Smart och effektiv energianvändning nyckeln till hållbar utveckling. Per Lundqvist, prof Energiteknik, KTH. Påstående:

Transkript

1 Smart och effektiv energianvändning nyckeln till hållbar utveckling Per Lundqvist, prof Energiteknik, KTH Påstående: Ingen använder energi för sin egen skull det är alltid något annat man vill uppnå! 1

2 Energianvändning i Sverige Det svenska Energisystemet : Kol Naturgas Olja Traditionellt Energiföretagande Mätare primär Sol Hydro Vind Biomassa Produktion Energisystemet Distribution Energianvändning (demand) Mål: så lite fossilt som möjligt!» min CO 2 2

3 Minskade utsläpp av CO2 bidrag från olika sektorer inom EU Industry 10% Energy & feedstock effic. 6% Materials & products effic. 1% Process innovation 1% Cogen. & steam 2% Buildings 18% Space heating 3% Air conditioning 3% Lighting, misc. 3.5% Water heat., cooking 1% Appliances 7.5% Transport 17% End-use efficiency 45% Power Gen 34% Coal to gas 5% Nuclear 6% Fossil fuel gen. eff 1% CCS 12% Hydro 2% Biomass 2% Other renew. 6% Fuel economy in transport 17% Biofuels in transport 6% CCS in fuel transformation 3% CCS in industry 5% Fuel mix in building 5% and industry 2% End-use efficiency offers the largest potential (45%) Power Gen. 34%, CO 2 Capture & Storage (CCS) 20% Definitionen kräver faktiskt att vi betraktar hela energisystemet in EPS EDS EAS ut Vi gör en ny uppdelning i tre delar: Energiproduktionssystem, EPS (omvandling av primärenergi till energibärare) Energidistributionssystem, EDS (distribution av energibärare, tex el) Energianvändningssystem. EAS (slutlig omvandling av energibärare till nytta i form av varor, produkter, tjänster t.ex. inomhusklimat eller transporter) 3

4 Var uppstår nyttan???? EPS EDS EAS Vi gör en ny uppdelning: Fråga: Var uppstår nu den Energiproduktionssystem, egentliga EPS (omvandling nyttan? av primärenergi till energibärare) Energidistributionssystem, EDS (distribution av energibärare, tex el) Energianvändningssystem. EAS (slutlig omvandling av energibärare till nytta i form av varor, produkter, tjänster t.ex. inomhusklimat eller transporter) Framtidens energisystem : En mer holistisk syn fokus på service och tjänster Kol Fossilgas Energiföretag Energitjänstföretag primär Sol Hydro Vind Biomassa Produktion Distribution Energisystem Mål: lägsta möjliga kostnad för tjänsterna inom givna miljömål! Använding 4

5 Vi måste se hela kedjan från primärenergi till nytta Fuel Handling Combustion Steam Turbine Generation Bränsle in , EPS Transformation HV transmission transformation LV distribution 25 EDS Motor Pump Mass flow (friction) Usage EAS Energianvändningsystemet har låg verkningsgrad Uppnådd pumpning!!! Per Lundqvist, Inst. för Energiteknik, Ide: KTHAmory Lovins, RMI Det finns en hel rad olika typer av energianvändningssystem - EAS T.ex. Hushåll, Kontor, Livsmedelsbutiker, Lokaltrafik, Badanläggningar, Industrier, Hotell etc. Dessa kan studeras och karakteriseras map: EAS Energianvändningslogik hur och varför? Energianvändningsmönster när och hur mycket? Olika Tekniker Ekonomiska förutsättningar Olika miljöpolicy Strategiska och organisatoriska förutsättningar etc 5

6 verkningsgrader η tot = nyttig värme, kyla och/eller el energi i bränsle η eco = värde av tjänster kostnad för produktion 300 STIL 2 energianvändning i kontor uppdelat [kwh/m 2, år] Diverse Övriga apparater Övrig fastighetsel Elvärme och värmepumpar Kylmaskiner PC Datahall/server Fläktar Belysning Källa: Egil Öfverholm 6

7 Globala energifrågor? Hur är läget? Är det viktigt? Vad behöver vi veta? World electricity World electricity Gwh electric 7.00E E E E E E E E+00 coal oil gas biomass waste nuclear hydro geothermak solar PV solar thermal other Source (primary energy) 7

