Energisystemet i endring

Transkript

1 Energisystemet i endring Hva kan termisk solenergi itilfø tilføre? John Rekstad Fysisk institutt, UiO Aventa AS J. Rekstad, UiO:Energi,

2 Det globale energiforbruket øker en eksistensiell utfordring? Noenland harkunnet vise at energiforbruket reduseres samtidig som økonomisk vekst opprettholdes? J. Rekstad, UiO:Energi,

3 Til ettertanke: Hvordan skaffe tilstrekkelig energi til en voksende befolkning uten at den termiske ogklimatiskebalansen på planeten skal ødelegges? Et etisk dilemma at 3 4 generasjoner utvinner og bruker storparten av de letttilgjengeligefossile energiressurser som er blitt dannet gjennom flere 100 millioner av år. Energi er den eneste naturressurs som ikke kan gjenvinnes Svaret synes å være fornybar energi J. Rekstad, UiO:Energi,

4 Soloppvarmet hus fra 1977 Erfaringer fra 37 års drift: Netto utbytte fra solfanger: kwh/år (ca. 35 % av varmebehov) Totalt: kwh Samlede vedlikeholdskostnader: NOK 1000,- J. Rekstad, UiO:Energi,

5 Programmet Noen betraktninger om energibruken Elektrisitet some energibærer Varmebehovet i framtidas bygg Solvarme globalt Solvarme i Norge, noen eksempler Utfordringene til energisystemet J. Rekstad, UiO:Energi,

6 Termisk solenergi har bare plass i markedet dersom det er et varmebehov I dag utgjør en vesentlig andel av energibruken varme til bygninger og prosesser. Hvor stort vil dette behovet være i framtida? J. Rekstad, UiO:Energi,

7 Det globale energisystemet Den globale energiproduksjonen øker fortsatt Sammenlikning mellom årene 1973 og 2012 viser: Energiproduksjonen har økt med Mtoe til 219 % av 1973 nivå Kull og naturgass har økt sin andel på bekostning av olje. Kull har økt med Mtoe (258 %) Naturgass har økt med Mtoe (291 %) Tallmaterialet er hentet fra IEA Outlook 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

8 Samlet energiforbruk fordelt på sektorer Energiforbruket fordeler seg på tre tilnærmet like store sektorer Tallmaterialet er hentet fra IEA Outlook 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

9 Energikilder/bæreres fordeling på sektorer Endring i fordelingen fra 1973 til Mindre bruk av kull i sektorene th other og transport, t mertilel produksjon l Tallmaterialet er hentet fra IEA Outlook 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

10 Hvor stort er varmebehovet? Forbrukssegmentet Other omfatter bygningsmassen (boliger, andre bygg og privat forbruk og forbruk innen næringsvirksomhet). Hvor stor andel representerer varmebehovet? bh Også innen segmentet Industri er det et varmebehov Stor mangel på pålitelige data! Fra fordelingen av energikilder til sektoren others kan anslås at varme representerer minimum 60 % J. Rekstad, UiO:Energi,

11 Romvarme i eneboliger og rekkehus, boliger Målt energiforb bruk til op ppvarmin ng i kwh/ /m 2 år Beregnet oppvarmingsbehov i kwh/m 2 år Kilde: J. Rekstad, UiO:Energi,

12 Økning i elforbruk i ulike sektorer fra Brutto effektivitet ved produksjon av el fra primærenergi: 1973: 37,4 % 2012: 42,0 % Other 717,7 60,5 % Industry 452,8 38,2 % transportt 15,4 13% 1,3 Storparten av primærenergien sløses bort (Men Norge er unntaket) Tallmaterialet er hentet fra IEA Outlook 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

13 Det norske energiforbruket (fastlandet) Data fra SSB viser litt andre tall enn IEA Outlook Energifo orbruk i GWh Sk Sektoren andre, som er dominert av energiforbruk i husholdninger ogi den øvre 0 bygningsmassen, er relativt sett større enn i andre land. Gjennomsnitt el andel i sektoren th others er globalt lt44 %, i Norge 71 % J. Rekstad, UiO:Energi, ,0 % 70,0 % 60,0 % 50,0 % 40,00 % 30,0 % 20,0 % 10,0 % 00% 0,0 Totalt energiforbruk i sektorer i 2012 Andre Industri Transport El andel av netto innenlands forbruk Andre Industri Transport TOTALT Tallmaterialet er hentet fra SSB 2014

