Top 5 van commerciële hernieuwbare energiebronnen

Renewable Energy is Good for Business

2020 was ongetwijfeld een jaar van primeurs. Maar wist u dat het ook een jaar van ongekende successen in de sector van schone energie was?
Voor het eerst heeft de opwekking van hernieuwbare energie niet alleen de kolengestookte energieproductie overtroffen, maar zich ook stevig gepositioneerd als de goedkoopste, op schaal beschikbare, bewezen energieoptie.
Beleggingsfondsen en fondsen die investeren in milieu, maatschappij en goed bestuur (Environmental, Social and Governance, ESG) hebben een groot deel van die groei gestimuleerd. Om te bewijzen dat hernieuwbare energie goed is voor het bedrijfsleven, namen de stroomafnameovereenkomsten (PPA’s) van bedrijven een hoge vlucht, terwijl publieke toezeggingen van bedrijven, zoals de RE100, om over te schakelen op 100% hernieuwbare energie, de markt ook overtroffen.
Wat maakt een energiebron hernieuwbaar en waarom zijn ze zo populair?

Wat is hernieuwbare energie?

Er zijn twee sleutelfactoren die energie hernieuwbaar maken. Ten eerste wordt het opgewekt uit natuurlijke hulpbronnen die gemakkelijk worden aangevuld. Ten tweede veroorzaakt hernieuwbare energie weinig tot geen uitstoot van broeikasgassen.
Veel mensen zien hernieuwbare energie als iets nieuws. In werkelijkheid vertrouwt de mensheid al op de energie uit natuurlijke hulpbronnen sinds ze leerde koken op een houtvuur, naar nieuwe oorden voer dankzij de kracht van de wind of de eerste fabrieken aandreef met waterraderen.

Hernieuwbare energie is de goedkoopste energieoptie

Geld spreekt. Het International Renewable Energy Agency (IRENA) heeft in mei 2020 een rapport uitgebracht waaruit blijkt dat de kosten voor fotovoltaïsche zonne-energie op nutsschaal – de meest wijdverbreide, veelzijdige en kosteneffectieve zonnepaneeltechnologie die momenteel op de markt is – of zon-PV-energie sinds 2010 met 82% zijn gedaald. In dezelfde periode zijn de kosten voor onshore en offshore windenergie met respectievelijk 39% en 29% gedaald.
Het koolstofvrij maken van de energiesector is dus niet alleen haalbaar, het is ook betaalbaar – wat verklaart waarom hernieuwbare energie fossiele brandstoffen aan het vervangen is. Volgens de U.S. Energy Administration maakten hernieuwbare energiebronnen in 2019 meer dan 17% uit van de Amerikaanse energiemix – bijna het dubbele van het aandeel van 9% in 2000. Conservatieve prognoses gaan ervan uit dat we in de komende 10 jaar, tegen 2030, boven de 30% kunnen uitkomen.
De top 5 van commerciële hernieuwbare energiebronnen, gerangschikt naar marktaandeel en groei, zijn:

