te begrijpen kan de vergelijking met het delen van energie opgesteld worden.
3.3 Data analyse
Voor de berekeningen van de energieverliezen is de hoeveelheid overschot van groene energie van Denemarken nodig. Gedurende drie maanden is gekeken naar de handelsbalans van Denemarken. De handelsbalans is het verschil in geëxporteerde energie en geïmporteerde energie. De handelsbalans komt overeen met het energieoverschot. Als er meer wordt geëxporteerd dan geïmporteerd dan had Denemarken energie over. De handelsbalans is bepaald met data uit de database Transparency Platform (2016).
Er is gekozen om de handelsbalans gedurende drie maanden, januari, maart en oktober, te bekijken. Het gemiddelde van de handelsbalans van de drie gekozen maanden (januari, maart en oktober) is hetzelfde als het gemiddelde van de handelsbalans van Denemarken over het hele jaar 2016. Dit is te zien in Figuur 2. Hierdoor wordt aangenomen dat de berekeningen voor de drie maanden representatief zijn voor het hele jaar 2016.
10
Figuur 2: In het blauw is de handelsbalans van Denemarken in 2016 te zien. De groene lijn is het gemiddelde over het hele jaar en de rode lijn is het gemiddelde van de maanden januari, maart en oktober. De verliespercentages kunnen berekend worden met data uit de drie maanden januari, maart en oktober. Omdat deze drie maanden representatief zijn voor het hele jaar kan de aanname gemaakt worden dat deze verliespercentages overeenkomen met de verliespercentages van het hele jaar 2016.
Er is gekozen om deze drie maanden per dag te bekijken. Het tijdsinterval van een dag is gekozen omdat de beschikbare data ook een tijdsinterval van een dag heeft. In dit onderzoek wordt de aanname gedaan dat de energie die Denemarken op deze momenten over heeft, uit groene energie bestaat. Wanneer er meer energie wordt opgewekt dan kan worden verbruikt zal de capaciteit van centrales die gebruik maken van fossiele brandstoffen worden verlaagd. Hierdoor hebben de overschotten direct te maken met de opwekking van hernieuwbare energie. Ook is aangenomen dat het overschot van groene energie uniform verdeeld is over de dag.
3.4 Locatiebepaling
De locatiebepaling voor de omzetstations in Denemarken, Duitsland en Noorwegen is bij alle drie de locaties op een andere manier gedaan.
3.4.1 Denemarken
De locatie voor het omzetstation in Denemarken is gekozen op basis van de ligging van windmolens in Denemarken. De windmolens in Denemarken zijn opgedeeld in windmolenparken met verschillende capaciteiten. Voor de locatie van het omzetstation wordt het zwaartepunt van de windmolens bepaald. Om dit punt te bepalen moeten de capaciteiten van de verschillende windmolenparken worden opgezocht in een database met bijbehorende geografische coördinaten. In dit onderzoek wordt de aanname gedaan dat wanneer een windmolenpark een bijdrage van minder dan 1% heeft op de totale capaciteit, deze verwaarloosd kan worden bij de bepaling van het zwaartepunt.
De verliezen van de windmolens naar het omzetstation in Denemarken zijn niet meegerekend, omdat in beide situaties, zowel bij de opslag in Noorwegen als het delen van stroom met Duitsland, de stroom van de windmolens naar het omzetstation moet. Deze zijn dus tegen elkaar weggestreept.
1500 1000 500 0 500 1000 1500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M Wh Maand
11
3.4.2 Duitsland
Om de optimale locatie te bepalen van het energie omzetstation in Duitsland is gebruik gemaakt van een GIS analyse. De eisen waaraan de locatie moet voldoen bestaan uit de afstand tot het omzetstation in Denemarken en de bevolkingsdichtheid in Duitsland. De afstand tussen de omzetstations mag niet kleiner zijn dan vijftig kilometer en ook niet te groot omdat dat ook extra energieverlies met zich meebrengt. Daarnaast is de dag dat Denemarken het grootste overschot heeft uit de data gehaald, waarmee berekend kan worden hoeveel huishoudens hiermee maximaal voorzien kunnen worden. Omdat dit de maximale hoeveelheid is, moet het omzetstation in Duitsland in ieder geval dit aantal personen kunnen bereiken. Volgens Eurostat (2016) verbruikt een gemiddeld persoon 4,7 KWh aan stroom per dag. Om deze reden is het belangrijk dat de bevolkingsdichtheid in Duitsland wordt meegenomen bij het bepalen van de locatie van het omzetstation. Met het programma GIS kunnen demografische gegevens in een geografische kaart worden geplaatst om hier verdere analyses mee uit te voeren. In dit onderzoek zijn de gegevens over bevolkingsdichtheid in Duitsland gebruikt om te bepalen wat een geschikte locatie is voor het omzetstation. Omdat het verplaatsen van energie door een HVDC minder energieverlies geeft dan door een de bruikbare spanning van 230 V, is het belangrijker dat het omzetstation zo dicht mogelijk bij genoeg huishoudens wordt geplaatst dan dat de afstand tussen de omzetstations beperkt blijft. In de resultaten is de gekozen locatie op basis van afstand en bevolkingsdichtheid te zien.
