‘Realizing the promise of DC Technology’

Recently I had the pleasure of being invited to speak at a conference in Prague ‘Realizing the promise of DC Technology‘. Central in the discussions there were the obstacles in the way of implementing a system-wide direct current voltage scheme, rather than the  alternating current one. A DC system promises lower transportation losses and less conversion losses to name but a few. Since for example many household appliances already work on DC, while the outlet provides AC current. To allow the devices to function, they need to convert the AC current to DC. Because of this conversion a considerable loss occurs, somewhere in the region of 0.5 to 5%.

While switching to an all-DC system provides many advantages, there are many obstacles before the switch could take place.
In the video below I talk about the paradigm-shift that a DC system could be.

*UPDATE* and the full video from the same conference:

‘Black-outs zijn bangmakerij’ (Dutch only)

Grote energiebedrijven roepen dat groene stroom zorgt voor stroomuitval op het net. Dat is pure bangmakerij, zegt de Delftse hoogleraar Ad van Wijk.

De energiebedrijven verkeren in zwaar weer doordat onder meer groene stroom de energieprijzen op de markt ernstig aantast. Van Wijk meent dat dit hun eigen schuld is. Volgens Van Wijk zijn niet al die centrales nodig en kolencentrales al helemaal niet. “Door hun inflexibiliteit zijn ze helemaal geen goede aanvulling aan de energiemix om de fluctuaties van zon- en windenergie op te vangen,” zegt Van Wijk tegen BN DeStem. “Natuurlijk is het vervelend als bedrijven moeten sluiten doordat ze geen winst meer maken, maar dat is een gevolg van hun eigen investeringsbeleid. Ik snap dat het niet leuk is, maar zo werkt de markt,” aldus Van Wijk.

Dit artikel is eerder verschenen bij Ensoc.

Presentatie op TEDx Groningen

Met trots kan ik melden een presentatie op TEDx Groningen te hebben gegeven. Het thema was duurzame energie, met de focus op de inefficiëntie van onze huidige manier van leven. De deurbel is uiteraard voorbij gekomen, net als de mogelijkheden die onze auto’s geven om elektriciteit op te wekken.

infographic-car-as-powerplant

Er is hierover ook een artikel verschenen in het Dagblad van het Noorden.

Artikel Autoweek: Auto van morgen – alles wordt anders (Dutch only)

In een uitgebreid artikel in Autoweek wordt het principe van je auto als energiecentrale groots uit de doeken gedaan. In de woorden van de schrijver:
Een brandstofcelauto is niets anders dan een elektrische auto met een eigen elektriciteitscentrale. Als die centrale alleen gebruikt wordt om de auto te voeden, dan zal hij het overgrote deel van de tijd nietsdoen. Zonde. Voor een groep visionairs aan de TU Delft aanleiding om te kijken of er meer mogelijk is met die brandstofcel. Hoe realistisch zijn de plannen van die Delftenaren?

Het volledige artikel is te downloaden als PDF: Artikel Autoweek: Auto van morgen – alles wordt anders, of koop de Autoweek in de winkel!

screenshot-autoweek

‘Onze auto als elektriciteitscentrale’ (Dutch only)

We gebruiken onze auto voor ons werk, boodschappen te doen, vakantie, onze kinderen naar school te brengen of voor vriendenbezoek. De auto is voor velen een onmisbaar apparaat geworden, comfortabel en veilig, maar een energieslurper, eigenlijk niet meer dan een rijdende kachel. Wereldwijd wordt ongeveer een kwart van ons energiegebruik in deze rijdende kachels verstookt.

