Elförsörjningen och dess koppling till välfärd, miljö och klimat

One-point-six-billion people lack access to electricity. Without electricity you cannot do anything in this world. Two to three billion people still rely on traditional energy sources, such as firewood, peat or dung. This affects their health and keeps people trapped in poverty. UN Secretary General Ban Ki Moon (2010)

Förhistorien Power source Available capacity (MW) Approximate share (%) Animal traction 7500 50 Wood 3000-4000 25 Water 1000-2000 12.5 Human 750 5 Windmills 350 2 Sail 200 1 Energibalansen före industrialiseringen av Europa (Oxford Institute of Energy Studies: Energy: The Long View, Malcolm Keay, October 2007). Några iakttagelser: 1) Endast förnybart men inte särskilt miljöanpassat. 2) Huvudsaklig användning inom jordbruket. 3) Europa hade i storleksordningen 15 GW installerad effekt. Leder till en hög energikonsumtion per person som normerad till befolkningsoch BNP-ökning faktiskt är högre än idag. Illustrerar att lågenergiländer ofta gör av med mycket energi p.g.a. låg verkningsgrad i energisystemet.

Välfärd Källa: SCB

Välfärd Sveriges jordbruksproduktion Total skörd [ton] Sysselsättning [antal] Produktivitet [ton/sysselsatt] Befolkning [10 6 ] 1910 4 900 000 1200 000 4 5.5 2010 7 100 000 97 900 73 9.3 Försörjningsbörda 5 95 Källa: SCB, Jordbruksverket, Portalen för historisk statistik

Välfärd Sveriges elförbrukning: tillverknings- och utvinningsindustrin Källa: SCB

Välfärd m 3 / dygn M kr

Välfärd Energiförsörjningen starkt kopplad till välfärdsutvecklingen Hur ser försörjningsläget ut i världen? 9

Energi i världen Källa: IEA 2014.

Energi i världen Källa: IEA World Energy outlook 2014. Bild: Carl Hellesen.

Energi i världen Källa: Världsbanken. Bild: Carl Hellesen

Energi i världen Källa: BP Statistical Review. Bild: Carl Hellesen

Energi i världen Jämförelse Sverige - Danmark

Hur åstadkomma en miljö- och klimatsmart elproduktion för att understödja välfärden? 15

Energipolitik? Effektpolitik? Effekt Mått på ett elsystems förmåga att vid varje tidpunkt kunna tillgodose samhällets behov Energi Mått på hur stor effekt som utnyttjats under en viss tid 16

Viktigt att komma ihåg: Energi: Inget tekniskt problem idag att täcka sveriges årsbehov av el med hjälp av enbart förnybar kraftproduktion Effekt: För närvarande inte tekniskt möjligt att täcka sveriges momentana elbehov med hjälp av enbart förnybar kraftproduktion 17

Energi Tyskland Källa: European Network of Transmission System Operators for Electricity 18

Effekt Tyskland Källa: European Network of Transmission System Operators for Electricity 19

Effekt Danmark 2016-10-25 Källa: Svenska Kraftnät

Effekt Danmark 2016-10-26 Källa: Svenska Kraftnät

Effekt Europa Källa: Europeiska nätverksoperatörer. Bild: Roger Andrews

Det svenska systemet Baskraft Basen i systemet: stora mängder kraft, kontinuerlig produktion (kärn- och vattenkraft) Intermittenta kraftkällor Finns när de finns, är beroende på vad som erbjuds för stunden (vindkraft) Reglerkraft Reglera tillfälliga upp och nedgångar i konsumtion (vattenkraft, kraftvärme) 23

Effekt Sverige 2016-10-25 Källa: Svenska Kraftnät

Det svenska systemet Källa: European Network of Transmission System Operators for Electricity 25

Det svenska systemet Svensk elproduktion innebär att Sverige varje år exporterar ca. 50 TWh ren energi till världen bara genom exportprodukterna Hur ser det ut i andra länder? 26

CO2-utsläpp Land CO2-utsläpp [g per kwh producerad elektricitet] Medelvärde OECD-länder i Europa 310 Sverige 30 Frankrike 76 Tyskland 461 Danmark 360 CO2-utsläpp i några europeiska länder. Källa: IEA 2010. 27

Koldioxidreduktion Källa: Världsbanken. Bild: Carl Hellesen

Koldioxidreduktion Det finns inte tid för att ställa CO2-snåla tekniker mot varandra, ALLT måste byggas ut snabbast möjligt

Varför är kärnkraften en så effektiv energikälla?

Atomkraft? Kärnkraft? I förbränning av uran utnyttjas krafter som är flera miljoner gånger större än alla andra krafter vi kan få energi ur. För en given mängd producerad energi leder det till att: ü relativt liten mängd bränsle behövs. ü relativt liten mängd avfall produceras, vilket dessutom är lokaliserat. Exempelvis:

Atomkraft Ved: 5 kwh/kg. Olja: 10 kwh/kg. Kärnkraft Kommersiellt uranbränsle: 1000 000 kwh/kg. Energin i en bränslekuts motsvarar 800 liter villaolja. Det finns ca 15 miljoner bränslekutsar i en reaktor.

