Energisystemet - historik, nuläge, och framtidsscenarier

Prins Daniel Fellowship

ENERGI – MÖJLIGHETER OCH

DILEMMAN

Energisystemet -

historik, nuläge, och framtidsscenarier

24 nov 2014


Prins Daniel FellowshipMÄNSKLIGHETENS TIO STÖRSTA

UTMANINGAR

1. Energi

2. Vatten

3. Mat

4. Miljö

5. Fattigdom

6. Terrorism och krig

7. Sjukdomar

8. Utbildning

9. Demokrati

10. Befolkningsfrågor

Enligt Richard Smalley, Nobelpristagare i kemi

1996


NI ÄR

VIKTIGA(ST)!

ENERGIen ytterst väsentlig del av vår vardag

ENERGISYSTEMET• Primära källor – Olja, vattenkraft, etc.

• Omvandling/förädling* – Raffinering av råolja

till bensin eller vatten i dammar till elelktricitet

• Överföring* – Elnät, pipelines, oljefartyg

• Lagring* – Vattendammar, oljecisterner,

kärnbränsle, batterier, fossilt, biobränsle

• Användning – Transporter, industri,

uppvärmning, hushåll

• Reglering* – lagar, avgifter,

skatter,subventioner,…. -> Fabian

* Effektivisering och besparing kan ingå i alla led

Tillförsel av energi sker från primära

energikällor, som via energibärare

möjliggör energianvändning inom

industri, bostäder och transporter.

Förluster


ENERGI

I SVERIGE

Elproduktionen i

Sverige varierar

med årstiderna.

Vattenkraft och

kärnkraft står för

merparten av

landets

elproduktion.

El står för ca:

140 TWh per år,

eller ca; ¼ - del

av hela energi-

produktionen.


45%

45%

7% 3%

Försäljning

Vattenkraft

Kärnkraft

Kraftvärme

Vind

Eltillförseln i Sverige (2009)


45%

45%

7% 3%

Försäljning

Vattenkraft

Kärnkraft

Kraftvärme

Vind

Eltillförseln i Sverige (2009)

http://www.energinyheter.se/2014/11/

produktionskostnaden-f-r-el-fr-n-vind-och-vattenkraft-

billigast

http://www.energinyheter.se/2014/11/produktionskostnaden-f-r-el-fr-n-vind-och-vattenkraft-billigast

http://www.energinyheter.se/2014/11/produktionskostnaden-f-r-el-fr-n-vind-och-vattenkraft-billigast


Elanvändning i Sverige

(2012)

FÖRÄNDRINGAR I TOTAL

ENERGITILLFÖRSEL

SEDAN 1970-talet

• Energibehovet har ökat med 30%

• Kärnkraft har tillkommit

• Biobränslen har ökat

• Vattenkraft har ökat

• Vindkraft har ökat

• Andelen och absolutmängden

fossila bränslen har minskat

avsevärt


HUR ANVÄNDS

ENERGI?

4% 11%

25%28%

32%Jordbruk

Service

Hushåll

Industri

Transporter

Energianvändning per sektor inom EU (2007)

UTAN OLJA

STANNAR SVERIGE!

-– fossilenergi

används nästan bara

för transporter (i

Sverige)

ENERGI I

I VÄRLDEN

Prins Daniel FellowshipEltillförseln i USA respektive Frankrike (2009)

7%

20%

4%23%

45%

1% 11%

78%

1%

4%4% 2%

Vattenkraft

Kärnkraft

Annat förnybartinkl. vind

Kol

Gas

Annat fossiltUSA FRANKRIKE

Sedan 1970-talet har

den globala energi-

användningen i stort

sett fördubblats.

Ungefär 80% av

jordens primära

energiförsörjning utgörs

av fossila bränslen.


FOSSILBEROENDET I VÄRLDEN ÄR

ENORMT

Energisituationen i Sverige är alltså radikalt

annorlunda än i världen totalt sett

Scenarior

för redan

kända,

nyligen

upptäckta

och ännu

ej funna

olje- och

gaskällor.

