Gebruiker:Smiley.toerist/Wereldenergievoorziening

Dit is het persoonlijke kladblok van Smiley.toerist.
Een kladblok is een subpagina van iemands gebruikerspagina. Het dient als testruimte voor de gebruiker en om nieuwe artikelen of langere toevoegingen aan bestaande pagina's voor te bereiden.

Let op: je kladblok opslaan gaat met de knop 'publiceren'. De pagina wordt daarmee nog niet in de openbare encyclopedie geplaatst en blijft een kladpagina. De kladblokpagina is wel zichtbaar (voor iedereen die wat meer van Wikipedia) en mag dus geen onoorbare dingen te bevatten.

Het is, ook in een kladblok, uitdrukkelijk niet toegestaan om zonder toestemming auteursrechtelijk beschermd materiaal van derden te publiceren.
Enkele handige links: Spiekbriefje | Snelcursus

Andere testplaatsen: De algemene zandbak | De probeerpagina van de snelcursus | De sjabloonzandbak

Wereldwijde energievoorziening bestaat uit het winnen en gebruiksklaar maken van brand- en splijtstoffen, het opwekken van elektriciteit, en het energietransport in de hele wereld.

De data in dit artikel zijn afkomstig van experts van het Internationaal Energieagentschap (IEA[1]) e.a. grote organisaties die deze periodiek verzamelen, analyseren en publiceren.

Inleiding bewerken

De mensheid heeft altijd al brandstof gebruikt; zo is al heel lang sprake van mijnbouw, terwijl het gebruik van vuur al uit de prehistorie dateert. Ook wind en water hebben al duizenden jaren mensen aan meer energie geholpen dan hun eigen spierkracht opbrengt, getuige het gebruik van windmolens, zeilschepen en waterkracht. Ongeveer aan het begin van de 19e eeuw is met het grootschalig delven van bruin- en steenkool, veel meer brandstof beschikbaar gekomen zodat de industrialisatie kon beginnen. Elektriciteit wordt in centrales opgewekt sinds 1882 en het gebruik groeit sindsdien sterk.

Pas sinds het einde van de negentiende eeuw is er sprake van een wereldwijde energiemarkt, met het vervoer van steenkool over langere afstanden. Tot dan toe werd brandstof, hoofdzakelijk brandhout voor keukengebruik, lokaal verzameld. Voor de steden werd vanuit het platteland brandhout en indien lokaal aanwezig, steenkool of bruinkool aangevoerd. Veel brandhout werd eerst omgevormd tot houtskool voor gemakkelijker transport. De steenkool die nodig was voor metaalproductie werd lokaal gewonnen. Alleen op de plaatsen waar zowel ertsen als steenkool redelijk dichtbij waren was sprake van metaalproductie, mogelijk in verband met de hoge transportkosten. Petroleum werd verhandeld als brandstof voor te koken en verlichting. Met de introductie van elektriciteit ontstond een energiemarkt op industriële schaal. Eerst alleen lokale centrale, maar later op internationale elektriciteitsnetwerken, waarbij elektriciteit ook over lange afstanden vervoerd kan worden.

De huidige energievoorziening maakt ca 10% uit van alle bestedingen in de wereld[2] en is van groot belang voor economie en leefbaarheid. Zoals blijkt uit de volgende paragrafen produceren betrekkelijk weinig van de meer dan 190 landen in de wereld het overgrote deel van de energie. Veel landen moeten energie importeren. De geproduceerde energie, bijv. aardolie, moet nog geconverteerd worden voor het geschikt is voor eindgebruik. Tussen productie en eindgebruik vindt dus veel conversie en handel plaats. Conversie en transport kost veel energie zodat uiteindelijk maar ca 60% beschikbaar komt voor de eindgebruikers.

Voor de armste ongeveer een miljard mensen in de wereld is er geen energievoorziening: geen distributie van elektriciteit en brandstof. Zij overleven door zelf brandstof te verzamelen. Hun energiegebruik telt niet in de statistische data.

Energieproductie bewerken

Wereldwijde primaire energieproductie

 

 Wereld (1015 Btu)[3]
  China
  Rusland
  Afrika
  Europa
  Centraal en zuid Amerika

Let op de verschillende y-as voor wereld (links) en regionale (rechts) productie

Wereldwijd wordt primaire energie gewonnen uit fossiele, nucleaire en duurzame bronnen. Primair betekent: direct gewonnen uit natuurlijke bronnen, niet geraffineerd of geconverteerd. Vooral in China neemt de productie sterk toe.