Een belangrijke aanname die gemaakt is in de berekeningen is dat het verlies van het omzetstation naar de huishoudens niet is meegerekend. Dit is besloten omdat er wordt gekeken of het energie delen met Duitsland beter is dan energie opslaan in Noorwegen. In Duitsland hoeft de bruikbare energie een kortere afstand naar de huishoudens af te leggen, omdat met de data-analyse en met GIS een punt is gekozen waar genoeg mensen wonen. De energie die in Denemarken terug komt na het opslaan in Noorwegen moet heel Denemarken kunnen bereiken, hier wordt aangenomen dat dit een grotere afstand is dan in Duitsland. Als er dan uit de berekening van de verliespercentages komt dat energie delen met Duitsland beter is dan energie opslaan in Noorwegen, kan dit percentage hierdoor alleen hoger uitvallen.
3.4.3 Noorwegen
Voor het omzetstation in Noorwegen wordt de locatie bepaald op het punt in Noorwegen dat het meest dichtbij het omzetstation in Denemarken ligt. Op dit punt zullen de transportverliezen minimaal zijn. Het totale verlies zal in het scenario van opslag in Noorwegen voornamelijk afhangen van het rendement van de hydropomp opslag en het omzetten van de stroom naar hoog voltage in de omzetstations. Hierdoor wordt bij dit scenario het model aangehouden dat het omzetstation in Noorwegen zich zo dicht mogelijk bij het omzetstation in Denemarken bevindt. Hierbij is geen rekening gehouden met de geografische mogelijkheid om een hydropomp te plaatsen. Bij de bepaling van de locatie is uitsluitend rekening gehouden met een zo klein mogelijke afstand en daarmee zo min mogelijk verlies. Hierdoor zullen de verliezen bij opslag in Noorwegen in werkelijkheid groter uitvallen dan in dit onderzoek. Omdat we verwachten dat het scenario in Duitsland beter is, bekijken we de beste situatie voor Noorwegen. Als het transporteren naar Duitsland dan beter is, wordt het bij een betere locatiebepaling in Noorwegen de situatie in Duitsland alleen nog beter.
Doordat er verschillende aannames zijn gedaan om dit onderzoek tot stand te kunnen laten komen is de betrouwbaarheid van het onderzoek onderhevig aan twijfel. Getracht is om een zo accuraat mogelijke vergelijking te maken tussen de huidige manier waarop er met groene energie wordt omgegaan en een nieuwe manier van energie delen.
12
4 Resultaten
4.1 Denemarken
4.1.1 Het omzetstation in Denemarken
Het zwaartepunt van de windmolens van Denemarken is berekend met gegevens uit de database TheWindPower (2017). Hierin zijn de 13 grootste windmolenparken meegerekend. De 14e grootste heeft een bijdrage van minder dan één procent en is, zoals genoemd in de methode, niet meegerekend. De berekende coördinaten van dit zwaartepunt zijn 55°26'00.9''N, 10°19'31.4''E. Dit wordt de locatie van het omzetstation, de locatie is te zien in Figuur 3.Figuur 3: De locatie van het omzetstation in Denemarken.
4.1.2 Het overschot aan groene energie
Uit de database zijn de groene energie overschotten gehaald van de maanden januari, maart en oktober. In deze drie maanden is er 31 dagen sprake van een overschot. Deze overschotten zijn te zien in Figuur 4.
