Challenge the future

DelftUniversity ofTechnology

Wind Werkt………ook in 2050

Prof.dr. Gerard van Bussel

TU Delft, leerstoel windenergie

13 juni 2013

2 2EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Er is meer dan voldoende wind op aarde

200 x meer wind energie beschikbaar dan de huidigeenergie vraag

3 3EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

De “world wind power” atlas

source: Harvard University 2009

Met 2,5 MW windturbines op realistische locaties:=> 4267 EJ > 40x huidige wereld elektriciteit gebruik

4 4EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Werkte…….. in ’90 jaren

• Sinds 1990:groei van 30%/jr

• Europa leidendvanaf 1995

Bron EWEA

10 GW

5 5EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Werkt……nu

• Europa 66 GW• Asia Pacific 26 GW• Noord Amerika 28 GW• Rest vd wereld 1 GW

Totaal 121 GW

Geïnstalleerd Vermogenbegin 2009:

6 6EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

• Europa 86 GW• Asia Pacific 60 GW• Noord Amerika 44 GW• Rest vd wereld 3 GW

Totaal 193 GW

(+59% t.o.v. 2009)

Wind Werkt……nu

Geïnstalleerd Vermogenbegin 2011:

7 7EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

• Europa 109 GW• Asia Pacific 83 GW• N+Z Amerika 71 GW• Rest vd wereld 1 GW

Totaal 264 GW

(+118% t.o.v. 2009)

Dus nog steeds 30% groei per jaar!!

Wind Werkt……nu

Geïnstalleerd Vermogenbegin 2013:

in Europa ~12% groei per jaar!!

8 8EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Kosten van nieuwe productiecapaciteit

Source: Airtricity

Wind(op land):5- 8,5 Euroct/kWh

50-85 Euro/MWh

9 9EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Externe kosten van elektriciteit

Gegevens op basis van opgesteld vermogen in 2005 Bron: EU ExternE project

1,5 Euroct/kWh

10EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

Perspectieven voor windenergie

11EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

Perspectieven voor windenergie

• 2500 MW in theoriemogelijk op lange termijn

• < reëel 650 MW ivminpassing in NL grid

• Sterke overheids-stimulans nodig

in NL in 1981Parkrendementen

80-90%

Vermogensvervanging

60% bij 2500 MW

12EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

Alternatief energiebeleid (1977)

• Polarisatie energie-discussie(wel of geen kernenergie)

• Referentiejaar 1975

• Reductie naar69% in 2000 en 62% in 2025

• Fossiel: 40%• Duurzaam: 20%• Geen kernenergie

13EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

EU electriciteitsvraag (ECF 2010)

14 14EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Elektriciteitsgebruik groeit tot ~ 4.900 TWh in 2050

Source: EU roadmap 2050

15 15EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Acht 100x100 km offshore windparkenproduceren 3,000-3.500 TWh per jaar

=Gelijk aan het gehelegebruik van elektrici-in de EU in 2005

Europa’s offshore WE potentieel

Bron: Siemens

16 16EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Bron: Siemens

Europa’s offshore WE potentieel

17 17EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

12 100x100 km offshore windparken. Totaal vermogen2000 GW dekt de gehele elektriciteitsvraag in 2050

Bottom mounted en floating

Europa’s offshore WE potentieel

18EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

12 12 12 12

12888

1

29

0

19

Solar CSP

Biomass dedicated

Geothermal

Large Hydro

100

Solar PV

Wind Offshore

Wind Onshore

Nuclear

Gas CCSCoal CCS (incl. retrofits)

Gas and oil conventional

Coal Conventional

80% RES / 10% nuclear / 10% CCS

100

2

5

18

16

16

10

55

0

60% RES / 20% nuclear / 20% CCS

100

2

5

12

10

10

20

10

10

0 0

40% RES / 30% nuclear / 30% CCS

100

2

342

9

30

15

15

0 0

Baseline

0

1 2

9

18

0 0

% van productie

Elektriciteits productiemix in 2050 in EU

SOURCE: Imperial College; KEMA, McKinsey

19EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

205 205 205 205

170

240

270

585555555 5

0120

290

120

Large HydroGeothermalBiomass dedicatedSolar CSP

Solar PV

Wind Offshore

Wind Onshore

NuclearGas CCSCoal CCS (incl. retrofits)

