Elektrificatie wakkert debat over toekomst energie aan

Elektrificatie - fossiele brandstoffen vervangen door elektriciteit om energie te leveren - is een belangrijk onderdeel van de wereldwijde inspanningen om koolstofarm te worden. Het raakt veel sectoren en zorgt voor nog meer discussie over de invloed ervan op energieverbruik en kosten.

Milieukwesties maken deel uit van de vergelijking, aangezien producenten rekening houden met regelgeving die steeds meer van invloed is op hun activiteiten. Naarmate meer industrieën duurzame bedrijfspraktijken omarmen, wordt de koolstofvoetafdruk van hun productie een punt van overweging.

Elektriciteitsconsumenten wegen hun eigen prioriteiten af, kijken naar kosten, gemak - en soms klimaatverandering - wanneer ze beslissen of ze een elektrisch voertuig (EV) kopen, kiezen tussen elektrisch of gasaangedreven gereedschap en apparaten, of hun huis verwarmen met aardgas of een warmtepomp.

Wilt u meer informatie over elektrificatie? Lees dit POWER-interview met vier leidinggevenden van energiebedrijven over het belang en de gevolgen van deze energietransitie.

De trend naar elektrificatie weerspiegelt de bredere energietransitie, een verschuiving van fossiele brandstoffen naar schonere vormen van energie. Zoals bij elke verandering in de energiesector zijn er veel zaken te bespreken, zijn er veel bewegende onderdelen en is er een voortdurend debat over de rol van de overheid bij het bepalen van hoe snel elektrificatie het energielandschap zal veranderen en hoe ver dit zal gaan met de impact op nutsbedrijven, de industrie en elektriciteitsconsumenten.

"Ik denk dat de belangrijkste focus moet liggen op het creëren van een koolstofarme toekomst, zodat we de kwaliteit van leven kunnen verbeteren en het milieu kunnen beschermen voor mensen overal ter wereld", zegt John Vernacchia, segmentdirecteur energietransitie bij Eaton, een wereldwijd energiebeheerbedrijf. "Het energieverbruik neemt wereldwijd gestaag toe, elektrisch vervoer wordt steeds sneller ingevoerd en gebouwen worden energieverslindender dan ooit tevoren. We moeten onze energiesystemen heroverwegen om duurzaam aan deze nieuwe eisen te kunnen voldoen. Om dat te bereiken, moeten de energiebronnen hernieuwbaarder, veerkrachtiger en intelligenter worden."

"Het beste argument voor elektrificatie is er een van noodzaak", zegt Curtis Tongue, medeoprichter en chief strategy officer bij OhmConnect, dat samenwerkt met particuliere elektriciteitsafnemers aan manieren om energie en geld te besparen. "Als we de temperatuurstijging van 1,5 graad voor het einde van deze eeuw willen voorkomen, moeten we uitzoeken hoe we de economie effectief koolstofvrij kunnen maken. Ongeveer een derde van de uitstoot in de VS is afkomstig van transport en nog eens een derde komt van energieverbruik in huizen of gebouwen, dus dat is een goede plek om te beginnen. We hebben de technologie en knowhow die nodig zijn om deze sectoren koolstofvrij te maken door middel van elektrificatie.

Kansen voor consumenten

Elektrificatie in de kern is simpelweg het vervangen van het gebruik van fossiele brandstoffen door technologieën die elektriciteit gebruiken als energiebron - elektriciteit gebruiken om een huis of kantoorgebouw te verwarmen (Figuur 1), in plaats van aardgas, of rijden in een elektrisch voertuig in plaats van een auto die op benzine rijdt. Het is, zoals Vernacchia aan POWER vertelde, een "echte kans voor consumenten... om producenten van energie te worden en veel meer controle te hebben over wanneer en hoe ze die gebruiken", en hij voegde eraan toe dat zijn bedrijf "eraan werkt om ervoor te zorgen dat stroom overal vandaan kan komen en onze klanten helpt om de kansen te grijpen die elektrificatie biedt door de traditionele grenzen van wat elektrische systemen kunnen doen te doorbreken.