Figuur 4: De groene energie overschotten van Denemarken in de maanden januari (blauw), maart (rood) en oktober (groen). 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 En e rg ie o ve rsch o t (M Wh) Dag
13
4.2 Noorwegen
4.2.1 Het omzetstation in Noorwegen
De locatie van het omzetstation is bepaald door een punt op een zo kort mogelijke afstand van het omzetstation in Denemarken te kiezen. De locatie van dit omzetstation is te zien in Figuur 5. De afstand tussen de omzetstations is 330.99 km.
4.2.2 Energieverlies door transporteren en opslag
Met behulp van Formule 4, Formule 6 en Formule 7 zijn de energieverliezen in de kabels en het opslagsysteem berekend. De verliezen in de omzetstations zijn berekend met behulp van het verliespercentage van een omzetstation. De groene energie die over is in Denemarken (wind) gaat eerst door het omzetstation in Denemarken (omzet 1), vervolgens door de HVDC kabels (kabel 1) naar het omzetstation in Noorwegen (omzet 2). Hier wordt de energie opgeslagen in de pomp (pomp). Vervolgens wordt de energie die na de opslag nog overblijft weer omgezet in het omzetstation in Noorwegen (omzet 3) en via de kabels (kabel 2) naar het omzetstation in Denemarken (omzet 4) getransporteerd. De hoeveelheid energie die uit het laatste omzetstation komt (aankomst) kan in Denemarken verbruikt worden. Hoeveel energie er verloren gaat in omzet 1, kabel 1, omzet 2, pomp, omzet 3, kabel 2 en omzet 4 is te zien in Tabel 1. Ook zijn de (totale) hoeveelheden energie voor en na het transporteren zichtbaar.DAG WIND OMZET 1 KABEL 1 OMZET 2 POMP OMZET 3 KABEL 3 OMZET 4 AANKOMST
1 36042 901.05 0.000506 878.5237 8565.606 642.4205 0.000257 626.36 24428.04 2 53309 1332.725 0.001108 1299.407 12669.22 950.1913 0.000563 926.4365 36131.02 3 28310 707.75 0.000312 690.0562 6728.048 504.6036 0.000159 491.9885 19187.55 4 9364 234.1 3.42E-05 228.2475 2225.413 166.906 1.74E-05 162.7333 6346.6 5 6081 152.025 1.44E-05 148.2244 1445.188 108.3891 7.33E-06 105.6793 4121.495 6 16555 413.875 0.000107 403.5281 3934.399 295.0799 5.43E-05 287.7029 11220.41 7 7753 193.825 2.34E-05 188.9794 1842.549 138.1912 1.19E-05 134.7364 5254.719 8 10436 260.9 4.25E-05 254.3775 2480.181 186.0135 2.16E-05 181.3632 7073.165 9 5826 145.65 1.32E-05 142.0087 1384.585 103.8439 6.73E-06 101.2478 3948.664 10 13422 335.55 7.02E-05 327.1612 3189.822 239.2367 3.57E-05 233.2557 9096.974 11 20008 500.2 0.000156 487.695 4755.026 356.627 7.93E-05 347.7113 13560.74 12 17387 434.675 0.000118 423.8081 4132.129 309.9097 5.99E-05 302.1619 11784.32 13 27636 690.9 0.000298 673.6275 6567.868 492.5901 0.000151 480.2753 18730.74 14 25158 628.95 0.000247 613.2262 5978.956 448.4217 0.000125 437.2111 17051.23 15 18216 455.4 0.000129 444.015 4329.146 324.686 6.57E-05 316.5688 12346.18 16 4243 106.075 7.02E-06 103.4231 1008.375 75.62816 3.57E-06 73.73746 2875.761 17 6913 172.825 1.86E-05 168.5044 1642.918 123.2188 9.47E-06 120.1384 4685.396 18 8291 207.275 2.68E-05 202.0931 1970.408 147.7806 1.36E-05 144.0861 5619.357 19 7504 187.6 2.19E-05 182.91 1783.372 133.7529 1.12E-05 130.4091 5085.955 20 11989 299.725 5.6E-05 292.2319 2849.261 213.6946 2.85E-05 208.3522 8125.736 21 26084 652.1 0.000265 635.7975 6199.026 464.9269 0.000135 453.3037 17678.85 22 6646 166.15 1.72E-05 161.9962 1579.463 118.4598 8.75E-06 115.4983 4504.432 23 3848 96.2 5.77E-06 93.795 914.5012 68.58759 2.93E-06 66.8729 2608.043 24 1754 43.85 1.2E-06 42.75375 416.8491 31.26368 6.1E-07 30.48209 1188.801 25 2539 63.475 2.51E-06 61.88812 603.4092 45.25569 1.28E-06 44.1243 1720.848 26 28629 715.725 0.000319 697.8319 6803.861 510.2896 0.000162 497.5323 19403.76 27 38284 957.1 0.000571 933.1725 9098.432 682.3824 0.00029 665.3228 25947.59 Figuur 5: De afstand tussen het omzetstation
in Noorwegen en het omzetstation in Denemarken.
