Blog of Prof. dr. Ad van Wijk (TUDelft)
Altijd leuk om te horen: kreeg net een email met de tekst:
“Ik zag je op mijn Facebook voorbij komen. Super gaaf!”
Iemand was op deze site gekomen, en vond het interessant genoeg om te delen met zijn netwerk. Zo zie je maar, de wereld aan duurzame energie krijgen gaat met kleine stapjes. Maar ook sociale media helpen daar natuurlijk bij.
Onderstaand artikel is verschenen in de Vastgoed bijlage van het Financieel Dagblad, op maandag 08 oktober 2012. Het is ook online te lezen.
Sinds anderhalf jaar werk ik op de TU Delft. Een universiteitscampus waar veel grote gebouwen van net na de oorlog staan. Een periode waarin nog niet zo werd nagedacht over het energiegebruik, maar het comfort is er prima.
Wanneer ik mijn kamer binnenloop is het al lekker warm. Het licht moet ik zelf aandoen, maar er zit geen lichtschakelaar bij mij op de kamer. Nee, ik moet op de gang het licht voor alle kamers op die gang aandoen. Bovendien is het een verlichtingssysteem dat in een bak zit, naar het plafond schijnt en via de weerkaatsing aan het plafond de verlichting in mijn kamer verzorgt. Energiezuinig?
In het gebouw waar ik werk is het gebruik per werkplek ongeveer 2600 kWh voor verwarming en 2100 kWh voor elektriciteit. Vergelijk dat eens met ons energiegebruik thuis. In Nederland wonen we gemiddeld met 2,2 personen in een huis. Per persoon gebruiken we thuis 6.200 kWh voor verwarming en 1.600 kWh voor elektriciteit. Dus ik gebruik op mijn werk ongeveer zo’n 60% van de energie die een gemiddeld persoon thuis gebruikt. Als ik het zou vergelijken met mijn privésituatie, waar ik met vijf personen in een huis woon, dan gebruik ik op mijn werk meer energie dan thuis. Daar zit je dan, als professor ‘future energy systems’.
Helaas is het zo dat mijn werksituatie niet veel verschilt van die van veel andere kantoorwerkers. We hebben onze kantoren en woningen in het verleden eigenlijk lek gebouwd. Vanuit kosten èn milieu zijn we tegenwoordig dan ook sterk bezig met het terugdringen van het energiegebruik van onze woningen en kantoren. Het is een belangrijk thema in het ‘verduurzamen’ van ons vastgoed.
Maar waar we eigenlijk over praten is het terugdringen van het energiegebruik voor verwarming. We gaan onze gebouwen beter isoleren, nemen HR++ glas, doen aan goede ventilatie en warmteterugwinning uit de ventilatielucht. Daarnaast kijken we of we met een WKO (warmte-koude opslagsysteem) of restwarmte onze ruimten met lage temperatuur kunnen verwarmen. Dit leidt ertoe dat het energiegebruik voor verwarming ook inderdaad afneemt. In nieuwe gebouwen of drastisch gerenoveerde gebouwen is het energiegebruik voor verwarming goed terug te brengen tot minder dan 1000 kWh per jaar per werkplek.
Natuurlijk letten we ook wel een beetje op het elektriciteitsgebruik. Waar we wel naar kijken is het elektriciteitsgebruik voor verlichting en koeling, maar de rest van het elektriciteitsgebruik beschouwen we als een soort natuurgegeven, want het is niet gebouwgebonden. Het elektriciteitsgebruik in gebouwen is dan ook een post die alleen maar stijgt.
Ruwweg een derde van ons elektriciteitsgebruik is daarbij voor verlichting, een derde voor ICT en een derde voor de rest: koeling, pompen, koffiedrinken, eten. Laten we dit elektriciteitsgebruik nu eens goed bekijken.
