Wereldenergievoorziening

Wereldenergievoorziening bestaat uit het wereldwijd winnen en gebruiksklaar maken van brand- en splijtstoffen, het opwekken van elektriciteit, en het energietransport.

Inleiding

De mensheid heeft altijd al brandstof gebruikt. Het begon al met het gebruik van vuur. Steenkool- en oliewinning zijn ook heel oud. Ook wind en water hebben al duizenden jaren mensen aan meer energie geholpen dan hun eigen spierkracht opbrengt. Te denken valt aan windmolens, zeilschepen en het gebruik van 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 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 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.

Energieproductie

Wereldwijde primaire energieproductie

██ Wereld (1015 Btu) ██  China ██  Rusland ██  Afrika ██  Verenigde Staten ██  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 is de energieproductie sterk toegenomen.

• Fossiel: steen- en bruinkool, aardolie en aardgas
• Nucleair: uranium
• Duurzaam: onder andere waterkracht, biomassa, wind- en zonne-energie

De statistiek van primaire energie volgt bepaalde regels 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 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 2015.

Klik op een kolomkop om landen/regio's te rangschikken naar die energie soort.

	Totaal	Kolen	Olie & Gas	Nucleair	Duurzaam
WERELD	13790	3870	7390	671	1854
China	2496	1868	328	45	256
Verenigde Staten	2019	431	1218	216	152
Midden-Oosten	1884	1	1880	1	2
Rusland	1334	200	1060	51	22
Afrika	1118	155	567	3	392
Europese Unie	771	145	183	223	218
India	554	263	68	10	213
Canada	471	31	365	26	50
Indonesië	426	244	105	0	75
Australië	381	299	74	0	8
Brazilië	279	3	153	4	120
Noorwegen	208	1	194	0	13
Mexico	192	8	165	3	16
Venezuela	183	1	175	0	7
Kazachstan	164	47	116	0	1

In het Midden-Oosten produceren de Perzische Golfstaten Iran, Irak, Koeweit, Oman, Qatar, Saoedi-Arabië en de Verenigde Arabische Emiraten het meest. In mindere mate ook Bahrein, Jordanië, Libanon, Syrië en Jemen in deze regio.

De grootste producenten in Afrika zijn Nigeria (254), Z-Afrika (167), Algerije (143) en Angola (100).

In de Europese Unie produceren Frankrijk (138, vooral nucleair), Duitsland (120), Ver. Koninkrijk (119), Polen (68, vooral kolen) en Nederland (48, vooral aardgas) het meest.

Van de duurzame productie in de wereld is 1319 biobrandstof en afval, grotendeels in ontwikkelingslanden. 334 is gegenereerd met waterkracht en 200 met de overige duurzame bronnen.

In 2016 was de wereldenergieproductie 1% minder dan in 2015. In China -6%, Ver.Staten -5%, Midden-Oosten +8%.

Trend

Van 2015 tot 2017 nam de wereldwijde productie 2% toe, vooral in Rusland 7%, het Midden-Oosten 8% en India 5%, terwijl China 3% minder en de EU 2% minder produceerden. In 2018 steeg de wereld energie 3%, vooral in de VS, +8%. Van 2015 tot 2017 groeide windenergie 37% en zonne-energie 73%.

Tussen productie en eindgebruik

	Export minus Import
Midden-Oosten	1216
Rusland	610
Afrika	317
Australië	250
Indonesië	200
Canada	200
Noorwegen	177
Z-Korea	-237
Verenigde Staten	-258
India	-307
Japan	-410
China	-489
Europese Unie	-706

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 reactie hitte wordt gebruikt in kerncentrales.
• Biomassa wordt verwerkt tot biobrandstof, zoals biodiesel.

Elektriciteit wordt opgewekt met een wisselstroomgenerator die mechanisch gekoppeld is aan

• 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 van panelen zonnestroom economisch.

Van de primaire en geconverteerde energie wordt ca 5350 Mtoe wereldwijd verhandeld tussen landen, vooral olie en gas. In de tabel staat van enkele landen en regio's de export verminderd met de import. Een negatieve waarde betekent dat daar veel energie geïmporteerd wordt voor de economie. De hoeveelheden zijn uitgedrukt in Mtoe/a en de data zijn van 2015.

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

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 2015.

Brandstof:

• fossiel: aardgas, brandstof geproduceerd uit aardolie (LPG, benzine, kerosine, diesel, stookolie), uit kolen (antraciet, cokes).
• duurzaam: biobrandstof en brandstof geproduceerd uit afval.
• voor warmtedistributie.

De hoeveelheden zijn gebaseerd op netto calorische waarde.

