Energisystemet - historik, nuläge, och framtidsscenarier
- 1. Prins Daniel Fellowship ENERGI – MÖJLIGHETER OCH DILEMMAN Energisystemet - historik, nuläge, och framtidsscenarier 24 nov 2014
- 4. Prins Daniel Fellowship MÄNSKLIGHETENS TIO STÖRSTA UTMANINGAR 1. Energi 2. Vatten 3. Mat 4. Miljö 5. Fattigdom 6. Terrorism och krig 7. Sjukdomar 8. Utbildning 9. Demokrati 10. Befolkningsfrågor Enligt Richard Smalley, Nobelpristagare i kemi 1996
- 5. Prins Daniel Fellowship NI ÄR VIKTIGA(ST)!
- 6. ENERGI en ytterst väsentlig del av vår vardag
- 7. ENERGISYSTEMET • Primära källor – Olja, vattenkraft, etc. • Omvandling/förädling* – Raffinering av råolja till bensin eller vatten i dammar till elelktricitet • Överföring* – Elnät, pipelines, oljefartyg • Lagring* – Vattendammar, oljecisterner, kärnbränsle, batterier, fossilt, biobränsle • Användning – Transporter, industri, uppvärmning, hushåll • Reglering* – lagar, avgifter, skatter,subventioner,…. -> Fabian * Effektivisering och besparing kan ingå i alla led
- 8. Tillförsel av energi sker från primära energikällor, som via energibärare möjliggör energianvändning inom industri, bostäder och transporter. Förluster
- 9. Prins Daniel Fellowship ENERGI I SVERIGE
- 10. Elproduktionen i Sverige varierar med årstiderna. Vattenkraft och kärnkraft står för merparten av landets elproduktion. El står för ca: 140 TWh per år, eller ca; ¼ - del av hela energi-produktionen.
- 11. Prins Daniel Fellowship 45% 45% 7% 3% Försäljning Vattenkraft Kärnkraft Kraftvärme Vind Eltillförseln i Sverige (2009)
- 12. Prins Daniel Fellowship 45% 45% 7% 3% Försäljning Vattenkraft Kärnkraft Kraftvärme Vind Eltillförseln i Sverige (2009) http://www.energinyheter.se/2014/11/ produktionskostnaden-f-r-el-fr-n-vind-och-vattenkraft-billigast
- 13. Prins Daniel Fellowship Elanvändning i Sverige (2012)
- 14. FÖRÄNDRINGAR I TOTAL ENERGITILLFÖRSEL SEDAN 1970-talet • Energibehovet har ökat med 30% • Kärnkraft har tillkommit • Biobränslen har ökat • Vattenkraft har ökat • Vindkraft har ökat • Andelen och absolutmängden fossila bränslen har minskat avsevärt
- 15. Prins Daniel Fellowship HUR ANVÄNDS ENERGI? 4% 11% 25% 28% 32% Jordbruk Service Hushåll Industri Transporter Energianvändning per sektor inom EU (2007)
- 16. UTAN OLJA STANNAR SVERIGE! -– fossilenergi används nästan bara för transporter (i Sverige)
- 17. ENERGI I I VÄRLDEN
- 18. Prins Daniel Fellowship Eltillförseln i USA respektive Frankrike (2009) 7% 20% 23% 4% 45% 1% 11% 78% 1% 4% 4% 2% Vattenkraft Kärnkraft Annat förnybart inkl. vind Kol Gas Annat fossilt USA FRANKRIKE
- 19. Sedan 1970-talet har den globala energi-användningen i stort sett fördubblats. Ungefär 80% av jordens primära energiförsörjning utgörs av fossila bränslen.
- 20. Prins Daniel Fellowship FOSSILBEROENDET I VÄRLDEN ÄR ENORMT Energisituationen i Sverige är alltså radikalt annorlunda än i världen totalt sett
- 21. Scenarior för redan kända, nyligen upptäckta och ännu ej funna olje- och gaskällor. (2009) Källa: IEA
- 22. PEAK OIL När tar oljan slut? Är toppen nådd? Hur brant sluttar kurvan?
- 23. På medellång sikt tar gas oljans plats. På längre sikt är det kolet som tar oljans plats som främsta energikälla. Men även för dessa källor finns en peak.
- 24. VEM HAR KOL? USA, Ryssland och Kina har rika kolfyndigheter 27 17 13 10 9 5 19 0,0 7,5 15,0 22,5 30,0 Källa: Tim Appenzeller, National Geographic Magazine
- 25. Tids – perspektiv: I snabb takt utnyttjar vi ett ändligt fossilt lager av bränslen
- 26. ENERGIEFFEKTIVISERING Att spara och effektivisera fungerar oavsett var energin kommer ifrån; besparings-potentialen är stor på kort och lång sikt. Detta är den insats som ger störst effekt på < 10 års sikt. Bostäder – gamla och nya Industriell produktion Transporter och resande Jordbruk och matproduktion
- 28. Global uppvärmning - en global utmaning. Andelen koldioxid i atmosfären ökar -> ökande temperatur. Men skilj på klimat och väder!
