Energilandskapet i endring

Transkript

1 Energilandskapet i endring Anders Elverhøi Energi:UiO Universitetet i Oslo Vebjørn Bakken Senter for Materialvitenskap og Nanoteknologi (SMN) Universitetet i Oslo

2 Innhold Introduksjon Det store bildet Motivasjon Energilandskapet Trender og dramatiske endringer Eksempel: Storbritannia Solenergi Dagens situasjon Fremtiden «Energy for all» Eksempel: Landsbyprosjekter Konklusjoner/oppsummering

3 Energi Hva er energi? Et helt sentralt begrep En indirekte observerbar størrelse Kommer i mange former Vanskelig å gi et enkelt, intuitivt svar! Forutsetning for å gjøre (mekanisk) arbeid "It is important to realize that in physics today, we have no knowledge what energy is." Richard Feynman

4 Introduksjon

5 Det STORE bildet Eksterne Direkte og indirekte solenergi Vannkraft Vind Tidevann/bølge Sol fotovoltaisk Sol termisk Lagret solenergi Biomasse Fossile kilder Interne: Kjernekraft Geotermisk Utfordring: Fakta: For Energien å utnytte som solenergien når jorda i løpet direkte av 1 time, og dekker effektivt verdens kreves: energibehov teknologi for et helt år økonomi/marked og areal!

6 Reality check World Energy Outlook 2009 (IEA): Verdens energikilder i Referanse-scenariet Mtoe Andre fornybare (sol, vind, geotermisk) < 1 % Biomasse 12 % Vannkraft Kjernekraft Fossil energi (gass, olje & kull) 1-2 % 6 % 80 % Mulig konsekvens: Global temperatur stiger 6 C

7 Gtoe Reality check Tre ubehagelige realiteter Energibehovet vil øke 80 % av produksjonen fra fossile kilder CO 2 -utslippene må reduseres til en brøkdel Fornybare Kjernekraft? GtCO Fossile Fra: K. Bendiksen IFE/UiO

8 Reality check Hvilke tiltak vil redusere globale CO 2 -utslipp med 50 % i 2050? Investeringer i ny energiproduksjon: 35 kullkraftverk med CCS 20 gasskraftverk med CCS 30 kjernekraftverk Onshore vindturbiner 3600 Offshore vindturbiner 325 millioner m 2 solceller Hvert år! I tillegg må over halvparten av kuttene komme fra energieffektivisering Fra: K. Bendiksen IFE/UiO

9 Motivasjon for en bærekraftig energifremtid: Klima Forurensning og miljø Begrensede ressurser Forsyningssikkerhet

10 Energilandskapet

11 Energilandskapet

12 Trender Energi og klima er globale utfordringer Forsyningssikkerhet like viktig som miljø Økt satsing på energiforskning både nasjonalt og internasjonalt Tematisk forskning Fokus på innovativ teknologi Fra grunnforskning til kommersielt produkt

13 UiO:Energi Etablerer et tverrfaglig miljø slik at UiO sammen med partnere i Osloregionen om ti år står sentralt i internasjonal energiforskning og utdanning og gir viktige bidrag til å løse verdens energi- og klimautfordringer 13

14 Energilandskapet i endring Brå og uforutsette endringer! Tre sentrale eksempler: Skifergass-revolusjonen Fukushima og effekten på kjernekraft Prisen på solcelle-moduler Vanskelig å spå om fremtiden

15 Skifergass-revolusjonen Først og fremst i USA (foreløpig ) Frigjør naturgass fanget i skiferlag «Fracking» - pumper vann (m/tilsetninger) ned i brønnen med stort trykk og får skiferlaget til å sprekke Fare for miljøeffekter Påvirkning av grunnvann m.m. Møter betydelig motstand

16 Skifergass-revolusjonen Oppstått myter: Skifergass alene vil neppe gjøre USA til nettoeksportør MEN: USAs CO 2 -utslipp har gått ned, gass erstatter kull!

17 Skifergass-revolusjonen Verden splittet i tre markeder Prisen i Europa er kunstig høy Europa «støver ned» - mer bruk av kull Gassfelter som Shtokman får ligge Men hva med europeisk skifergass?

18 Fukushima og effekten på kjernekraft Interessen for kjernekraft: Japan Fra 30 % kjernekraft til nesten null Stor interesse for fornybar energi (vind, sol, geotermisk) Tyskland (Energiwende): Fokus på fornybar energi (60 % i 2050) Utfasing av kjernekraft innen 2022

19 Prisen på solcellemoduler U.S. DoE 2012

20 Eksempel: Energibruk i Storbritannia David JC MacKay : Sustainable Energy - Without the Hot Air (2009)

21 Eksempel: Energibruk i Storbritannia UK 2008 UK 2050? 27 Tap y 18 Elektriske enheter 18 Totalt forbruk 2008: Varme 30 Totalt forbruk 2050: Transport 20 Enheter kwh/d/p, i.e. kwh per dag per person 1 kwh/d tilsvarer en 40W pæres forbruk en hel dag D.J.C. MacKay, 2009

