WORLD ENERGY ASSESSENT MAIN FINDINGS www.globalenergyassessment.org
Statistisk termodynamik med tillämpningar LTH, 2017-11 - 20 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
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 (<+1.5-2 o C över förindustriell nivå) g. fredsfrågor h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod) => Mycket stora förändringar i energisystemen behövs
Dessa utmaningar måste hanteras Adekvat Samtidigt Tillräckligt snabbt
World Primary Energy 500 Renewable 400 Microchip Nuclear Primary Energy (EJ) 300 200 100 Steam engine Electric motor Gasoline engine Commercial aviation Television Vacuum tube Nuclear energy Gas Oil Coal 0 Biomass 1850 1900 1950 2000 Source: Nakicenovic et al., 1998
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
MATLAGNING Utveckling, hälsa, kvinnors situation, växthusgaser
Source: REN21, Renewables 2016 - Global Status Report
Source: REN21, Renewables 2016 - Global Status Report
Many Countries have succeeded with Electrification Source: Pachauri et al., Energy Access for Development, GEA, 2012, p. 1401-1458.
Solar Home Systems Bangladesh Grameen Shakti
SOLAR SUITCASE Source: We Care Solar
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
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, 829-843.
Fate of anthropogenic CO 2 emissions (2007 2016) Sources = Sinks 34.4 GtCO 2 /yr 88% 17.2 GtCO 2 /yr 46% 30% 11.0 GtCO 2 /yr 12% 4.8 GtCO 2 /yr 24% 8.8 GtCO 2 /yr Budget Imbalance: (the difference between estimated sources & sinks) 6% 2.2 GtCO 2 /yr Source: CDIAC; NOAA-ESRL; Houghton and Nassikas 2017; Hansis et al 2015; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017
Source: IPCC AR5 WGII
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.
Global emission pathways in compliance with a 2 ºC guardrail, with 67% probability (WBGU 2009) Source: WBGU
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 2016. Source: CDIAC; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017
Top emitters: fossil fuels and industry (absolute) The top four emitters in 2016 covered 59% of global emissions China (28%), United States (15%), EU28 (10%), India (7%) Bunker fuels are used for international transport is 3.1% of global emissions. Statistical differences between the global estimates and sum of national totals are 0.6% of global emissions. Source: CDIAC; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017
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
The emission pledges (INDCs) of the top-4 emitters The emission pledges from the US, EU, China, and India leave no room for other countries to emit in a 2 C emission budget (66% chance) Source: Peters et al 2015; Global Carbon Budget 2016
Energitillförsel 1970 2015, TWh/år
Sweden 1970 2015.
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
Greenhouse gas emissions: a consumption vs. a geographical perspective
Flights per person per year, 1973-2013 Red: domestic Blue: international Källa: Jörgen Larsson, CTH, 2015
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
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.
celková energie [kwh/m 2 a] 250 200 150 100 50 0 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, www.pasivnidomy.cz
Energimärkning av apparater
Source: David Sanborn Scott, 2004 35
Tesla s electric semi truck: Lastar 35 ton Vikt 15 ton Räckvidd 80 mil at highway speed (med full last) 30 min laddning = + 40 mil Luftmotstånd koeff 0.36 Produktionsstart 2019
Global Investment in Renewable Energy Global new investment in renewables was USD 241.6 billion in 2016 For the fifth consecutive year, investment in new renewable power capacity was roughly double that in fossil fuel capacity.
Wind Power 55 GW of wind power capacity added Global total increased 12% to 487 GW
Wind Power The global wind power market contracted in 2016 China added most new installations: 23.4 GW
Solar PV Demand is expanding rapidly for offgrid solar PV, but capacity of gridconnected systems is rising more quickly
Energy Pay-Back Time of Multicrystalline Silicon PV Rooftop Systems Geographical Comparison (Source: Fraunhofer PHOTOVOLTAICS REPORT, 12 July 2017) Irradiation (kwh/m²/a) < 600 to > 2200 EPBT 2 yrs @1000 and 1 yr@1800 kwh/m²/a 2 years 1 year
Concentrating Solar Thermal Power (CSP) 110 MW of capacity came online in 2016 Total global capacity: 4.8 GW 900 MW expected to enter operation during the course of 2017
Wind Power At least 24 countries met 5% or more of their annual electricity demand with wind power Enough global capacity to meet 4% of total electricity consumption
Source: IEA World Energy Outlook. 2017
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 10000 US average France best guess 2008$/kW 5000 4000 3000 2000 1980 1983 1995 1996 1000 1 10 100 1971 1977 cum GW installed 1980 1985 1975 US: Koomey&Hultman, 2007; France: Grubler, 2009 Source: GEA Chapter 24, forthcoming
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
WORLD ENERGY ASSESSENT MAIN FINDINGS www.globalenergyassessment.org
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?
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
Branching points in GEA backcasting analysis Source: GEA Chapter 17
GEA-Supply EJ 1200 1000 800 600 400 200 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 1850 1900 1950 2000 2050
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
Inte bara energiteknik Stadsplanering Transportsystem Materialanvändning Markanvändning Konsumtionsmönster..
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 (<+1.5-2 o C över förindustriell nivå) g. fredsfrågor h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod) => Mycket stora förändringar i energisystemen behövs
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
Fossilfrihet på väg SOU 2013:84
Källa: Energimyndigheten, 2012
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
Några viktiga trender: IT utvecklingens alla dimensioner Resfria möten E-handel Tätare och attraktivare städer Hälsofrågor, inkl. cykel och gang Ökad kollektivtrafik peak car? Körkortsinnehav
Koldioxidutsläpp (g/km) Energieffektivare fordon inom EU, 2001-2013 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 Tyskland Finland Sverige Storbritannien EU-15 Norge Spanien Italien Frankrike Danmark
Energianvändning (TWh) Vägtrafikens användning av fossil energi med och utan åtgärder (TWh) 120 100 Utveckling av samhälle och transportsystem Energieffektivisering (exkl el) 80 Energieffektivisering (genom el) 60 Byte till el 40 20 Byte till biodrivmedel Export biodrivmedel Kvarstående fossil energi 0 2010 2030A 2030B 2050A 2050B -20
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% 2010 2020 2030 2040 2050 2010 2020 2030 2040 2050 Personbil Stadsbuss
Användning av fossil energi efter åtgärder
Fraction of biofuels in the transport sector (domestic) by fuel in relation to total energy in fuels in the road transport sector, 2007 2015, per cent.
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
Tack!