Wat is de energie-efficiëntie om ons in onze auto van A naar B te verplaatsen?
Een kleine berekening. De benzinemotor heeft een rendement tussen de 15 en 20%, waarbij benzine wordt omgezet in een draaiende beweging. De rest van de energie in de benzine wordt omgezet in warmte, dus 80-85% van de energie-inhoud van benzine moet worden weggekoeld. Nu moet die draaiende beweging via de versnellingsbak overgebracht worden op de wielen, dat gebeurt met een efficiëntie van 50%. Dus dan zitten we op ongeveer 7-10%. De auto ondervindt weerstand van de weg en van de lucht, die overwonnen moet worden en dit leidt weer tot energieverlies en zitten we op een efficiëntie van 3-5%. Veel analyses houden hier op, maar het is nog erger, want we verplaatsen ons in een auto van 1000 kilo om in mijn geval iemand van 100 kilo van A naar B te verplaatsen. Dus uiteindelijk komt de energieefficiëntie uit op minder dan 0,5%. Treurig toch!

Kan dat beter? Ja, en dat betekent elektrisch rijden. We zien nu de introductie van de elektrische auto die bestaat uit een elektromotor en een groot batterijpakket waar stroom in wordt opgeslagen. De rest van de auto is nog steeds hetzelfde. Maar zelfs dat geeft al een efficiëntieverbetering. De elektromotor heeft een efficiëntie van 95%, het op- en ontladen van de batterij een efficiëntie van 80% en het gemiddelde elektriciteitsopwekrendement in Nederland is 40%. Dus het gemiddelde motorrendement komt daarmee op 30% in plaats van de 15-20% van de benzinemotor. Dat is al een stuk beter, maar die elektromotoren kunnen uiteindelijk ook in de wielen worden geplaatst en dan heb je het verlies van de versnellingsbak niet meer. En als we dan ook nog in een auto van bioplastic gaan rijden, die de helft lichter is, komen we op een totale energie efficiëntie van zo’n 5%. Dit klinkt nog steeds niet veel, maar is uiteindelijk een factor 10 beter en betekent dus ook 10 keer minder energiegebruik.

Maar het kan met dat elektrisch rijden nog mooier: we kunnen er ons niet alleen veel energie-efficiënter in verplaatsen, maar we kunnen in de toekomst de elektrische auto met brandstofcel ook gebruiken om onze stroom mee op te wekken. De brandstofcel als automotor produceert elektriciteit uit waterstof met 60% rendement. Dat waterstof moeten we maken, bijvoorbeeld uit aardgas of biogas met een rendement van 75%. Maar dan hebben we nog steeds een elektriciteitsprodutierendement van 45%. Dat is beter dan het gemiddelde rendement van 40% van de Nederlandse elektriciteitscentrales. Als we dan in onze auto’s zo’n efficiënte centrale hebben, zou die dan niet, als de auto stil staat, onze elektriciteit kunnen produceren? Eens even uitzoeken, we gebruiken onze auto maar zo’n 5% van de tijd, de rest van de tijd staat die stil. Het vermogen van een automotor is tegenwoordig zo’n 100 kW. Hé, een auto kan makkelijk de elektriciteit produceren voor wel 100 woningen en dan kunnen we er ook nog gewoon in rijden. Wat als we nu een parkeergarage bouwen, waar we automatisch onze auto parkeren, aansluiten op een waterstofnet, het elektriciteitsnet en een warmtenet. We maken aan de poort van de parkeergarage uit aardgas of biogas waterstof, tanken onze tank vol zodat we met een volle tank uit de parkeergarage rijden. Maar als de auto toch stil staat, kan de brandstofcel in de auto ook elektriciteit voor het net produceren met een hoog rendement. Een parkeergarage met 500 auto’s verandert op deze manier in een elektriciteitscentrale van 50 MW, die met gemak 50.000 woningen van elektriciteit kan voorzien. Dus met een parkeergarage kunnen we alle woningen in de stad Delft van stroom voorzien!