14
28 12803 320.075 6.39E-05 312.0731 3042.713 228.2035 3.25E-05 222.4984 8677.437 29 13320 333 6.92E-05 324.675 3165.581 237.4186 3.52E-05 231.4831 9027.842 30 43710 1092.75 0.000745 1065.431 10387.95 779.0966 0.000379 759.6192 29625.15 31 36671 916.775 0.000524 893.8556 8715.092 653.6319 0.000266 637.2911 24854.35 TOTAAL 548731 13718.28 0.005894 13375.32 130409.4 9780.701 0.002996 9536.184 371911.2Tabel 1: De hoeveelheden energie die in de verschillende stadia verloren gaan. De verliezen zijn rood gekleurd. In de tabel zijn alleen de dagen zichtbaar waarbij er een overschot is van groene energie. De hoeveelheden groene energie die over zijn in Denemarken staan onder WIND en de hoeveelheden energie die weer terug aankomen in Denemarken na opslag in Noorwegen staat onder AANKOMST. Ook zijn de hoeveelheden bij elkaar opgeteld. Dit staat bij TOTAAL. Alle energiën zijn in KWh.
4.2.3 Energiezekerheid
In de drie maanden januari, maart en oktober is er 31 dagen sprake van een overschot. De 62 overige dagen is er geen overschot. Op het moment dat Denemarken energie tekort komt kan zij dit terughalen uit Noorwegen. Hierdoor heeft Denemarken een grote energiezekerheid.
4.3 Duitsland
4.3.1 Het omzetstation in Duitsland
Uit de database is de dag dat Denemarken het meest kan transporteren door het grootste overschot aan energie gehaald. De hoeveelheid energie die Denemarken maximaal kan transporteren blijkt uit de database 53309 MWh per dag te zijn. Een persoon verbruikt gemiddeld 4,7 KWh aan stroom per dag (Eurostat, 2016). Met het overschot van groene energie kunnen dus maximaal 11,3 miljoen mensen voorzien worden. Met het programma GIS is de bevolkingsdichtheid in kaart gebracht, dit is te zien in Figuur 6. Hoe donkerder de kleur, hoe dichter bevolkt de omgeving is. Er is een punt gekozen waar het omzetstation het best zou kunnen staan. Deze locatie is gebaseerd op afstand tot het punt in Denemarken (minimaliseren van energie verlies) en op een dichtbevolkt gebied. De afstand tussen de huishoudens en het omzetstation moet namelijk zo klein mogelijk zijn omdat hier het meeste energie verloren gaat. Door de dichtbevolkte omgeving waarop de locatie gekozen is kunnen ten minste 11,3 miljoen personen bereikt worden. De afstand tussen het omzetstation in Denemarken en het station in Duitsland is 492.08 km.
Figuur 6: De bevolkingsdichtheid van Duitsland. Het gele blokje is de locatie van het omzetstation in Duitsland.
15
4.3.2 Energieverlies door transporteren
De energieverliezen die optreden in de kabels zijn berekend met behulp van Formule 4. De groene energie die over is in Denemarken (wind) gaat eerst door het omzetstation in Denemarken (omzet 1), vervolgens door de HVDC kabels (kabel) naar het omzetstation in Duitsland (omzet 2). De verliezen die bij de omzetstations en door de kabels optreedt zijn te zien in Tabel 2.
