We zien elektriciteit niet langer louter als een handelswaar. Het gaat niet alleen om productie en consumptie. Er moet rekening worden gehouden met menselijk gedrag. Denk aan uw rijstijl. Overweeg manieren. Denk vervolgens eens na over de grillen van wind en weer.
Stel je nu voor dat je deze allemaal samenvoegt. Hoe is de balans? Wanneer produceert windenergie eigenlijk elektriciteit? Wanneer hebben chauffeurs het echt nodig?
Als je er goed over nadenkt, zou je tot de conclusie kunnen komen dat nee.
Je hebt gelijk. In ieder geval tot op zekere hoogte. Het perfecte antwoord is een van de vele variabelen. Het is mogelijk, maar onwaarschijnlijk, dat het antwoord ooit ja zal zijn.
Kwesties van cultuurverandering
Het probleem van windturbines is niet langer een probleem van vraag en aanbod. Het gaat veeleer om sociale en culturele veranderingen in gewoonten en denkwijzen.
Van mijlen per gallon naar kilowattuur per mijl gaan is meer dan alleen het plaatsen van een batterij in de plaats van een brandstoftank. Het gaat erom uw rijgedrag te veranderen. Dit heeft te maken met reisgewoonten. Zelfs de manier waarop we denken over werk en woon-werkverkeer verandert.
Maar zelfs als deze culturele tradities veranderen, zal er nog steeds een tekort aan windenergie zijn.
Uiteraard kunt u ook de elektriciteit opwekken die u nodig heeft. Maar alleen als er voldoende windparken zijn. Alleen als er voldoende manieren waren om de macht te verdelen. Wat als, wat als, wat als.
De wind is een wispelturig wezen. Ondanks moderne voorspellingstechnieken is het seizoensgebonden. Hangt van de storm af. Het verandert en verandert. Veel meer dan menselijk gedrag.
Portfolio, geen wondermiddel
Windenergie voor auto’s zou onderdeel kunnen worden van de mix van alternatieve energiebronnen. Deze combinatie zou op een dag de traditionele kolen-, aardgas- en oliecentrales kunnen vervangen.
Ontdek waarom windenergie het wagenpark van het land niet aandrijft. Maar het kan dienen als één instrument in een grotere gereedschapskist op energiegebied. Die gereedschapskist staat klaar om van de Verenigde Staten een groener en energie-efficiënter land te maken.
De wind is onvoorspelbaar
Lang voordat de term ‘opwarming van de aarde’ een begrip werd, heeft professor Stephen Connors van het Massachusetts Institute of Technology de kruising van alternatieve energie en conventionele energieopwekking gevolgd. Zijn conclusies over het gebruik van elektrische auto’s in het land zijn gemengd. Dit heeft niets met aardrijkskunde te maken. Het werd tijd.
Mensen maken zich zorgen over waar de elektronen vandaan komen. Ze zouden moeten vragen wanneer de auto ze nodig heeft.
“Een van de grote problemen met elektrische auto’s is dat mensen ze ‘s nachts willen opladen”, zegt Connors. Deze praktijk sluit perfect aan bij de kenmerken van traditionele netwerkinfrastructuur. De meeste elektriciteit in de Verenigde Staten komt nog steeds van stoomturbines die aardgas, steenkool en olie verbranden. Deze planten houden er niet van om stil te zitten. Dit is niet effectief. Dus bleven ze de hele nacht draaien. Dit creëert een enorm overschot aan goedkope elektriciteit wanneer de vraag het laagst is. Tenzij je een elektrische auto bezit en om 02.00 uur oplaadt. Dan is dat overschot uw korting.
Windenergie maakt zich niets uit van uw schema of de klok in uw land. Het geeft om weerpatronen. Deze zijn slechts tot op zekere hoogte te voorspellen. En ze komen zelden overeen met menselijk gedrag.
“Er is een enorme discrepantie tussen de manier waarop elektrische auto’s worden opgeladen en de beschikbaarheid van windenergie”, aldus Connors.
De seizoenen komen niet overeen
Er is niet altijd wind. Dit is cyclisch. De sterkste wind waaide tijdens de wintermaanden. Maar onze oplaadgewoonten veranderen niet met de seizoenen. We sluiten in juli op dezelfde manier aan als in januari.
Er zijn dagelijkse variaties in deze seizoenstrends. Deze variëren per regio. De piekwind in de ene staat kan de stilte in de andere zijn. Deze directe trends bepalen de werkelijke hoeveelheid geproduceerde energie. Wind kan het netwerk aanvullen. We kunnen niet de enige leverancier van elektrische voertuigen in het hele land zijn.
“Deze seizoenscomponent voldoet niet aan de huidige behoeften”, aldus Connors.
Kan windenergie alleen elektrische auto’s ondersteunen?
