ENERGIINNHOLD. Hva er en kwh? ENERGIBRUK. Energikilder og energibærere

Transkript

1 Hva er en kwh? Elektrisk energi for 5-6 øre. 2-3 tunge manuelle dagsverk. F.eks løfte 1 tonn 367 m. (Kollisjon bil-betongmur 1 km/t:.1 kwh) Varme opp 1 l vann fra 2 til 1 o C Smelte ca 1 kg is. ENERIINNHOLD 1 kg kull ca. 8 kwh 1 l olje (bensin, diesel) ca. 1 kwh 1 Sm 3 naturgass ca. 1 kwh Ved, torv, husholdningsavfall ca 3 kwh Bilbatteri < 1 kwh ENERIBRUK Energikilder og energibærere 1 Mallorca tur (pr person) ca. 2 kwh 1 m 2 boligflate oppvarmet 1 år ca. 15 kwh Produksjon av en bil ca. 2 kwh Bilbruk et år (15km) ca. 1 kwh Energikilder: Vann, vind, bøger, havstrømmer, bio, fossile brensler (olje, gass, uran..) Energibærere: Elektrisitet, hydrogen, varmetransport, transportsystemer for fossile brensler. Primær energi Energi og Miljø Teknologi - Samfunn Menneskeligebehov Energisystem/ infr.struk. Energi - tjenester Resirkulering Miljøbelastning Energi og Miljø Hvordan bør vi foreta koblingen mellom primærenergi og energitjenester? Primærenergi Vann Vind Hav (bøger, tidevann) Kjerneenergi. Olje, gass, kull. Sol Bio, avfall. Jordvarme Energitjenester Mekanisk arbeid. Lys. Kommunikasjon Kjøling. Kjemiske prosesser. Oppvarming

2 Hva er bestemmende for valg av energibærer? Utnyttelse av vann, vind, hav og kjerneenergi krever elektrisitet som infrastruktur. od utnyttelse av termiske energikilder favoriserer lokal forbrenning/vannbasert infrastruktur. Økonomi, miljø og ressurstilgang er de faktorer som må vurderes når man skal treffe valg mellom ulike alternativ. Fornybare kilder: Fra solen får vi ca. 14 x Herav: Fornybare ressurser Fotosyntesen ca 12 x Vind bølger havstrømmer ca 44 x Fordampning, nedbør ca 46 x (Mulig vannkraft ca.4 x) x = Det totale forbruk på jorden Overflod av energi. Men: Vi mangler teknologi for en økonomisk utnyttelse World - Reserves to production ratio Oil: R/P ratios Natural gas: R/P ratios by area - Reserves to production ratio World - Reserves to production ratio by area - Reserves to production ratio World North America S. & Cent. America Europe Former Soviet Union Middle East Africa Asia Pacific World North America S. & Cent. America Europe Former Soviet Union Middle East Africa Asia Pacific Norway, the European Energy Supplier 75% 45% 3% O&E RTD Energiforbruk pr innbygger i ulike land referert til verdensgjennomsnitt 1% USA Canada Sverige Australia Norge Finland Tyskland Danmark Frankrike Polen Verden Hydroelectric Power Natural as Reserves Oil Reserves Population

3 Energitilgang og energibruk i Norge Bruk av elektrisitet i Norge i 2 Totalt 111 TWh Produksjon fra ulike energikilder i Norge 2 Totalt TWh Energiforbruk i Norge 2 Totalt TWh 24% 1% 6% 3% 7% 48% Priv. hush. 31% Kraftkrevende ind. 32% 6% 69% 3% 6% Treforedling 7% Vannkraft Råolje Naturgass Ved, avfall Elektrisitet Ved, avfall Naturgass Annet Oljeprodukter Kull/koks Andre næringer 23% Annen ind. 7% Norge eller Danmark som mønsterland? Energiforbruk i boliger, kwh/(m 2 boareal) 35, 288, 318,1 185,2 Norge Sverige Danmark Finland Kilde: Annual bulletin of housing and building statistics for Europe and North America (1996) CO 2 -utslippene. Miljøkonsekvenser ved 1 TWh el-produksjon Skal vi ta klimautfordringen på alvor, er 21 målene bare en begynnelse. Utslipp til luft (1 tonn) Utslipp til deponering (1 tonn) CO 2 SO2 NOx Tungmetaller Aske ips 3) Naturinngrep asskraft 1) Moderate Kullkraft 2) Store Vannkraft Store

4 FORDELIN AV TOTALE UTSLIPP AV KLIMAASSER I NORE I 21 ANDEL UTSLIPP AV ULIKE KLIMAASSER (NORE 21) 19% 28% Olje- og gassutvinning Stasjonær forbrenning 14% Prosessutslipp Landbruk 9% Mobil forbrenning 3% 9% 4% CO2 12% CH4 (Metan) N2O (Lystgass) 75% Andre (HFK, PFK og SF6) CO2 utslipp pr innbygger i ulike land tonn CO2/innb USA Australia Canada Finland Danmark Tyskland Polen Norge Frankrike Sverige Verden Kilde: Oak Ridge Laboratory Hvis halvparten av vår elproduksjon hadde kommet fra gasskraft, ville vi ha ligget på linje med Canada USA Canada Energiforbruk og CO2 utslipp pr innbygger i ulike land referert globalt gjennomsnitt. Sverige Australia Norge Finland Tyskland Danmark Frankrike Polen Verden CO2 utslipp Energiforbruk CO2 utslipp pr. innbygger i ulike land Kilde: Oak Ridge Laboratory Svalbardtall basert på forbrenning av 25 tonn kull/år USA Australia Canada Finland Danmark Tyskland Polen Norge Frankrike Sverige Verden Svalbard CO 2 -frie gasskraftverk. Er det både teknisk og økonomisk mulig? Når kan det skje? Hva er konsekvensene for valg av energibærere?