- 29. Carbon capture and storage – CCS – kan göra fossil energi ”ren(are)” Fånga upp och lagra CO2
- 30. Tekniker för att minska utsläppen av koldioxid är under utveckling. Lagring av CO2 kan dock också medföra risker.
- 31. Energianvändning per person och år Nordamerika 48 674 kWh Europa 28 439 kWh Mellanöstern 22 727 kWh Kina 12 033 kWh Latinamerika 11 041 kWh Afrika 5 720 kWh Indien 4 158 kWh
- 32. Samband mellan energianvändning och tillväxt Generellt kan man säga att energianvändningen per person ökar i takt med att BNP ökar På senare tid har trenden brutits
- 33. En titt in i framtiden
- 34. Sol-el Kärnkraft (fission)? Fusion? Vatten, Vind Biomassa Energisystemet just nu - en blandning av (ökande andel) förnybar och (minskande andel) ändlig energi 27 17 13 10 9 5 19 0,0 7,5 15,0 22,5 30,0 US Russia China India Aust. S. Africa Others Peak oil och peak gas har passerats om 30 - 60 år. Peak coal kommer mycket senare. Kol Fossilt ca: 80 % Djup geotermisk energi Solvärme Artificell fotosyntes
- 36. FRAMTIDSSCENARIER ”It’s difficult to make predictions, especially about the future.”
- 37. Behovet av energi kommer att öka Källa: EIA
- 38. Kina och Indien står tillsammans för 50% av den ökande energi-användningen Källa: IEA
- 39. OLJAN MINSKAR KOLET ÖKAR FÖRNYBART TAR PLATS Källa: www.paulchefurka.ca/WEAP2/ Energy_GDP_2050.html 3% 8% 25 % 24 % 40 % USA 7% 13 % 44 % 11 % 12 % 13 % 8% 1% 77 % 1% 9% 6% 1% 56 % 9% 28 % 10 % 1% 75 % 3% 6% 5% USA 2006 USA 2050 KiNA 2006 KINA 2050 INDIEN 2006 INDIEN 2050 VATTENKRAFT KÄRNKRAFT KOL GAS OLJA FÖRNYBART OBS – dessa ritades För 3 år sedan Fracking ändrar scenarierna
- 40. VÄRLDENS ENERGIMIX LÅNGT I FRAMTIDEN Sol Geotermisk energi Biobränslen Vind och våg Tidvatten Fusion?
- 41. I Sverige fortsätter andelen förnybart att öka Källa: KVAs Energikommitté
- 42. I Tyskland produceras i genomsnitt 15% av all el från sol (ca. 5 %) och vind (ca. 10%). Vissa dagar 60 % Källa: Prof Robert Schlögl, Fritz Haber Institut der Max Planck Gesellschaft. ”Energiwende” Ökar vind och sol Stänger Kärnkraft Minskar kolkraft
- 43. Öknar – där solen flödar – finns spridda över alla tidzoner välden över
- 44. B Kasemo Uthålliga energikällor • Kärnenergi • Geotermisk • Gravitation Solenergi • Vattenkraft • Vind, våg, havsströmmar • Biomassa • Solel (solceller) • Termisk solenergi • Artificiell fotosyntes (e.g. H2) • Ångturbiner – …………… • Sol Marknadsandel – sol; < 0.1 %
- 45. Utveckling av solcellsteknik • Av kristallint kisel ca 20 % • Av amorft och pc kisel ca 15-18 % • Tunnfilmssolceller ca 15-18 % • Grätzelsolceller ca 10 % • Plastsolceller < 10 % • .........................
- 46. NÄRMAST OSANNOLIK EXPANSION FÖR SOLCELLER
- 47. Framtid? Elnät som utgår från de platser där förnybara energikällor är mest förekom-mande.
- 48. 11 TWh/decemberdag från solceller (160 x 160 km2) 124 TWh dammkapacitet i Norden Max 11 TWh/d i Europa Vattenkraft i Sverige www.kuhlins.com HVDC: 3% förlust/1000 km Bengt Kasemo
- 49. SMARTA NÄT Med smarta nät kan elkonsumenten också bli elproducent.
- 50. TERMISK SOLEL Solens ljus används till att koka vatten till ånga med temperatur på över 300 grader. Med denna ånga drivs en ångturbin kopplad till en generator som genererar el.
- 51. Solel är på väg att bli konkurrens-kraftig i förhållande till annan elproduktion Källa: Sci American
- 52. Solkraft och vindkraft bidrar till förnybar energi i Europa Källa: JRC PV Status report (2011), Ispra
- 53. EKONOMISKA STYRMEDEL Elcertifikat är ett sätt att med styrmedel påverka lönsamheten för olika energilösningar.
- 54. EKONOMISKA STYRMEDEL Elcertifikat är ett sätt att med styrmedel påverka lönsamheten för olika energilösningar.
