Energi för hållbar forskning

Energi för hållbar forskning ESS energirapport september 2011

Innehåll 5 E.ON och Lunds Energi i unikt samarbete 6 Så fungerar ESS 8 Den hållbara forskningsanläggningen 10 RESPONSIBLE: Genomtänkt design optimerar energiförbrukningen 14 RENEWABLE: Så ska ESS bli hållbart 16 RECYCLABLE: Mer än hälften av energin kan återvinnas 20 RELIABLE: Elnätet säkras för ett tillförlitligt ESS 24 Forskning med neutroner ger framsteg på energiområdet 2 ESs EnergirapPort

Ett hållbart åtagande Den 28 maj 2009 togs beslutet att bygga European Spallation Source, ESS, i Lund. En anledning till att Lund hade det vinnande anbudet var stadens vision om en hållbar forskningsanläggning. Inom ESS hade vi satt upp tre tydliga och krävande energimål. I förhållande till både övriga forskningsanläggningar och våra tidigare designförslag hade vi nu kommit fram till följande energikoncept: RESPONSIBLE 20 % minskning av energiförbrukningen RENEWABLE 100 % användning av förnybar energi RECYCLABLE 60 % återvinning av använd energi Den avgörande punkten för ett hållbart ESS är dock resultaten av den forskning som kommer att bedrivas där. Inom områden som energi och bioteknik finns potential att ge betydande bidrag till både mänskligheten och vår planet. Energisystemen i ESS är av central betydelse för anläggningens tillgänglighet för forskning. Med anledning av detta arbetar vi också utifrån en fjärde punkt: RELIABLE Energisystemen får inte äventyra möjligheten att bedriva forskning Inom områden som energioch bioteknik finns potential att ge betydande bidrag till både mänskligheten och vår planet. Redan innan beslutet om placeringen av forskningsanläggningen togs, hade ESS ingått samarbetsavtal med ett antal energibolag för att utveckla en hållbar forskningsanläggning. Ett av bolagen var Lunds Energi, vars lokala fjärrvärmenät inspirerade oss till hur värmeenergin kan återvinnas. Lunds Energi blev därför en viktig samarbetspartner i arbetet med våra energimål. Mot slutet av 2009 hade ESS fått en styrgrupp där 14 deltagarländer representerades. Därefter anslöt sig energibolaget E.ON till arbetet. Bolaget hade tidigare genomfört ett framgångsrikt och inspirerande hållbarhetsprojekt i stadsdelen Västra Hamnen i Malmö. Med sitt Sustainable City-koncept kunde E.ON hjälpa oss med den viktiga länken mellan energikonceptet och utformningen av anläggningen och dess närområde. Vi har nu ett nära samarbete med två energibolag. Bägge parter har snabbt mobiliserat sina resurser till förmån för projektet. Under det senaste året har de arbetat intensivt tillsammans med vårt energiteam för att utveckla utformningen av ESS och därmed uppnå energimålen. Denna rapport återger gruppens framsteg så här långt. ESS ska fram till 2012 slutföra arbetet med uppdatering av den planerade utformningen av anläggningen, så att förberedelserna inför byggnationen kan starta. Vi ser med tillförsikt fram emot ett fortsatt gott samarbete för att förverkliga vår hållbara forskningsanläggning. Jag vill också passa på att å ESS-organisationens vägnar tacka för det fortsatta stöd vi har hos E.ON och Lunds Energi. Tack. Colin Carlile, VD ESS ESs EnergirapPort 3