8 Population and the standard of living increases in warmer countries Per-capita carbon dioxide emissions from the energy sector, ,00 Kg CO 2 per GNP (1990 USD) Poland (4,2/8,5) Czech Republic (4,7/12,1) South Korea Greece Australia 0,80 0,60 0,40 0,20 Portugal OECD Nya Zeeland Belgium Netherlands Great Britain Irland Mexico Spain Germany Italy EU Finland Japan Denmark France Island Austria Sweden Norway Schweiz Canada US Luxembourg Emissions of CO 2 per inhabitant, tonnes - - 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 8

9 CO 2 emissions Sweden no 2 in electricity in EU 9

10 Statistik som inspiration st/et2007_49.pdf/$file/et2007_49.pdf?openelement atistics/default.asp Några viktiga trender 10

11 Bättre verkninsgrad!!! 11

12 Primärenergi genom åren Wood Percentage of energy supply Coal & coke Oil Nuclear Biofuels 10 Hydropower 0 Natural gas Year Figure- 5. Energy supply curves for Sweden. (Sources: Lönnroth Mans, Johansson B. Thomas, Steen Peter, Solar versus Nuclear: Choosing Per Lundqvist, Energy Futures, Inst. för 1980, Energiteknik, and STEM, KTHEnergy in Sweden 2002) Och nu lite teknik 12

13 Solel med Stirling Glaspannor från returglas på taket sen kan man ju ha olika åsikter om glastakpannors utseende men man måste ändå säga att systemet har en enkelhetens elegans. I och med att värmecirkulationen drivs av skillnader i lufttryck så finns det inga rörliga delar som kan gå sönder, ingen elektricitet inblandat och delarna är enkla och billiga. Tekniskt sett skulle huvuddelen av systemet varit möjligt att bygga redan på medeltiden! 13

14 solkyla Andra exempel - fluidyne oklq&feature=related wwrfhw&watch_response rbanq&feature=related 14

15 Exempel på avsaltning Sammanfattning 1 Energisystemet blir allt effektivare Energikällorna varierar över tiden Det är stora globala skillnader Emissioner (CO2) och framtida brist på olja är i fokus 15

16 Energianvändning och energiproduktion Energianvändningssystem Energiproduktionssystem Energiproduktionssystem Energibärarsystem Energianvändarsystem Energibärarsystem Teknik och processer där energi används Byggnader, transporter, industri + etc Teknik och processer där energi Omvandlas och distribueras Kraftverk, raffinaderier, elnät, fjärrvärme, etc hela bilden livsstilar Energiproduktionssystem Energibärarsystem Marknadsstruktur Energianvändningssystem policy systemgräns resurser klimat teknik 16

17 Sammanfattning (hittills) Vi kommer i framtiden att ha många olika typer av energibärare: fasta, flytande och gasforminga biobränslen, fossilgas, el och vätgas Verkningsgraderna i energianvändning kommer att förbättras radikalt; färre kwh per kvadratmeter, per produkt, per personkilometer etc Ökade kunskaper om energianvändningen utnyttjas av nya aktörer och leder till nya tjänster och nya omvandlingssystem. Rätt ordning Minimera energianvändningen med bibehållen nytta Gör omvandlingssystemet mer effektivt (minska förluster) Använd förnyelsebara energikällor så långt det går 17

18 I framtiden kommer det att finnas flera olika typer av energibärare: Energibärare, stationärt: El, fossilgas, vätgas, flis, pellets samt fjärrvärme och fjärrkyla men även solenergi. Spetsenergi med LNG etc. Energibärare, mobilt: vätgas, biogas, etanol, metanol, LNG, m.fl Wood Percentage of energy supply Coal & coke Oil Nuclear Biofuels 10 Hydropower 0 Natural gas Year I framtiden kommer det att finnas flera olika typer av energiomvandlare: Energiomvandlare, stationärt: Bränsleceller för H 2, fossilgas eller LNG, Solenergi - passiv och aktiv, el eller värmedrivna värmepumpar, gasturbiner - ofta i sammansatta cykler. Energilager: både termiskt och via fasomvandling, superkondensatorer, batterier, vätgas etc. Energiomvandlare, mobilt: bränsleceller, diesel, hybrider, eldrivna spårfordon, vätgasflyg etc. 18

19 Slutord 1.Framtidens energiomvandlingssystem kommer att vara mer komplexa än dagens och designade utifrån behoven för att maximera nyttan av bränslet i stor som liten skala. 2.Storskaliga lösningar kommer att samverka med småskaliga. 3.Dessa nya (småskaliga) komponenter i energisystemet kommer att öka redundansen och dessutom ge en fungerande energimarknad eftersom växelkursen mellan olika energislag blir uppenbar. 19