Er zijn economische argumenten tegen elektrificatie, van hogere energieprijzen tot banenverlies in de fossiele-brandstofsector en de kosten van elektrische voertuigen in vergelijking met benzineauto's en vrachtwagens. Maar analisten erkennen dat elektrificatie voordelen heeft voor het milieu, banen zal creëren en de manieren waarop energie wordt geproduceerd en gedistribueerd zal uitbreiden.

Eric Powell, directeur Noord-Amerika bij Partners in Performance, vertelde aan POWER: "Elk argument heeft voordelen en vooroordelen, maar het beste argument waar we allemaal baat bij hebben en dat door de vooroordelen heen snijdt, is dat elektrificatie de katalysator is voor nieuwe micro-economieën waaraan iedereen kan deelnemen, vooral mensen in achtergestelde gemeenschappen." Powell's groep, een in Australië gevestigd energie- en bedrijfsadviesbureau, heeft met veel bedrijven samengewerkt om hen te helpen hun uitstoot te verminderen en duurzamer te worden.

"Elektrificatie maakt deel uit van een 'nobel doel' in deze energietransitie die banen creëert, de grenzen van innovaties verlegt en maatschappelijke kloven overbrugt," zei Powell. "Iedereen die een huis, dak, land of wat voor extra ruimte dan ook heeft, kan een virtuele energiebron worden. We moeten ons niet laten tegenhouden door 'red-lining' van beleid. Juist daarom moeten we verder gaan dan publiek-private partnerschappen en ecosystemen creëren van nutsbedrijven, industrie, klanten, kapitaalverstrekkers, regelgevers en onderwijsinstellingen die deze overgang niet alleen mogelijk maken, maar ook ondersteunen."

Nicholas Smallwood, senior vice president bij Sunrun, een zonne-energiebedrijf uit Californië, vertelde aan POWER: "Uit het onderzoek van Rewiring America blijkt dat 85% van de Amerikaanse huishoudens - ruwweg 103 miljoen huizen - gezamenlijk $37,3 miljard per jaar zouden kunnen besparen op hun energierekening met elektrische ovens en boilers." Smallwood zei dat 44% van deze huishoudens "een laag tot modaal inkomen hebben en gemiddeld 377 tot 493 dollar per jaar zouden besparen. Gemiddeld zullen huishoudens bijna $2.000 per jaar besparen zodra ze elektrificeren. Koolstofarme technologieën worden elk jaar exponentieel goedkoper en de prijzen zullen blijven dalen als we inzetten op een toekomst met hernieuwbare energie. Belangrijke veranderingen in bouwvoorschriften, regelgeving, financiering en de elektriciteitsmarkt kunnen de overstap naar een elektrische woning toegankelijk maken voor alle Amerikanen."

Hulpprogramma's

Nutsbedrijven passen hun diensten aan om de voordelen van elektrificatie te erkennen, vooral met programma's gerelateerd aan EV's (Figuur 2). Xcel Energy werkt samen met Denver, Colorado, ter ondersteuning van het doel van die stad om in 2030 30% EV te hebben. Eversource ondersteunt de installatie van EV-laders in elke buurt in Boston, Massachusetts, in de komende twee jaar.

Public Service Co. of New Mexico (PNM) zei onlangs dat het nutsbedrijf verwacht dat het aantal EV's in zijn servicegebied meer dan verdubbeld zal zijn tegen het einde van 2023, van ongeveer 3.800 op dit moment tot 7.800 tegen het einde van volgend jaar. Staatsregulatoren keurden in november 2021 het 9,1 miljoen dollar kostende transportelektrificatieprogramma van PNM goed, dat stimuleringsmaatregelen voor oplaadinfrastructuur en meerdere nieuwe tarieven voor commerciële en particuliere klanten omvat.