22 Eksempel: Energibruk i Storbritannia Energikilde Kraft/areal Regnvann (lavland) 0.02 W/m 2 Regnvann (høyfjell) 0.24 W/m 2 Vind 2 W/m 2 Offshore vind 3 W/m 2 Solcellepaneler (PV) 5-20 W/m 2 Konsentrert solenergi (ørken) W/m 2 UK: 4000 m 2 per person D.J.C. MacKay, 2009

23 Solenergi er And the winner is Tilgjengelig i enorme mengder Den mest direkte formen for fornybar energi Den mest areal-effektive formen for fornybar energi Gunstig for både lokalt og globalt miljø Mye billigere enn for bare få år siden Så hva er da problemet??? Krever fortsatt betydelige initielle investeringer og betydelig areal Fluktuerende energilagring og/eller balansekraft påkrevd! Photo: REC

24 Fluktuasjoner i fornybar energi Produsert elektrisitet i Tyskland Daglig produksjon i 2012 Vind (grønn) Sol (gul) Frauenhofer ISE & EEX

25 Fluktuasjoner i fornybar energi Tyskland, to dager i mai 2012 Fra 0 til 25 GW til 0 på 12 timer Norsk vannkraft som Europas batteri? Norsk vannkraftkapasitet 30 GW Glem det! Fra: K. Bendiksen IFE/UiO

26 Solenergi

27 Installert kapasitet (MW p ) Norge India Tyskland Verden Rest of world Germany India Norway

28 Fremtidige scenarier for fornybart P. Zacharias, Mat. Sci. Forum , 889 (2009)

29 Fremtidige scenarier for fornybart 6 noder på 3.3 TW hver

30 Fremtidige scenarier for fornybart Illustration: POWERHOUSE

31 Små-skala Solenergi er skalerbart Norge (140 W p ) Kambodsja (100 W p )

32 Medium-skala Solenergi er skalerbart Norge (10-20 kw p ) Tanzania (10 kw p )

33 Stor-skala Solenergi er skalerbart Tyskland (145 MW p ) India (214 MW p )

34 Hva gjør UiO? Forskningspartner i FME-senteret for solcelleteknologi Solar United : 2009 (2014) MNOK Partnere: Institutt for energiteknikk (IFE), SINTEF, NTNU, UiO, Elkem Solar, Norsun, The Quartz Corp., REC

35 Hva gjør UiO? Forsker på fremtidens solceller PV kombinert med nanoteknologi vil gi suksess Solceller med effektivitet på 50-60% er realistisk! Nanopartikler av silisum Sinkoksid transparent, ledende oksid Sink Oksygen Silisium Vanlig silisiumsolcelle Elektron

36 «Energy for all»

37 Tilbake til det STORE bildet World Energy Outlook 2009 (IEA): Antall mennesker uten tilgang til elektrisitet i Referanse-scenariet Sør-Asia Øst-Asia Latin- og Sør-Amerika Afrika sør for Sahara : 1.5 milliarder mennesker 2030: 1.3 milliarder mennesker

38 Topp ti grand challenges milliarder mennesker milliarder mennesker TW TW 1. Energi 2. Vann 3. Mat 4. Miljø 5. Fattigdom 6. Terrorisme & krig 7. Sykdommer 8. Utdanning 9. Demokrati 10. Befolkning R. E. Smalley, Nobel-prisvinner i kjemi 1996, Rice University

39 Topp ti grand challenges Photo: SCANPIX

40 Fornybar energi for kommunikasjon og helse

41 Hensikt Utvikle robust og bærekraftig modell for rural elektrifisering Hele verdikjeden fra produksjon til anvendelse Utvikle forretningsmodeller tilpasset lokal kontekst Kommersielt fokus Skalerbart UiO: Tverrfaglig forskning GP: Økt mobilbruk, CIC, men også samfunnsansvar

42 Frittstående mini-grid (landsbynett) Utstyr 3.5 kw p solcellepaneler 7200 Ah batterikapasitet Ladekontroller, inverter og overføringslinjer Kostnad: $ Abonnenter 140 husholdninger (1 lys hver) 2 templer (gratis lys) Community Information Centre (mini-internett-kafé; strøm på dagtid) Pris Ca. 11 NOK per måned per lys

43 Konklusjoner/ oppsummering

44 Overgangen til en bærekraftig fremtid Energimiks Fossile energikilder vil være viktige i lang tid Gass er bedre enn olje er bedre enn kull Ingen vei utenom lagring av CO 2? Fornybare energikilder vil bli viktigere og viktigere, tempoet styres av Politiske beslutninger Økonomiske virkemidler Teknologiutvikling (inkludert lagring) Ønske om forsyningssikkerhet

45 Overgangen til en bærekraftig fremtid Økte krav Mer krevende for elektrisitetsnettene Økt kapasitet, nye linjer Fleksibilitet på mange nivå «Smarte» nett Mer krevende for forbrukerne Flere mulige energikilder Mer bevissthet rundt forbruk og forbruksmønster Produsent-rolle?

46 Overgangen til en bærekraftig fremtid Det er ikke mangel på energi! Utfordringene: Energi i en fornuftig form og til rett tid Tilgangen til energi (og elektrisitet) er ikke rettferdig fordelt i verden

47 Hva må til? Teknologi Rammevilkår og styring Innovasjon Endringsprosesser Etter Arild Underdal

48 Takk for oppmerksomheten!