5 Sleipner CO Deposition 2 Project with injection in the Utsira Aquifer Sleipner T Sleipner A 5m CO 2 Injection Well 1m Utsira Formation 15m CO 2 O&E RTD Sealed Structures 19 Potential for CO Storage 2 2 Storage Capacity (t) 11 Investigating all aspects related to possible deposition/use of CO 2 should be encouraged and promoted! 7 Other Aquifers Norway : 465 EU : 278 O&E RTD Source : Holloway et al : The underground disposal of carbon dioxide. Report from a Joule II Project Sleipner Øst Production and Injection Wells 2m 25m HeimdalFormation 5m 1m 15m T CO 2 is emitted from european Power EU Norway Plants annually Aquifers Oil Reservoirs as CO 2 -frie gasskraftverk. Anvendelsesområder for energibærere Storskala separering og deponering av CO 2 vil være den eneste økonomisk realistiske mulighet. For slike gasskraftverk vil elektrisitet, og senere hydrogen, være de to mulige energibærere. Transportkostnader for energi over 1 km Kull: Jernbane kr/mwh Rørledning (slurry) 2-25 kr/mwh Store skip 2-3 kr/mwh Olje: Jernbane kr/mwh Rørledning 3-4 kr/mwh Supertankere 1-2 kr/mwh Naturgass: 9-16 kr/mwh Elektrisitet: kr/mwh Kjernekraftbrensel:.2-1 kr/mwh Transport av elektrisitet. Dyrt over lange avstander. Billig i detaljdistribusjon. Spesielt er marginalkostnadene for ekstra levering små. Når elektrisitet er ført frem til alle for å dekke el.spesifikke behov, er transportkostnadene for å dekke oppvarmingsbehov små. Energieffektive hus og bruk av varmepumper favorisere bruk av elektrisitet til oppvarming.

6 Oppbygging av elkraftsyst. Vannkraftsystem. Kan ikke velge plassering av kraftstasjonene Varmekraftsystem. Kan til en viss grad velge plassering av kraftstasjoner etter elektrisitet - og varmebehov. Samkjøring. Utnytte ulikheter mellom systemer AC - DC systemer. Hvorfor velges i hovedsak AC? Når velges DC? Hvorfor velge vekselstrømsystemer? Edison valgte jo likestrøm! Er likestrøm mulig med det ambisjonsnivå som går frem av neste bilde? Prinsippskisse av det norske elkraftsystemet: Produksjon 1-2 kv Overføring, hovednett 3-42 kv Import/Eksport Høyspent fordeling kv Lavspent fordeling 23-4 V Kraftstasjon Transformator Understasjon Fordelingskiosk Forbruker Boligblokkgrend NordPoolområdet og det nordiske høyspentnettet med forbindelser til Tyskland, Polen og Russland Typisk utstrekning Hele landet km 2 Region, stor kommune km2 Kommune 5-5 km 2 Hovedfordeling kv 1-5 abb. Hvorfor velge likestrøm? AC-kabel Overføringsbegrensning Maksimal levert aktiv effekt, som sammen med reaktiv produksjon i kabelen gir full utnyttelse, dvs. termisk grenselast Lange kabelforbindelser. Relativt svake forbindelser mellom store AC-systemer Forbindelser mellom asynkrone ACsystemer Behov for ekstra høy overføringskapasitet over en lang distanse. Pmaks/Sterm Antall km kabel 4kV, Sterm=485MVA, 3*63mm2 132kV, Sterm=16MVA, 3*63 mm2

7 Hvorfor velge DC (2)? System 1 System 2 1 MW 5 MW P 12max = 5 MW Reguleringen av systemene skjer proporsjonalt med frekvensavvik. Frekvensavvik medfører store variasjoner på overføringslinjen. Ved store frekvensavvik overbelastes linjen Samkjøring. Et omfattende elkraftsystem kan: utnytte forskjeller i vanntilgang mellom vannkraftverk i ulike land og landsdeler. utnytte forskjeller mellom vannkraftverk og termiske kraftverk, dvs spare brensel i gode vannår og bruke mer brensel i dårlige. muliggjøre akseptabel drift av vindkraftverk muliggjøre at kraftverk kan være gjensidige reserver for hverandre ved feil og havari. Energitilgang vannkraft: NordPool områdets interne kraftutveksling, og utveksling med Tyskland, Polen og Russland. 13. Mars 23 Utnyttelse av vindenergi. Vind kan bare utnyttes med elektrisitet som energibærer. Energitilgangen er ujevn, og kan ikke reguleres Må derfor tilknyttes et kraftsystem hvor det er tilgang til systemtjenester. - Regulering av spenning. - Regulering av frekvens. - Energilager. Oppsummering: Elektrisitetssystemet muligjør utnyttelse av, og samspill mellom ulike energikilder: Vannenergi. Vindenergi. CO 2 -frie gasskraftverk Kjernekraft Bølgeenergi (hydrogen som energibærer?) Osmose ferskvann-saltvann Elektrisitetssystemet utgjør en infrastruktur som når frem til alle. Marginale kostnader ved en høyere utnyttelse er små.

8 Energiomforming og energitransport i 225 Spillvarme Lagring Omg.varme Fjernvarme Varmepumpe Elektrisitet assturbin Brenselcelle Hydrogen Naturgass CO 2 - deponering Reformering assifisering Vindkraftverk Vannkraftverk Vannelektrolyse Forbrenning Solcelle Varme Biomasse