4 ESs EnergirapPort

E.ON och Lunds Energi i unikt samarbete För första gången ska en omfattande och komplex forskningsanläggning, som samtidigt är hållbar, byggas. Vi samarbetar för att utveckla den optimala energilösningen en spännande utmaning som ställer höga krav på våra kompetenser. Energibranschen står inför stora utmaningar. Tillgången på energi, hur den produceras, vilken miljöpåverkan den leder till och inte minst vad energin kostar, är högt upp på agendan både hos kunder och politiker i Sverige och Europa. Ny teknik för att producera och distribuera el håller på att introduceras. Småskalig och storskalig energiproduktion kommer att finnas i samma system. Nya digitala övervakningsmöjligheter skapar möjligheter till nya affärsmodeller. Nya samarbetsformer mellan olika intressenter, energileverantörer och kunder etableras. Kundens roll kan förändras till att vara både konsument och producent av energi. Alla dessa delar finns med i ESS energilösning. Samarbetet mellan E.ON och Lunds Energi är en viktig förutsättning för att få fram kompetens och erfarenhet med tillräckligt djup och i tillräcklig omfattning för att kunna designa en energilösning som uppfyller samtliga ESS krav. Det öppnar också för att ta tillvara dagens och framtidens möjligheter av energilösningar. Lokal och global konkurrenskraft För oss är samarbetet med ESS viktigt på ett lokalt, regionalt och internationellt plan. Vi vill bidra till att göra ESS till en unik forskningsanläggning. Det skapar möjligheter att stärka inte bara Öresundsregionen i förlängningen ökar Sveriges och Europas globala konkurrenskraft. En sådan utveckling kommer även att skapa arbetstillfällen lokalt. Därför är det självklart för oss att vara en del av denna utveckling och bidra med vår kunskap och kompetens för att göra ESS till världens ledande hållbara forskningsanläggning. Målet är att skapa en världsunik lösning som kan stå modell för andra framtida anläggningar. Thomas Parker, energichef ESS, Mats Didriksson, utvecklingschef Lunds Energikoncernen och Richard Bengtsson, projektchef E.ON. E.ON är ett av världens största energiföretag med etableringar i Europa, USA och Ryssland. E.ON Nordic ansvarar för E.ONs nordiska energimarknad och har som målsättning att erbjuda energilösningar som avsevärt förbättrar energisystemet och utvecklar konkurrensen lokalt, regionalt och globalt under parollen cleaner & better energy. E.ON Nordic har cirka en miljon kunder och 5 500 medarbetare. Omsättningen 2010 uppgick till cirka 43 miljarder SEK. Lunds Energi ägs av LUNDS ENERGIKONCERNEN AB som via holdingbolaget Kraftringen ägs av Lunds (82,4 %) Eslövs (12 %), Hörby (3,5 %) samt Lomma (2,1 %) kommuner. Antalet energikunder uppgår till 286 000 och cirka 400 personer är anställda i koncernen. Verksamheten i 37 kommuner omsatte cirka tre miljarder kronor 2010 och omfattar elnät, elförsäljning, elproduktion, fjärrvärme, fjärrkyla, naturgas, kommunikationsnät, belysning samt entreprenad- och servicetjänster. ESs EnergirapPort 5

Så fungerar ESS European Spallation Source, ESS, kommer att bli en flervetenskaplig forskningsanläggning baserad på världens mest kraftfulla neutronkälla. Tusentals forskare kommer att besöka ESS varje år för att undersöka och utveckla nya material, mediciner, energilösningar och mycket annat. Vad är spallation? Spallation är en process där neutroner spjälkas ut från en atomkärna av en proton i nära ljusets hastighet. Det hela kan liknas vid bowling, men istället för bowlingklot accelereras protoner. Neutronerna kan liknas vid bowlingkäglor som faller åt alla håll när de träffas av det rullande protonklotet. För varje proton i acceleratorn frigörs cirka 30 neutroner. Protonerna och elektronerna samlas upp med hjälp av ett spänningsfält och neutronerna kan ledas ut i långa banor till experimentstationerna. Sedan länge har forskarna använt kärnreaktorer som neutronkälla. Det finns ett flertal sådana anläggningar i Europa. De kommer att användas även i framtiden, bland annat för experiment som kräver ett kontinuerligt neutronflöde. Reaktorbaserade neutronkällor har dock nått en teknisk intensitetsgräns och några är på väg att läggas ned av åldersskäl. Här tar accelerator- och spallationsbaserade neutronkällor vid, för att forskningen ska kunna gå vidare. Partikelacceleratorer och spallationsteknik förbrukar stora mängder energi men har samtidigt en klar fördel i och med att bruket av kärnreaktorer kan undvikas. Experimentstationer: Flödet av neutroner anpassas till de olika instrumenten och träffar ett prov med bestämd fart, vinkel, intensitet och spinn. Mönstret från neutronerna som har passerat provet visar en struktur och annan information om provet för forskaren. Varje instrument är anpassat till en viss typ av forskning, till exempel strukturbiologi, hållfasthet eller kemi. Kylnings- och värmesystem: Kylning tillförs på olika temperaturnivåer. Vid ESS återvinns värmen internt och förs till fjärrvärmesystemet. Snabbfakta ESS Så fungerar det Om man liknar ESS vid en ficklampa så är acceleratorn batteripaketet, målstationen glödlampan och neutronerna ljuset. Instrumenten för att genomföra undersökningarna kan liknas vid våra ögon. 14 miljarder SEK ESS kommer att konstrueras, finansieras och drivas gemensamt av minst 17 europeiska länder. Sveriges regering har utlovat 35 % av investeringskostnaderna på cirka 14 miljarder SEK och 10 % av driftskostnaderna. Invigning 2019 Byggnationen startar cirka 2013. Anläggningen beräknas öppna 2019 och vara i full drift år 2025. ESS kommer att besökas av 2 000-3 000 europeiska forskare per år. Målstation: Målet består av en tungmetall i fast, roterande eller flytande form. I målstationen krockar protonerna i dessa atomkärnor och spallation sker. 6 ESs EnergirapPort