Het PNM-programma omvat geldelijke stimulansen voor klanten om thuisladers te installeren en omvat fondsen voor klanten met lage en gemiddelde inkomens om tot $2.000 van hun kosten te dekken. Er zijn ook tariefaanpassingen voor tijd-van-gebruik, waardoor klanten hun EV's 's nachts kunnen opladen voor ongeveer 3¢/kWh, om het opladen te stimuleren op momenten dat er geen piek is in de vraag naar elektriciteit.

Californische ambtenaren kondigden onlangs TECH Clean California aan, een initiatief van $ 120 miljoen om de markt voor schonere en efficiëntere ruimte- en waterverwarmingstechnologieën te ondersteunen. Het stimuleringsprogramma voor elektrificatie van eengezinswoningen probeert de toeleveringsketen voor schone verwarmingstoestellen te activeren door aannemers stimulansen te bieden voor de installatie van warmtepompruimte- en waterverwarming in eengezinswoningen. Het programma omvat betrokkenheid van aannemers, voorlichting en training. Het heeft al honderden aannemers bereikt door evenementen te organiseren met HVAC (verwarming, ventilatie en airconditioning) en distributeurs van waterverwarmers, en door samen te werken met fabrikanten, distributeurs, nutsbedrijven en aannemersopleiders.

Ambtenaren in New York hebben gezegd dat ze willen dat de staat in 2050 een koolstofneutrale economie heeft, inclusief het elimineren van de uitstoot van gebouwen en transport. Staatswetgevers overwegen wetgeving die ervoor moet zorgen dat alle nieuwe gebouwen in 2027 een uitstoot van nul hebben, als onderdeel van een poging om twee miljoen "geëlektrificeerde of voor elektrificatie geschikte huizen" te ontwikkelen in 2030, aldus gouverneur Kathy Hochul. De staat wil ook alle nieuwe schoolbussen elektrisch maken tegen 2027 en de bestaande vloot van 50.000 bussen tegen 2035 emissievrij maken. Ben Prochazka, uitvoerend directeur van de in Washington, D.C. gevestigde Electrification Coalition, een groep die het gebruik van EV promoot, noemde het plan in een verklaring "gedurfd maar haalbaar".

"Elektrische schoolbussen zijn er en klaar om te worden ingezet, en het is opwindend om te zien dat New York dit moment aangrijpt," zei Prochazka. "Dit is een belangrijke stap in de richting van het realiseren van de nationale veiligheid, volksgezondheid en economische voordelen die elektrische voertuigen bieden."

Het elektrificatieplan voor gebouwen van Hochul zal onder andere "nul on-site broeikasgasemissies vereisen voor nieuwbouw uiterlijk in 2027" en zou "de normen van New York voor de efficiëntie van apparaten verbeteren, waardoor het energieverbruik daalt en New Yorkers miljarden dollars besparen op hun energiekosten". Het plan zal ook een "groen elektrificatiefonds" oprichten om huizen met een laag inkomen van elektriciteit te voorzien door middel van een nieuw vijfjarig huisvestingskapitaalplan van 25 miljard dollar dat wordt beheerd door het staatsbureau voor Huisvesting en Gemeenschapsvernieuwing.

Groeiende sectoren

De elektrificatie van transport omvat ook onderdelen die vaak in energiecentrales worden gebruikt, zoals vorkheftrucks, voorladers en ander materieel. "Duurzaamheid, veiligheid en productiviteit zijn de belangrijkste aspecten van het elektrificeren van transport, wagenparken en werkmaterieel", zegt Joe Baldi, directeur strategie en partnerschappen voor Moog Construction, een wereldwijd bedrijf dat bouwmaterieel levert aan verschillende industrieën, waaronder de energiesector. "Amerikaanse en internationale normen hebben het emissieniveau van off-road machines voortdurend verlaagd en geëlektrificeerde machines zetten de reis voort om de uitstoot van zware machines te verwijderen."

