Fremtidens energiforsyning, renessanse for kjernekraft?? Viktor A. Wikstrøm jr. Institutt for energiteknikk Verdens energiforsyning Fremtidens energiteknologier Konklusjoner
Fra atom- til energiinstitutt
Visjon IFE skal være et internasjonalt ledende energiforskningsinstitutt og bidra til en omlegging av energiproduksjon- og bruk, i bærekraftig retning G. Randers, IFEs grunnlegger
Institutt for energiteknikk (IFE) JEEP II reaktoren på Kjeller Bredt energiteknologisk FoU-miljø Olje & gass, nye energisystemer, nukleær teknologi og kjernekraftsikkerhet 530 fast ansatte (Kjeller og Halden) Kontraktforskning Omsetning: 550 mill.kr Internasjonalt rettet (40% av inntektene fra utlandet) Fokus på teknologi spin-offs Subsea systemer for olje-gass JEEP Halden II Reactor reaktoren Kjeller
Inntektsutvikling IFE 1995-2006 (Mill.NOK) 500 450 Oppdrags- og andre driftsinntekter Offentlige tilskudd 400 350 300 250 200 150 100 50-1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Mtoe 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 Globalt energiforbruk 1850-2030 Kjernekraft Fornybar Fossil MtCO 2 40000 35000 30000 25000 20000 4000 15000 2000 Kilde: IEA WEO 2002-6, BP, WEC 10000 0 1850 1900 1950 2000 2030
Veksten i globalt energiforbruk 6000 Mtoe 5000 4000 OECD Non-OECD 3000 2000 Kilde: IEA WEO 2002 1000 0 1980-2000 2000-2020
Globale energi-klimapolitiske realiteter Tre hovedutfordringer som ikke er tilfredsstillende adressert i Kyoto-protokollen: 1 Den enorme kortsiktige veksten i energibehovet i U-landene 2 Nødvendigheten av å stabilisere CO 2 -konsentrasjonen i atmosfæren på et akseptabelt nivå hvis IPCC er i nærheten av sannheten i sine langtids scenarier 3 Som konsekvens; å redusere GHG-utslippene drastisk på få tiår eller stå overfor klimaendringer Løsning: Å utvikle og utplassere nye lavutslipps (LE) teknologier i meget stor skala
Energiforskning må ha et globalt perspektiv Forbruksveksten vil skje utenfor OECD-området Klimaproblemene er globale Løsningene er teknologiske og anvendelsene globale
Nok olje og gass 75$ pr.fat-3 kr.pr.l.bensin- Hva skal konkurrere med det? Source: World Energy Outlook IEA 2006
Kullproduksjon regionalt (2002-2030) Kull nok til 400 års forbruk *Other Asia comprises East Asia and South Asia Kilde: WEO 2004
Kina, et nytt kullkraftverk i uken! 40% økt oljeimport i 2006, 3x økning i CO2-utslipp i 2030!
Fremtidens energikilder: Fornybare, kjernekraft og CO 2 -håndtering Zaragoza, 25kW Gass- eller kullkraft med CO 2 -håndtering? Kjernekraft Olkiluoto 3
Fremtidens kraftforsyning Kullkraft med CO 2 -håndtering? Tennesee Valley Coal power plant
Kullkraft med CO 2 -håndtering FutureGen (USA) Samtidig produksjon av elektrisitet og hydrogen President Bush initiativ 27.2.2003 275 MW Demo prosjekt Budsjett: 1mrd.US$ 10 års tidshorisont Byggested ikke valgt (Shortlist med 4 kandidater) Detalj-engineering ut 2007 I drift i 2012 Bilde: US DOE
CO 2 -teknologienes potensial IEAs ETA 2004 scenario Stabilisering av CO 2 -utslippene i 2050 er mulig, forutsatt at: Det må koste noe å slippe CO 2 rett ut av pipa; global avgift på 50$/tCO2! Økonomiske incentiver vil føre til nødvendig teknologisk utvikling og løsninger, og til at de faktisk utplasseres og tas i bruk Lavutslippssteknologier kan bidra vesentlig Stå for ca 20% av verdens elforsyning i 2030 og 56% i 2050 (65% i OECD) Tilsvarer 4-5000 kull- og gasskraftverk Kull viktigst på sikt CO 2 -avgiften gjør også fornybare energikilder lønnsomme på et tidligere stadium Men anslagsvis 18 mrd tonn CO 2 må skilles ut, transporteres og deponeres årlig i 2050 Er dette realistisk? Kan det overhodet etableres og drives en global infrastruktur for 15-20 mrd. t CO 2 årlig? Jfr. 1 mill.tonn i Utsira siden 1996.