Als je naar de gegevens kijkt, is het antwoord nee. De infrastructuur van het Amerikaanse elektriciteitsnet is gebouwd voor basislastelektriciteit, oftewel stabiele en voorspelbare stroom. De wind is af en toe. De technologie voor energieopslag is nog in ontwikkeling, maar de enorme hoeveelheden energie die nodig zijn om ‘s nachts, als de wind stil is, miljoenen auto’s op te laden, zorgen voor een tekort.
Elektriciteitsnetwerken hebben meer nodig dan alleen wind. Het heeft een mix nodig. Piekgascentrales kunnen hun elektriciteitsproductie verhogen als de wind stopt. Waterkracht zou deze leemte kunnen opvullen. Hoewel zonne-energie overdag nuttig is, lost het het probleem van het opladen in de nacht niet op.
Het punt van Connors is simpel. We proberen een vierkante pin (seizoensgebonden, afhankelijk van het weer) in een rond gat te installeren (24/7, nachtladen vereist).
Waar komt de energie vandaan?
De locatie is minder belangrijk dan de timing. Windparken in Texas kunnen in maart overtollige elektriciteit opwekken. Maar als deze energie niet kan worden opgeslagen of getransporteerd wanneer en waar deze nodig is, wordt deze verspild. Het netwerk is een evenwichtsoefening. Momenteel slaat de balans te ver door naar traditionele bronnen die 24/7 actief zijn.
Wind is een deel van de oplossing. Het is niet de hele oplossing.
Hoeveel wind hebben we eigenlijk nodig?
De volledige vervanging van de traditionele elektriciteitsproductie vereist opslagoplossingen die nog niet op schaal bestaan. Batterijen worden steeds beter. Er bestaan waterkrachtcentrales met pompopslag, maar deze zijn geografisch beperkt. Bij gebrek aan grote opslagcapaciteit is windenergie nog steeds een aanvullende energiebron.
Het onevenwicht tussen elektriciteitsproductie en -verbruik is een belangrijk probleem. Elektrische auto’s worden ‘s nachts opgeladen. In de winter waait de wind vaak het sterkst. De zomerdagen zijn rustig. Het raster
Waarom kan wind alleen Amerika niet in beweging brengen?
Het ombouwen van de nationale vloot naar schone windenergie is meer een hypothetische theoretische oefening dan een logistiek plan. De eerste hindernis? Het hele wagenpark zou elektrisch moeten zijn. Zelfs marktleiders als Connors vragen zich af of deze verandering in 2050 volledig zal zijn gerealiseerd.
Maar laten we aannemen dat het gebeurt. De cijfers liegen niet.
Uit actuele gegevens blijkt dat Amerikanen tijdens hun dagelijkse ritten 400 miljoen liter benzine verbruiken. Om dit bereik te bereiken hebben moderne elektrische voertuigen ongeveer 40 kilowattuur (kWh) energie nodig. Dit is gebaseerd op een conservatief gemiddelde van 15 mijl per gallon. Terrein, aerodynamica en gewicht worden genegeerd. De omvang van het probleem is nog steeds duidelijk.
Om een dag benzine te vervangen zouden producenten 16 biljoen kilowattuur elektriciteit per dag moeten produceren. Dat is een astronomisch getal.
Bekijk het per bestuurder. Voertuigen gebruiken ongeveer 500 liter per jaar. Bij 40 kWh per gallon komt dit neer op 20.000 kWh per jaar. Dit omvat 10.000 kilometer woon-werkverkeer. In 2006 reden er 251 miljoen personenauto’s op de Amerikaanse wegen. Tel dit bij elkaar op en je krijgt een ongelooflijke totale vraag.
In 2007 bedroeg de totale elektriciteitsproductie in de Verenigde Staten echter meer dan 4 biljoen megawattuur. Eén megawattuur komt overeen met 1000 kilowattuur, dus het totale aanbod is groot. Maar het gaat niet alleen om de wind. Niet alles is hernieuwbaar.
De conclusie is onvermijdelijk. Windturbines alleen kunnen de elektrische voertuigen van het land niet van elektriciteit voorzien. Om deze leemte op te vullen moet het elektriciteitsnet hernieuwbare energie bevatten.
Waar wind in de energiemix past
Dus als de wind dit niet zelf kan doen, wat doet hij dan eigenlijk? Dit werkt als aanvulling op de basislast en niet als een op zichzelf staande oplossing.
Windparken werken het beste in gebieden met een stabiele, snelle luchtstroom. Het Midwesten en Texas zijn de beste plaatsen. Maar de wind is af en toe. Als de wind stopt, stopt de auto ook met opladen.
Daarom zijn netopslag en hernieuwbare hybride systemen belangrijk. Windenergie moet in balans zijn met zonne-, water- of geothermische energie. Zonder deze diversiteit wordt het elektriciteitsnet instabiel bij rustige wind.