Atomkraft? Kärnkraft? Gram CO 2 / kwh Källa: Livscykelanalys Vattenfalls elproduktion i Norden

Snabb neutron Vatten Långsam neutron Fissionsfragment Snabba neutroner U 235 U 238 Pu 239

Dagens bränslecykel 3-5% 235 U Bränsletillverkning MOX Reaktorer Anrikning Utarmat U Pu Lagring Konvertering till UF 6 Utarmat U Upparbetning 0.7% 235 U Rester Gruvdrift Vitrifiering Slutförvar 238 U + F.P. + F.P. + transuraner -+ Pu Pu

Genererat avfall från LWR

Funderingar om kärnkraft ümycket energi produceras med relativt liten mängd bränsle ürelativt liten mängd avfall produceras ü Låga produktionskostnader ü Ytterligt små utsläpp av växthusgaser per producerad kwh Finns nackdelar?

Funderingar om kärnkraft I dagens kommersiella reaktorer utnyttjas naturliga uranet till mindre än en procent. Resten betraktas som avfall. Leder till funderingar: ü Uthållighet ü Avfallsförvaring ü Etik Fjärde generationens kärnkraftsystem

Generation IV är ett system Camilla Odhnoff: Avfall är vad som är kvar när fantasin tagit slut Målområden: q Uthållighet / resursutnyttjande / återvinning (krav i Miljöbalken) q Operativ säkerhet / tillgänglighet q Ekonomi q Hög säkerhet mot avledning av material

Generation IV är ett system Återvinning kärnavfall Photo courtesy Stock.XCHNG Kärnämneskontroll Snabba reaktorer Reaktorövervakning Logistik Slutförvar

Gen IV bränslecykel Bränsletillverkning Utarmat U Snabba reaktorer Mellanlager Använt bränsle Pu + 238 U + transuraner extraherade i en ström Återvinning Inkapsling Slutförvar F.P. (+ spår av transuraner)

Snabba reaktorer Snabba neutroner Fissionsfragment U 238 Pu 239 Mindre aktinider

Reaktor Land Kritisk Kylmedel Effekt [MW t ] Clementine USA 1946 Hg 0.023 EBR-1 USA 1951 Na/K 1.4 BN-2 Ryssland 1956 Hg 0.1-1 Några snabba reaktorer i historien BR-5/BR-10 Ryssland 1958 Na 5/8 DFR UK 1959 Na/K 60 Fermi USA 1963 Na 200 EBR-II USA 1963 Na 62.5 Rapsodie Frankrike 1967 Na 40 BOR-60 Ryssland 1968 Na 55 SEFOR USA 1969 Na 20 KNK-II Tyskland 1972 Na 58 BN-350 Kazakstan 1972 Na 750 Phenix Frankrike 1973 Na 563 PFR UK 1974 Na 650 FFTF USA 1980 Na 400 BN-600 Ryssland 1980 Na 1470 JOYO Japan 1982 Na 140 FBTR Indien 1985 Na 40 Super- Phenix Frankrike 1985 Na 3000 MONJU Japan 1995 Na 714

Vad händer nu på snabbreaktorfronten? Reaktor Land Kritisk Kylmedel Effekt [MW e ] PFBR Indien 2016? Na 500 BN-800 Ryssland 2016 ongrid Na 880 BN-1200 Ryssland 2018? Na 1200 Toshiba 4S Japan 2020? Na (Pb?) 10 KALIMER Sydkorea 2030? Na 600 ASTRID Frankrike 2027 Na 600 ALFRED EU? Pb 125 ALLEGRO EU? He 75 (t) SSTAR USA? Pb (Bi) 10-100 (t) BREST-300 Ryssland? Pb 300 SVBR-100 Ryssland 2017? PB (Bi) 100 CEFR Kina 2016 Na 20

Vad gör vi i Uppsala? Kärnämneskontroll q Ny detektionsteknologi q Safeguards-by-Design Reaktorövervakning q Ny detektionsteknologi q Autonoma säkerhetssystem Reaktorer q Material q Säkerhetsanalys q Bränslediagnostik

Vad kan uppnås? ü 100 gånger bättre utnyttjande av naturresurserna. ü Använt bränsle kan användas. Exempelvis: Sveriges använda kärnbränsle kan ge lika mycket energi som dagens kärnkraft i ca 1000 år. ü Uthålligheten ingen praktisk fråga.

Vad kan uppnås? ü Väsentligt mindre volym av långlivat avfall üavfallets effektiva halveringstid väsentligt kortare ü Nya tekniker för återvinning => ökad säkerhet mot spridning av klyvbart material. ü Det slutliga avfallet kan i princip inte användas till kärnvapenproduktion. ü Ingen gruvbrytning under överskådlig tid ü Ingen anrikning nödvändig

Förslag på en svensk nationell plan

Några arbeten som vi har tagit fram och som kan vara av intresse i detta sammanhang 1. http://uu.divaportal.org/smash/get/diva2:752144/fulltext01.pdf 2. http://uu.divaportal.org/smash/get/diva2:812069/fulltext01.pdf 3. http://www.divaportal.org/smash/get/diva2:812068/fulltext01.pdf

Att ta med hem ü Mänsklig civilisation (och välfärd) drivs av energi üglobal välfärd inte bara en humanitär fråga utan även en fråga som kopplar till geopolitisk stabilitet üklimatproblematiken en ödesfråga som måste lösas ütre avgörande nationella frågeställningar: Sveriges framtida välfärd Global välfärd Klimatet Förkastas kärnkraften, vilken/vilka punkter skall bort?

Tack för mig! Ane Håkansson, Uppsala universitet ane.hakansson@physics.uu.se För en introduktion till ämnet: http://www.divaportal.org/smash/get/diva2:752144/fulltext01.pdf