Op een aantal punten vergelijk ik hier een kerncentrale met een zonneweide
1** Kerncentrale
Per 2019-01 stond wereldwijd een vermogen van 399.000 MW opgesteld in 450 kerncentrales [N.19]. Dus gemiddeld 887 GW per centrale, groot en klein, oud en jong door elkaar. Hierin zijn ook de Japanse centrales begrepen die (deels) buiten gebruik waren gesteld na Fukushima
– Theoretisch kan een centrale van 1GW 8,76.109 kWh/jr leveren. In de praktijk zal ie op ca 80% vollast-uren blijven hangen [N.23] , onder andere door (on)geplande stops èn doordat niet altijd de volle kapaciteit gevraagd wordt (bijv dag/nacht , maar tegenwoordig ook mede vanwege zon- en windbijdragen). Dit vergt flexibile inzetbaarheid (bij moderne centrales is dit redelijk mogelijk [N.24] , maar snelle veranderingen beïnvloeden de levensduur)
Dus : een kerncentrale van 1GW levert 7.109 kWh/jr aan elektra , in de praktijk.
– De U-kosten in de kWh-prijs zijn niet hoog. Er is gemiddeld 182 ton U/jr nodig voor een 1GW reactor. De delfkosten waren in 2017 nog $ 130/kg (bijna € 119 /kg , dollarkoers 2023-11). Dit komt neer op 0,306 ct/kWh , weliswaar ekskl. kosten van verrijking en evt. opwerking.
Ook wordt al gesproken over moeilijker winbare U voor $ 260/kg. Maar ook daarmee zullen de “brandstof” kosten de 1 ct/kWh waarschijnlijk niet overschrijden…..
– Ander deel van de exploitatiekosten : voor inspektie en onderhoud is gespecialiseerd personeel nodig. En er moet kontinu deskundig personeel aanwezig zijn in de monitoring-ruimte. Geen idee van de kosten hiervoor.
– Materialen voor onderhoud van de installatie zijn natuurlijk ook niet gratis. Evenals inspekties door externe partijen.
– Stel we willen een 1GW-reactor bouwen , best een flinke jongen. Vlgs [N.14] is daarvoor in 2018 al een investering van € 6,8.109 nodig , mits het de “eenvoudige” LWR-reactor betreft. Let wel, dit is ekskl. reservering voor afbraak, afvalberging, etc. (Zie voor de grap ook Apx.20, blok 3)
* De investeerders willen rente voor hun vastgezette geld : 6 % is een laag rendement op de beleggingsmarkt , maar we doen het ermee. Dat is ca 400 miljoen €/jr , ofwel ca 5,7 ct/kWh.
* Het geld moet ooit terugbetaald worden aan de investeerder , aanname na 50 jaar. De afschrijving is dan 136 miljoen euro/jr. Komt neer op 1,94 ct/kWh.
* De rest van de levensduur moet er dan nog geld verzameld worden voor de kosten van afbraak/ontmanteling en afvalberging…..
Tegenstanders van kerncentrales melden dat de ontmanteling een bedrag vergt in de ordegrootte van de investering ! Meer heb ik hierover niet gevonden (in Duitsland doet men er momenteel ervaring mee op !)
– Voor kWh-prijs kan ik weinig vinden. In [N.04] is sprake van 9,5….14ct/kWh voor kernenergie, waarin afbraak en (tijdelijke) afvalberging zijn meegenomen (rekensom onbekend, en het komt wel van een anti-nucleair-site).
In [ N.14 ] is sprake van zwakke en verzwakkende konkurrentie-positie van kern-energie (door te hoge investering)
Dit blijkt ook al wel uit [N.30] : de Engelse regering garandeert voor 35 jaar een minimumprijs van 10ct/kWh aan de investeerders voor 2 centrales van 1720 MW bij Hinkley Point (terwijl de marktprijs 4 ct zou zijn !)
– Over areaal-beslag kan ik niks vinden. Op basis van het terrein van “Borssele” is mijn schatting voor de centrale is 1…2 km2 (inkl. voorlopige berging afval , schakelcentrales elektra , etc)
.