De statistiek van primaire energie volgt bepaalde regels[4] die gericht zijn op eenvoudige meetbaarheid en vergelijkbaarheid van energie soorten.

In de tabel staat de wereld-energieproductie en de landen/regio's die het grootste deel (90%) daarvan winnen.

De Perzische Golfstaten zijn Saoedi-Arabië, Iran, Qatar, Arabische Emiraten, Koewait, Irak en Oman, in volgorde van productie.

De hoeveelheden zijn uitgedrukt in miljoen ton olie equivalent per jaar (1 Mtoe/a = 11,63 terawattuur per jaar = 1,327 gigawatt). De data zijn van 2013.[5][6]

Total
Mtoe/a
Kolen Olie & Gas Nucleair Duurzaam
WERELD 13600 29% 52% 5% 14%
China 2570 74% 12% 1% 13%
Verenigde Staten 1880 25% 55% 11% 8%
Perzische Golfstaten 1742 0% 100% 0% 0%
Rusland 1316 14% 81% 3% 2%
Afrika 1129 13% 53% 0% 33%
Europese Unie 793 20% 26% 29% 26%
India 523 46% 13% 2% 39%
Indonesië 460 61% 23% 0% 16%
Canada 435 8% 75% 6% 11%
Australië 344 77% 21% 0% 2%
Brazilië 253 1% 50% 2% 47%
Mexico 217 3% 89% 1% 7%
Venezuela 192 0% 96% 0% 4%
Noorwegen 192 1% 92% 0% 7%
Kazakhstan 169 31% 69% 0% 0%

De grootste producenten in Afrika zijn Nigeria (256), Z-Afrika (166) en Algerije (138).

In de Europese Unie produceren Frankrijk (136, vooral nucleair), Duitsland (120), Ver. Koninkrijk (110), Polen (71, vooral kolen) en Nederland (69, vooral aardgas) het meest.

Tussen productie en eindgebruik bewerken

De primaire energie wordt op vele manieren geconverteerd voor het geschikt is voor eindgebruik.

  • Bruin- en steenkool gaat grotendeels naar elektriciteitscentrales. Kolen gaan ook naar een cokesfabriek.
  • Aardolie wordt geraffineerd, zie Aardoliedestillaat.
  • Nucleaire reactiewarmte wordt gebruikt in kerncentrales.
  • Biomassa wordt verwerkt tot biobrandstof.

Elektriciteit wordt opgewekt met een wisselstroomgenerator die mechanisch gekoppeld is aan

Export Import
Perzische Golfstaten 1170 21
Rusland 620 27
Indonesië 301 56
Canada 263 78
Noorwegen 166 8
Europese Unie 539 1451
Japan 18 455
India 72 327
Z-Korea 57 291
  • een stoom- of gasturbine in een thermische centrale,
  • of een hydraulische turbine in een waterkrachtcentrale,
  • of een windturbine, alleenstaand of in een windpark.

Na de uitvinding van de silicium PV cel in 1954 begon de elektriciteitsopwekking met zonnepanelen, verbonden met een DC/AC convertor. Pas rond 2000 werd door massaproductie zonnestroom economisch.

Primaire en geconverteerde energie wordt ook wereldwijd verhandeld tussen landen. In de tabel staan landen en regio's die hun energie grotendeels exporteren, gevolgd door landen die veel energie moeten importeren voor hun economie. De hoeveelheden zijn uitgedrukt in Mtoe/a en de data zijn van 2013.[5]

Groot energietransport wordt gedaan met olie- en gastankers, tankauto's, gasnetwerken, elektriciteitsnetten, zie Hoogspanning (elektriciteit).

Van de primaire energieproductie wordt 32% gebruikt bij conversie en transport, en 6% voor niet-energetische producten zoals smeermiddelen, asfalt en petrochemicaliën. Voor energie eindgebruikers resteert 62%.