DAG WIND OMZET 1 KABEL OMZET 2 AANKOMST
1 36042 901.05 0.000744503 878.5237 34262.43 2 53309 1332.725 0.001628732 1299.407 50676.87 3 28310 707.75 0.000459334 690.0562 26912.19 4 9364 234.1 5.02541E-05 228.2475 8901.652 5 6081 152.025 2.11933E-05 148.2244 5780.751 6 16555 413.875 0.000157075 403.5281 15737.6 7 7753 193.825 3.44499E-05 188.9794 7370.196 8 10436 260.9 6.2419E-05 254.3775 9920.722 9 5826 145.65 1.94531E-05 142.0087 5538.341 10 13422 335.55 0.000103248 327.1612 12759.29 11 20008 500.2 0.000229433 487.695 19020.1 12 17387 434.675 0.00017326 423.8081 16528.52 13 27636 690.9 0.000437723 673.6275 26271.47 14 25158 628.95 0.000362745 613.2262 23915.82 15 18216 455.4 0.000190176 444.015 17316.58 16 4243 106.075 1.0318E-05 103.4231 4033.502 17 6913 172.825 2.73894E-05 168.5044 6571.671 18 8291 207.275 3.93969E-05 202.0931 7881.632 19 7504 187.6 3.22726E-05 182.91 7133.49 20 11989 299.725 8.23786E-05 292.2319 11397.04 21 26084 652.1 0.000389939 635.7975 24796.1 22 6646 166.15 2.53145E-05 161.9962 6317.854 23 3848 96.2 8.48631E-06 93.795 3658.005 24 1754 43.85 1.76323E-06 42.75375 1667.396 25 2539 63.475 3.69466E-06 61.88812 2413.637 26 28629 715.725 0.000469744 697.8319 27215.44 27 38284 957.1 0.000840008 933.1725 36393.73 28 12803 320.075 9.39447E-05 312.0731 12170.85 29 13320 333 0.000101685 324.675 12662.32 30 43710 1092.75 0.00109499 1065.431 41551.82 31 36671 916.775 0.000770716 893.8556 34860.37 TOTAAL 548731 13718.28 0.008666038 13375.32 521637.4
Tabel 2: De hoeveelheden energie die in de verschillende stadia verloren gaan. De verliezen zijn rood gekleurd. In de tabel zijn alleen de dagen zichtbaar waarbij er een overschot is van groene energie. De hoeveelheden groene energie die over zijn in Denemarken staan onder WIND en de hoeveelheden energie die verbruikt kan worden in Denemarken staat onder AANKOMST. Ook zijn de hoeveelheden bij elkaar opgeteld. Dit staat bij TOTAAL. Alle energiën zijn in KWh.
4.3.3 Energiezekerheid
De energiezekerheid die aanwezig is bij de energieopslag in Noorwegen kan niet worden gewaarborgd met het energie delen. De energie die in Denemarken over is wordt in Duitsland verbruikt. Hierdoor kan Denemarken op het moment dat zij niet genoeg groene energie heeft niet haar overschot weer terughalen om het tekort aan te vullen. Daarnaast is de energietoevoer bij windenergie fluctuerend waardoor de energiezekerheid in Duitsland ook niet gewaarborgd wordt. Het delen van energie zorgt er dus voor dat ten eerste de energiezekerheid in Denemarken verlaagd, en ten tweede de energiezekerheid in Duitsland verslechterd. In het theoretisch kader is aan bod gekomen dat Duitsland de afgelopen jaren 30% meer stroomstoringen te verduren
16
heeft gehad. Wanneer het energie delen gerealiseerd zou worden, zal het energienetwerk vaker overbelast worden door de fluctuerende energiestromen.
4.4 Vergelijking
Met behulp van Formule 7 kan voor beide situaties het verliespercentage berekend worden. Het verliespercentage wordt berekend met de totale hoeveelheden groene energie die over is in Denemarken en totale aankomstenergie. Voor de energieopslag in Noorwegen kan EAankomst uit Tabel 1 gehaald worden. EAankomst = 371911.2 KWh. Voor het energie delen met Duitsland kan EAankomst uit Tabel 2 gehaald worden. EAankomst = 521637.4 KWh. In beide situaties is de totale hoeveelheid groene energie hetzelfde. EDenemarken = 548731 KWh. Hierdoor wordt het verliespercentage bij opslag 32.2 % en bij energie delen met Duitsland 4.9%. Er gaat bij energie delen met Duitsland 32.2 – 4.9 = 27.3 % minder verloren.
5. Conclusie
Het blijkt dat er bij energie delen met Duitsland 27.3% minder verloren dan bij energie opslag in Noorwegen. Voor de doelstelling van de Europese Unie, om voor 2030 ten minste 27% van alle energie duurzaam te laten zijn, draagt dit meer bij dan energie opslaan in Noorwegen.