Ongelooflijk, met één parkeergarage. Hebben we dan nog wel elektriciteitscentrales nodig in de toekomst? Het antwoord is nee. We kunnen met gemak met onze auto’s alle elektriciteitscentrales in Nederland vervangen. Er zijn in Nederland 8 miljoen auto’s die met elkaar zo’n 100 miljard kilometer per jaar rijden. Elk jaar kopen we meer dan een half miljoen nieuwe auto’s. Dus elk jaar zouden we 50.000 MW aan nieuw vermogen op wielen kopen. In Nederland staat aan elektriciteitscentrales zo’n 25.000 MW opgesteld. Dus elk jaar kopen we meer dan 2 keer zoveel elektriciteitsproductievermogen op wielen dan dat er is opgesteld. Elk jaar? Ja, elk jaar! En die auto’s zijn van u en mij. Als we die in de parkeergarage laten gebruiken voor elektriciteitsproductie dan hoeven we niet te betalen voor parkeren, maar dan krijgen we betaald voor parkeren. Zou dat niet mooi zijn?

Ad van Wijk is duurzaam energieondernemer, adviseur en professor
in Future Energy Systems aan de TU Delft.

Dit artikel is eerder verschenen als column voor EnergieActueel.

‘Consumenten hebben duidelijk financieel instrument nodig’ (Dutch-only)

Vandaag een artikel in dagblad over de haalbaarheid van het Energieakkoord. Hierin werd ook mijn commentaar gevraagd: ik geef aan dat de technische haalbaarheid geen enkel probleem is, maar dat het toch lastig zal zijn de doelstellingen te halen. Dit ligt dan vooral in het gebrek aan financiële prikkels voor consumenten, en het regulatorische cq vergunningstraject voor de 6000 MW doelstelling voor windmolens op land.

Zie ook http://www.trouw.nl/tr/nl/4332/Groen/article/detail/3502385/2013/09/02/Financiering-van-isolatieplan-slecht-onderbouwd.dhtml

“Er is niet één specifieke oplossing voor energieopslag” (Dutch-only)

Op Radio1 praat ik over de mogelijkheden van energieopslag, nodig voor de omschakelijking naar duurzame energie. Denk hierbij aan het gebruik van accu’s van elektrische auto’s, omzet in waterstof, of de inzet van pompstations en een meer.
Belangrijk is om aan te merken dat er niet één techniek is die geschikt is voor alle situaties.

Vind het volledige fragment hier (via NOS).

li-ion-accu-energieopslag

‘Welcome to the Green Village’

One of my main activities at the TU Delft is to realize the Green Village:

“Creating a sustainable, lively and entrepreneurial environment where we discover, learn and show how to solve society’s urgent challenges”

That is the Green Village vision; a vision that we want to realize at the TU Delft, in the economic heart of the Netherlands. Innovative power that sets horizons for a new, sustainable, green and circular economy is of vital importance.

Find the complete plan and background for the Green Village in the attached document.

Falen in de polder: de waterkrachtcentrale bij Hagestein (Dutch only)

Een bijzonder stukje falen, en exemplarisch voor de manier waarop in Nederland met duurzame energie wordt omgegaan, is de waterkrachtcentrale in de stuw bij Hagestein. Een minimale investering wordt nagelaten, waardoor de opwekking van een van de meest duurzame, schone en betrouwbare vormen van elektriciteitsopwekking stil staat.

Zie het filmpje van New Eenrgy TV: http://www.new-energy.tv/overig/ad_van_wijk_over_falen_waterkracht_hagestein.html

‘Systeemefficiency is belangrijker dan energie-efficiency’ (Dutch only)

Onderstaand artikel is recent in een special van Technisch Weekblad over duurzaamheid verschenen.

Prof.dr. Ad van Wijk (56) is ondernemer, adviseur en buitengewoon hoogleraar future energy systems aan de Technische Universiteit Delft. De voormalige ceo van duurzame projectontwikkelaar Econcern heeft verrassende ideeën over energiebesparing. ‘De ergste verspilling is dat je 1.000 kg staal verplaatst, terwijl je eigenlijk 100 kg mens wilt verplaatsen.’
Door: Mark van Baal