2** Zonneweide
– Bedoeld is een stuk grond in NL waarop stellingen met zonnepanelen zijn opgesteld.
– Voor panelen kiezen we de JA Solar JAM60S-10-345-MR-BF 345Wp Mono Perc Zwart Frame Halve Cellen , 1689 x 996 x 35mm , rendement ca 20,4% ; kosten € 127/st inkl.BTW, of € 113/st bij afname van meer dan 120 stuks !
(Prijzen uit een tussenhandel, dus geen bodemprijs… )
https://www.winkelman-zonnepanelen.nl/producten/zonnepanelen , dd.2020-10-24)
- – Opbrengst
- Per 1 km2 installeren we 389.376 panelen vlgs opstelling en indeling Apx.12.01
- – Het totaal Wp-vermogen wordt dan (389376 x 340 x 0,95 x 0,98 =) 125,0.106 Wp (zie Apx.12.01)
- – We mogen in NL rekenen met gemiddeld (ruim) 1050 vollast-uren per jaar (zie Apx.11 , punt D, check).
Daarmee halen we een gemiddelde jaaropbrengst van wel 131,3.106 kWh/km2
– Vanwege het rendement van de omvormers ronden we naar beneden af op ~129.106 kWh/km2- – betrokken op die 1 km2 is dit een aequivalent van gemiddeld ~14,7 W/m2 ; vgl. Opm.01 !
- .
- Maw : om de opbrengst van de kerncentrale te evenaren zou een areaal van 54 km2 nodig zijn (7000 / 129).
Zie echter verderop het Rekenvoorbeeld ; daar kom ik zelfs op het dubbele uit !!
– Investering
Wat moeten groot-investeerders betalen ?
Met de paneelprijs alleen kom ik hier niet verder….
– Ik baseer me op wat ik uit een recent projekt (1.430.000 panelen) in Spanje [S.50] kan afleiden (aangevuld met internet-onderzoek). Op de projektfoto lijken de panelen niet standaard , dat is echter niet belangrijk.
De ronde getallen zullen wel met een korreltje zout moeten worden genomen , maar ik heb niks beters….
De installatie van 500MW is aangelegd voor 300 miljoen euro , hetgeen het fraaie kental 0,6 €/Wp geeft. Wel ga ik ervan uit dat de grondprijs daarin onbetekenend was (voor het gemak neem ik aan : 0)
Per paneel komt de investering dan uit op ca € 210 (=300/1,43) , dus inkl. omvormers, bekabeling, stellingen en installatie op ruw terrein)
- Voor onze 1 km2 zou dit neerkomen op € 81,8 miljoen. In NL moeten we dit wel aanvullen met de prijs voor 100 ha grond : € 5 miljoen euro ? Samen met nog een marge voor trafohuis, borsteltraktor, etc ronden we af op € 88 miljoen euro/km2
- Voor 54 km2 komen we daarmee uit op 4,75 miljard euro
- Het lijkt gunstiger dan de kerncentrale ! Maaarrr….
- – het areaalbeslag is véél groter dan voor een kerncentrale (ekskl. diens areaal van het uranium-winningsgebied , opwerkfabrieken , afvalberging)
- – en de PV-energie is niet op afroep beschikbaar. Daarom wordt een groot deel van de geproduceerde elektra eerst nog opgeslagen in bijv in H2 of CxHy(O) ; ter vervanging van de fossiele “olie, kolen en gas”. Vanwege omzettings-rendementen is hiervoor nog extra areaal nodig.
Hieronder een rekenvoorbeeld.
-
- Rekenvoorbeeld : (geldig voor NL met zijn ~2,75 kWh/m2.etmaal)
- Een deel van de opbrengst, bijv een derde van boven berekende opbrengst kan direkt worden gebruikt ; komt overeen met een areaal van 18 km2. Dan zal twee derde (~36 km2) moeten worden opgeslagen en dat kost rendement , waarvoor extra km2 nodig zijn.