Standard CO 2 lagringsmetoder: Sleipner-feltet CO 2 rensing & deponering i Utsiraformasjonen Sleipner A 0 Sleipner T 500m 1000m Utsira Formation CO 2 injection well CO 2 1500m Sleipner East Production and Injection wells 2000m 0 500m 1000m 1500m 2500m Heimdal Formation
Kretsløpsskisse Gruvedrift Naturgass CO 2 Prosesseringsanlegg UTFELT SILIKA Olivin Magnesitt (MgCO 3 ) MgCO 3 MgCO 3 Pressing av blokker
Nye fornybare energikilder Det naturlige svar på klimautfordringene Energiformer Vannkraft; Småkraftverk Solenergi Vindkraft Bioenergi Bølgekraft Geotermisk Tidevann Saltvannsgradienter Hydrogen som energibærer
Avgjørende spørsmål for teknologisk suksess 1 Hva er ressurs-potensialet for teknologien (vind, sol, bølger) - hvilken betydning vil den kunne få i fremtiden hvis vi lykkes? 2 Hva er pris-konkurranse situasjonen fremover, hva er tidshorisonten for at teknologien eventuelt oppnår en betydelig markedsandel (1, 10, 30%)? 3 Hvilke muligheter har vi for industri og næringsutvikling basert på teknologien i Norge? 4 Hva kan (bør) myndighetene gjøre mht. rammebetingelser for å stimulere utviklingen?
200 Status kraftkostnader Sol PV 2006 150 Sol PV 2010 Øre/kWh 100 Bølgekraft 50 Spotpris Bioenergi (norsk kraft 12 mnd) Gasskraft Kjernekraft Vind offshore UK Vind onshore Norge 0 Kilde: NordPool, Hydro, IFE
Hva med vind? Begrenset potensiale globalt, legger beslag på store arealer, høye kostnader
Tehachapi vindpark, Ca Økt motstand i opinionen, både i Norge og internasjonalt. Tehachapi vindpark, California, USACa
Hva med bioenergi? For å bruke biobrennstoff på alle verdens maskiner, må jordens jordbruksareal fordobbles (NG aug-06)! Livsløpsanalyser viser at bioetanol gir like høye klimautslipp som bensin (Prof.E.Hertwich, NTNU, DN 15/2-07).
Hydrogen?
H-2060?
Fornybar elektrisitetsproduksjon En dobbling, men 2002 2030 7% 2% 2% 0% 89% 3% 10% 15% 3% 69% 2 927 TWh 6 126 TWh Hydro Bioenergi Geotermisk Vind Sol, annet Kilde: IEA WEO 2004
TWh 35000 30000 25000 20000 Kull Olje Nye fornybare Kjernekraft Vannkraft Gasskraft 35000 30000 25000 20000 15000 15000 10000 10000 5000 5000 Kilde: IEA WEO 0 0 1971 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2010 2020 2030
N.Y.-el National Geo. Aug-06
Kjernekraft et alternativ? Hovedproblemer Sikkerhet risiko for større ulykker Deponering av høyaktivt avfall Fysisk sikring mot terrorisme; Safeguards Får kjernekraften likevel en renessanse? Olkiluoto 1-2, 3
Status kjernekraft (2005) 443 kjernekraftreaktorer i drift i 31 land Bidrar med 16% av verdens kraftforsyning 33% i EU; 78% i Frankrike, 50+% i Sverige
Kjernekraft en mulig løsning? Sikker kjernekraft? Graderes på IAEAs INES skala (0-7) Større ulykker (4-7) Windscale (1957) Three Mile Island (1979: 5) Tsjernobyl (1986: 7) Tokai Mura (1999: 4) Militære og andre mindre kjente (Kyshtym, Ural 1959: 6) Internasjonal satsing på å bedre sikkerheten Betydelig driftserfaring (12000 reaktorår) Ny teknologi og sikkerhetsforskning (Halden-prosjektet) Internasjonale tiltak (IAEA, NEA, bilateralt) på beredskap, teknologi, sikkerhetskultur, erfaringsoverføring Men dagens kraftverk er relativt gamle design og dagens teknologi er ikke idiotsikker