Het verlichtingssysteem moeten we echt anders aanpakken. We moeten over naar led-verlichting, maar niet alleen door lampen te vervangen door led-lampen. Uiteraard erg besparend, maar we kunnen veel meer besparen als we de afstand kunnen verkleinen tussen waar we licht produceren en waar we licht consumeren (onze ogen). We produceren nu veel licht aan het plafond, maar leds kunnen we integreren in onze bureaus, stoelen, kasten, computers, printers, etcetera. Of in strippen op de vloer, de muur of vensterbank plakken. Dan produceren we licht veel dichter bij onze ogen en besparen nog meer energie. We kunnen leds ook draadloos schakelen. Het betekent dat het verlichtingssysteem geen vast onderdeel meer van een gebouw hoeft te zijn.
Op deze wijze kun je factoren besparen op het energiegebruik voor verlichting. En een led kan vele andere functies vervullen: hij kan bij brand de uitgang wijzen, signaleren, het is eigenlijk ook een computerscherm of tv. Een elektronicafabrikant brengt nu al de ‘smart window’ op de markt. Een raam geïntegreerd met led, dat kan tegelijkertijd blindering zijn, zonwering, verlichting en computer/tv screen. Geen verlichting, geen zonwering, geen gordijnen, geen beamer en geen tv-scherm meer nodig, het zit allemaal in je raam!
Dan het elektriciteitsverbruik van ICT: computers, servers, printers, etcetera. Een post die alleen maar toeneemt. Nu gaan we met zijn allen in de cloud werken, waarmee we het energiegebruik voor een deel naar buiten het gebouw verplaatsen. Toch hoort dit soort energiegebruik wel degelijk tot het energiegebruik van de werkplek.
En dan is er nog iets bijzonders aan de hand met ons elektriciteitsnet. Het is een wisselspanningsnet, AC, maar alle apparaten werken op gelijkspanning, DC, en met duurzame energie produceren we op gelijkspanning. Door ons elektriciteitsnet DC te maken kunnen we eenvoudig 10 à 30% besparen.
Besparing
Veel van het elektriciteitsgebruik kan door energie-efficiënt inkoopbeleid en vooral ook door intelligente monitoring en control van elk individueel verbruik worden voorkomen. Vooral dit laatste is iets wat betekent dat sensoren ingebouwd moeten worden in bijvoorbeeld stopcontacten en apparaten waarmee verbruik wordt geregistreerd en je kunt uit- en aanschakelen. Mijn schatting is dat dit tot een besparing van 50% op het elektriciteitsgebruik kan leiden.
Bij het verduurzamen van vastgoed hoort in mijn ogen dan ook niet alleen het gebouwgebonden verbruik, maar ook het verbruik tijdens exploitatie. Dit zou een plek moeten krijgen in de labels of certificaten.
Naast verwarming en elektriciteit is er echter nog een belangrijke post die we in het verduurzamen van vastgoed mee moeten nemen en veelal wordt vergeten. Dat is het energiegebruik voor woon-werkverkeer. Het energiegebruik voor woon-werkverkeer is belangrijk, zo niet de belangrijkste post. In Nederland rijden we gemiddeld 22 kilometer naar ons werk, dus ook weer 22 kilometer terug naar huis. En 60% komt met de auto naar het werk. Dus gemiddeld brengt elke werkplek ook 4000 kilometer per jaar aan auto woon-werk verkeer met zich mee. Als we veronderstellen dat we 1 op 10 rijden, betekent dit een energieverbruik voor woon-werkverkeer met de auto van 4000 kWh per jaar. Dit is ongeveer hetzelfde als het energieverbruik voor verwarming en elektriciteit samen.
Maar ja, niet gebouwgebonden, dus daar bemoeien we ons niet mee, behalve dan de bushalte voor de deur. Toch kunnen we hier heel veel, vooral omdat de toekomst aan elektrisch rijden is. Nu al is een kwart van alle fietsen en scooter verkopen elektrisch. Maar ook de auto wordt elektrisch en dat past prima bij duurzaam vastgoed. Zet namelijk op elke parkeerplek ook een laadpaal voor een elektrische auto. Elektrisch rijden is goed voor het lokale milieu, geen fijnstof, geluid, NOx en geeft minder CO2 uitstoot.