1. Wind
2. Waterkracht
3. Zonne-energie
4. Geothermische
5. Emerging & Emissie Boosters

#1: Windenergie

“Tot nu toe is de wind een ongetemde en onbeheerste kracht; en het is heel goed mogelijk dat een van de grootste ontdekkingen die hierna gedaan zullen worden, het temmen en beheersen ervan zal zijn.”
– Abraham Lincoln
In zijn 2019 Wind Powers America Report identificeert de American Wind Energy Association wind als Amerika’s top hernieuwbare, niet-emissie energiebron.
Windenergie levert 7% procent van alle Amerikaanse elektriciteit met bijna 60.000 grootschalige windturbines die actief zijn in 41 staten en twee territoria – bekijk de windkaart van de VS om te zien waar elektriciteit bij u in de buurt wordt opgewekt. Windenergie omvat elektriciteit die wordt opgewekt door onshore locaties (zoals 350-MW Frontier II in Oklahoma en 182-MW Maryneal in Texas), enorme offshore torens, en kleinere turbines die op en tussen commerciële eigendommen worden geplaatst. De Energy Information Administration voorspelt dat wind in 2020 de nummer 1 opwekkingsbron zal zijn, en 44% van alle nieuwe elektrische opwekkingscapaciteit zal uitmaken.
Het is niet verrassend dat windopwekking nummer 1 is, aangezien het gebruik van wind als energiebron door de mensheid teruggaat tot de eerste zeilschepen, ergens tussen 3000 en 1500 v. Chr. De windmolens van Nashtifan, Iran, die al meer dan 1000 jaar in bedrijf zijn, behoren tot de oudste ter wereld, en hebben windstoten tot 74 mijl per uur doorstaan. Of het nu gebruikt wordt voor transport of omgezet wordt in mechanische energie voor het oppompen van water, het malen van graan of het aandrijven van stoommachines, windenergie is schoon, overvloedig en beschikbaar over de hele wereld.
Wat is de volgende stap voor wind? Door grote vooruitgang in de prestaties op het land en de bouw van enorme offshore-windtorens is de grootste turbine momenteel meer dan 722 voet hoog en genereert hij individueel 9,5 MW aan elektriciteit. Toekomstige turbines kunnen nog hoger worden, zich in de lucht bevinden en militaire vliegers, microgeneratoren die werken bij weinig wind en zelfs turbines zonder bladen omvatten.

#2: Waterkracht

“Water is voor mij, moet ik bekennen, een fenomeen dat voortdurend nieuwe gevoelens van verwondering opwekt, zo vaak als ik het bekijk.”
-Michael Faraday, 1853 Uitvinder van de eerste elektrische generator.
Nummer 2 (voorheen nummer 1 totdat wind het in 2020 voorbijstreefde) is de gever van leven: water en zijn alternatief voor energieopwekking, waterkracht. Volgens de National Hydropower Association is energie opgewekt door bewegend water – rivieren, stromen, en getijden van de oceaan – goed voor 7% van de totale elektriciteitsopwekking.

Waterkracht is een van de oudste energiebronnen op de planeet. Boeren in het oude Griekenland gebruikten bewegend water om turbines te laten draaien en taken als het malen van graan uit te voeren. Tijdens de industriële revolutie in de VS leverde waterkracht de mechanische energie die nodig was om textiel en andere apparatuur te produceren. In 1882 werd in Appleton (Wis) de eerste waterkrachtcentrale van de V.S. gebouwd, die de verlichting van een papierfabriek en meerdere huizen van stroom voorzag. Een van de grootste commerciële energieholdings van het land, Duke Energy (moedermaatschappij van Duke Energy Renewables), begon zijn activiteiten als hydro-elektrisch bedrijf in 1900. Het bedrijf bezit en exploiteert nog steeds 31 waterkrachtcentrales en twee pompaccumulatiecentrales.
Heden ten dage leveren 2500 dammen in 41 staten en twee territoria 78 gigawatt (GW) aan conventionele en 22 GW aan pompaccumulatiewaterkracht. Ter vergelijking, er zijn meer dan 80.000 dammen in het hele land die geen elektriciteit produceren. Hoewel niet al deze dammen geschikt zijn voor elektriciteitsproductie, suggereert een studie van het Amerikaanse ministerie van Energie dat het toevoegen van stroomopwekkingscapaciteit aan slechts 100 van deze dammen potentieel tot 8 GW aan nieuwe hernieuwbare capaciteit zou kunnen toevoegen – genoeg stroom om ongeveer 3,2 miljoen huishoudens van stroom te voorzien en de omvang van de bestaande conventionele waterkrachtvloot met 10% te vergroten.
Zoals elke energieopwekkingsbron die door mensen is gecreëerd, heeft waterkracht goede en slechte kanten. Het bekende negatieve effect op vissen en natuurlijke ecosystemen is er de oorzaak van dat veel oudere dammen worden afgebroken. Een vooruitgang is het potentieel om waterkracht te combineren als energieopslag om te werken in combinatie met zonne-energie wanneer de zon niet schijnt en/of wind wanneer de lucht stil is. Hybride hernieuwbare energieopwekking wordt meer besproken in nummer 5 van onze lijst.

