Energi för en hållbar framtid

Transkript

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

2 500 World Primary Energy 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

3 Undulating plateau versus peak oil. Source: GEA Chapter 7; IHS-CERA, 2006

4 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

5 From: Steffen et al IGBP

6 Utmaningar som leder till krav på förändrade energisystem a. Energitjänster för växande befolkingar och ekonomier, från 7 till 9 miljarder 2050; 2%/a p.c. b. Universal tillgång till moderna energibärare ( ~3 miljarder har det inte; 1.4 miljarder har inte electricitet) 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 (<+2 o C över förindustriell nivå) g. fredsfrågor h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod) => Mycket stora förändringar i energisystemen behövs

7 Dessa utmaningar måste hanteras Adekvat Samtidigt Tillräckligt snabbt

8 Global Energy Assessment hållbar framtid på gång Undersöka energisystemens roll, och energialternativ, för lokal, regional, och global hållbarhet, Mer är 300 författare från fem kontinenter deltog, Peer-review av mer än 200 anonyma vetenskapliga granskare, koordinerat av Review Editors Slutrapporten publicerad i september 2012 (Cambridge University Press), 1880 sidor. Kan laddas ner utan avgift. 8

9

10 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

11 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,

12 Exampel på besparingar vid stora renoveringar Before reconstruction Reconstruction according to the passive house principle over 150 kwh/(m²a) -90% 15 kwh/(m²a) Source: Jan Barta, Center for Passive Buildings, EEBW2006

13 final energy use: global heating and cooling Floor Area Thermal Comfort Final Energy Floor Area, 1E9 m^ Energy, PWh/year % Adv New New Adv Ret Retrofit Standard Adv New New Adv Ret Retrofit Standard - 43 % Source: GEA Chapter 10

14 Energimärkning av apparater

15 Source: David Sanborn Scott,

16 Urbana transporter,energi, investeringar och energianvändning

17 Transportation Source: GEA Chapters 9, 12, and 17

18

19

20 Bangladesh

21

22

23

24

25

26

27

28

29 Figur från Tomas Kåberger

30 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

31 Källa: Tomas Kåberger

32

33

34

35

36 Figur från Tomas Kberger

37 Källa: Tomas Kåberger

38 Figur från Tomas K åberger

39 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

40 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?

41 Samhälleliga mål i GEA s back-casting scenario 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

42 EJ EJ Supply-side Flexibility Demand-side Flexibility EJ Global Energy Assessment (GEA) Taxonomi Feasible supply-side transitions (primary energy by 2050) High demand Branching point: Supply Savings Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs ST NN NC NB N2 LB LR AT Branching point: Efficiency GEA-Mix Intermediate demand Branching point: Supply Savings Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs ST NN NC NB N2 LB LR AT Low demand Branching point: Supply Savings Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs ST NN NC NB N2 LB LR AT

43 Unrestricted Portfolio No Nuclear No BioCCS No Sinks Limited Bio-energy Limited Renewables No CCS No Nuclear & CCS Lim. Bio-energy & Renewables No BioCCS, Sink & lim Bio-energy Unrestricted Portfolio No Nuclear No BioCCS No Sinks Limited Bio-energy Limited Renewables No CCS No Nuclear & CCS Lim. Bio-energy & Renewables No BioCCS, Sink & lim Bio-energy X X X X X X X X X X X X EJ X X X X X X X EJ EJ Steam engine Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs Electric motor Vacuum Gasoline tube engine Commercial aviation Television Nuclear energy GEA Efficiency Microchip Advanced transportation Conventional transportation Steam engine Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs Electric motor Vacuum Gasoline tube engine Commercial aviation Television Nuclear energy Microchip GEA Mix Steam engine Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wccs Gas woccs Oil Coal wccs Coal woccs Biomass wccs Biomass woccs Electric motor Vacuum Gasoline tube engine Commercial aviation Television Nuclear energy Microchip GEA Supply

44 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

45 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

46 Inte bara energiteknik Stadsplanering Transportsystem Materialanvändning Markanvändning Konsumtionsmönster..

47 Från utspridd bebyggelse till städer med hög befolkningstäthet (Billig bensin) (dyr bensin)

48 Ytbehov för olika transportslag Source: WBCSD, 2005

49 Policy utmaningar Tillräcklighet, dvs leverera i förhållande till målen Integrerade angreppssätt behövs Förebyggande åtgärder är bättre and senare renoveringar: design av system aoch anläggningar, och regelverk som leder investeringar rätt. Använd energi som ett verktyg för hållbar utveckling!

50 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

51 Policy integration i stadsutveckling Simulated energy use for an urban settlement of 20,000 inhabitants using the SimCity Model combining spatially explicit models of urban form, density, and energy infrastructures, with energy systems optimization. Source: Chapter 18

52 Matching policies to investment needs Source: Chapter 22

53

54 Public Sector Energy RD&D in IEA Member countries by major technology group Million US$2008 PPP Other Efficiency Renewables Fossil Fuels Fusion Nuclear w/o fusion % future technology needs share in cum. emission reduction past and current R&D into developing improved technologies, shares by technology Distribution of past and current energy R&D as compared to future technology needs from the pathways analysis 80% 60% 40% 20% Nuclear Renewables Fossil Fuels Other Energy Efficiency Source: GEA Chapter 24 0% Min Mean Max In future mitigation scenarios (technology needs portfolio) public energy R&D (past, current R&D portfolio) MIN Mean Max

55 certifikatmarknader? Prissätter certifikat på grundval av tillgång och efterfrågan Värdet av certifikat för en producent är därför osäkert. Svårt att motivera projket på basis av sådana intäkter Ambitiösa mål svårt att nå överenskommelse om Inmatningstariffer (Feed-in-tariffs) leder till imponerande aktivitet, förutsatt att de är någorlunda generösa

56 GEA -- Slutsatser 1. Energisystemen kan transformeras så att de stödjer hållbar utvecking. 2. En effektiv transformation förutsätter handling omgående. 3. Effektiv energianvändning är ett omedelbart och effektivt instrument. 4. Förnybar energi är riklig, tillgänglig överallt och i ökande grad konkurrenskraftig. 5. Genomgripande förändringar av fossila energisystem är viktiga och möjliga. 6. Universell tillgång till moderna energibärare och ren matlagning är möjlig till En integrerad strategi för energisystemens utvecklingen är avgrande. 8. Energiåtgärder för en hållbar framtid för med sig substantiella värden för samhället i många dimensioner. 9. Socio-kulturella förändringar kommer att behövas. 10. Politik, regelverk, och stabila investeringsförhållanden är essentiella..

57 Källa: Energimyndigheten, 2012

58 Ansats: undersök 5 åtgärdsområden för att se hur långt åtgäreder skulle kunna leda mot fosiloberoende 1. Stimulera samhällsomställning mot minskade och effektivare transporter 2. Infrastrukturåtgärder och byte av trafikslag 3. Effektivare fordon och ett energieffektivare framförande av fordon 4. Eldrivna vägtransporter 5. Biodrivmedel

59 Direkt och indirekt energianvändning för transporter. För 2030 begränsar sig utredningen till de två ramarna i fetstil

60 Koldioxidutsläpp (g/km) Tyskland Finland Sverige Storbritannien EU-15 Norge Spanien Italien Frankrike Danmark

61 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

62 Andel av trafikarbete Personbilarnas trafikarbete föredelat på olika framdrift i åtgärdspotential A 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Personbil Fossilt Personbil Biodrivmedel Personbil El

63 Tack!

64 WORLD ENERGY ASSESSENT MAIN FINDINGS