Stimuleer nu je werknemers om een elektrische auto voor woon-werk verkeer aan te schaffen en laat je werknemers gewoon gratis elektriciteit laden. Dat kost je bijna niks. Voor 4000 km per jaar heb je zo’n 700 kWh elektriciteit nodig. Als bedrijf met een gebruik van zo’n 50.000 kWh per jaar, betaal je per kWh ongeveer 18 cent per kWh (minder dan thuis waar je ongeveer 25 cent per kWh betaalt). Dus je geeft ongeveer € 125 per jaar extra uit per werknemer. Maar anders had je je werknemer een vergoeding van 19 cent per kilometer gegeven, dus in totaal € 760 per jaar.
Energie produceren
Is dit het dan? Verwarming, elektriciteit en woon-werk verkeer. Nee het gaat verder, we gaan ook energie produceren op en met ons vastgoed. We denken daarbij aan zonnecellen en zonneboilers op het dak, mogelijk een wkk-installatie (warmtekrachtkoppeling) die op bio-olie, of biogas draait, uit ons afval. Maar er is in de toekomst meer. Onze auto wordt een elektriciteitscentrale en kan stroom gaan leveren aan het net!
We denken dat elektrisch rijden betekent rijden op een elektromotor met een batterij waar we elektriciteit in opslaan om op te kunnen rijden. Maar zo’n elektrische auto heeft twee grote nadelen. De actieradius is beperkt en de oplaadtijd te lang. Daarom zien we nu dus ook al de hybride auto, met een brandstofmotor die eigenlijk elektriciteit produceert. Zo’n automotor heeft echter maar een rendement van hooguit 20%.
Maar in de toekomst krijgen we de brandstofcel als automotor, die produceert elektriciteit met 60% rendement. Een veel beter rendement dan het gemiddelde van ons elektriciteitsproductiepark. Dus dan gaan we onze auto gebruiken voor de productie van elektriciteit en verandert de parkeerplaats bij ons vastgoed in een elektriciteitscentrale. Deze toekomst zijn we aan het ontwikkelen op de TU Delft in de green campus: zie www.the-green-campus.com.
En zo verandert ons vastgoed van energieconsument in een heuse energiefabriek. ■
Ad van Wijk is buitengewoon deeltijdhoogleraar future energy systems aan de TU Delft. In deze positie richt hij zich op energiesystemen van de toekomst. Van Wijk heeft een achtergrond in wetenschappelijk onderzoek en onderwijs op het gebied van energie en innovatie. In 1984 richtte hij het bedrijf Ecofys op, later onderdeel van Econcern, dat inmiddels failliet is. Tot 2009 was Van Wijk bestuursvoorzitter van Econcern.
Zo’n 150 jaar geleden was er de ‘war of currents’. Edison, Westinghouse en Tesla voerden rond het eind van de 19e eeuw een verbitterd gevecht. Moest het elektriciteitsnet werken op gelijkspanning (Direct Current, DC)? Of moest het net werken op wisselspanning (Alternating Current, AC)?
Het begon allemaal met de uitvinding van de gloeilamp door Thomas Edison in 1879. Hij kwam er al snel achter dat er een elektrisch distributiesysteem nodig was om zijn gloeilampen, die werken op DC, van stroom te voorzien. En op 4 september 1882 schakelde Edison’s werelds eerste elektriciteitsvoorziening van 100 kW in, waarmee hij 59 klanten rond zijn Pearl Street Station in Lower Manhattan van 110 volt gelijkspanning voorzag.
George Westinghouse vond het elektriciteitsdistributiesysteem van Edison inefficiënt en moeilijk op te schalen. Edison’s net was gebaseerd op laag voltage DC, dus hoge stromen en grote verliezen. Door de geniale Nikola Tesla, die bij Westinghouse ging werken, werden bijna alle componenten voor een AC-systeem ontwikkeld. Zo kon met een transformator de spanning omhoog en omlaag worden gebracht, waardoor veel minder verliezen in het distributienet optraden. En bovendien was er geen omvormer nodig omdat een centrale via een draaiende beweging wisselstroom produceert die direct in een AC net kan worden gestopt. In 1886 installeerden Westinghouse het eerste Amerikaanse wisselstroomnet in Great Barrington. Een door waterkracht aangedreven generator, die 500 volt wisselspanning produceerde, voorzag dit netwerk van energie. De spanning werd omhoog gebracht naar 3.000 volt voor transport en lokaal weer omlaag gebracht naar 100 volt.