Waar houdt u zich in Delft mee bezig?
‘In Delft begeleid ik afstudeeronderzoek van studenten die een Master Sustainable Energy Technology (SET) doen en probeer ik een Green Village van de grond te krijgen. In deze Green Village willen we in tijdelijke kantoren drie nieuwe energietechnologieën ontwikkelen en uitproberen. De eerste is ledverlichting. Ledlampen zijn uiteraard veel efficiënter dan gloeilampen, maar de grootste verspilling zit niet in de lamp, maar tussen de lichtbron de plek waar het licht nodig is, bijvoorbeeld onze ogen. Een lamp die hoog in een lantaarnpaal of hoog tegen een plafond zit verspilt heel veel licht. We moeten een ledlamp daarom niet alleen als vervanger van een gloeilamp beschouwen, maar kijken hoe we ons licht­ systeem kunnen veranderen.’

ad-van-wijk-tudelftZou u voorbeelden kunnen noemen?
‘We zijn nu met studenten Industrieel Ontwer­ pen bezig om te kijken hoe we ledlampen kun­ nen integreren in meubels. In tuinbouwkassen hoeven we geen lampen meer bovenin de kas te hangen om planten sneller te laten groeien, maar kunnen we een streng van ledlampen, die het juiste lichtspectrum uitstralen, tussen de planten plaatsen. Dan bespaar je geen factor vier maar een factor tien aan energie. We moe­ ten ons altijd afvragen waar de grootste ener­ gieverliezen zitten. Die zitten niet in de techno­ logie, maar in het systeem. We verspillen 98 % van onze energie.’

Hoe komt u aan 98 %?
‘In de literatuur spreken onderzoekers van 10 %, omdat ze naar de efficiency van de technologie kijken, maar als je alle processen beschouwt, dan gaat 98 % verloren. Een voorbeeld dat ik in mijn intreerede heb gegeven, is het koken van een ei. Je kunt zeggen dat de efficiency van een gasfornuis 50 % is. Een van de groot­ste verliesfactoren is echter het kokende water, dat je door de gootsteen gooit. Er is maar een klein beetje energie in het eitje gaan zitten. Je kunt de kookplaat wel efficiënter maken, maar je moet eigenlijk van dat water af. Dat kan bijvoorbeeld in een magnetron. Door een strakke verpakking te gebruiken knapt het ei niet.’

Zo wilt u naar alle processen kijken?
‘Ja, dan zie je meteen hoe je die processen anders moet vormgeven. Niet alleen de ver­ brandingsmotor – ik noem het een rijdende kachel – is een inefficiënt apparaat met 15 tot 20 % rendement. De beweging moet bovendien worden overgebracht op de wielen waardoor je op 3, misschien 5 % komt. Maar het ergste is dat je 1.000 kg staal verplaatst, terwijl je eigen­ lijk 100 kg mens wilt verplaatsen. Dat is opnieuw een factor tien verlies, waardoor je op minder dan 1 % uitkomt. Als je naar al die pro­ cessen kijkt, dan is het niet meer dan 1 of 2 % efficiency.’

Wat wilt u nog meer ontwikkelen en testen in de Green Village?
‘We willen graag overschakelen op gelijk­ stroom, waarschijnlijk 380 V. Bij lagere volta­ ges zijn de verliezen in de kabels groter. Het zou logisch zijn: bijna alle duurzame bronnen produceren gelijkstroom en veel apparaten werken op gelijkstroom. Op andere plekken zie je die beweging naar gelijkstroom ook. Hoog­ spanningskabels over lange afstanden, bijvoor­ beeld tussen Nederland en Noorwegen en tus­ sen windparken op zee en het vaste land, werken al met gelijkstroom. Omdat het minder verliezen geeft. Grote datacentra werken ook al met gelijkstroom, omdat de apparatuur dan goedkoper is, minder elektriciteit gebruikt en minder ruimte inneemt. Bovendien levert het een enorme besparing in koper voor alle spoe­len in transformators.’

