Energi för en hållbar framtid

Transkript

1 Statistisk termodynamik med tillämpningar LTH, Energi för en hållbar framtid Thomas B Johansson Professor och Director em., International Insitute for Industrial Environmental Economics (IIIEE), Lund University, Lund, Sweden, Former Co-Chair, Global Energy Assessement, International Institute for Applied Sytsems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria Former Commissioner, Fossil Free Road Transport, Ministry of Energy, Sweden

2 Utmaningar som leder till krav på förändrade energisystem a. Energitjänster för växande befolkningar och ekonomier, från 7.6 till ~10 miljarder 2050; 2%/a p.c. b. Universell tillgång till moderna energibärare ( ~3 miljarder har det inte för matlagning; 1 miljard har inte elektricitet) c. Överkomliga kostnader för energitjänster (olja@$100/bbl??) d. Säker energitillförsel, från hushåll till nationer, peak oil e. lokala and regionala hälso- och miljöfrågor (WHO s riktlinjer) f. Motverka klimatförändringar (< o C över förindustriell nivå) g. fredsfrågor h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod) => Mycket stora förändringar i energisystemen behövs

3 Dessa utmaningar måste hanteras Adekvat Samtidigt Tillräckligt snabbt

4

5 Targets Goal 7: Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all By 2030, ensure universal access to affordable, reliable and modern energy services By 2030, increase substantially the share of renewable energy in the global energy mix By 2030, double the global rate of improvement in energy efficiency By 2030, enhance international cooperation to facilitate access to clean energy research and technology, including renewable energy, energy efficiency and advanced and cleaner fossil-fuel technology, and promote investment in energy infrastructure and clean energy technology By 2030, expand infrastructure and upgrade technology for supplying modern and sustainable energy services for all.

6 World Primary Energy 500 Renewable 400 Microchip Nuclear Primary Energy (EJ) Steam engine Electric motor Gasoline engine Commercial aviation Television Vacuum tube Nuclear energy Gas Oil Coal 0 Biomass Source: Nakicenovic et al., 1998

7 MATLAGNING Utveckling, hälsa, kvinnors situation, växthusgaser

8 Access to Electricity In 2016: 14% of the global population lived without electricity approx billion people (majority in SSA and Asia- Pacific regions) DREA systems were serving ~300 million people by end- 2016

9 klimatfrågan

10 Atmospheric concentration The global CO 2 concentration increased from ~277ppm in 1750 to 403ppm in 2016 (up 45%) 2016 was the first full year with concentration above 400ppm Globally averaged surface atmospheric CO 2 concentration. Data from: NOAA-ESRL after 1980; the Scripps Institution of Oceanography before 1980 (harmonised to recent data by adding 0.542ppm) Source: NOAA-ESRL; Scripps Institution of Oceanography; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017

11

12 Source: IPCC Special Report on Global Warming of 1.5 C

13 CO 2, CH 4 and temperature records from Antarctic ice core data Source: Vimeux, F., K.M. Cuffey, and Jouzel, J., 2002, "New insights into Southern Hemisphere temperature changes from Vostok ice cores using deuterium excess correction", Earth and Planetary Science Letters, 203,

14 Schematic illustration of possible future pathways of the climate. The interglacial state of the Earth System is at the top of the glacial interglacial cycle, while the glacial state is at the bottom. Steffen et al

15 Global map of potential tipping cascades. Steffen et al

16 Parisavtalet Håll ökningen av den globala genomsnsittstemperaturen väl under 2 grader och försök begränsa den till 1.5 grader. Inga legalt bindande utsläppsminskningar. INDC, Intended Nationally Determined Contributions. Från blame and shame till blame and encourage. Legalt bindande rapportering, men inga sanktioner. Rapportering i 5 års cykler. INDCs före Paris beräknades reducera uppvärmningen från 4 5 grader till ca 2.7 grader.

17

18

19 Emissions from fossil fuel use and industry Global emissions from fossil fuel and industry: 36.2 ± 2 GtCO 2 in 2016, 62% over 1990 Projection for 2017: 36.8 ± 2 GtCO 2, 2.0% higher than 2016 Uncertainty is ±5% for one standard deviation (IPCC likely range) Estimates for 2015 and 2016 are preliminary. Growth rate is adjusted for the leap year in Source: CDIAC; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017

20 Emissions per capita The 10 most populous countries span a wide range of development and emissions per person Emission per capita: CO 2 emissions from fossil fuel and industry divided by population Source: Global Carbon Budget 2017

21 vad kan göras?

