Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

2 Översikt Stora och små strömavbrott Trender inom elanvändning Världen Statistik Sverige Värmebehov Installerad effekt och tillgänglighet Verkningsgrad Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 2

3 = ~ Kraftslag Sektorer

4 New York unplugged 4.11 pm August miljoner utan el Elförsörjningen normal efter 30 h Ohio Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 4

5 Sverige 23 september 2003 Hela Själland med Köpenhamn svenska kunder utan el Elförsörjningen normal efter 1-6 h Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 5

6 Orkanen Gudrun 8 januari kunder utan el i mer än 20 veckor Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 6

7 .se 28 Mars 2007 Tågtrafiken störd i upp till 3h20min Betalningsstationen vid Öresundsbron ur drift Några hundra automatlarm till 112 Fjärrvärme i Linköping störd Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 7

8 Nätspänning 27 Mars 2007 kl Linköping 94 % Växjö Landskrona 89% 51% Karlskrona Malmö 0% Data från Unipower AB 74% Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 8

9 NASA: World at night Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 9

10 Elförbrukning per invånare 2013 Källa: data.worldbank.org/indicator OECD/IEA 2014

11 IEA World Energy Outlook: Miljoner utan el Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse Källa: data.worldbank.org/indicator 11

12 BNP per capita vs kwh el per capita Källa: notrickszone.com CIA World Factbook Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 12

13 Elanvändning per capita Källa: Ex E1.1

14 Elanvändning EU årlig trend Källa: European Environment Agency (EEA)

15 Sveriges energitillförsel i TWh 2010 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse El är viktigt blir ännu viktigare? Elanvändning 2015: 136 TWh 15

16 Elanvändning i Sverige ,0 Industri Transporter Bostäder och service m.m. Fjärrvärme, raffinaderier m.m. Överföringsförluster 70,0 60,0 Energi [TWh] 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Stark ökning till 1987, svag sedan dess Elanvändning i bostäder/service har ökat mest Källa: Energimyndigheten, SCB Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 16

17 Elanvändning bostäder och service Elvärme (faktisk) Hushållsel Driftel 80,0 70,0 60,0 Energi [TWh] 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Elvärme står för stor del av ökningen ( Elförbrukning olika vid exempelvis kalla och milda vintrar) Driftel till ventilation och liknande ökar också Källa: Energimyndigheten, SCB Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 17

18 Energianvändning bostäder och service Energi [TWh] Biobränslen Petroleumprodukter Natur- och stadsgas Fjärrvärme El Olja har ersatts och har minskat sedan 1970-talet El och fjärrvärme viktiga ersättare Källa: Energimyndigheten, SCB Nästan fossilfritt! Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 18

19 Energianvändning transporter Bensin Diesel Eldningsolja 1 Eldningsolja 2 6 Flygbränsle Naturgas Biodrivmedel El 100,0 90,0 80,0 70,0 Energi [TWh] 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 El hittills bara till tåg och spårvagnar Stor potential för el! Källa: Energimyndigheten, SCB, Transportstyrelsen Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 19

20 Uppvärmning av byggnad C t dt dt inne T T inne ute = Pt Stationärt: Rt P t = T inne T R t ute Värmeeffekt P t och energi W= P t (t)dt T inne typiskt 20 C Apparater och människor bidrar till P t använd T inne =17 C W ~ (17-T ute )dt graddagar eller gradtimmar Uppvärmningsbehovet för ett visst år uttrycks i graddagar eller gradtimmar År olika kalla normera värmebehov mot 50-årsmedelvärde Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 20

21 Exempel graddagar Bilda medeltemperatur för varje dygn Beräkna skillnad mellan 17 C och medeltemperatur Här: 9,3 9,9 8,9 8,1 9,8 9,0 10,9 totalt 65,9 graddagar Gradtimmar på samma sätt, men med tiden i timmar i stället Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 21

22 Olika kraftslags särdrag Installerad effekt i MW Max generatoreffekt, max elproduktion Energiproduktion per år (=8760 h) i MWh eller TWh Energitillgänglighet Vindkraftverk producerar inte alltid Energiproduktion per år/installerad effekt = Fulleffekttimmar Energitillgänglighet = fulleffekttimmar/8760 Effektvärde = % av installeradeffekt tillgänglig under timmen på året med högst elbehov Typiskt februarimorgon Noll för solel Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 22

23 Exempel: El från vindkraft Röd kurva = Installerad effekt Ytan under blå kurva = Energi Energi = Medeleffekt 8760 h Energi = Installerad effekt fulleffekttimmar Ex E1.2 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 23

24 Elproduktion i Sverige Möjligt 2011: MW Max 2016: ca MW (7 jan) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 24

25 Typisk installerad effekt för en enhet Kärnkraft Vattenkraft Vindkraft Solceller MW MW 3x3 MW <<1 MW Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 25

26 Fulleffekttimmar typiska värden Kärnkraft Vattenkraft Vindkraft hav Vindkraft land Sol 7000 h/år 4000 h/år 3000 h/år 2000 h/år 1000 h/år Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 26

27 Typisk energiproduktion per enhet Installerad effekt Fulleffekttimmar = Energi Kärnkraft 900 MW 7000h/år = 6,3 TWh/år Vattenkraft 100 MW 4000h/år = 0.4 TWh/år Vindkraft 9 MW 2000h/år = TWh/år Sol 0.1MW 1000h/år = TWh/år Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 27

28 Verkningsgrad definition Tillförd effekt 1 Förlusteffekt (främst värme) Tillförd effekt 2 Nyttig effekt η = Nyttig effekt Total tillförd effekt = Nyttig energi Total tillförd energi Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 28

29 Verkningsgrad Mått på resursutnyttjande Typiska värden Solcell 15 % Elmotor 90 % (förbränningsmotor <35%) Kraftelektronik 95% Transformator >95 % Förlustvärme kan behöva kylas bort Kylfläkt och liknande ökar effektförbrukningen ytterligare Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 29

30 Värmepump Förluster In2 Ut In1 In1: El In2: Värmeenergi från luft/vatten/jord Ut: Värme inne Verkningsgrad under 100 % Ex E1.3 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 30

31 Sammanfattning El en viktig del av vår vardag 23 januari Elens dag Ojämnt fördelad över jorden Elanvändningen ökar i de flesta länder Sveriges energisystem utom transporter redan fossilfritt! Utetemperaturen påverkar elanvändning Energi för uppvärmning proportionell mot antal graddagar Installerad effekt, fulleffekttimmar och energitillgänglighet Verkningsgrad viktigt mått Fetstil=för beräkningar Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 31

32