Wat is de derde technologie die u in de Green Village wilt ontwikkelen en testen?
‘De auto als elektriciteitscentrale. In mijn visie vervangen auto’s op brandstofcellen de grote elektriciteitscentrales. Als deze auto’s stil staan, kunnen de brandstofcellen waterstof omzetten in elektriciteit en aan het Nederlandse elektri­ citeitsnet leveren. Dat kan kleinschalig in par­ keergarages. In eerste instantie komt die waterstof uit steam reforming van aardgas. Aardgas is in mijn visie de transitiebrandstof. In de toekomst maken we waterstof door mid­ del van elektrolyse met duurzame elektriciteit. In de Green Village moet een waterstof tank­ station en een carpark power plant, een par­keergarage als elektriciteitscentrale, komen. We kunnen zo heel snel overschakelen op duurzame energie. In één jaar komen er in Nederland 500.000 nieuwe auto’s op de weg met ieder een motorvermogen van 100 kW. Dat is 50 GW, twee keer het opgestelde vermogen van alle elektriciteitscentrales in Nederland.’

Wanneer denkt u de Green Village te kunnen realiseren?
‘De universiteit neemt begin maart een formele beslissing en dan kunnen we dit jaar gaan bou­ wen. De kosten van de eerste fase zijn vier tot vijf miljoen euro. De TU draagt aanzienlijk bij en vijftig tot honderd bedrijven doen mee, onder andere door apparatuur te leveren. Daarna gaan we de Green Village rendabel exploiteren.’

Uw bedrijf Econcern ging in 2009 failliet. Denkt u wel eens: we zijn te hard gegroeid?
‘Nooit. Dat is een typisch Nederlandse vraag. In Duitsland groeien veel bedrijven veel sneller. In 2008 gebeurden er twee dingen, die bijna niemand had zien aankomen. Banken, die het toch al moeilijk vinden om nieuwe techno­logie te financieren, vielen om, waardoor onze financieringen weg vielen. Ten tweede zakte de prijs van olie, het alternatief voor duurzame energie, van 146 dollar per vat in augustus 2008 naar net boven de 30 dollar per vat in januari 2009. Die twee tegenslagen heb ik niet zien aankomen, maar dat heeft niemand. We hadden net een paar honderd miljoen opge­haald. Mensen stonden in de rij om ons te financieren.’

Wat zou u duurzame ondernemers adviseren?
‘Kijk internationaal. Je overleeft nooit als je alleen in Nederland actief bent. Zorg bovendien dat je niet alleen met gelijkgestemde technici praat, maar haal er economen en marketeers bij. Technici blijven vaak te lang in de ontwikkeling hangen. Ga zo snel mogelijk met je ideeën naar de markt. Daar leer je het meest van.’

Welke rol zou de overheid kunnen spelen?
‘De overheid zou vooral de wet­ en regelgeving moeten aanpassen. Het is toch absurd dat iemand die duurzame elektriciteit produceert, bijvoorbeeld in een coöperatie met een wind­ molen, dat moet verkopen aan elektriciteits­ bedrijven en dan weer moet terugkopen met energiebelasting. Die elektriciteit is toch van hen? Als je een koe hebt, mag je de melk toch ook zelf opdrinken en hoef je die niet verplicht aan de Melkunie te verkopen? De overheid zou daarom de elektriciteitswet moeten verande­ren. Daarnaast zou de vergunningverlening en het wijzigen van een bestemmingsplan veel sneller moeten gaan. Nu ben je zo vijf jaar verder.’

Hoe snel kan de transitie van een fossiele naar een duurzame energiehuishouding volgens u gaan?
‘16 % in 2020, waarin Nederland zich aan de Europese Unie heeft verplicht, is in ieder geval technisch haalbaar. Kijk naar Duitsland. Daar schakelen ze hun kerncentrales uit. Dat bete­kent dat ze in tien jaar tijd net zo veel duur­zame capaciteit moeten bouwen als er in Nederland aan fossiele capaciteit staat (een jaarproductiecapaciteit van ruim 100 TWh, red.). Met het juiste beleid kunnen we in twin­tig à dertig jaar heel ver zijn.’

Download ook de PDF behorende bij dit artikel
.