EcoManage brukermøte 27. januar 2014 WP 2: Indeksar for energieffektivitet Framdrift 2013 Ingunn Saur Modahl, Hanne Lerche Raadal og Tor Haakon Bakken Mål Vurdere ulike energiindikatorar (EPR, NER og CED). Analysere energieffektiviteten av elektrisitetsproduksjon for ulike typar energiteknologiar ved hjelp av desse energiindikatorane. Rapportering (2012). Artikkelskriving og publisering (2012/2013)
Presentasjon Metodikk og systemgrenser (publiserte audioslides) Resultat for ulike energiteknologiar (vatn, vind, bio, naturgass og kol) Oppsummering og konklusjonar http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0301421513009294
* Stadion 4, 1671 Kråkerøy, Norway. E-mail: ism@ostfoldforskning.no Assessment of major electricity generation technologies based on different energy indicators the effect of system boundaries Energy Ratio Ingunn Saur Modahl* and Hanne Lerche Raadal (both Ostfold Research, Norway), Luc Gagnon (Energy and Climate Change consultant, Canada) and Tor Haakon Bakken (SINTEF Energy Research, Norway)
Aim Improve the basis for the comparison of energy products. The paper is based on results for hydropower, wind power and electricity from biomass, gas and coal, and discusses how system boundaries affect the results of the various energy indicators.
1. All required energy is included. 2. A selection of activities (and energy) is included. Extraction, processing and transport equipment Generation plant equipment Infrastructure A A1 A2 Extracted energy Q Extraction, processing and transport of fuel. R Generation plant W X Final energy product Operation B B1 B2 C Extraction, processing and transport Maintenance of generation plant Fuel losses Energy conversion losses at generation plant
Table 1 Energy indicators. System Indicator/ calculation boundaries Embedded energy included. Embedded energy not included as invested energy (the denominator ). Based on W/(A+B). CED = Cumulative Energy Demand = (A+B+Q)/W NER = Net Energy Ratio = W/(A+B+Q) EPR = Energy Payback Ratio = W/(A+B) Net Energy Payback Energy budget Energy ratio EROEI = Energy Return on Energy Investment External Energy Ratio = W/(A+B) fossil Description All primary energy required to build, maintain and supply the system, divided by the final energy product generated during a system lifespan. Final energy product generated during a system lifespan, divided by the fossil energy required to build, maintain and supply the system. Final energy product generated during a system s lifespan, divided by the primary energy required to build, maintain and supply the system. Identical to EPR. Electricity delivered to the grid divided by (fossil fuel energy consumed within the system, minus the energy contained in the fuel fed to the power plant).
kwh/kwh Results 1 000 High value is preferred. EPR 487,0 Examples of changed ranking EPR CED 301,4 Low value is preferred. 100 10 1 Vold et al. (1998), Suldal II CED 1,2 1,1 Vold et al. (1998), Svartisen 1,8 Germany (DE), h=43,7% 2,8 2,8 3,2 3,2 ERCOT, h=35,3% 1,3 NORDEL, h=41,6% 2,3 4,3 Czech Republic (CZ), h=26,0% Hydropower (reservoir) Electricity from natural gas Electricity from coal
For metodikk og systemgrenser Conclusions The ranking between power producing cases is dependent on the choice of energy indicator, due to the differences in system boundaries of these indicators. Future assessments should focus on a smaller set of energy indicators. CED should be included as it is the most universal indicator. In addition, it can be split into the different energy sources and life cycle stages, hence CED can give added information compared to most other indicators.
EPR (kwh/kwh) CED EPR Resultat for ulike energiteknologiar Middelverdi og høgaste/lågeste verdi i datasettet er vist 550 EPR 500 450 400 5,0 CED 350 300 250 200 150 40 100 EPR EPR Høgverdi = høg energieffektivitet 4,5 4,0 3,5 CED Låg verdi = høg energieffektivitet 35 50 0 30 25 Hydropower Wind power Electricity from biomass Electricity from natural gas Electricity from coal 3,0 2,5 20 15 2,0 10 5 1,5 0 Hydropower Wind power Electricity from biomass Electricity from natural gas Electricity from coal 1,0 Hydropower Wind power Electricity from biomass Electricity from natural gas Electricity from coal
kwh/kwh 1 000 High value is preferred. EPR 487,0 Examples of changed ranking EPR CED 301,4 Low value is preferred. 100 10 1 Vold et al. (1998), Suldal II CED 1,2 1,1 Vold et al. (1998), Svartisen 1,8 Germany (DE), h=43,7% 2,8 2,8 3,2 3,2 ERCOT, h=35,3% 1,3 NORDEL, h=41,6% 2,3 4,3 Czech Republic (CZ), h=26,0% Hydropower (reservoir) Electricity from natural gas Electricity from coal
Resultat for ulike energiteknologiar CED fordelt på energikjelder Fossil energi Kjernekraft Fornybar energi Total (ikke oppsplitta)