Klystronhall: Radiofrekvenssignalen förstärks i klystroner. Klystronerna betjänas av modulatorer. Klystroner och modulatorer finns längs hela acceleratorn tillsammans med kylning, elförsörjning och annan teknik i denna klystronhall. Jonkälla: Väte i plasmaform skjuts genom en folie som tar bort elektronen från väteatomen. Kvar finns en positiv vätejon, vilket är samma sak som en proton. Accelerator: Protonerna passerar genom kaviteter. Kaviteten har olika elektriska fält som växelvis byter polaritet och på så sätt accelererar upp en partikel till hög hastighet. Hastigheten är så hög att den mäts i ß, vilket betyder del av ljusets hastighet. Heliumkylning: Kaviteterna i acceleratorn är supraledande och kyls till nära absoluta nollpunkten. Detta görs med flytande helium som skapas i kompressorer. ESs EnergirapPort 7

Den hållbara forskningsanlä ESS ska bli världens första hållbara forskningsanläggning. Energikonceptet Responsible, Renewable, Recyclable är det främsta verktyget för att förverkliga detta. Energikonceptet för ESS kan beskrivas som en trappa med tre steg. Det första, Responsible, betyder att anläggningen ska använda så lite energi som möjligt. Det andra, Renewable, innebär att all energi måste komma från förnybara källor. Det sista steget, Recyclable innebär att överskottsvärmen ska återvinnas. Samtidigt måste energisystemet vara tillförlitligt, Reliable. Elförsörjning och kylning är kritiska funktioner för att forskningen ska fungera. I denna rapport kan vi visa betydande framsteg. En energiinventering av anläggningen i sin nuvarande design, visar att den uppskattade energiförbrukningen har minskat från 350 till 250 GWh per år. Dessutom visar studien att i många delar av systemet kan temperaturen göras tillräckligt hög för att återvinna energin direkt till fjärrvärmesystemet. Värmen förs då ut via värmeväxlare till fjärrvärmesystemet och kan ge 174 GWh om året, tillräckligt för att värma cirka 10 000 villor. RENEWABLE: 100 % förnybar energi Målet Renewable innebär att ESS kommer att försörjas med energi från förnybara energikällor. Detta innebär att anläggningen kommer att drivas med minimal klimatpåverkan. Förundersökningen visar att vindkraft är en möjlig lösning. En helt ny vindkraftpark om 130 MW, vilket motsvarar cirka 40-50 vindkraftverk, tillgodoser anläggningens årliga förbrukning. Ekonomisk påverkan: 80 miljoner per år i intäkter och besparingar Koldioxidbesparing: 120 000 ton utsläpp undviks Läs mer på sidorna 14-15. Inga växthusgaser Ser man till koldioxidutsläppen kommer ESS, genom att uteslutande använda energi från förnybara energikällor, inte orsaka några nya utsläpp av växthusgaser. Värmen som produceras kommer att ersätta andra uppvärmningsformer vilket minskar utsläppen av koldioxid i regionen med cirka 15 000 ton om året. Hållbar utveckling handlar också om ekonomi. Vår energilösning kommer att ge nettointäkter och minskade kostnader på totalt 150 miljoner SEK per år. Hållbar forskningsanläggning Den här rapporten handlar om energi, som vi anser är den största utmaningen för hållbarhet på ESS. Givetvis handlar hållbar utveckling även om andra miljöfrågor, och om ekonomi och social rättvisa. ESS kommer att ge ut en årlig hållbarhetsrapport som även behandlar andra hållbarhetsfrågor. ESS kommer också att prövas enligt miljöbalken. 8 ESs EnergirapPort