De strijd bereikte een absurd hoogtepunt in 1887 toen een groep afgevaardigden van de staat New York aan Edison vroeg of elektriciteit gebruikt kon worden als executiemethode. Hoewel Edison hier eerst niets van wilde weten, gaf hij toch toe. Met één kanttekening: “Dan moet je wel de stroom van mijn concurrent gebruiken, want die is veel dodelijker.” Edison hoopte hiermee Westinghouse uit te schakelen door wisselstroom te associëren met de dood. Een door Edison ingehuurde ingenieur, voerde vervolgens publieke demonstraties uit. Zwerfhonden, katten, paarden en zelfs een circusolifant werden opgeofferd om aan te tonen hoe dodelijk wisselstroom was. De staat New York raakte overtuigd en besloot de executiemethode te gebruiken.
De strijd tussen gelijkstroom en wisselstroom eindigt met de victorie voor wisselstroom door de ingebruikname op 16 november 1896 van een elektriciteitstransportnet over de toen opzienbarende afstand van 40 kilometer, van de waterkrachtcentrale bij de Niagara watervallen tot Buffalo. En zo komt het dat we nu overal ter wereld een AC-elektriciteitsdistributiesysteem hebben. Toch moeten we nu weer omschakelen naar een DC-net, want er is in die 150 jaar heel veel technologie veranderd.
Het begon met de uitvinding van de transistor in Bell Lab’s 1947. De transistor is de fundamentele bouwsteen van computers en veel andere elektronische apparaten. Transistors worden in groten getale geïntegreerd in chips, en tegenwoordig kun je geen enkel apparaat meer kopen dat niet een of meerder chips bevat. En deze chips werken op gelijkspanning DC. Dit betekent dat elk apparaat een AC/ DC inverter heeft ingebouwd. En bij deze conversie treedt een verlies op, van 5-10%. Voel maar eens aan het blokje, de AC/DC-inverter, in het snoer van je computer, dat wordt behoorlijk warm, energieverlies dus.
Sinds de oliecrises in de jaren ‘70 en het rapport van de Club van Rome zijn we op zoek gegaan naar ‘alternatieve’ energiebronnen. Maar wat is daarmee aan de hand? De zonnecel, de windturbine, de brandstofcel, ze produceren allemaal gelijkspanning DC. Dus we zetten de stroom van een zonnecel eerst om van DC naar AC, om vervolgens in een apparaat dit om te zetten van AC naar DC. En dan hebben we sinds kort elektrisch rijden. Rond de eeuwwisseling werden in Nederland de eerste elektrische fietsen verkocht. Inmiddels zijn in 2011 wereldwijd meer dan 30 miljoen elektrische fietsen verkocht. Sinds enkele jaren zijn we ook bezig met elektrische auto’s Maar de batterij van deze fietsen, scooters en auto’s werken op, jawel, DC.
Tsja, wat nu, dus DC is toch uiteindelijk efficiënter en goedkoper! Dat kan dan wel zo zijn, hoor ik u denken, maar het energiedistributiesysteem veranderen van AC naar DC gaat toch duizenden miljarden kosten? Gelukkig hoeft deze verandering niet in één keer, we kunnen het geleidelijk doen. We kunnen gewoon beginnen bij de vraagkant. Zo worden nieuwe datacenters nu al gebouwd op DC. Aan de poort wordt AC in DC omgezet en dat spaart 10% energie, 10% op investeringskosten en 30% op ruimte. In kassen kun je ook aan de poort AC naar DC omzetten en zo alle LED-verlichting voeden. En uiteraard moet er uiteindelijk ook een elektriciteitsnet in kantoren en woningen op DC komen. Natuurlijk gaat dit niet van vandaag op morgen, maar laten we DC direct meenemen nu we toch over smart grids aan het nadenken zijn. Het gaat om DC smart grids. En dat vereist niet alleen technologische innovatie, maar ook innovatie in wet- en regelgeving. Want de elektriciteitswet en NEN1010 zijn niet direct ingericht op the smartest DC grids.