#3: Zonne-energie

“Ik zou mijn geld zetten op de zon en zonne-energie. Wat een bron van energie! Ik hoop dat we niet hoeven te wachten tot olie en kolen op zijn voordat we dat gaan doen. Ik wou dat ik nog wat jaren had!”
– Thomas Edison
De zon is een andere natuurlijke energiebron, die elke seconde genoeg energie uitstraalt om meer dan twee uur lang aan de wereldwijde energiebehoefte te voldoen. Het is dus niet verwonderlijk dat het opwekken van zonne-energie, zoals zon-PV, een van de snelst groeiende commerciële hernieuwbare energiebronnen is.

Zonne-energieopwekking werkt overal waar de zon schijnt, met acht Amerikaanse staten die al meer dan 5% van hun elektriciteit uit zonne-energie opwekken. Californië is koploper met ongeveer 19% en in North Carolina, waar het hoofdkantoor van Duke Energy Renewables is gevestigd, wordt 6% van de energie door zonne-energie opgewekt. De Amerikaanse markt voor zonne-energie zal naar verwachting 3 miljoen installaties bereiken in 2021 en 4 miljoen in 2023.
Het aftappen van de zon voor energie heeft een eeuwenoude geschiedenis, die teruggaat tot 7 v. Chr. toen mensen het voor het eerst gebruikten om vuren aan te steken. De eerste silicium PV- en zonnecellen die voldoende zonne-energie konden omzetten in stroom om alledaagse elektrische apparatuur te laten werken, werden in 1954 ontwikkeld door Daryl Chapin, Calvin Fuller, en Gerald Pearson in Bell Labs. De langst werkende zonne-installatie ter wereld, Solar Energy Generating Systems (SEGS), begon in de jaren tachtig met het opwekken van zonne-energie op commerciële schaal in de Mojavewoestijn.
Tegenwoordig varieert zonne-energieopwekking van ultralichte en draagbare zonne-opladers die geschikt zijn voor rugzakreizen tot grootschalige zonne-energieoperaties zoals Amazons grootste zonnedak in Colorado, en van zonne-energie op universiteiten en scholen tot projecten op nutsschaal zoals het 200-MW Holstein Solar-project in Texas. Onderzoekers schatten dat we met alle vooruitgang in zonne-energietechnologieën tegen 2050 (of eerder) een verbetering van de energieproductie met 700% kunnen bereiken.

#4 Geothermisch

“In de oude economie werd energie geproduceerd door iets te verbranden … De nieuwe energie-economie maakt gebruik van de energie in de wind, de energie die van de zon komt, en de warmte uit de aarde zelf.”
– Lester R. Brown
Geothermische energie (de warmte van de aarde) is nummer 4 op onze lijst van top commerciële hernieuwbare energiebronnen. Warm water bestaat van nature bij verschillende temperaturen en diepten onder het aardoppervlak. Zeer diepe putten van een mijl of meer kunnen in deze ondergrondse reservoirs worden geboord om de stoom aan te boren en naar de oppervlakte te brengen voor gebruik in een verscheidenheid van toepassingen, waaronder elektriciteitsopwekking, verwarming en koeling, en andere directe toepassingen. In de V.S. bevinden de meeste geothermische reservoirs zich in de westelijke staten. De grootste groep geothermische krachtcentrales ter wereld bevindt zich bij The Geysers, een geothermisch veld in Noord-Californië dat ook hergebruikt afvalwater als extra waterbron gebruikt.

De eerste geothermische krachtcentrale in Toscane, Italië, werd in 1904 in gebruik genomen. Deze wekte slechts 10 kilowatt elektriciteit op, genoeg om vijf gloeilampen van stroom te voorzien. Een groot voordeel van geothermische energie is dat er geen brandstof voor nodig is, waardoor deze ongevoelig is voor schommelingen in de brandstofprijzen. De kapitaalkosten – hoofdzakelijk de kosten van het boren – zijn echter hoog. Er is ook een groot financieel risico verbonden aan het lokaliseren van levensvatbare geothermische bronnen.
De toekomst van geothermische energie ligt wellicht in de bijprodukten ervan – met name het waardevolle mineraal lithium. Lithium is een kritische component van grootschalige batterijtechnologieën die worden gebruikt in energieopslagsystemen en elektrische voertuigen. Om nieuwe bronnen voor het gewilde mineraal te creëren, financiert de staat Californië een lithiumwinningsproject om een winstgevend, emissievrij bijproduct van bestaande geothermische energieopwekking te creëren.