ggningen RELIABLE: Tillförlitlighet i energisystemen Målet Reliable innebär att energisystemen för ESS måste vara tillförlitliga för att forskningen ska kunna fungera. ESS kan utnyttja att det redan finns två olika högspänningsledningar på plats, samt närhet till fjärrvärme och fjärrkyla. Läs mer på sidorna 20-23. RECYCLABLE: 60 % återvinning och återanvändning Målet Recyclable innebär att ESS siktar på att återvinna minst 60 % av den spillvärme som uppstår i anläggningen. Detta är något helt nytt för stora forskningsanläggningar. ESS skulle då kunna förse Lunds fjärrvärmenät med hela 20 % av dess årsbehov. Ekonomisk påverkan: 40 miljoner om året i intäkter Koldioxidbesparing: 15 000 ton mindre utsläpp från värmesystemet Läs mer på sidorna 16-19. RESPONSIBLE: 20 % minskning av energiförbrukningen Målet Responsible innebär att anläggningen ska bli 20 % mer energieffektiv än i designen som gällde när Lund utsågs till platsen för ESS. Effektiviseringen sker över hela anläggningen, från klystroner till kafeteria. Ekonomisk påverkan: 30 miljoner per år i besparing Koldioxidbesparing: 30 000 ton utsläpp undviks. Läs mer på sidorna 10-13. ESs EnergirapPort 9

RESPONSIBLE Genomtänkt design optimerar energiförbrukningen Vägledande och unikt för hela designarbetet med ESS är att kunna maximera effektiviteten i neutronproduktionen och samtidigt minimera elförbrukningen. Vi kan skapa den optimala kombinationen genom helt nya designlösningar. Elkostnaden för att driva ESS har beräknats till cirka 150 miljoner SEK per år, vilket motsvarar cirka 15 % av hela anläggningens driftkostnader. Därför är det naturligt att ett minskat elbehov står högt på dagordningen. I det skandinaviska anbudet om värdskapet för ESS gavs ett löfte om att få ner elförbrukningen till under 270 GWh om året. Minskningen ska genomföras utan att äventyra effekten i målstationen, precisionen i protonstrålen eller driftsäkerheten. De elintensiva komponenterna och systemen ska utvecklas systematiskt. Framför allt linjäracceleratorn med klystrongalleri och dess heliumkylsystem är stora elförbrukare. Genom att energieffektivisering står högt på dagordningen och är en del av konstruktionsförutsättningarna, blir ESS världsledande och unik i acceleratorsammanhang. Utveckling av acceleratorlayouten ESS Design 2002 På 1990-talet påbörjades utformningen som vi kallar ESS Design 2002. Stråleffekten var 10 MW och spillvärmen kyldes bort via kyltorn. Acceleratorn bestod av en varm och en kall, supraledande, del. Den varma delen var 262 meter lång och den kalla 308 meter. Acceleratorn var 648 meter lång exklusive jonkällor. Det fanns två jonkällor (både H + och H - joner) och två målstationer. Med hjälp av en ackumulatorring för protonerna kunde man välja om man ville ha lång- eller kortpulsprotonstråle i målstationen. Anläggningen skulle ha 24 instrument. Elbehovet var 106 MW och den årliga förbrukningen 610 GWh. ESS Design 2008 Nästa steg i ESS-layouten var ESS Design 2008. Här började utformningen närma sig dagens. Den viktigaste förändringen var att effekten i målstationen hade sänkts till 5 MW. En målstation (H - ), en jonkälla, ackumulatorringen och kortpulsdelen togs bort. Spillvärmen skulle fortfarande kylas bort via kyltorn. Med dessa åtgärder skulle elbehovet minska till 52 MW och 350 GWh. Effekt och energibehov för ESS olika designalternativ Systemdel/ Eleffektbehov (MW) ESS Design 2002 ESS Design 2008 ESS Design 2011 dagens design Jonkälla inklusive första delen av Linac 5 3 3 Linaccelerator inklusive klystrongalleri 41 25 17 Heliumkylsystem för linjäraccelerator 6 6 4 Heliumkylsystem för målstationer 3 3 3 Målstationer 12 2 2 Instrumentering 1 1 1 Kylsystem och övrigt 15 10 8 Ackumulatorring 23 Summa (MW el) 106 50 38 Elenergibehov (GWh el) 610 350 250 10 ESs EnergirapPort