Ad van Wijk is duurzaam energieondernemer, adviseur en professor in Future Energy Systems aan de TU Delft.
A few days ago I had the privilege to be interviewed in the public library of the city of Amsterdam, for the radio program OBA live. The interview was conducted by Dutch author and columnist Theodor Holman.
Should you want to listen to it (Dutch only), the fragment can be found right here:
http://cgi.omroep.nl/cgi-bin/
How we can shape our energy future, simply by thinking differently about how we do things. Want to read my contribution? See the fully-featured issue 2 of 2050 Magazine, or see below:
I made an appearance on a Dutch news show ‘EenVandaag’ today, in an item on energy-efficient greenhouses. Check it out below (in Dutch)
A 6 minute compilation of the launch of the Green Village, attended by 100+ people (including a Prince!), and featuring the presentations of some extraordinarily smart students. With such eagerness and intelligence we can surely build the Green Campus in the years to come!
Yesterday, on June 7, 2012 we officially launched the Green Village in the presence of His Royal Highness Prince Carlos Bourbon de Parme and Paul Rullman, member of the Executive Board of TU Delft. This will be the laboratory where we test out new ideas, check out the practical implications of some of our assumptions, and work out the kinks in our plans for the bigger Green Campus. Above all, the Green Village will be a place to meet like-minded students and researchers, and give industrial partners the opportunity to connect with them.
The preliminary steps in the construction of the Green Village will start in the coming months. Within less than two years, the Green Village should feature housing and workspaces for dozens of people, in addition to a hotel, café, shops, and EV charging points. It will also be completely autarkic!
See this video of The Harp, the combined wind turbine and solar energy generation plant we would like to see at the TUDelft:
Check out a more in-dept overview of the Green Village, or visit the official site on http://www.the-green-campus.com
Ook beschikbaar als PDF.
Er is geen energiecrisis. Sterker nog, er zal nooit een energiecrisis komen. Want de zon geeft ons in minder dan één uur meer energie dan dat we in de wereld in een heel jaar verbruiken.
De energie die we elk jaar van de zon ontvangen is 5.450.000 EJ (1018 Joule). Deze geweldige hoeveelheid energie is maar een zeer kleine fractie van de energie die de zon produceert. Maar 0,000 000 05% van alle energie die door de zon wordt geproduceerd
bereikt de aarde.
Maar het wereldwijde energieverbruik is slechts zo’n 500 EJ. U ziet, we ontvangen van de zon meer dan 10.000 keer energie dan dat we per jaar gebruiken. En dan verspillen we
ook nog eens ruwweg 98% van de energie die we gebruiken. We kunnen dus met gemak wel 10 keer zoveel mensen meer dan 10 keer zoveel energiediensten leveren dan dat we
nu doen. Er is geen sprake van een energiecrisis nu of in de toekomst.
Maar waarom spreken we dan over energiecrisis en afnemende energiereserves? Waarom voeren we oorlog om energie? En waarom leggen we strategische energievoorraden aan als er zoveel is? We denken dat energie uit de grond moet komen. We steken ons kop in het zand om naar olie, gas of kolen te zoeken. Maar daar zit maar een klein beetje van de zonne-energie in de vorm van plantenrestjes die miljoenen jaren geleden toevallig in de grond zijn gekomen en daar nu in de vorm van kolen, olie of gas zijn opgeslagen. We moeten dan ook niet onze kop in het zand steken om naar energie te zoeken, nee, we hoeven simpelweg maar omhoog te kijken. Eigenlijk toch wel gek en zó stenen tijdperk dat we de zonne-energie eerst in de bodem opslaan, miljoenen jaren gaan wachten, dan enorm in de bodem gaan staan wroeten om daar met veel moeite dat hele kleine beetje energie uit te halen.