#5 Opkomende hernieuwbare energiebronnen & Emissiereducties

“Als je de geheimen van het universum wilt ontdekken, denk dan in termen van energie, frequentie en trilling.”
– Nikola Tesla
Nummer 5 op onze lijst omvat zowel opkomende hernieuwbare energietechnologieën als innovaties die op zichzelf niet strikt energie opwekken. In plaats daarvan vergroten ze andere hernieuwbare energiebronnen. De “boosters”, zoals we ze zullen noemen, hebben alles te maken met het overwinnen van de intermitterendheid van hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie en het verlagen van de kosten en de emissies.

Boosters voor hernieuwbare energie omvatten:

• Energieopslag – Door energie die op een bepaald moment wordt geproduceerd op te vangen en op te slaan voor gebruik op een ander moment, wordt energieopslag gezien als een cruciaal middel om ervoor te zorgen dat nieuwe energiebronnen niet worden verspild (bijv, beperking van wind- en zonne-energie wanneer er te veel energie op het net is) en beschikbaar zijn wanneer bronnen niet produceren (bv. ’s nachts wanneer zonnepanelen geen energie van de zon opvangen). Batterij-energieopslagsystemen (BESS) zijn veruit de snelst groeiende en meest toegepaste energieopslagsystemen, die zorgen voor veerkrachtige energie en aanzienlijke kostenbesparingen wanneer zij worden gecombineerd met zonne- en windprojecten. Voorbeeld: het 36 MW Notrees Battery Storage Project, Amerika’s grootste batterijopslagproject in een windmolenpark. Andere energieopslagsystemen zijn pomp-opslag waterkracht (PSH) en zwaartekracht energieopslag, een snel opkomend mechanisch systeem waarvan u in de toekomst veel meer zult zien.
• Brandstofcellen en groene waterstof – Brandstofcellen werken als batterijen, maar ze raken niet uitgeput of hoeven niet te worden opgeladen. Ze produceren elektriciteit en warmte zolang er brandstof wordt toegevoerd. Tegenwoordig is die brandstof meestal waterstof, gemaakt door elektrolyse van water met behulp van fossiele brandstoffen. Om geen emissies te veroorzaken, wordt een variant van de brandstofbron, “groene waterstof” genoemd, gemaakt door hetzelfde elektrolyseproces, maar dan gevoed door wind- en/of zonne-energie zonder emissies. Brandstofcellen worden gebruikt om ter plaatse basislastvermogen te leveren.
• Energie-efficiëntie – Naarmate gebouwen, voertuigen en apparaten efficiënter worden, wordt minder energie gebruikt of geproduceerd. Hoe minder energie er wordt gebruikt, hoe minder er hoeft te worden opgewekt. Door te zorgen voor hoge niveaus van energie-efficiëntie zal de behoefte aan elke bron van energieopwekking afnemen.
• Elektrificatie – Dit is de omschakeling van een machine of systeem op elektrische energie. Van verwarming en koeling van gebouwen tot auto’s, bussen, vrachtwagens, schepen en vliegtuigen, elektrificatie verschuift de energiebehoefte naar schonere energiebronnen en helpt om sneller tot een netto-nuluitstoot te komen. Velen wijzen erop dat de toekomst van energie ligt in het koolstofvrij maken en elektrificeren van voertuigen. Dat betekent alles van e-bikes tot enorme, 45-ton dumptrucks en mijnbouwtrucks die zo groot zijn als een kantoorgebouw van drie verdiepingen.

Opkomende hernieuwbare energietechnologieën om in de gaten te houden zijn onder andere:

• Getijdenenergie – Een hernieuwbare energiebron die wordt onttrokken aan de eb en vloed van de oceanen. In zijn eenvoudigste vorm draaien turbines onder het oceaanoppervlak als de getijden opkomen en afnemen om elektriciteit te produceren die vervolgens via onderzeese kabels naar de kustlijn wordt teruggevoerd. Getijdenenergie wordt ook opgewekt door middel van grote constructies die over een rivier worden gebouwd, meestal in de buurt van de monding waar deze uitmondt in de oceaan, de zogenaamde stuwdammen. Omdat we nog niet hebben ontdekt hoe we de negatieve effecten op gevoelige ecosystemen van oceanen en stranden kunnen beperken, en omdat de kosten hoog blijven, beschikt de VS nog niet over getijdenenergiecentrales op nutsschaal. Maar het succes in Azië en de belangstelling voor de combinatie met ontziltingsinstallaties om drinkbaar zoet water uit zeewater te maken, kan daar in de niet zo verre toekomst verandering in brengen.
• Biogas – Biogas wordt geproduceerd door anaërobe bacteriële afbraak van dierlijk en plantaardig afval. Dit verschilt van biomassa/biobrandstoffen, die sommigen hernieuwbaar noemen omdat brandstoffen als hout of suikerriet regenereren, maar die in deze lijst zijn weggelaten omdat ze momenteel worden beschouwd als brandstofbronnen met een “hoge uitstoot”. Bacteriën zijn geen kieskeurige eters. Deze micro-organismen verorberen landbouwafval, mest, huishoudelijk afval, rioolwater, groenafval of voedselresten. Het resulterende biogas is methaan, ook wel aardgas genoemd, dat vervolgens wordt verbrand om elektriciteit op te wekken. Duke Energy werkt bijvoorbeeld samen met zuivelbedrijven in haar verzorgingsgebied om methaan uit mest via haar aardgaspijpleidingen naar opwekkingsinstallaties te leiden. Amerikaanse hoofdsteden zoals Connecticut steken ook veel tijd en investeringen in het combineren van zonne-energie, windenergie en biogas op vuilnisbelten en andere “brownfield”-locaties om een consistente bron van energieopwekking te bieden.
• Stralingsenergie – Als energie die wordt overgebracht in golfbewegingen, vooral elektromagnetische golfbewegingen (bijv. magneten plus beweging), kan deze natuurlijke energievorm rechtstreeks uit de omgeving worden verzameld of aan gewone elektriciteit worden onttrokken door de methode die fractionering wordt genoemd. Een van de eerste draadloze telefoons die op stralingsenergie was gebaseerd, werd in 1916 uitgevonden door Nikola Tesla. Tegenwoordig kan 99% van de kosten van gewone elektriciteit worden bespaard door het gebruik van stralingsenergie. Er zijn een aantal pilots van zelfwerkende apparaten die stralingsenergie aftappen. Er is geen elektriciteitscentrale nodig. De ultieme hernieuwbare energie is die, die in het apparaat zelf gebeurt. Blijf op de hoogte!
• Toekomstige hernieuwbare energiebronnen – In laboratoria over de hele wereld, worden veel innovaties onderzocht. Sommige, zoals brandstof uit lucht en exponentiële verbeteringen in zonnecelcapaciteiten, zien er veelbelovend uit. Het valt nog te bezien welke toekomstige hernieuwbare energiebronnen de schaal, veiligheid en betrouwbaarheid bereiken die nodig is om een wereld vol elektriciteitsbehoeften van stroom te voorzien.

Welke hernieuwbare energiebron is het beste voor u?

Zelfs in onzekere tijden, blijft de vraag naar schone energie groeien. Het echt grote nieuws is dat in het afgelopen decennium hernieuwbare energie-innovatie uit de categorie “alternatieve energie” is gestapt en in de mainstream is gekomen door zeer betaalbaar te zijn, steeds betrouwbaarder, en algemeen beschikbaar voor een breed publiek. Het zal leuk zijn om de lijsten in 2030 te vergelijken met de top van hernieuwbare energiebronnen in 2020. We kijken ernaar uit om dan een update voor u te maken!

Over Duke Energy Renewables

Leren over de basisprincipes van hernieuwbare energie, inclusief de belangrijkste soorten hernieuwbare energie, is stap één in het ontwikkelen van duurzame energieoplossingen voor uw bedrijf. Die informatie krijgen van een betrouwbare bron met een track record in het leveren van duurzame energiediensten en -oplossingen is net zo belangrijk.
Wij zijn Duke Energy Renewables en we werken met duurzaamheidsprofessionals bij grote bedrijven als The Home Depot, Sprint en de Ball Corporation om duurzame oplossingen in hun activiteiten te integreren om energiebesparingen te realiseren en CO2-reductiedoelstellingen te halen. Wij zijn experts in het begeleiden van u naar energiebesparing, energieonafhankelijkheid en we zijn er om u te helpen.