(2009) Källa: IEA

PEAK OILNär tar oljan slut?

Är toppen nådd?

Hur brant sluttar kurvan?

På medellång sikt tar gas

oljans plats.

På längre sikt är det kolet

som tar oljans plats som

främsta energikälla.

Men även för dessa källor

finns en peak.

VEM HAR

KOL?

USA,

Ryssland och

Kina har rika

kolfyndigheter

27

17

13

109

5

19

0,0

7,5

15,0

22,5

30,0

Källa: Tim Appenzeller, National Geographic Magazine

Tids –

perspektiv:

I snabb

takt

utnyttjar vi

ett ändligt

fossilt lager

av

bränslen

ENERGIEFFEKTIVISERING Att spara och effektivisera fungerar oavsett

var energin kommer ifrån; besparings-

potentialen är stor på kort och lång sikt.Detta är den insats som ger störst effekt på

< 10 års sikt.

Bostäder –

gamla och nya

Industriell

produktion

Transporter

och resande

Jordbruk och

matproduktion

KLIMATFÖRÄNDRINGAR

Global

uppvärmning -

en global

utmaning.

Andelen

koldioxid i

atmosfären

ökar ->

ökande

temperatur.

Men skilj på

klimat och

väder!

Carbon

capture and

storage – CCS

– kan göra

fossil energi

”ren(are)”

Fånga upp

och lagra CO2

Tekniker för

att minska

utsläppen av

koldioxid är

under

utveckling.

Lagring av

CO2 kan

dock också

medföra

risker.

Energianvändning per person och år

Nordamerika 48 674 kWh

Europa 28 439 kWh

Mellanöstern 22 727 kWh

Kina 12 033 kWh

Latinamerika 11 041 kWh

Afrika 5 720 kWh

Indien 4 158 kWh

Samband mellan

energianvändning

och tillväxt

Generellt kan man säga

att energianvändningen

per person ökar i takt

med att BNP ökar

På senare tid har

trenden brutits

En titt in i framtiden

Sol-el

Kärnkraft (fission)?

Fusion?Vatten, Vind

Biomassa

Energisystemet just nu - en blandning av

(ökande andel) förnybar och (minskande

andel) ändlig energi

27

17

13

109

5

19

0,0

7,5

15,0

22,5

30,0

US Russia China India Aust. S. Africa Others

Peak oil och peak

gas har passerats

om 30 - 60 år.

Peak coal kommer

mycket senare.

Kol

Fossilt ca: 80 %

Djup geotermisk energi

Solvärme

Artificell

fotosyntes

FRAMTIDSSCENARIER”It’s difficult to make predictions, especially about the future.”

Behovet av

energi kommer

att öka

Källa: EIA

Kina och Indien

står tillsammans

för 50% av den

ökande energi-

användningen

Källa: IEA

OLJAN

MINSKAR

KOLET ÖKAR

FÖRNYBART

TAR PLATS

Källa:

www.paulchefurka.ca/WEAP2/

Energy_GDP_2050.html

3% 8%

25

%

24

%

40

%

USA

7%13

%

44

%

11

%

12

%

13

% 8% 1%

77

%

1%9%

6% 1%

56

%

9%

28

%

10

% 1%

75

%

3%

6%5%

USA 2006

USA 2050

KiNA 2006

KINA 2050

INDIEN 2006

INDIEN 2050

VATTENKRAFT

KÄRNKRAFT

KOL

GAS

OLJA

FÖRNYBART

OBS – dessa ritades

För 3 år sedan

Fracking ändrar scenarierna

VÄRLDENS

ENERGIMIX

LÅNGT I

FRAMTIDEN

Sol

Geotermisk energi

Biobränslen

Vind och våg

Tidvatten

Fusion?