De technologie voor elektrische auto’s is voortdurend in ontwikkeling. De batterijdichtheid blijft toenemen. De laadinfrastructuur breidt zich uit. De krachtbron is echter belangrijk. Door alleen op windenergie te vertrouwen, wordt de realiteit van de consistentie van de energieproductie genegeerd.
De duurzame toekomst van de auto-industrie zal niet via zilveren kogels tot stand worden gebracht. Het komt uit een complex en onderling verbonden energienetwerk. Wind is een essentiële draad in dat web. Het is niet het hele tapijt.
Seizoensveranderingen zijn belangrijk. Wind is echter nog steeds een schone hernieuwbare energiebron en het is niet nodig om op vergunningen te wachten.
Er zijn twee hoofdtypen turbines. De horizontale as ziet eruit als een gigantische propeller. Ze domineren de advertenties. Verticale-as turbines zijn anders. Ze lijken op moderne sculpturen. Of een gigantische eierklopper die vastzit in een veld.
Beide modellen maken gebruik van aangepaste vleugelprofielen. De wind blies tegen hen. Het wordt een drijvende kracht. De turbine draait. Produceert elektriciteit.
Deze stroom kan het grotere elektriciteitsnet aanvullen of worden opgevangen en opgeslagen.
Deze wiskunde heeft een vreemd voordeel. Het is niet lineair. Wanneer de elektriciteitsproductie lineair is, produceert één omwenteling van de generator één kilowattuur. Maar windenergie kan de derde macht bereiken. Bij voldoende windenergie kan hij in één omwenteling 3 kilowattuur aan stroom produceren. Het is een kubieke relatie. Meer snelheid, exponentieel meer kracht.
Ondanks deze fysieke voordelen zijn windparken nog steeds niet genoeg. Het aantal banken is nog relatief klein.
MIT-energieonderzoeker Stephen Connors gelooft dat windenergie slechts een stukje van de puzzel is. Hij verwacht niet dat de machine op eigen kracht zwaar werk aankan. Dit plan omvat een veel groter pakket. Geothermisch. Hydro. Zonne. Biomassa.
Ook kernenergie wordt vaak aan dit rijtje toegevoegd. Koolstofvrij. Past bij het profiel.
Deze energiecombinatie moet zich samen met anderen ontwikkelen. elektrische auto. En de technologie die dit ondersteunt. Vooral ‘slimme’ netwerken. Dat net shunt overtollige elektriciteit af. Zorg voor stroom waar u die het meest nodig heeft. Realtime vraagberekeningen begeleiden deze veranderingen.
Maar wanneer zullen de auto’s hun achterstand echt inhalen?
Connors kijkt naar 2050. Dat is tenminste waar. Dat is zijn term voor een ideale wereld. Dit is zijn definitie van een ideale wereld. De regelgeving van de overheid is consistent. Het beleid werkt. Tegelijkertijd verandert de publieke opinie. De reis naar het beloofde land verliep vlot.
“Het gebeurt zelden”, zei hij.
Hybriden zijn een goede casestudy. De Toyota Prius kwam ongeveer tien jaar geleden op de Amerikaanse markt. Dit is de eerste commercieel haalbare optie. Nu, ruim tien jaar later, worden ze een gangbare auto-optie.
Het autopark draait langzaam om. Het zal vijftien tot twintig jaar duren voordat China het gebruik van oude modellen volledig achterwege laat. Vervang deze door een nieuwe. Elektrische voertuigen zijn nog niet commercieel levensvatbaar of volledig geaccepteerd.
2050 is de ideale datum. Niet waarschijnlijk.
Op dit moment zal de wind meer bomen verplaatsen dan auto’s. Maar dat zou kunnen veranderen. In de verre toekomst.
Voor meer informatie over duurzame energie volgt u de links op de volgende pagina.
Gedetailleerde informatie
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
-
Hoe waterkrachtcentrales werken
-
Hoe kernenergie werkt
-
Hoe elektriciteitsnetten werken
-
Hoe zonnecellen werken
-
Hoe windenergie werkt
-
Hoe windturbineladers werken
-
Hoe geothermische energie werkt
-
Hoe batterijen van elektrische auto’s werken
Nog meer geweldige links
-
Amerikaanse windenergievereniging
-
Amerikaanse ministerie van Energie
-
Amerikaanse Energy Information Administration
Bronnen
-
Amerikaanse windenergievereniging. (23 juni 2010) http://www.awea.org/
-
Connors, Stephen. Hoogleraar aan het MIT. Persoonlijk interview. Uitgevoerd op 19 november 2009.
-
Amerikaanse ministerie van Energie. (23 juni 2010) http://www.energy.gov/
-
Amerikaanse Energy Information Administration. (23 juni 2010) http://www.eia.doe.gov/