Eindgebruik bewerken

Dit is de energie die wereldwijd afgeleverd wordt aan eindgebruikers. Het bestaat uit brandstof (80%) en elektriciteit (20%). De tabellen bevatten hoeveelheden, uitgedrukt in miljoen ton olie equivalent per jaar (1 Mtoe = 11,63 TWh), hoeveel daarvan duurzaam is, en het gebruik per persoon per jaar. De data zijn van 2013.[5]

Brandstof:

  • Fossiel: aardgas, brandstof geproduceerd uit aardolie (LPG, benzine, kerosine, diesel, stookolie), uit kolen (anthraciet, cokes)
  • Duurzaam: biobrandstof en brandstof geproduceerd uit afval, voor zover commercieel
  • Warmte verkregen uit warmtedistributie[7]

De hoeveelheden zijn gebaseeerd op netto calorische waarde.

In de eerste tabel staat het wereldwijd eindgebruik en landen/regio's die het meest (83%) gebruiken. In ontwikkelingslanden is het gebruik per persoon laag en het brandstofgebruik relatief duurzaam. Canada, Venezuela en Brazilië wekken elektriciteit grotendeels duurzaam op met waterkracht.

Brandstof
Mtoe/a
waarvan duurzaam Elektriciteit
Mtoe/a
waarvan duurzaam Energie pp
toe/a
WERELD 6800 17% 1680 21% 1,2
China 1390 16% 387 20% 1,3
Ver. Staten 1050 7% 325 13% 4,4
Europese Unie 801 10% 238 13% 2,1
Afrika 485 62% 51 13% 0,5
India 415 41% 77 16% 0,4
Rusland 300 1% 64 21% 2,6
Japan 191 2% 82 12% 2,2
Brazilië 170 34% 42 82% 1,1
Indonesië 135 40% 16 11% 0,6
Canada 133 9% 42 59% 5,0
Iran 130 0% 18 5% 1,9
Mexico 91 9% 21 23% 1,0
Z-Korea 82 4% 42 2% 2,5
Australië 58 8% 18 9% 3,0
Oekraine 53 2% 12 8% 1,4
Argentinië 45 1% 10 41% 1,3
Venezuela 36 2% 8 65% 1,5

De volgende tabel toont een aantal van de 28 landen van de Europese Unie die het grootste deel (83%) gebruiken, en Noorwegen. In de laatste vier landen wordt elektriciteit grotendeels duurzaam opgewekt.

Brandstof
Mtoe/a
waarvan duurzaam Elektriciteit
Mtoe/a
waarvan duurzaam Energie pp
toe/a
Duitsland 158 9% 45 25% 2,5
Frankrijk 106 12% 38 16% 2,2
Ver. Koninkrijk 96 2% 27 13% 1,9
Italië 90 10% 25 32% 1,9
Spanje 56 9% 20 31% 1,6
Polen 51 12% 11 11% 1,6
Nederland 38 3% 9 14% 2,8
België 26 8% 7 14% 3,0
Zweden 19 32% 11 55% 3.1
Portugal 11 20% 4 60% 1,5
Denemarken 11 13% 3 48% 2,3
Noorwegen 9 11% 9 98% 3,6

Verwachting tot 2040 bewerken

Internationaal Energieagentschap IEA bewerken

Het IEA heeft de beleidsvoornemens van veel landen doorgerekend en verwacht (Outlook[8]) dat wereldwijd het energiegebruik in 2040 nog met 30% toegenomen zal zijn door sterke groei in vooral India, China en Afrika, terwijl de EU en Japan juist minder zullen gebruiken en de VS ongeveer hetzelfde.

Het elektriciteitsgebruik zal met 60% toenemen door

  • groeiende economie van ontwikkelingslanden waar nu nog 1/6 van de wereldbevolking geen elektriciteit heeft, en
  • elektrificering van transport en verwarming die nu nog grotendeels fossiele brandstof gebruiken.

Deze 60% meer elektriciteit zal voor meer dan de helft duurzaam opgewekt worden met wind en zon. Het aandeel van kolen in de elektriciteitsopwekking zal dalen van 40% tot 30%. Door energiebesparingmaatregelen: betere isolatie, efficiënter elektriciteitsgebruik zal het gebruik gedrukt worden.