Ulykkesfrekvens med X eller flere dødsfall per GWår for LPG, kull, gass, olje og kjernekraft Frekvens-Konsekvens kurver gir sannsynlighet for en ulykke med et spesifisert antall døde LPG på topp både i og utenfor OECD Naturgass lavest av de fossile Kjernekraften lavest i OECD; Tsjernobyl dominerer utenfor OECD PSI, Mai 2005
Hva med avfallet? 1 Lav og mellomaktivt avfall LM avfall utgjør nesten alt (i volum) radioaktivt avfall Deponeres i dag relativt uproblematisk (Himdalen) 2 Høyaktivt langlivet avfall - brukt brensel Sverige: Ca. 5000 tonn (år 2000) Finland: Ca. 3000 tonn (etter 40 års drift) USA: Ca. 36000 tonn (2000; Ca. 87000 tonn estimert i år 2040) Norge: Vel 15 tonn; ca. 10 tonn i Halden (60 kg/år); ca. 5 tonn på Kjeller 3 Dagens foretrukne løsning : Deponering i stabile geologiske formasjoner (500-1000m dyp) 4 Public acceptance et problem i de fleste land
Sluttlagring av brukt brensel Deponeres i stabile geologiske formasjoner (500-1000m dyp) Internasjonalt akseptert teknisk løsning i dag Skal gi effektiv beskyttelse mot ytre påkjenninger Virker som barriere mot spredning av radioaktive stoffer i grunnvannet Stabiliteten upåvirket av tenkbare forandringer på overflaten - som ny istid Finske myndigheter har valgt slik løsning i Olkiluoto (2020) Svenske myndigheter vurderer tilsvarende løsning (2025) Olkiluoto Deponi
Deponeringskonsept for brukt brensel Kapslingsrør Brukt brensel Bentonitt leire Overflatedelen av dypdeponiet Brenselspellet av urandioksid Kobbersylinder med støpejern insats Krystallinsk grunnfjell Nedre del av dypdeponiet
Kjernekraft en løsning? Drivkrefter Komparative klima- og miljøfordeler Nesten ingen klimagassutslipp Meget små (~null) radioaktive utslipp ved normal drift Bedre økonomi Forsyningssikkerhet Ny teknologi Basert på 12000 reaktorårs driftserfaring Nye materialer og design som vil gi mer robust brensel, lavere utslipp, sikrere avfallsdeponering og at Sikkerhets- og avfallsproblemene blir løst (teknologisk sett) Betydelig bedre sikkerhet de senere år
Fremtidens energikilder og systemer 400 Klimagassutslipp fra el-produksjon (gc ekvivalenter/kwh) 300 200 100 Kilde: OECD NEA 0 Lignite Coal Oil Gas Solar pv Hydro Biomass Wind Nuclear
Kjernekraft en mulig løsning? Drivkrefter (2) Bedre økonomi Bedre driftspålitelighet (tilgjengelighet) Lavere produksjonskostnader Lavere brenselskostnader Lav prissensitivitet Lengre levetid Økt energieffektivitet Forsyningssikkerhet 74 74 75 76 78 79 79 79 81 82 83 84 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Midlere global tilgjengelighetsfaktor for kjernekraftverk (%) Kilde : IAEA
Elektrisitetspris-sensitivitet for endring i brenselsprisen + 75 % + 5 % Gasspris x 2 Uranpris x 2 Gasskraft Kjernekraft Kilde: NEA
Kjernekraft en mulig løsning? Nye teknologier Dagens kjernekraftverk relativt gamle design Typisk 2. Generasjonsreaktorer fra 1960-70 tallet Nye 3. Generasjons reaktorer på markedet nå Europeisk PWR og US ABWR vil være i markedet de neste 20 år Generation IV (på markedet om 15-20år) Thoriumbaserte reaktorer Fusjonsreaktorer (på markedet om 30-40år?) IOR 2.4.03
Finlands 5. kjernekraftverk Type EPWR Leverandør Framatome Turbinleverandør Siemens Termisk output 4300MW Netto el-effekt 1600MW Driftstrykk 154 bar Damptemperatur 290C Brensel 128t UO 2 El virkningsgrad 37% Olkiluoto 3 Kilde: TVO