Een groot voordeel aan het energie opslaan in Noorwegen is dat Denemarken op het moment dat zij niet genoeg groene energie op kan wekken, de energie vanuit de opslag kan halen en zo haar energietekort kan opvangen. Deze energiezekerheid kan in de situatie van het energie delen met Duitsland niet worden gewaarborgd. Om bij te kunnen dragen aan de doelstelling van de Europese Unie is het noodzakelijk dat er een oplossing wordt gevonden voor het energiezekerheidsprobleem. Als deze oplossing gevonden wordt, dan zou Denemarken energie kunnen delen met Duitsland om bij te kunnen dragen aan de doelstelling.
6. Discussie
In dit onderzoek is gekeken of energie delen met Duitsland meer kan bijdragen aan de doelstelling van de Europese Unie dan energie opslag in Noorwegen. Er werd verwacht dat er bij energie delen met Duitsland minder energieverlies optreedt dan bij energie opslag in Noorwegen. Nadat de mogelijke locaties van de omzetstation bepaald zijn, zijn de energieverliezen in beide situaties berekend. Bij de opslag in Noorwegen treedt er 27.3% meer verlies op dan bij het energie delen met Duitsland. Helaas neemt de energiezekerheid bij het energie delen met Duitsland erg af. Uit de literatuur blijkt dat door de elektrificatie van de maatschappij een energietekort onacceptabel is. Hierdoor is energiedelen tot op heden nog geen optie. Voordat er een oplossing wordt gevonden voor het verlies in energiezekerheid kan het delen van energie met Duitsland niet bijdragen aan de doelstelling van de Europese Unie.
Er is met behulp van een database berekend hoeveel groene energie Denemarken in drie maanden per dag over heeft. Om hier inzicht in te krijgen is een gemiddelde berekend van hoeveel er per dag over is. Het gemiddelde groene energie overschot van Denemarken is 5900 MWh per dag. Van alle overschotten van Denemarken is per dag gekeken hoeveel hiervan na opslag in Noorwegen kan terug komen in Denemarken. Hiervan is weer een gemiddelde per dag berekend, om dit te kunnen vergelijken met het totaal per dag. De gemiddelde energie die per dag terugkomt uit Noorwegen is 3999 MWh. Ook is per dag gekeken hoeveel energie er aankomt in Duitsland. Hiervan is ook een gemiddelde berekend. In Duitsland komt er gemiddeld 5609 MWh per dag aan, ten opzichte van opslag in Noorwegen is dit een verbetering van 27.3%. Voor de beantwoording van de hoofdvraag zijn een aantal aannames gedaan die mogelijk leiden tot tekortkomingen in het onderzoek. Een eerste aanname is dat het overschot aan energie bestaat uit groene energie, omdat de fossiele brandstofcentrales altijd aan staan en een bepaalde hoeveelheid energie genereren. Hierdoor is aangenomen dat tekorten en overschotten direct te maken hebben met de opwekking van groene energie. Dit kan leiden tot een tekortkoming in het onderzoek omdat de fossiele brandstofcentrales misschien niet altijd precies evenveel genereren.
Een tweede tekortkoming is dat de energieverliezen van de omzetstations naar de consumenten niet is meegerekend. Er is aangenomen dat in Duitsland de energie een minder grote afstand hoeft af te leggen, omdat de energie alleen naar de huishoudens in de stad getransporteerd hoeft te worden. Er wordt ook
17
aangenomen dat de energie in Denemarken door heel Denemarken moet worden verspreid. Omdat hier geen data over te vinden is hebben wij dit niet kunnen onderbouwen met bijpassende data en/of literatuur. Daarnaast is er alleen gekeken naar particuliere consumenten, en niet naar het verbruik van bedrijven en fabrieken.
Ook bij de methodiek van het onderzoek zijn aannames gedaan die mogelijk zorgen voor tekortkomingen. Bij de berekening van de energieverliezen bij de opslag in Noorwegen is aangenomen dat de totale energie die per dag wordt opgeslagen in het geheel terug wordt getransporteerd. In werkelijkheid kan dit anders zijn. Denemarken haalt uit Noorwegen wat zij op dat moment nodig heeft, dit kan minder zijn dan wat er in totaal is opgeslagen. Als er meer energie wordt getransporteerd, word er ook meer verlies geleden. Dit is te zien in Formule 5. Hierdoor is het mogelijk dat de werkelijke verliezen kleiner zijn dan de verliezen die berekend zijn in het onderzoek.