Additional back-upGas and oil conventionalCoal Conventional

60

815

190

245

604535

0 0

1,700

80% RES / 10% nuclear / 10% CCS

2,020

60% RES / 20% nuclear / 20% CCS

10

1,110

1060

555

130

165

125

9065

0 0

40% RES / 30% nuclear / 30% CCS

1,260

1035

195

25140

185

140

100

0 0

Baseline

3525140

1100

In GW, inclusief back-up capaciteit

Elektriciteits capaciteitsmix in 2050 in EU

SOURCE: Imperial College; KEMA McKinsey

20EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 201320

176 197 207 206 203

203

270

222

184

126

1

847769

13

500

0

135

0

68

88

150

2040 2050

Gas and oil convention

Coal CCS (incl. retrofit

203020202010

Solar PV

Wind Offshore

Wind Onshore

NuclearGas CCS

33

0 0

1,741

2,022

7

Coal Conventional

Additional back-up

38

652

184

216

8229 25

10 11

59

247

18

143

190

4

9414

32

1,027

2 42119 2056152

1150

341

10 66130

0 0

1,393

6147

816

192

9

767

Large HydroGeothermalBiomass dedicatedSolar CSP

+164%

GW, inclusief back-up capaciteit

Groei van capaciteit in EU bij 80% RES in 2050

SOURCE: Imperial College; KEMA analysis; team analysis, McKinsey

21EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

Groei van wind power capaciteit in EU bij 80% RES in 2050

Wind power capacity in EU

66

152190 216 247

2

56

143

184192

0

100

200

300

400

500

2010 2020 2030 2040 2050

GW

OffshoreOn shore

• Tussen 2010 en 2030:meeste groei inonshore wind

• Vanaf 2025: groei offshore wind

• In 2050: 440 GW

• Goed voor 32% van el.productie in EU

22 22EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wat betekent dit voor stroom uitwind? (bij 80% RES in 2050)

• Wind op land groeit naar 247 GW (nu ~100 GW)

• Wind op zee groeit naar 192 GW (nu ~5 GW)

• Met historische groei (30%/jr wereld; EU 12,5%/jr) gaat Wind op land lukken(NB: gemiddeld 5%/jr groei is al genoeg)

• Groei van wind op zee is een stuk onzekerder:- enorm potentieel- hoge investeringen- (nu nog) hoge kWh kosten

23 23EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Investeringen in windenergie per jaarin de EU

Bron: 2010

Nu zo’n 10 miljard Euro per jaarStijgt naar 15 miljard Euro per jaar in 2020 en 20 miljard Euro in 2025

24 24EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

De technologie ontwikkeling

Brochure uit 1988

• Afmetingen ~ oud hollandsewindmolen

• Vermogen: 50-200 kW

• 12 NL fabrikanten

• USA en DK enige concurrenten

25 25EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Techniek in de jaren ‘80

• Bouma 20 m diameter (1985)• Generator power 160kW• Vast toerental• Asynchrone generator

• 1985

26 26EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Techniek 20 jaar later (2005)

• Vestas V90 90 m diameter• Generator power 3 MW• Variabel toerental• DFIG generator

• 2005

•Factor 20 in vermogen•Factor 30 in productie

27 27EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

• Factor 40 in vermogen• Factor 80 in productie

(offshore) in 30 jaar

Techniek nu (2012)

• Alstom Haliade• Diameter 150 m• Generator power 6 MW• DDPM generator• Full power converter

• 2012

28 28EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Ontwikkeling Luchtvaart techniek

• Lockheed Constellation• 1946 KLM Amsterdam New-York• Drukkabine• 30-40 passagiers• 550 km/h• Neuswiel• 4 motoren• Wing span 38 m

29 29EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

• Airbus A380• 2008 intercontinentaal operationeel

- Emerates: Dubay-New York- Singapore Airlines: Singapore-Sydney

• ~500-700 passagiers• 850 km/h• 4 motoren• Wing span 80 m

Ontwikkeling Luchtvaart techniek

• Factor 15 passagiers• Factor 2 in snelheid• in 60 jaar!!

30 30EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Massa en dus kosten stijgen meerdan proportioneel met MW

Source: Courtesy of ChapDrive A/SWorld Market update BTM consult

Er zit een grensaan de huidigewindturbinetechnologie

31 31EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Nog niet duidelijk

MAAR: concepten dienen“lean” en robust te zijn om te overleven

De technologie van toekomstige offshore wind turbines

32 32EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Kennis en technologie-ontwikkeling in EU cruciaal voor 80% RES scenario in 2050

Bron: Gregor Giebel Riso/DTU

Kruiscorrelatie:

• Tussen paren vanstations

• Neemt af met afstand

• ongecorreleerdna ~1500-2000 km

Kruiscorrelatie windaanbod in EU

33 33EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Mogelijke showstoppers/bottlenecks

• Transportnet (supergrid) te laat

• Internationale “governance”EU + nationaal/regionaalonvoldoende geregeld

• Publieke acceptatie (onshore)(participatie helpt)

• Onvoldoende kapitaal beschikbaar

• (Offshore) kostenreductie te laattgv te weinig R&D/implementatie

•

34 34EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 201334

Investeringen en operationele kosten

1 Weighted average based on the CoE in each 10-year time frame (2010, 2020, 2030, 2040, 2050)2 Capex for generation and backup plants as well as grid included3 Opex for operating all power plants including backup plants and the grid included

SOURCE: Team analysis

Average new built CoE from 2010 to 20501, EUR/MWh (real terms)SOURCE: Imperial College;

KEMA, McKinsey

35EU 2050 Power Lab KIVI NIRIA UCI 13 juni 2013

Wind Energy Chair

DelftUniversity ofTechnology

Hartelijk dank voor uw aandacht

Vragen?