VHTR Very High Temperature Reactor Internasjonalt samarbeidsprosjekt Initiativ fra President Clinton Omfatter 10 land + EURATOM Road-map utarbeidet i 2002 6 ulike design videreutvikles Idiotsikker konstruksjon Lukket brenselsyklus På markedet om 15-20 år Hydrogenproduksjonsanlegg Thermal spectrum, once-through uranium cycle Prismatic block/ pebble bed fuels Highly economic (electric efficiency > 50%) Hydrogen production & other process-heat applications Very high temperatures: Above 1000 C
Kjernekraft en løsning? Endret holdning til kjernekraft i markedet? Betydelig vekst i Asia (Japan, S-Korea, Taiwan, Kina) Kina planlegger 40 kjernekraftverk de neste 15 år Ambisiøse planer i India Bare 3% kjernekraft i dag, men planlegger vekst på en faktor 10 neste par tiår og basert på Thorium breedere en ny faktor 10 til 230000 MW (30%) før 2050 Endringer i USAs policy mht. kjernekraft Forlengede driftslisenser for eksisterende anlegg (til 60 år) Kortere lisensieringstid for nye kraftverk Ny Energilov (Garantier for ikke-kommersielle risiki og subsidier for nye typer kjernekraftverk som for eksisterende vindkraft) Holdningsendring i Europa? EUs nye Greenpaper (2007) nøytralt positivt England, Tyskland, Nederland revurderer energiforsyningen The Finnish case Økt oppslutning om kjernekraft (OECDs Gen.sekr. Donald Johnston og lederne for USAs National Labs (Åpent brev til Bush)
Konklusjoner Fire fundamentale energi-klima realiteter: 1 Den enorme kortsiktige veksten i energibehovet i U- landene 2 Fossile kilder dekker 80%+ av det globale energiforbruket, og andelen øker raskt mot 85% 3 CO 2 -utslippene forventes å øke 60% mot 2030 samtidig som det vil bli nødvendig å stabilisere CO 2 -nivåene i atmosfæren (IPCC) 4 Denne utviklingen må snus Det kreves en omlegging av den globale energiforsyning mot energikilder som ikke produserer CO2: Det vil i realiteten si fornybare (sol) og kjernekraft Det fins ingen enkle løsninger
Konklusjoner (2) Får kjernekraften en renessanse? Stadig flere land revurderer nå kjernekraftens rolle i energiforsyningen - som følge av: Alvoret i klimasituasjonen Stadig mer usikker og truet energiforsyning og Ny teknologi - som vil føre til mer robust brensel, lavere utslipp og at sikkerhets- og avfallsproblemene blir løst (teknologisk sett) Forutsetningen er at kjernekraften avdemoniseres At folk flest får tillit til at sikkerheten er god nok og aksepterer bruk av kjernekraft som ett alternativ til økte klimagassutslipp og en truet energiforsyning At kjernekraften vurderes mer nøkternt og sammenholdes mot andre energikilder mht. sikkerhet, miljø- og klimakonsekvenser Prof. James Lovelock (Gaia 2): Kjernekraftens problemer blir små i forhold til klimautfordringene, og de vil gradvis bli løst, i motsetning til klimaproblemene, som bare vil bli verre Renessanse for kjernekraft? For tidlig å konkludere: Det er fortsatt nulltoleranse for alvorlige ulykker
Endringer i norsk opinion? Tekst
Heading Tekst
Konklusjoner 3 Kjernekraft står for 33% av EUs kraftforsyning Klar trend i EU mot mer kjernekraft (forsyningssikkerhet, Kyoto, m.m) Frankrike presser på- toppmøte i EU 8-9. Mars (Storbritannia, Sverige, Spania, Tyskland?) Polen og Baltikum danner atom-kollektiv Bulgaria vil bygge nye kjernekraftverk. Potensielle EU-medlemmer som Ukraina satser stort på kjernekraftverk
Takk for oppmerksomheten Med IPCCs konklusjoner. Er det mulig å ekskludere kjernekraft på et rasjonelt grunnlag?