14 Energiforbruket i norske boliger. Hjelper det å isolere? BUILDING CODES AND REGULATION Building envelope Windows Year U value Year U value W/m 2 K W/m2K , , , , , , , , , , ,2 Energy consumption in 2009 Building year Per m 2 Per person Ratio kwh kwh Before , , , ,7 Yearly energy consumption in kwh/m Source: SSB , and later ,4 J. Rekstad, UiO:Energi,

15 Mer om energiforbruk i norske boliger boliger ENERGIFORBRUK I 2009 i forhold til hus oppført i BYGGEÅR pr. m2 pr. person Forhold Før % 102 % 99 % % 105 % 97 % % 89 % 86 % % 100 % 100 % % 70 % 82 % 1997 og senere 91 % 70 % 77 % Flere forklaringer på redusert energiforbruk i moderne bygg: J. Rekstad, UiO:Energi, Økt tilgang påmindre energiforbrukende boliger? Mindre areal per person? Flest nye boliger i i varmere deler av landet? Mindre energi til oppvarming, mer til andre formål ål? Source: SSB 2014

16 Den norske boligmassen i 2011 Andre bygninger: , hvorav minst har varme og VV forbruk. Tallmaterialet er hentet fra SSB 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

17 Våningshus og eneboliger øker minst Trend i perioden : Tilvekst bygg: Tilvekst boenheter Eneboliger: (1,5 %) Tomannsboliger: (12,2 %) Rekke/kjedehus (8,3 %) om 3 i rekke Blokker: (8,9 %) om 10 per blokk Størst tilgang på mindre energiforbrukende boliger Flest nye boliger i varmere strøk av landet J. Rekstad, UiO:Energi,

18 Termisk solenergi globalt Tallmaterialet er hentet fra IEA SHC, Solar Heat Worldwide, oktober 2014 J. Rekstad, UiO:Energi,

19 Maksimal effekt og årlig energiprodusjon fra ulike fornybare energikilder J. Rekstad, UiO:Energi,

20 Hvor utnyttes termisk solenergi? J. Rekstad, UiO:Energi,

21 Total installert kapasitet fordelt på solfanger typer GLOBAL FORDELING EUROPA J. Rekstad, UiO:Energi,

22 Markedsutviklingen J. Rekstad, UiO:Energi,

23 Endring i markedet i ulike regioner Negativ markedsvekst har sammenheng med sterk vekst i foregående år. I Europa ble det solgt 3, 09 mill. M 2 solfangere i 2012, svarende til en omsetning på ca. 6,7 milliarder NOK J. Rekstad, UiO:Energi,

24 Termisk solenergi i Norge Ny fornybar energi i Norges energisystem Hva er rasjonalet bak å stimulere til mer introduksjon av ny fornybar energi i et land der utsiktene framover er at vårt elnett vilvære være proppfullt av vannkraft på grunn av øktproduksjon ogen etterspørselsvekst som ikke henger med? Nye overføringskabler til kontinentet vil kunne bidra til å låse opp den innestengte norske vannkraften, og virke som en inspirasjon for mer bruk av ny fornybar energi i Norge. At det finnes et hjemmemarked for ny teknologi og nye produkter innen fornybar energi er viktig dersom norsk industri skal kunne konkurrere i det raskt voksende internasjonale markedet. J. Rekstad, UiO:Energi,