Een andere aanname is dat de verliezen berekend zijn per dag. Dit is gedaan omdat de beschikbare data per dag is. De overschotten kunnen in werkelijkheid per uur verschillen. Hierdoor kunnen ook de werkelijke verliezen verschillen van de gevonden verliezen Doordat de energieën variabel zijn. Daarnaast zijn er drie locaties bepaald voor de omzetstations. Het omzetstation in Denemarken is bepaald met het zwaartepunt van de windmolens in Denemarken. Voor de bepaling van deze positie zijn de grootste windmolenparken gebruikt, doordat deze het grootste gedeelte van de totale capaciteit uitmaken. Hierdoor kan het echte zwaartepunt verschillen met het gevonden zwaartepunt. Daarnaast komen door de bereidheid om te investeren in duurzame energie meer en betere windmolenparken bij in Denemarken, waardoor in de toekomst het zwaartepunt ook zal veranderen. Dan is het mogelijk dat het zwaartepunt ergens anders komt te liggen.
Ook is aangenomen dat de drie gekozen maanden representatief zijn voor het hele jaar. Deze maanden zijn gekozen omdat het gemiddelde van de drie maanden van de handelsbalans overeenkomt met het gemiddelde van de handelsbalans van het hele jaar. Omdat de verliezen groter worden als er meer wordt getransporteerd kan het dat deze maanden niet representatief zijn. Als er maanden zijn met uitschieters op de handelsbalans kan dit veel schelen in het verlies.
Behalve de tekortkomingen zijn er ook sterke punten aan dit onderzoek. Het onderzoek is maatschappelijk erg relevant. Groene energie is erg belangrijk en als er energie wordt gedeeld gaat er aanzienlijk minder verloren. Als energie delen op grotere schaal wordt ingevoerd, door bijvoorbeeld heel Europa, kan het energiezekerheidsprobleem mogelijk worden aangepakt. Omdat verschillende landen op verschillende momenten veel overschot hebben aan groene energie kan dit probleem misschien worden opgelost. Dit is dan ook meteen een aanbeveling voor vervolgonderzoek. Als wordt onderzocht hoeveel en wanneer landen een overschot hebben en hoe dit het best geoptimaliseerd kan worden in heel Europa, kan het energiezekerheidsprobleem worden opgelost en kan er worden bijgedragen aan de doelstelling van de Europese Unie. Dit onderzoek kan het best interdisciplinair worden aangepakt, omdat het niet alleen over natuurkunde en sociale geografie gaat. Er kunnen ook inzichten van bijvoorbeeld politicologen, economen, meteorologen en aardwetenschappers geïntegreerd worden.
18
7. Literatuur
Diva-GIS. Spatial Data Denmark & Spatial Data Germany (2015). Geraadpleegd van http://www.diva-gis.org/Data - Download country level data for any country in the world:administrative boundaries, roads, railroads, altitude, land cover, population density.
Elsherif, M. A., Taylor, P. C., & Hampshire, D. P. (2011, March). Power Loss Evaluation of HVDC and DC HTS Transmission Solutions for Round 3 Offshore Wind Farms in the United Kingdom. In International Conference on Energy Systems and Technologies (ICEST 2011) (pp. 11-14).
ePure (2016). Roadmap to 2030. Geraadpleegd van http://epure.org/media/1364/epures-roadmap-to-2030-the-role-of-ethanol-in-decarbonising-europes-road-transport.pdf
Eurostat (2016). Share of renewables in energy consumption in the EU rose further to 16% in 2014. Geraadpleegd van http://ec.europa.eu/eurostat/documents/2995521/7155577/8-10022016-AP-EN.pdf/38bf822f-8adf-4e54-b9c6-87b342ead339
Eveleens, JP., van Schaik, L. (2014). De Europese worsteling met het klimaatpakket voor 2030. Internationale Spectator. Jaargang 68 nr. 7-8.
Garcia-Álvarez, M.T., Moreno & B., Soares, I. (2016). Analyzing the sustainable energy development in the EU-15 by an aggregated synthetic index.Ecological Indicators 60, p.996–1007.
