Introductie energiesystemen

Aan de basis van de analyse van een groot aantal TB-vraagstukken staat systeemdenken, cq. een systeembenadering. Staat in andere modules het systeem van netwerk van actoren en hoe die handelen centraal, in TB142E gaat het om de fysieke, technologische systemen voor de energievoorziening en om het natuurlijke systeem waarin wij leven, waaraan we grondstoffen onttrekken en afvalstoffen teruggeven.

De analyse van 'man-made' systemen en hun relatie met de omgeving - het natuurlijk milieu - wordt in TB142E in een geïntegreerde systeembenadering behandeld. Wat is nu die systeembenadering die zijn wortels heeft in de procestechnologie, toegepaste thermodynamica en systeemtheorie? Waarom is deze zo geschikt om kennis uit chemie, milieukunde en technologische systemen te integreren? En om techniek, bestuur en management in de opleiding TB en het onderzoek aan de faculteit TBM met elkaar te verbinden?

Voorbeelden van energiesystemen zijn:
• Een elektriciteitscentrale. Deze zet brandstof en lucht om in elektriciteit, rookgas en restwarmte. Elektriciteitscentrales zijn groot, het terrein van bijvoorbeeld de Eemscentrale in Groningen beslaat enkele hectares. Centrales staan op een vaste plek, en bestaan uit verschillende subsystemen, die weer opgebouwd zijn uit vele systeemelementen, apparaten, waar weer duizenden onderdelen in zitten.

• Het landelijke elektriciteitsnet waarvan een elektriciteitscentrale onderdeel is. Dat is een systeem met centrales, transformatorstations en hoogspanningsleidingen als systeemelementen. Op haar beurt maakt het Nederlandse elektriciteitsnet deel uit van het Europese netwerk - het is daarmee verbonden via zogenaamde interconnectoren.

• Aardgascentrales zijn aangesloten op het landelijke aardgasnet. Het elektriciteitsnet en haar systeemelementen zijn op verschillende manieren verbonden met de fysieke, natuurlijke omgeving: ze gebruiken lucht, en stoten rookgas uit; ze onttrekken koelwater en geven dat opgewarmd weer terug aan meer, rivier of Noordzee, of aan de atmosfeer als waterdamp dat de koeltoren verlaat. Terwijl dit lokale fysieke verbindingen met de omgeving zijn, kunnen de negatieve effecten zich op een ander, hoger schaal- of systeemniveau manifesteren. Het bekendste voorbeeld daarvan is ongetwijfeld de broeikaswerking van CO₂ en daarmee samenhangende klimaatverandering. Zwaveluitstoot door centrales, in de vorm van SO₂, en NO_x veroorzaakt op continentale schaal zure regen, terwijl de uitstoot van roetdeeltjes lokaal en regionaal problemen veroorzaakt.

• Als een auto wordt volgetankt met benzine of diesel, dan wordt er een product gekocht dat voortgebracht is uit een keten van productieprocessen. De 'supply-chain' of voortbrengingsketen voor benzine begint bij de productie van ruwe olie en bestaat verder uit transport, raffinage en afmenging van het product, en distributie naar de tankstations. Verder zijn er systemen ingericht die olieplatforms voortbrengen, het daarvoor benodigde staal produceren etc.

Deze voorbeelden laten zien dat systemen gekenmerkt worden door verschillen in:
• schaalgrootte en systeemniveau
• technische karakteristiek en daaruit voortvloeiende prestatie
• interne complexiteit
• inputs en outputs
• type en functie

Bij een (energie)systeemanalyse kan een algemeen toepasbare procedure gevolgd worden, zie hiervoor de stappen van een (energie)systeembenadering.