25 Solfangerareal i noen land Norge har kommet over bunnlinjen J. Rekstad, UiO:Energi,

26 Nye byggeforskrifter et viktig insentiv for fornybar energi Bygning over 500 m² oppvarmet BRA skal prosjekteres og utføres slik at minimum 60 % av netto varmebehov bh kan dekkes dkk med annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler hos sluttbruker. Bygning inntil 500 m² oppvarmet BRA skal prosjekteres og utføres slik at minimum 40 % av netto varmebehov kan dekkes med annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler hos sluttbruker. Godkjenning baseres på beregnet energibehov ut fra isolasjonsgrad, gjenvinning fra ventilasjonsluft, standard varmtvannsforbruk og romtemperatur. Men hvor godt gjenspeiler disse beregninger virkeligheten? J. Rekstad, UiO:Energi,

27 Rudshagen passive houses HUS A: sol HUS B: varmepumpe Hus A er dreid 90 i forhold til Hus B (Photo Tove Lauluten) Identiske passivhus med boflate 116 m 2 Byggherre: OBOS Hus A: 18,9 m 2 solfanger i sydfasade Hus B. Luft-vann varmepumpe Normalisert el-forbruk i 2013: Hus A kwh, Hus B kwh (diff. 20%) Kilde: M.Meir, E.Murtnes, A.Dursun J.Rekstad J. Rekstad, UiO:Energi,

28 Romvarmebehov midtsommers 70,0 60,0 Ambient and heat store temperatures july W 890 W 300 W 50,00 erature ( C) 40,0 Temp 30,0 20,0 10,00 07: : : Date and time 19: Ambient Bottom Centre Top Energi brukes til romvarme strakt utetemperaturen faller under 17 C J. Rekstad, UiO:Energi,

29 Varmens andel av det totale energiforbruket Målt elektrisitetsforbruk i 2013: Hus A (sol): El til varme kwh 63 % av totalt elforbruk på kwh Hus B (vp): El til varme kwh 65 % av totalt elforbruk på kwh I tillegg kommer fri energi fra varmepumpe eller solfanger Beregnet totalt netto energiforbruk til varme: Hus A og Hus B har begge samme forventningsverdi: kwh J. Rekstad, UiO:Energi,

30 Bred enighet om at energibehovet er større enn beregnet Fra møte i Lavenergiutvalget den 21 oktober 2014 Så å si alle de målte boligene har et større energiforbruk enn beregnet på forhånd. Mye av det økte forbruket skyldes større bruk av elektriske apparater og høyere innetemperaturer enn beregnet, fortalte Inger Andresen, sjefforsker i Sintef Byggforsk, på et frokostseminar i Oslo tirsdag. Hun redegjorde for foreløpige resultater av forskningsprosjektet hun leder. Det kalles EBLE evaluering av boliger med lavt energibehov. Når beboernes forbruk gang på gang viser seg å være høyere beregningene, kan det få flere konsekvenser, poengterte Arnkell Petersen i ingeniørfirmaet Erichsen & Horgen. Folk lkhar for god råd til at de bryr seg om litt økte strømregninger. Bor de i lavenergiboliger, vil de jo uansett få et lavt energiforbruk, fastslo en annen av innlederne, John Rekstad Han er overrasket over at de unge familiene som bor i husene, skrur på varmen så snart utetemperaturen går under 17 grader. J. Rekstad, UiO:Energi,

31 Oppsummert Energi til romvarme er fortsatt betydelig selv i passivhus. Ønsket romtemperatur er ofte langt høyere enn forutsatt ved beregninger av varmebehov. Materialer somfeks f.eks. keramiske flisegulv, fører til varmebehov ogsåom om sommeren. Beredertemperatur på 75 0 C med begrunnelse i Legionella reduserer utbytte fra solfangere og varmepumper. Underestimering av varmebehov fører til underdimensjonering av varmepumper/solfangere. Dette fører kanskje til noehøyere energiutbytte, men redusert dekningsgrad. Et underlig krav i forskriftene om at rekkehus med samlet boareal over 500 m 2 skal klvurderes som boligblokk bl og ikke som villa reduserer bruk av solenergi. J. Rekstad, UiO:Energi,

32 Solfangeres ytelse Solfangere leverer i gjennomsnitt mellom 300 og 450 kwh/m 2 år avhengig av type anlegg og energidekningsgrad. Kan dekke % av det årlige varmebehovet i en bygning i sør Norge. Den viktigste faktoren er størrelsen og årstidsvariasjonen i varme behovet som skal dekkes. J. Rekstad, UiO:Energi,