Tot het aanbod van Moog behoort een intelligent elektrificatiesysteem voor machines. Moog werkt samen met Doosan Bobcat aan de ontwikkeling van de volledig elektrische compacte rupslader, bekend als de Bobcat T7X (Afbeelding 3). De T7X is een volledig elektrische, emissievrije machine, die volgens Moog "het vermogen en de prestaties van een hydraulische dieselmachine levert, maar zonder het lawaai, de uitstoot en hydraulische lekken".

Baldi vertelde aan POWER: "Elektrische machines zijn ook veel stiller. Dat verbetert de veiligheid voor mensen die op en rond de machines werken; werknemers kunnen gemakkelijk met elkaar praten en horen wat er op de werkplek gebeurt. En werknemers worden niet langer blootgesteld aan emissies die op lange termijn schadelijk zijn voor hun gezondheid. Elektrische machines zouden ook stereotypen kunnen doorbreken, omdat ze schoner, veiliger en gemakkelijker om mee te werken zijn, wat de volgende generatie werknemers zou kunnen aantrekken."

Baldi voegt hieraan toe: "Elektrische machines met ingebouwde sensoren en software bieden bestuurders ook meer controle en voertuigeigenaren krijgen meer connectiviteit en automatisering. Met de juiste architectuur en ondersteunende ecosystemen kunnen elektrische machines de bouwsector een productiviteitswinst opleveren waar hun hydraulische en dieseltegenhangers niet aan kunnen tippen."

Chris Roman, gecertificeerd energiemanager en directeur bedrijfsontwikkeling bij Conservant Systems in Californië. Conservant Systemszegt dat de technologie van zijn bedrijf "een parallel is met elektrificatie", voornamelijk door systemen efficiënter te maken. Energieanalisten wijzen vaak op de mogelijkheden voor energie-efficiëntie die elektrificatie biedt in gebouwen, transport en productie, in energie- en kostenbesparingen samen met emissiereducties.

Roman vertelde POWER dat het High Efficiency Dehumidification System (HEDS) van zijn bedrijf "een gepatenteerde, gepatenteerde energieterugwinningsmethode is die ontworpen is om meer dan 40% van de koel- en verwarmingsenergie te besparen die gerelateerd is aan het koel-, ontvochtigings- en opwarmproces, terwijl tegelijkertijd de risico's voor gezondheid, welzijn, producten en productiviteitsverlies als gevolg van slechte relatieve vochtigheidscontrole" in gebouwen worden geëlimineerd. "Onze technologie valt absoluut onder energie-efficiëntie [EE]," zei hij. "Als zonne-energie op een dak zit en onze apparatuur zijn [de] luchtbehandelingskasten... de luchtbehandelingskasten hebben in wezen spoelen en die worden warm of koud." Roman zei dat de technologie van Conservant "op zo'n manier met die spoelen speelt dat er geen verwarming meer nodig is. Er hoeven geen boilers meer te worden gestookt, wat decarbonisatie is. We decarboniseren en we besparen energie en geld."

"Energie-efficiëntie is een essentieel onderdeel van de elektrificatiestrategie, het heeft nutsbedrijven een voorsprong gegeven op de reis," zei Powell. "EE en demand-side management (DSM) en demand response (DR) programma's hebben het pad geëffend voor deze nieuwe decarbonisatiepaden. EE, DSM en DR hebben gezamenlijk al tientallen jaren energiebronnen en -gebruik verminderd."

Zei Tong: "Energie-efficiëntie kan een nuttige rol spelen bij het verminderen van de algehele belasting van het elektriciteitsnet. Volgens een recent onderzoek van het DOE [Department of Energy] zou de invoering van efficiënte gebouwen met netinteractie in de komende twee decennia een besparing van $ 100 miljard tot $ 200 miljard kunnen opleveren op de kosten van het Amerikaanse elektriciteitsnet."