CED kwh/kwh elektrisitet Resultat for elektrisitet frå biomasse CED fordelt på energikjelder og livsløpsfasar 3,5 CED electricity from biomass Unspecified (including energy from waste) Renewable energy Nuclear energy Fossil energy 3,5 Total primærenergibruk Cumulative Energy Demand (CED) Fordelt på livsløpsfasar Pelletering 3,0 3,0 Tørking 2,5 2,5 2,0 2,0 Elproduksjon Pressing/pelletering Tørking 1,5 1,5 Flising Transport til terminal Skogsdrift 1,0 1,0 Energi i råvare 0,5 0,5 0,0 Wood chips from thinnings (electrical chopper) Wood chips from thinnings (diesel fuelled chopper) Wood chips from forestry waste (chopping at terminal, electrical) Wood chips from forestry waste (chopping at forest road, diesel fuelled) Briquettes/pellets from sawdust (30% moisture) Briquettes/pellets from sawdust (50% moisture) 0,0 Flis frå tynningsvirke (elektrisk flishoggar) Flis frå tynningsvirke (dieselbasert flishoggar) Flis frå GROT (flising ved terminal, elektrisk) Flis frå GROT (flising ved skogsbilveg, diesel) Brikettar/pellets Brikettar/pellets frå sagflis (30% frå sagflis (50% fukt) fukt) Treflis Brikettar frå sagflis med 30% og 50% fukt Treflis Brikettar frå sagflis med 30% og 50% fukt
The aim of this paper is to improve the basis for the comparison of energy products. Q Oppsummering av metodikk og systemgrenser - ein analogi Infrastructure Extracted energy Operation Energi-indikatorar for elektrisitet EPR = W/(A+B) CED = (A+B+Q)/W A Q B Extraction, processing and transport of fuel. A Extraction, processing and transport equipment A1 B1 R B Extraction, processing and transport Generation plant Generation plant equipment A2 B2 C Maintenance of generation plant W X Fuel losses Energy conversion losses at generation plant Final energy product W Produsert mengde elektrisitet i forhold til energiinvesteringar i infrastruktur, transport og vedlikehold (brenslet er ikkje med). Investert energi per produsert mengde elektrisitet. Kostnadsindikatorar for bilkjøring Antall km kjørt gjennom levetida til bilen per investert krone ved kjøp av bil (kostnaden for drivstoff er ikkje med). Alle kostnadar, inkludert drivstoff, per km kjørt gjennom levetida til bilen.
Research highlights frå artikkelen There is a need for stricter standardisation of energy performance assessments. System boundaries for renewable sources should be harmonised. One should focus on a smaller set of indicators. CED should be included.
Konklusjonar Vasskraft har klart høgast energieffektivitet samanlikna med dei andre vurderte elektrisitetsteknologiane, etterfulgt av vindkraft. Opprusting og utviding av vasskraftanlegg har høg energieffektivitet. Termisk produsert elektrisitet frå bioenergi, gass og kol har generelt mykje lågare energieffektivitet enn vasskraft og vindkraft. EPR har mindre omfattande systemgrenser enn CED. EPR kan likevel vere ein nyttig indikator når målet er å samanlikne bruk av investert energi (utover primærenergikjelda i seg sjøl). Kan vere interessant ved samanlikning av elektrisitet basert på fornybare energikjelder. CED gir generelt eit meir heilheitleg bilde enn EPR, og kan i tillegg splittast opp for å synleggjere enkeltbidrag (infrastruktur, transport, prosessering, vedlikehald osv).
Energiindikatorar - definisjonar Extraction, processing and transport equipment Generation plant equipment Infrastructure A A1 A2 Extracted energy Q Extraction, processing and transport of fuel. R Generation plant W X Final energy product Operation B B1 B2 C Extraction, processing and transport Maintenance of generation plant Fuel losses Energy conversion losses at generation plant A B Q X W Energi brukt til bygging av infrastruktur for utvinning, prosessering og transport av brensel/energikilde (A1) og til infrastruktur ved omforming til elektrisitet. Energi brukt til utvinning, prosessering og transport av brensel/energikilde (B1) og til vedlikehold av omformingsanlegget (B2). Mengde primærenergi som trengs for å produsere en bestemt mengde (1 kwh) levert energi. Den delen av Q som ender opp som W er i rapporten omtalt som embedded energi. Energitap gjennom omformingsprosessen. Levert energi.
Energiindikatorar - definisjonar Extraction, processing and transport equipment Generation plant equipment Infrastructure A A1 A2 Extracted energy Q Extraction, processing and transport of fuel. R Generation plant W X Final energy product Operation B B1 B2 C Energy Payback Ratio (EPR) Cumulative Energy Demand (CED) EPR = W/(A+B) CED = (A+B+Q)/W Extraction, processing and transport Maintenance of generation plant Fuel losses Energy conversion losses at generation plant Viser hvor mye elektrisitet som blir produsert i forhold til energiinvesteringer i infrastruktur, transport og vedlikehold, men inkluderer ikke den primærenergien som trengs for å dekke konverteringstapet. Høye verdier betyr høy energieffektivitet. Introdusert for vurdering av brensel. Viser hvor mye energi som er investert per produsert mengde elektrisitet. Alltid > 1. Kan i tillegg vise fordeling på livsløpsfaser og energikilder. Lave verdier betyr høy energieffektivitet.