Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation
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
= ~ 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 5
Orkanen Gudrun 8 januari 2005 663 000 kunder utan el 12 000 i mer än 20 veckor Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 8
NASA: World at night Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 9
Elförbrukning per invånare 2013 Källa: data.worldbank.org/indicator OECD/IEA 2014
IEA World Energy Outlook: Miljoner utan el Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse Källa: data.worldbank.org/indicator 11
BNP per capita vs kwh el per capita Källa: notrickszone.com CIA World Factbook Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 12
Elanvändning per capita Källa: www.indexmundi.com Ex E1.1
Elanvändning EU årlig trend 1990-2014 Källa: European Environment Agency (EEA) http://www.eea.europa.eu/ds_resolveuid/922f628cee62417b92edec66303c52a8
Sveriges energitillförsel i TWh 2010 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse El är viktigt blir ännu viktigare? Elanvändning 2015: 136 TWh 15
Elanvändning i Sverige 1970-2014 80,0 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
Elanvändning bostäder och service 1970-2014 Elvärme (faktisk) Hushållsel Driftel 80,0 70,0 60,0 Energi [TWh] 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 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
Energianvändning bostäder och service 1970-2014 Energi [TWh] Biobränslen Petroleumprodukter Natur- och stadsgas Fjärrvärme El 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 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
Energianvändning transporter 1970-2014 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
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
Exempel graddagar 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 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
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
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
Elproduktion i Sverige Möjligt 2011: 36 447 MW Max 2016: ca 26 000 MW (7 jan) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 28
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
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
Sammanfattning El en viktig del av vår vardag 23 januari Elens dag http://www.svenskenergi.se/vi-arbetar-med/fragor-g-o/laddasverige/elensdag/ 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