- Stel we realiseren die opslag in H2 :
- Vlgs info uit technotheek.utwente.nl/wiki/Fuel_cells_/_Brandstofcellen kun je via elektrolyse elektra met een rendement van 80% (h = 74…87%) omzetten in H2 (en O2) ; en later weer in een brandstofcel terug omzetten naar elektra met een rendement van 50% (rendement 40% is normaal, 60% haalbaar). Dan is het totaal-verlies 60%. Dus moet je eerst naar rato (=100/40) méér oogsten om de gewenste eind-opbrengst te halen.
- Dan moet hier ook 2,5 keer zoveel areaal ingericht worden : 2,5 x 36 = 90 km2 (ipv 36)
- In totaal is dan 108 km2 nodig, een faktor 2.
- Valt flink tegen….. om die ene kerncentrale te evenaren is 108 km2 in totaal nodig (verdubbeling !); de totaal-investering is nu € 9,5 miljard
- Het gewogen opbrengst-rendement van het gebied komt op 10% [=(18 x 20+90 x 8)/108] . Komt overeen met de schatting in Psp.02
- Dus klopt ook bovengenoemd areaal-beslag met de aanname in Psp.02
- Het direkte verbruik is ~16,5% van de totaal geoogste hoeveelheid.
- Als dit percentage in de praktijk hoger is (door inrichting maatschappij op zoveel mogelijk gebruik “overdag”) zal er ook minder opslag en dus ook minder areaal nodig zijn
- NB : bij opslag in methaan of kerosine treedt iets soortgelijks op, al is het eindrendement wel afhankelijk van wat we met die “brandstof” gaan doen : als het voor verwarmen is of voor mobiliteit , dan wordt er niet terug elektrische energie gemaakt (met zijn rendementsverlies).
Het vermoedelijk lagere omzettings-rendement wordt hiermee hopelijk gekompenseerd !
- Het ligt nu voor de hand om te konkluderen dat voor energie-opslag de energie beter gewonnen kan worden in zuidelijker streken (bijv met 4kWh/m2 straling ipv 2,75). Het areaal en de investering gaan daar navenant omlaag (faktor 11/16)
- Voor direkt gebruik kun je prima èn rendabel ook verder van de evenaar af energie oogsten
- Rendementsverbetering in PV-panelen, elektrolyse en brandstofcellen zal helpen. Rendement tegenwoordig ca 21% , maar 30% is niet ondenkbaar (investeringen en ruimtegebruik gaan omlaag)
- – kWh-prijs in zonneweide
- Investering 88 miljoen euro/km2 en terugverdientijd 10 jaar (ivm vervroegde her-investering van alsdan verbeterde nieuwe panelen)
- Opbrengst 129 miljoen kWh/jr.km2 (in NL !)
- – komt neer op NL-produktieprijs van 6,8 ct/kWh (ekskl. operationele kosten €250.000/jr ? ofwel ca 0,2 ct/kWh)
- * Toekomstmuziek : rendementsverhoging van het paneel tot 25% , afschrijving in 15 jaar , geen grondkosten meer , hergebruik of verkoop van 2e-hands spul , prijsverlaging van PO en omvormer waardoor investering zakt tot 75 miljoen/km2.
- Dan komt de kWh-produktieprijs uit op ~3,1 ct/kWh (ekskl. operationele kstn van 0,2ct ?)
- [NL-opbrengst ~160.106 kWh/km2 , dus in NL ~88km2 nodig om de kerncentrale te evenaren ; bij her-investering € 6,6.109 ! (niveau van de kerncentrale !) ]
In bovenstaande rekensom gaat het puur om elektra-produktie.
Daarom is buiten beschouwing gelaten de investering voor produktie-faciliteiten van H2 en CxHy(O). Die zijn immers ook niet verrekend als een kerncentrale die elektra zou produceren voor dit soort brandstof-produktie.
Alhoewel : een belangrijk deel van de omzetting naar brandstof is eksklusief toe te schrijven aan het niet kontinu beschikbaar zijn van zonne-energie…. (Verdubbelt de gemiddelde kostprijs ?)
– Personeel : er worden geen bijzondere eisen aan gesteld ; moet panelen kunnen reinigen en kunnen vervangen. Elektricien voor vervanging van een defekte omvormer. Dagdienst lijkt voldoende