I Sverige

fortsätter

andelen

förnybart

att öka

Källa: KVAs Energikommitté

I Tyskland

produceras

i

genomsnitt

15% av all

el från sol

(ca. 5 %)

och vind

(ca. 10%).

Vissa dagar

60 %

Källa: Prof Robert Schlögl, Fritz

Haber Institut der Max Planck

Gesellschaft.

”Energiwende”

Ökar vind och sol

Stänger Kärnkraft

Minskar kolkraft

Öknar – där solen flödar – finns spridda

över alla tidzoner välden över

B Kasemo

Uthålliga energikällor

• Kärnenergi

• Geotermisk

• Gravitation

Solenergi

• Vattenkraft

• Vind, våg, havsströmmar

• Biomassa

• Solel (solceller)

• Termisk solenergi

• Artificiell fotosyntes (e.g. H2)

• Ångturbiner

– ……………

• Sol

Marknadsandel – sol; < 0.1 %

Utveckling av

solcellsteknik

• Av kristallint kisel ca 20 %

• Av amorft och pc kisel ca 15-18 %

• Tunnfilmssolceller ca 15-18 %

• Grätzelsolceller ca 10 %

• Plastsolceller < 10 %

• .........................

NÄRMAST

OSANNOLIK

EXPANSION

FÖR

SOLCELLER

Framtid?

Elnät som

utgår från de

platser där

förnybara

energikällor

är mest

förekom-

mande.

11 TWh/decemberdag från solceller (160 x 160 km2)

124 TWh dammkapacitet i Norden

Max 11 TWh/d i Europa

Vattenkraft

i Sverige

www.kuhlins.com

HVDC: 3% förlust/1000 km

Bengt Kasemo

SMARTA

NÄT

Med smarta nät

kan

elkonsumenten

också bli

elproducent.

TERMISK SOLEL

Solens ljus används till att koka vatten till

ånga med temperatur på över 300 grader.

Med denna ånga drivs en ångturbin kopplad till

en generator som genererar el.

Solel är på

väg att bli

konkurrens-

kraftig i

förhållande

till annan

elproduktion

Källa: Sci American

Solkraft

och

vindkraft

bidrar till

förnybar

energi i

Europa

Källa: JRC PV Status report (2011), Ispra

EKONOMISKA STYRMEDELElcertifikat är ett sätt att med styrmedel

påverka lönsamheten för olika

energilösningar.



energilösningar.



energilösningar.

Utsläppsrätter, CO2 och andra växthusgaser

CO2 utsläpp regleras med utsläppsrätter. Organisationer

kan köpa och sälja utsläppsrätter. Om priset är tillräckligt

högt per utsläppsrätt kan det leda till att företag i stället för

att köpa utsläppsrätter hellre investerar i minskade utsläpp.

I Europa är kostnaden idag ner mot 5€ ton koldioxid

SUMMERING• Världen är kraftigt beroende av fossil energi.

• Omställning sker mot förnybar energi, men det tar lång tid.

• Kolanvändning (och gas) kommer att öka.

• Kol och/eller kärnkraft erbjuder “brygglösningar” till förnybar energi.

• “Rent kol” är en teknisk realitet (CCS) men utgör också en risk.

• Växthuseffekten är en stor utmaning.

• Energieffektivisering är den kraftfullaste åtgärden på kort sikt.

• Bioenergi är en kraftfull förnybar komponent men konkurrent till mat.

• Solenergi kan lösa stor del av energiförsörjningen på lång sikt.

• Geotermisk energi (ofta djupare än 10 km) har stor potential.

Möjliga frågor att diskutera i skolan• Från vilka källor får olika länder i världen sin energi idag? Hur

ser det ut i Sverige?

• Vem “äger” olika energikällor?

• Hur länge räcker fossila källor och vad menas med “peak oil”?

• Hur (mycket) kan man spara, effektivisera?

• Vad används energin till (industri, transporter, boende,….)?