22 Vilka förändringar av energisystemen krävs? Huvudelement: Energieffektivitet, särskilt i slutlig användning Förnybara energikällor Kolinfångning och lagring (Carbon Capture and Storage, (klimatpåverkan enbart) Effektiviseringar och förnybar energi kan ses som instrument för hållbar utveckling

23 celková energie [kwh/m 2 a] Stávající zástavba - 90% Pasivní dům Domácí spotřebiče Vzduchotechnika Ohřev TUV Passive Buildings Vytápění Energy use for space conditioning reduced by 90+ % through application of better insulation, - 75% windows, doors etc., as well as heat recovery and solar gains. Applicable to both new construction and renovation. Source: Jan Barta, Center for Passive Buildings,

24 Energimärkning av apparater

25 Source: David Sanborn Scott,

26 Global Passenger EV Market Electrification trend in 2017 Global sales of electric passenger cars (including PHEVs): 1.2 million units, up about 58% over 2016 >3 million electric passenger vehicles on the road (+70% relative to 2016, but still only representing 1% of light vehicle market) Potential to create a new market for RE and facilitate integration of VRE

27

28 Renewable Energy in Total Final Energy Consumption As of 2016, renewable energy: 18.2% of global final energy consumption 10.4% modern renewables (+0.2% relative to 2015) 7.8% traditional biomass (-2.4% relative to 2015)

29 Global Investment in Renewable Energy Global new investment in renewable power and fuels in 2017: USD billion (+2.2%) (USD billion incl. large hydropower) Investment in new renewable power capacity roughly three times that in new fossil fuel capacity

30 Power Sector In 2017, renewables accounted for: 70% of net additions to global power generation capacity RE supplied an estimated 26.5% of global electricity Progress in the power sector shows that the transition to renewable energy is possible!

31 Wind Power Capacity and Additions 52 GW of wind power capacity added in 2017 The global total increased by 11% to 539 GW

32 Solar PV Global Capacity and Additions 98 GW of solar PV capacity added in 2017 Global total increased 33% to 402 GW (equivalent of 40,000 PV panels every hour) More solar PV was installed than the net capacity additions of fossil fuels and nuclear power combined

33 Renewable Energy in TFEC by Sector

34

35 High Shares of Variable Renewable Power on the Grid

36

37

38

39 Nuclear PWR Investment Costs Nuclear PWR Investment Costs (US overnight excl. interest, France partly incl. interests) US overnight excl. interest, France partly incl. interests mean/best guess and min/max of costs US average France best guess 2008$/kW cum GW installed US: Koomey&Hultman, 2007; France: Grubler, 2009 Source: GEA Chapter 24, forthcoming

40

41 ATMOSPHERE biomass upstream emissions photosynthesis Fuel transport/distribution fuel vehicle tailpipe flue gases electricity to grid grid electricity displaced coal upstream emissions biomass Conversion coal CO 2 storage char Samförgasning av kol och bioenergi för samproduktion av kraft, bränslen och kemikalier, med CCS som leder till negativa CO 2 utsläpp Source: GEA Kapitel 12

42 Sverige

43 Sweden

44 TWh 700 Energitillförsel , TWh/år Vindkraft 600 Vattenkraft 500 Primär värme 400 Kärnbränsle Övriga bränslen 300 Natur- och stadsgas 200 Råolja och petroleumprodukter 100 Kol och koks Biobränslen 0

45 TWh Elanvändning per sektor fr.o.m. 1970, TWh Industri Transporter Bostäder och service m.m. Fjärrvärme, raffinaderier m.m. Överföringsförluster

46 Two ways of looking at emissions Emissions in Sweden from products being exported Geographical perspective Emissions in Sweden from Transport Energy Industy Agriculture Etc. Consumption perspective Emissions abroad from imports into Sweden and international transport Source: Jörgen Larsson, CTH, 2015

47 Territoriella utsläpp och upptag av växthusgaser totalt (excl LULUCF och utrik transp) jordbruk inrikes transp. industri LULUCF 1. utrikes transp. 2. lösn.med mm 3. avfall 4. arbetsmask. 5. uppvärmning 6. el o fjärrv

48 Konsumtionsbaserade växthusgasutsläpp per person och år Priv kons / i Sverige Priv kons / utanför Sv Off kons/ i Sverige Off kons / utanför Sv

49

50 Consumption-based emissions (carbon footprint) Allocating fossil and industry emissions to the consumption of products provides an alternative perspective. USA and EU28 are net importers of embodied emissions, China and India are net exporters. Consumption-based emissions are calculated by adjusting the standard production-based emissions to account for international trade Source: Peters et al 2011; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Project 2017

51 Global Energy Assessment ställde frågan: Finns det kombinationer av resurser och teknik, för slutlig använding och tillförsel av energi, som kan skapa energisystem vilka möter alla utmaningarna samtidigt?

