Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation
Översikt Stora och små strömavbrott Trender inom elanvändning Världen Statistik Sverige Energiläget/Energiåret Värmebehov Installerad effekt och tillgänglighet Verkningsgrad Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 2
= ~ Kraftslag Sektorer
New York unplugged 4.11 pm August 14 2003 50 miljoner utan el Elförsörjningen normal efter 30 h Ohio Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 4
Sverige 23 september 2003 Hela Själland med Köpenhamn + 857 000 svenska kunder utan el Elförsörjningen normal efter 1-6 h Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 5
Orkanen Gudrun 8 januari 2005 663 000 kunder utan el 12 000 i mer än 20 veckor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 6
.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 Olof Samuelsson 7
Nätspänning 27 Mars 2007 kl 07.11 Linköping 94 % Växjö Landskrona 89% 51% Karlskrona Malmö 0% Data från Unipower AB 74% Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 8
NASA: World at night Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 9
data.worldbank.org/indicator
IEA World Energy Outlook: Miljoner utan el Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 11
BNP per capita vs kwh el per capita notrickszone.com CIA World Factbook Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 12
Elanvändning per capita www.indexmundi.com Ex E1.1
Sveriges energitillförsel i TWh 2010 Elanvändning 2016: 140 TWh 14
Elanvändning i Sverige 1970-2016 Stark ökning till 1987, sedan konstant och därefter minskat Elanvändning i bostäder och service har ökat mest Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 15
Elanvändning bostäder och service Elvärme står för stor del av ökningen ( Elförbrukning olika vid exempelvis kalla och milda vintrar) Driftel till ventilation och belysning mm ökar också Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 16
Energianvändning bostäder och service Olja har ersatts och har minskat sedan 1970-talet El och fjärrvärme viktiga ersättare Nästan fossilfritt! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 17
Energianvändning transporter 1970-2015 El hittills bara till tåg och spårvagnar Stor potential för el! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 18
Temperaturkorrigering Elvärme gör elförbrukningen temperaturberoende Exempel: Kalla vintrar 2003, 2010 och 2011 Temperaturkorrigera= Räkna om till normalår Normalår=medelvärde av sista 40 eller 50 åren Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 19
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 har enhet graddagar eller gradtimmar Uppvärmningsbehovet uttrycks i graddagar eller gradtimmar för en viss tid (typiskt ett år) på en viss plats Temperaturkorrigerat W=W 2017 (graddagar medel1967-2017 /graddagar 2017 ) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 20
Exempel graddagar 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bilda medel(ute)temperatur 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 Olof Samuelsson 21
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 installerad effekt tillgänglig under timmen på året med högst elbehov Typiskt februarimorgon Noll för solel Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 22
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 Olof Samuelsson 23
Elproduktion i Sverige Möjligt 2011: 36 447 MW Max 2011: ca 26 000 MW (23 feb) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 24
Typisk installerad effekt för en enhet Kärnkraft Vattenkraft Vindkraft Solceller 500-1000 MW 50-100 MW 3x3 MW <<1 MW Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 25
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 Olof Samuelsson 26
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= 0.018 TWh/år Sol 0.1MW 1000h/år= 0.0001 TWh/år Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 27
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 Olof Samuelsson 28
Verkningsgrad Mått på resursutnyttjande Typiska värden Solcell 10 % 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 Olof Samuelsson 29
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 Olof Samuelsson 30
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 Olof Samuelsson 31