Elektriciteit: Zie Wereldelektriciteitsgebruik voor meer details.

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	6810	16%	1737	21%	1,2
China	1330	9%	419	24%	1,3
Ver. Staten	1072	7%	325	14%	4,4
Europese Unie	801	10%	236	30%	2,0
Afrika	502	62%	53	18%	0,5
India	444	40%	88	15%	0,4
Rusland	316	1%	62	16%	2,6
Japan	191	2%	82	17%	1,9
Brazilië	170	36%	42	74%	1,0
Indonesië	139	40%	17	11%	0,6
Canada	129	9%	43	63%	4,8
Iran	130	0%	18	5%	1,9
Mexico	93	8%	22	14%	1,0
Z-Korea	84	6%	43	3%	2,5
Australië	59	8%	18	13%	3,2
Oekraïne	38	3%	10	5%	1,1
Argentinië	46	2%	11	29%	1,3
Venezuela	30	2%	6	64%	1,2

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	155	10%	44	31%	2,4
Frankrijk	98	12%	37	17%	2,0
Ver. Koninkrijk	91	4%	26	27%	1,8
Italië	87	9%	25	40%	1,8
Spanje	56	9%	20	34%	1,7
Polen	49	12%	11	14%	1,6
Nederland	35	3%	9	15%	2,6
België	26	7%	7	24%	3,1
Zweden	19	35%	11	64%	3.1
Portugal	11	20%	4	52%	1,5
Denemarken	10	14%	3	69%	2,3
Noorwegen	9	10%	10	98%	3,8

De grootste eindgebruikers in Afrika zijn Nigeria 119, Z-Afrika 70 en Egypte 50. Van de 48 Afrikaanse landen zijn er 32 in een energie crisis volgens de Wereld Bank.

Energie voor energie

Brandstof en elektriciteit wordt deels gebruikt voor constructie, onderhoud en sloop/hergebruik van installaties die brandstof en elektriciteit produceren, zoals olieboortorens, uranium isotoopscheiding en windturbines. Voor het nuttig effect van deze producenten moet de verhouding van de energieopbrengst tot de energiekosten groot genoeg zijn (Engels: EROEI energy returned on energy invested of EROI energy return on investment). Er is weinig overeenstemming in de technische literatuur over methoden en resultaten van berekening van deze verhoudingen.

Voor fossiele en nucleaire energie en waterkracht zijn de verhoudingen volgens James Conca meer dan 25. Voor windturbines 16, maar slechts 4 als energieopslag in aanmerking wordt genomen. Zonne-energie heeft zelfs lagere waarden.

Maar Paul Brockway et al. vinden dat dergelijke verhoudingen worden gemeten voor primaire energie bij de bron (bv. ruwe olie) en in plaats daarvan moeten worden geschat voor het eindgebruik (bv. benzine). Zij berekenen reeksen EROI waarden in de jaren 1995-2011 voor fossiele brandstoffen in de wereld, zowel bij de bron als bij eindgebruik. Voor primaire EROI vinden ze ongeveer 30 maar voor eindgebruik vinden ze zeer lage EROI, elk jaar minder en gemiddeld 6. Ze concluderen dat lage en dalende EROI-waarden kunnen leiden tot beperkingen van de beschikbare energie voor de samenleving. En dat EROI op basis van hernieuwbare energie mogelijk hoger is dan EROI van fossiele brandstoffen wanneer ze worden gemeten voor eindgebruik.

Als voor eindgebruik de energie E is en de EROI waarde R, dan is de netto energie beschikbaar voor de samenleving E-E/R. Het beschikbare percentage is 100-100/R. Voor R>10 is meer dan 90% beschikbaar maar voor R=2 maar 50% en voor R=1 niets. Deze steile daling staat bekend als de netto energie klif.

Marco Raugei et al. vinden EROI 9-10 voor PV systems in Zwitserland als de verhouding van de elektrische opbrengst tot de ‘equivalente elektrische’ investering. Zij bekritiseren het inbrengen van energieopslag bij de berekening van EROI voor PV-panelen of windmolens, omdat dit het resultaat onvergelijkbaar zou maken met de conventionele EROI berekening van andere elektriciteit opwekkende installaties. Het meten van de prestaties van energietechnologieën zou moeten gebeuren in een uitgebreide analyse van het energiesysteem van een land.

Zie ook

• Milieu-effect: Opwarming van de Aarde, Fossiele brandstof
• Energietransitie
• Energiebeleid: Energiesubsidie
• Mark Jacobson
• Wereldenergievoorziening met wind, water en zon
• Energie-unie

Bronvermelding

Bronnen, noten en/of referenties:

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