Met dit beleid zal het op de Klimaatconferentie van Parijs 2015 vastgestelde doel, minder dan 2 graden opwarming, volgens de IEA niet bereikt worden. In een speciaal rapport (Energy and Climate Change[9]) heeft het IEA daarom ook berekend (het Bridge scenario) welke extra maatregelen nodig en mogelijk zijn zonder netto economische kosten (zie p.7 in IEA Outlook of p.13 en 67 in IEA special report):

  • Verhogen van de energie-efficiëntie in industrie, bouw en vervoer.
  • Geleidelijk verminderen van het gebruik van de minst efficiënte kolen centrales en een verbod op nieuwe kolen centrales.
  • Verhogen van investeringen in duurzame energietechnologieën van $ 270 miljard in 2014 tot $ 400 miljard in 2030.
  • Uitfasering van de resterende subsidies op fossiele brandstoffen aan eindgebruikers in 2030.
  • Verminderen van de uitstoot van methaan in olie en gas productie.

In het Bridge scenario (zie Annex B op p.154 in het special report) stijgt het duurzame deel van de primaire energie van 14% in 2013 tot 20% in 2030. Het aandeel van zon en wind in de elektriciteitsopwekking gaat van 4% naar 13% in die periode.

Oliemaatschappijen bewerken

Exxon, Shell, BP

in bewerking

Wind, water en zon (WWZ) bewerken

Naarmate wind en zon meer elektriciteit leveren wordt het een groter probleem om de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening te handhaven. Er zijn vele opties om te zorgen dat de productie betrouwbaar de vraag volgt en geen grote, zelden gebruikte capaciteit heeft:

  • geografisch verspreide variabele bronnen onderling verbinden,
  • een regelbare bron zoals waterkracht gebruiken om een tijdelijke kloof te overbruggen tussen vraag en wind- en zonne-energie aanbod,
  • met slim vraag-aanbod management flexibele vraag verschuiven zodat die beter overeenkomt met de beschikbaarheid van WWZ vermogen,
  • elektrische energie opslaan voor later gebruik in pompcentrales, in accu's, als waterstof, of als samengeperste lucht ondergronds,
  • WWZ piek capaciteit overdimensioneren om de tijden van WWZ tekorten te minimaliseren en om te voorzien in reservevermogen voor energie opslag,
  • weersvoorspelling om de wind en zon productie beter te plannen.

Mark Z. Jacobson en Mark A. Delucchi hebben het probleem radicaal aangepakt en onderzocht hoe WWZ in alle energie, niet alleen elektriciteit, kan voorzien. Het zou dan mogelijk zijn fossiele en nucleaire energie uit te faseren. Het scenario is gepubliceerd in de Scientific American in 2009[10] en in Energy Policy in 2011.[11][12] In 2015 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Bethany Frew met computersimulatie (LOADMATCH) nagegaan hoe dit systeem de energievraag kan volgen, rekening houdend met de variabiliteit en onzekerheid van zon en wind.[13]

Het programma krijgt als invoer reeksen, elke halve minuut gedurende 6 jaar, van

  • de energievraag
  • het intermitterende wind- en zonne-energie aanbod voorspeld met een 3D wereldwijd klimaat/weer model
  • de waterkracht, aardwarmte, getijdenenergie en golf energie

en specificaties van

  • de capaciteiten en maximale laad/ontlaad snelheden van de verschillende soorten opslag, waaronder waterstof
  • de verliezen als gevolg van opslag, transport, distributie en onderhoud
  • een vraag-aanbod management systeem.

Oplossingen worden verkregen door voorrang te geven aan opslag van overtollige verwarming (in bodem en water), koeling (in koud water en ijs), en elektriciteit in pompcentrales, fase-verandering materiaal in geconcentreerde zonne-energie centrales, en waterstof, met behulp van waterkracht alleen als laatste middel, en het gebruik van vraag-aanbod managemant in periodes van piek belasting. Uit bijkomende simulaties blijkt dat de betrouwbaarheid van het netwerk wordt gehandhaafd zelfs zonder vraag-aanbod management door opwekking van meer elektriciteit, maar met iets hogere kosten.

In een simulatie voor de VS, uitgezonderd Alaska en Hawaï, is de opgewekte energie voor 94% elektriciteit en 6% warmte. Van de elektriciteit is 11% omgezet in waterstof, 77% is direct gebruikt of voor later gebruik opgeslagen bij pompcentrales of CSP, en 12% is verloren bij conversie, transmissie, distributie en onderhoud.

In bewerking

Zie ook bewerken

[[Categorie:Energie]]