• Hur fördelas energin mellan olika länder och hur påverkas

levnadsstandarden.

• Hur mycket kostar det att producera energi (el, värme, kyla,

transporter….) från olika källor?

Möjliga frågor att diskutera i skolan• Vilka är de förnybara energikällorna och hur lång tid tar det att

utveckla dem?

• Hur mycket kan de bidra med och vad påverkar priset?

• Hur kan nationella och internationella styrmedel (skatter, lagar,

överenskommelser a la Kyoto,..) användas?

• Hur påverkor de förnybara källorna miljö, ekosystem, klimat?

• Vilka konflikter finns inbyggda i energisystemet?

Energi kontra mat? Miljö och ekosystem?

Klimat? Jämlik fördelning av resurser?

Energi som konfliktorsak - krig?

OBS! Energifrågor är intresseväckare för

naturvetenskap och teknik

Fusion

Strålning

Absorption

Solcell

Elektroner

Elektricitet

Värme

Energi NT

• Energisystemet – en plattform med obegränsademöjligheter och exempel att hitta vardagsförankradeexempel inom N och T (mobiltelefon, bil, hus,…).

• Energisystemet – täcker stora delar av begreppet“uthålligt samhälle” med en mångfald exempel inomN och T (och SO).

Bränsletank

&

Förbränningsmotor

Elbil

Batteri & El-motor

Fossilt bränsle

eller

Biobränsle

(bensin eller diesel)

Fotosyntes

Nu

(bio-

bränslen)

> 100 milj. år

sedan

(fossila

bränslen)

Atmosfär <-> Absorption, spridning,

Moln, gaser (N2, O2, CO2, O3,..), partiklar

Strålning

Elnät,

elledning

Sol-el

Solceller, solpaneler,

solkraftverk

Energi <-> NTFrån presentation vid FND 2014 i Karlstad 6 nov

Forskning i naturvetenskapernas didaktik

För att väcka elevernas intresse för NT-ämnen• Lägesenergi – vatten i kraftverksdammar

• Mekanisk energi, rörelseenergi – turbiner, vindkraftverk, bilar,…

• Kemisk energi – bränslen

• Strålningsenergi – solstrålning

• Kärnfysik – kärnkrfatverk, fusion

• Gravitation – tidvatten

• Elektricitet – generator, solenergi,…

• Fotoner, elektroner – solceller, artificiell fotosyntes

• Energiomvandling

• …….

Kort om projektet

IVA-KVA projektet ”Aspekter på energi” omfattar bl.a.

• ”Energiboken”

• ”Fortbildningsdag i Energi” med tre “föreläsningar”

• Utveckling av “Klassrumsexperiment” (pågår)

Se

http://www.iva.se/energiboken

http://www.iva.se/nyheter/energi-mojligheter-och-dilemman/

www.kva.se

http://www.iva.se/energiboken

http://www.iva.se/nyheter/energi-mojligheter-och-dilemman/

http://www.kva.se

IVA-KVA projektet Aspekter på Energi och

Energiboken - historik• Startade 2005 – ta fram en “enkel” (gymnasienivå) bok,

Energiboken, om energi och energisystemet som var faktakorrekt

och vetenskapligt grundad, och problematiserade de svåra och

komplexa frågorna.

• Målgrupper – lärare, elever, media, beslutsfattare, allmänhet,…

• Lansering 2007, 10.000. Idag >50 000 ex. (Distribueras av Utbudet)

• Fann att lärare var den stora beställargruppen – beslöt utveckla en

Fortbildningsdag för lärare.

• Fortbildningsdagen genomförs i samarbete med FSSC – Föreningen

Svenska Science Centers. Tidigare ca 10 st. Hösten 2014, 5 st.

– Lund, Karlstad, Luleå, Göteborg, Jönköping


TACK!

www.iva.se/energiboken

Frågor och diskussion

Education

Energisystemet - historik, nuläge, och framtidsscenarier