52

53 Samhälleliga mål i GEA s back-casting secenario för 2050 understödja ekonomisk tillväxt i sentida historisk takt universell tillgång till el och ren matlagning, 2030 minskade luftföroreningar, följ WHO s riktlinjer undvik farlig klimatförändring, högst + 2 o C över den förindustriella globala medeltemperaturen förbättra tillförselsäkerheten för energi, genom ökad mångfald och uthållighet hantera peak oil och undvika kärnvapenspridning

54 Branching points in GEA backcasting analysis Source: GEA Chapter 17

55 GEA-Supply EJ Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs Renewables Nuclear Gas Oil Coal 0 Biomass

56 Några slutsatser: Det finns många kombinationer som fungerar Dessa skapar alla värden som inte avspeglas i villkoren för marknadernas aktörer effektivare energianvändning skapar störst flexibilitet, följt av förnybar energi CCS förmodligen ett måste Kärnkraften är en option, men inte ett måste Kraftfulla incitatment och kapacitetsutveckling nödvändiga; kan bara komma från den politiska processen

57 Inte bara energiteknik Stadsplanering Transportsystem Materialanvändning Markanvändning Konsumtionsmönster..

58 Utmaningar som leder till krav på förändrade energisystem a. Energitjänster för växande befolkningar och ekonomier, från 7 till 9+ miljarder 2050; 2%/a p.c. b. Universell tillgång till moderna energibärare ( ~3 miljarder har det inte; 1.2 miljarder har inte elektricitet) c. Överkomliga kostnader för energitjänster (olja@$100/bbl??) d. Säker energitillförsel, från hushåll till nationer, peak oil e. lokala and regionala hälso- och miljöfrågor (WHO s riktlinjer) f. Motverka klimatförändringar (< o C över förindustriell nivå) g. fredsfrågor h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod) => Mycket stora förändringar i energisystemen behövs

59 Samtidig (i) ekonomisk utveckling, (ii) fattigdomsbekämpning och (iii) minskning av utsläppen av av växthusgaser Begreppet multiple benefits (ung. multipla värden) Inkludera alla värden (sysselsättning, tillväxt, hälsa, lokal miljö, minskad klimat påverkan,...) Att bedöma ett projekt på basis av per undviket tc blir missvisande. Effektiv energianvändning, särskilt i slutlig användning Förnybar energi

60 Fossilfrihet på väg SOU 2013:84

61

62 Undersök fem åtgärdsområden för att se hur långt åtgärder skulle kunna leda mot fossiloberoende: 1. Stimulerad fortsatt positiv samhällsomställning med minskade och effektivare transporter som följd 2. Infrastrukturåtgärder och byte av trafikslag 3. Effektivare fordon och ett energieffektivare framförande av fordon 4. Eldrivna vägtransporter 5. Biodrivmedel

63 Energianvändning (TWh) Vägtrafikens användning av fossil energi med och utan åtgärder (TWh) Utveckling av samhälle och transportsystem Energieffektivisering (exkl el) 80 Energieffektivisering (genom el) 60 Byte till el Byte till biodrivmedel Export biodrivmedel Kvarstående fossil energi A 2030B 2050A 2050B -20

64 Andel av trafikarbete Personbilarnas (vänster) och stadsbussarnas och distributionsbilarnas (höger) trafikarbete fördelat på olika framdrift i åtgärdspotential A 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Fossilt Biodrivmedel El 20% 10% 0% Personbil Stadsbuss

65 Användning av fossil energi efter åtgärder

66 TWh 18 Biodrivmedel i transportsektorn per bränsle, inrikes, fr.o.m. 1995, TWh Biogas Biodiesel 8 6 Bioetanol 4 2 0

67 Koldioxid från vägtrafiken

68 Tillbaka till helheten: andra nyttor Tryggare energiförsörjning Fler arbetstillfällen Attraktivare och förbättrad tillgänglighet i städer Mindre emissioner av luftföroreningar och buller Ökad fysisk aktivitet och förbättrad hälsa Ökat underlag för kollektivtrafiken Minskat markanspråk för transporter Ökad social integration och jämställdhet Högre trafiksäkerhet Långsiktigt lägre kostnader

69

70 Tack!