De zon geeft ons dus enorm veel energie, maar wat gebeurt er met deze energie van de zon. Zo’n 34% van de zonne-energie wordt gereflecteerd door de aarde en verdwijnt dus weer; 42% van de zonne-energie wordt gebruikt voor verwarming van het land en het ater; 23% van de energie van de zon gaat in het verdampen van water zitten, in de zogenoemde watercyclus. 1-2% van de zonne-energie wordt gebruikt om wind en golven te maken. En 0,05% van de energie wordt gebruikt door planten om er biomassa van te maken. Dus ook windenergie, golfenergie, waterkracht, energie uit biomassa zijn naast dat wij zonneenergie noemen allemaal afgeleide vormen van zonne-energie. Naast zonne-energie zijn er eigenlijk nog twee andere vormen van duurzame energie. Getijde-energie wordt veroorzaakt door de zwaartekracht, de aantrekkingskracht van aarde, maan en zon. En aardwarmte, voortkomend uit radioactieve vervalprocessen in het binnenste van de aarde.
Het kan dan wel waar zijn dat we wereldwijd meer dan voldoende duurzame energie hebben, maar hoe zit dat in ons kleine, dichtbevolkte Nederland met veel energieslurpende industrie? Heeft dat genoeg oppervlak om al zijn energie uit duurzame bronnen te roduceren? Jazeker, ook Nederland kan meer dan genoeg energie uit duurzame bronnen produceren om in al zijn energiebehoefte te voorzien. In Nederland gebruiken we zo’n 110 TWh per jaar aan elektriciteit, 110 miljard kWh is dat. Dit kunnen we met offshore windenergie produceren als we in een gebied van 3.000 km2 om de kilometer een windturbine neerzetten. Het Nederlands continentaal plat beslaat 60.000 km2, dus slechts 5% hiervan benutten we voor het neerzetten van windturbines. En ook deze 5% van de zee is niet vol met windturbines, nee daar kunnen de mooiste natuurgebieden ontstaan, daar kunnen we zeewier kweken voor farmaceutische producten, veevoer en bio-energie, golfenergie winnen, mosselen kweken aan de palen van de windturbines en zelfs zal dit gebied de kraamkamer voor de visstand worden. We hebben nog meer energie nodig natuurlijk, bijvoorbeeld voor rijden. In Nederland rijden we per jaar bijna 1.000 miljard autokilometers. Als we dit elektrisch gaan rijden, zouden we daarvoor nog eens zo’n 140 TWh per jaar nodig hebben. Dat kan er met gemak bij op ons deel van het continentaal plat.
We zouden deze windenergieproductie in de Noordzee in de eerste fase ook heel goed kunnen combineren met elektriciteitsproductie uit de laatste restjes gas en olie die we nog in de Noordzee hebben. We zetten gewoon een elektriciteitscentrale op een platform en stoppen de CO2 die daarbij vrijkomt direct weer in het olieveld. Krijgen we in principe nog meer olie uit het veld. Als de olie dan echt op is, stoppen we er gewoon biomassa in om elektriciteit mee te produceren, waarvan we de CO2 ook nog eens opslaan. En we bouwen op de Noordzee een aantal nieuwe ‘Maasvlakten’, waarop we deze nieuwe energie, landbouw en biochemische industrie en bedrijvigheid neerzetten. Een geweldige
uitdaging voor onze internationaal vooraanstaande offshore bedrijven, onze chemische en petrochemische industrie en onze agro-industrie. Dat creëert nieuwe innovatieve, hoogtechnologische, duurzame bedrijvigheid en werkgelegenheid. Want tja, die Noordzee loopt echt niet naar China of Turkije en die wind blijft ook nog wel even waaien.
Misschien een ideetje voor een volgend kabinet, want hier liggen geweldige kansen voor Nederland, voor duurzame energie, voor onze industrie en voor de werkgelegenheid.
De nieuwe duurzame VOCmentaliteit, waarom niet?
Ad van Wijk is duurzaam energieondernemer, adviseur en professor in Future Energy Systems aan de TU Delft.
I gave a presentation at the Lighthouse Club, a society for managers in the construction industry in the Netherlands. As the builders of our homes, offices and roads, they are in a particularly important position to boost sustainability. Also, their inherent long-term outlook means their decisions will affect our energy usage for decades to come.
Check out the Lezing Lighthouse Club Gelderland 15 mei 2012 in pdf.