Hajer, M., Dietz, F., & Hanemaaijer, A. (2012). Voorwaarden voor groene groei. Christen democratische verkenningen, 2012(1), 81-87.
Ibrahim, H., Ilinca, A., & Perron, J. (2008). Energy storage systems—characteristics and comparisons. Renewable and
sustainable energy reviews, 12(5), 1221-1250.
Menken, S., & Keestra, M. (Eds.). (2016). An introduction to interdisciplinary research: theory and practice. Amsterdam University Press.
PBL. (2014). EU-doelen klimaat en energie 2030: Impact op Nederland. Geraadpleegd van
http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2014-eu-doelen-klimaat-en-energie-2030-impact-op-nederland_01394.pdf op 24 april 2017.
Rijk, de T. (1998). Het elektrische huis. Proefschrift ter verkrijging van de graad van doctor aan de Technische Universiteit Delft. Uitgeverij 010, Rotterdam.
Ruszel, M. (2016). The political importance of energy cooperation between Germany and Denmark on the European Union energy market. In E3S Web of Conferences (Vol. 10, p. 00135). EDP Sciences.
Slingerland, S., van Geuns, L & van der Linde, C. (2008). Van zwarte naar groene energie. Geopolitiek van mondiale energietransitie.
TheWindPower. (2017). Denmark Wind Farms [dataset]. Geraadpleegd van http://www.thewindpower.net/windfarms_list_en.php
Transparency Platform. (2016). Cross-Border Physical Flow [Dataset]. Geraadpleegd van https://transparency.entsoe.eu/transmission-domain/physicalFlow/show?name=&defaultValue=true&viewType=TABLE&areaType=BORDER_BZN&atch=false&dat eTime.dateTime=01.01.2014+00:00%7CCET%7CDAY&border.values=CTY%7C10Y1001A1001A65H!BZN_BZN%7C10YD K-1---W_BZN_BZN%7C10Y1001A1001A63L&dateTime.timezone=CET_CEST&dateTime.timezone_input=CET+(UTC+1)+/+CE ST+(UTC+2)
19
8. Appendix – Interviews/gesprekken met experts
Dhr. M.J. Heemskerk heeft de sociaal geograaf geholpen met de GIS analyse voor het omzetstation in Duitsland. Aanvankelijk werd met behulp van de heer Heemskerk ook het omzetstation in Denemarken bepaald op basis van de bevolkingsdichtheid, maar dit bleek achteraf niet bruikbaar te zijn voor het onderzoek. Dhr. Heemskerk is werkzaam aan de UvA als ICT medewerker/werkplekbeheerder en is docent van het vak GIS voor sociale geografie en planologie. Het eerste contact heeft plaatsgevonden via de mail, na een doorverwijzing van dhr. dr. S. De Vos. Na een aantal tips van meneer Heemskerk zijn de juiste databases op internet gevonden om mee aan de slag te gaan. Na enige hulp van meneer Heemskerk is de bevolkingsdichtheid in de geografische kaart van Duitsland geplaatst. Hiervoor zijn een aantal technische stappen doorlopen zoals het vectoriseren van de gegevens en het aanbrengen van coördinaten.
Met Dhr. Prof. Dr. J. Grin is een aantal uur gebrainstormd over de mogelijkheden om het onderzoek sociale context te bieden. Het gesprek heeft plaatsgevonden met zowel de sociaal geograaf als de natuurkundigen. Professor Grin is gespecialiseerd op het gebied van politieke wetenschappen en systeem transities en innovaties. Het gesprek had een informele opzet en is voornamelijk gebruikt om ons verder op weg te helpen. J. Grin heeft geholpen door bruikbare literatuur aan te leveren en om op een bepaalde manier naar dit soort vraagstukken te kijken.
Dhr. W. de Jong heeft geholpen met de data-analyse. Uit de database kwamen veel getallen die op het eerste gezicht erg onoverzichtelijk leken. W. de Jong heeft geholpen met inzicht in deze databases te krijgen en deze data naar Excel te exporteren. Met het programma Excel heeft W. de Jong ook geholpen, door handige functies, zoals het optellen en delen van data, uit te leggen. De dataanalyse heeft veel tijd gekost, maar door de informatie van W de Jong is geprobeerd de dataanalyse zo snel en makkelijk mogelijk uit te voeren.