Netimpact

De uitdaging van elektrificatie is onder andere de impact op het elektriciteitsnet, die zal variëren per regio, tijd van de dag en ook de tijd van het jaar. Economische argumenten blijven; velen in de energiesector wijzen op de kostenverschillen tussen verwarming met aardgas en verwarming met elektriciteit. EV zullen de belasting van het elektriciteitsnet verhogen, wat de elektriciteitskosten zou kunnen doen stijgen. Nutsbedrijven zullen hun resource planning moeten aanpassen om rekening te houden met de gevolgen van elektrificatie, iets wat al gebeurt met tariefaanpassingen op basis van tijdverbruik.

Briggs & Stratton, bekend van de kleine motormaaiers, generatoren en ander gereedschap, gaf POWER commentaar over de gevolgen voor het elektriciteitsnet en schreef: "Naarmate meer producten en industrieën elektrisch gaan werken, is er enige bezorgdheid over de gevolgen voor een ouder wordend elektriciteitsnet. Elektriciteitsbedrijven in het hele land evalueren wat er nodig is om hun netwerkinfrastructuur te moderniseren, gedistribueerde energiebronnen aan te sluiten en software te installeren om de diagnostiek en zichtbaarheid van de werking van het netwerk te verbeteren."

Het bedrijf erkende hoe elektrificatie consumenten mondiger kan maken. "Ja, we geloven dat naarmate elektrificatieopties meer consumenten bereiken, het hen opties zal bieden zodat ze de juiste energiebeslissingen kunnen nemen," schreef de groep. "Energieopslagsystemen, die gebruik maken van een omvormer en batterijen, bieden een levensvatbare oplossing voor schaalbare energieopslag die kan worden geïntegreerd met elke energiebron, inclusief zonne-energie, windenergie en het elektriciteitsnet. Er zijn kostenbesparingen voor consumenten in de vorm van lagere energierekeningen en belastingvoordelen. Geëlektrificeerde systemen zijn ook een geweldige energiebron tijdens een stroomstoring."

"Een van de grootste uitdagingen voor huiseigenaren zijn de initiële kosten," vertelde Tongue aan POWER. "Iedereen die door het gangpad van Home Depot loopt, ziet dat het vervangen van een gasoven door een efficiëntere warmtepomp aanzienlijk meer kost. Het verlagen van de kosten op het verkooppunt om deze apparaten in te schrijven voor flexibele netwerkdiensten zal de sleutel zijn om deze overgang soepel te laten verlopen."

Powell sprak over de energiebeslissingen waar consumenten voor staan: "De strijd tussen aardgas en elektriciteit is niet nieuw. Decennialang hebben nutsbedrijven het voordeel van gas versus elektriciteit voor apparaten of eindgebruik [ovens, waterverwarming, koken en zelfs verlichting] op de markt gebracht. In deze overgang naar elektrificatie gaat de strijd tussen aardgas en elektriciteit niet verder.

"Voor zover ik weet, zijn er geen 'Teslas' op aardgas in huizen. Het toevoegen van een stekker voor een EV vervangt het eindgebruik van aardgas niet. EV's zijn gewoon een ander eindgebruik, net als wasmachines/droogtrommels, tv's met groot scherm en ledlampen," aldus Powell. "Daarom zou ik verwachten dat er weinig tot geen vraagvernietiging zou plaatsvinden in de lokale aardgasdistributie, terwijl vraagvernietiging wel een impact zou hebben op de factuur van de klant. Als het volgende deel van het economische argument is dat elektrificatie de verwarmingsrekening zou verhogen, dan is dat misschien niet helemaal geldig."

Vernacchia: "Elektrificatie heeft een cascade-effect op de energie-infrastructuur. En het gaat om meer dan het elektrificeren van het voertuig of het opladen of zelfs gebouwsystemen. Wij zien flexibel belastingsbeheer als essentieel om het energieverbruik thuis en op het net te optimaliseren. Op die manier kunnen energieverbruikers het meeste halen uit hernieuwbare energiebronnen en opslag, zodat er hoe dan ook stroom blijft stromen naar essentiële belastingen en deze belastingen naar behoefte kunnen worden aangepast."

-DarrellProctor is senior redacteur voor POWER (@POWERmagazine).