33 SOLVARME POTENSIAL Dersom samtlige bygninger i Norge (4 mill) utstyres med 10 m 2 solfangere blir netto energiproduksjon 16 TWh årlig. Mer realistisk: En årlig vekst på 20 % fram til 2030 vil gi en årlig solvarmeproduksjon på 430 GWh Investering pr årsprod. kwh: kr. 5,0 Land Energiprod/år Potensial TWh TWh Norge 0,016 0,43 Sverige 0,18 4,79 Danmark 0,244 6,50 Polen 0,48 12,8 Østerrike 222 2,22 59,1 Tyskland 7, Kina 103, J. Rekstad, UiO:Energi,

34 Solfangere må bli en del av arkitekturen J. Rekstad, UiO:Energi,

35 Solvarme: Bygningsindustrien må involveres Samarbeid med bygningsindustrien betyr: blir dl del av byggeprosessen spart tid og penger optimal koordinering optimal logistikk installatører på plass J. Rekstad, UiO:Energi,

36 NorDan Solar, et eksempel NorDan Solar består av en energiproduserende solfanger som monteres inn i en vindusramme bak et spesialglass. Solfangeren kobles med en rørforbindelse (Uponor) til en spesialdesignet varmtvannsbereder (OSO), som er optimalisert for dette konseptet. J. Rekstad, UiO:Energi,

37 Solenergi utfordrer energibransjen Historisk har det vært en utvikling fra individuell og lokal energidekningen til løsninger gjennom kollektive, gjerne statlige, g, tiltak der energi er en handelsvare som leveres kunder. Dette er praktisk og naturlig dersom energi produseres i store og sentrale anlegg, og energien distributeres gjennom infrastruktur for elforsyning, gass eller varme distrusjon distrusjon. Energitettheten i fornybare energikilder er liten, og tilgangen er uforutsigelig og varierende. Det kreves store innsamlingsarealer for å hente inn energimengder i en størrelsesorden som det moderne industrialiserte og postindustrielle e samfunn har behov for. I tillegg til ds distribusjonssystemet ssyse e for energien vil det også kreve en infrastruktur for innhenting av energien. Spørsmålet som må reises er om denne sentraliseringsmodellen er like velegnet innenfor et fornybarregime. J. Rekstad, UiO:Energi,

38 Sentralisert produksjon J. Rekstad, UiO:Energi,

39 Lokal produksjon øker J. Rekstad, UiO:Energi,

40 Ny nettverksløsning nødvendig J. Rekstad, UiO:Energi,

41 Energilagring er hovedutfordringen J. Rekstad, UiO:Energi,

42 Termisk solenergi innebærer energilagring på sluttbrukertrinnet J. Rekstad, UiO:Energi,

43 Varmelager en effektiv måte å redusere effekt i nettet Ved å benytte varmelagere med kapasitet til ett døgns varmebehov i solvarmeanlegg til moderering av tilført el, vil effekttoppen kunne reduseres med minst 30 % J. Rekstad, UiO:Energi,

44 Effektbehovet til varme Rudshagen Ol Oslo. Hus A har solvarmeanleggmed l varmelager Hus B har varmepumpe Varmelager reduserer det maksimale ki effektbehovet J. Rekstad, UiO:Energi,

45 Konklusjoner Vi må forvente en gradvis overgang til fornybare energikilder kld Fortsatt et betydelig varmebehov til tross for passivhus, nullhus og plusshus. Solvarme har derfor en plass i det framtidige markedet Norge er kanskje ikke det beste stedet med overskudd av el Hjemmemarked er viktig for at norske virksomhere skal kunne konkurrere på fornybar markedet. Distribuert energiproduksjon er en utfordring for energiselskapene, hvordan vil de tilpasse seg? Energilagring på slutt brukertrinnet i energikjeden er et viktig bidrag som termisk iksolenergi ikan tilby. J. Rekstad, UiO:Energi,