- 55. EKONOMISKA STYRMEDEL Elcertifikat är ett sätt att med styrmedel påverka lönsamheten för olika energilösningar. Utsläppsrätter, CO2 och andra växthusgaser CO2 utsläpp regleras med utsläppsrätter. Organisationer kan köpa och sälja utsläppsrätter. Om priset är tillräckligt högt per utsläppsrätt kan det leda till att företag i stället för att köpa utsläppsrätter hellre investerar i minskade utsläpp. I Europa är kostnaden idag ner mot 5€ ton koldioxid
- 56. SUMMERING • Världen är kraftigt beroende av fossil energi. • Omställning sker mot förnybar energi, men det tar lång tid. • Kolanvändning (och gas) kommer att öka. • Kol och/eller kärnkraft erbjuder “brygglösningar” till förnybar energi. • “Rent kol” är en teknisk realitet (CCS) men utgör också en risk. • Växthuseffekten är en stor utmaning. • Energieffektivisering är den kraftfullaste åtgärden på kort sikt. • Bioenergi är en kraftfull förnybar komponent men konkurrent till mat. • Solenergi kan lösa stor del av energiförsörjningen på lång sikt. • Geotermisk energi (ofta djupare än 10 km) har stor potential.
- 57. Möjliga frågor att diskutera i skolan • Från vilka källor får olika länder i världen sin energi idag? Hur ser det ut i Sverige? • Vem “äger” olika energikällor? • Hur länge räcker fossila källor och vad menas med “peak oil”? • Hur (mycket) kan man spara, effektivisera? • Vad används energin till (industri, transporter, boende,….)? • Hur fördelas energin mellan olika länder och hur påverkas levnadsstandarden. • Hur mycket kostar det att producera energi (el, värme, kyla, transporter….) från olika källor?
- 58. Möjliga frågor att diskutera i skolan • Vilka är de förnybara energikällorna och hur lång tid tar det att utveckla dem? • Hur mycket kan de bidra med och vad påverkar priset? • Hur kan nationella och internationella styrmedel (skatter, lagar, överenskommelser a la Kyoto,..) användas? • Hur påverkor de förnybara källorna miljö, ekosystem, klimat? • Vilka konflikter finns inbyggda i energisystemet? Energi kontra mat? Miljö och ekosystem? Klimat? Jämlik fördelning av resurser? Energi som konfliktorsak - krig?
- 59. OBS! Energifrågor är intresseväckare för naturvetenskap och teknik Fusion Strålning Absorption Solcell Elektroner Elektricitet Värme
- 60. Energi NT • Energisystemet – en plattform med obegränsade möjligheter och exempel att hitta vardagsförankrade exempel inom N och T (mobiltelefon, bil, hus,…). • Energisystemet – täcker stora delar av begreppet “uthålligt samhälle” med en mångfald exempel inom N och T (och SO).
- 61. Bränsletank & Förbränningsmotor Elbil Batteri & El-motor Fossilt bränsle eller Biobränsle (bensin eller diesel) Fotosyntes Nu (bio-bränslen) > 100 milj. år sedan (fossila bränslen) Atmosfär <-> Absorption, spridning, Moln, gaser (N2, O2, CO2, O3,..), partiklar Strålning Elnät, elledning Sol-el Solceller, solpaneler, solkraftverk Energi <-> NT Från presentation vid FND 2014 i Karlstad 6 nov Forskning i naturvetenskapernas didaktik
- 62. För att väcka elevernas intresse för NT-ämnen • Lägesenergi – vatten i kraftverksdammar • Mekanisk energi, rörelseenergi – turbiner, vindkraftverk, bilar,… • Kemisk energi – bränslen • Strålningsenergi – solstrålning • Kärnfysik – kärnkrfatverk, fusion • Gravitation – tidvatten • Elektricitet – generator, solenergi,… • Fotoner, elektroner – solceller, artificiell fotosyntes • Energiomvandling • …….
- 63. Kort om projektet IVA-KVA projektet ”Aspekter på energi” omfattar bl.a. • ”Energiboken” • ”Fortbildningsdag i Energi” med tre “föreläsningar” • Utveckling av “Klassrumsexperiment” (pågår) Se http://www.iva.se/energiboken http://www.iva.se/nyheter/energi-mojligheter-och-dilemman/ www.kva.se
- 64. IVA-KVA projektet Aspekter på Energi och Energiboken - historik • Startade 2005 – ta fram en “enkel” (gymnasienivå) bok, Energiboken, om energi och energisystemet som var faktakorrekt och vetenskapligt grundad, och problematiserade de svåra och komplexa frågorna. • Målgrupper – lärare, elever, media, beslutsfattare, allmänhet,… • Lansering 2007, 10.000. Idag >50 000 ex. (Distribueras av Utbudet) • Fann att lärare var den stora beställargruppen – beslöt utveckla en Fortbildningsdag för lärare. • Fortbildningsdagen genomförs i samarbete med FSSC – Föreningen Svenska Science Centers. Tidigare ca 10 st. Hösten 2014, 5 st. – Lund, Karlstad, Luleå, Göteborg, Jönköping
- 65. Prins Daniel Fellowship TACK! www.iva.se/energiboken Frågor och diskussion