Snabbfakta Energieffektivisering Forskningsanläggningar av ESS storlek och kapacitet är stora energianvändare. Enligt de beräkningar som gjordes 2008, inför Lunds anbudsansökan om värdskapet, skulle ESS komma att förbruka cirka 350 GWh el per år. Det är lika mycket som en mindre svensk kommun. Målet Responsible innebär att ESS förbundit sig att minska energiförbrukningen till under 270 GWh per år. Detta ska genomföras utan att äventyra effekten i målstationen, precisionen i protonstrålen eller driftsäkerheten. Genom ett systematiskt arbete med acceleratordesignen har ESS energiteam i dagens utformning kommit ner från 350 GWh per år (design 2008) till 250 GWh per år (design 2011), och därmed överträffat målsättningen. Att införa energieffektivisering som en del av konstruktionsförutsättningarna gör ESS världsledande och unik i acceleratorsammanhang. ESs EnergirapPort 11

Dagens design Utvecklingen av detaljkonstruktionen har fortsatt efter beslutet att ESS skulle byggas. Acceleratorns totala längd är kortad från 648 meter till 452 meter och i stort sett hela acceleratorn har gjorts supraledande, förutom 27 meter som är den nedkortade, normalledande delen. Resten, 325 meter, är supraledande. I denna kan protonerna accelerera till nära ljusets hastighet (ß). Här är det också lätt att styra protonstrålen, då friktionen blir mindre. Det går dock åt mycket energi för kylning ner till de -271 C som krävs för supraledning. Vinsten med supraledning är inte lika stor i början på acceleratorn då hastigheten är lägre. Därför görs inte hela acceleratorn supraledande. Tack vare teknikförbättringarna minskar effektbehovet till 38 MW per år och den årliga energiförbrukningen till ca 250 GWh, betydligt under målnivån. En annan viktig förbättring är att spillvärmen kyls med hjälp av fjärrvärme istället för kyltorn. Genom att införa en separat slinga för högtemperaturkylning, som kan värmeväxlas med fjärrvärmesystemet, kan mycket av energin som används till kylsystem sparas. ESS är mitt uppe i en designuppdatering. Trots att målet verkar uppnått på pappret, fortsätter arbetet med ytterligare idéer för att se till att besparingarna blir verklighet. Minskning av energianvändningen har historiskt sett haft låg prioritet för den här typen av anläggningar. Fokus har istället legat på att maximera effekt, prestanda och tillgänglighet. ESS arbetar dock vidare med att minska elförbrukningen och optimera klystrongalleriet och heliumkylsystemen. Klystrongalleriet är den centrala delen i acceleratorn. Klystronernas uppgift är att förstärka den radiosignal som, via en vågledare, accelererar protonen i strålröret till nära ljusets hastighet. Klystrongalleriet förbrukar 21 MW el och har en sammanlagd verkningsgrad på endast 30 %. Den står för mer än en tredjedel av den totala elförbrukningen vid ESS. Ett scenario är att satsa på halvledarteknik istället för klystroner. Halvledare har lägre förluster. Effektiviteten skulle öka från 30 % till minst 50 % och elbehovet halveras. Halvledartekniken är dock oprövad i denna tillämpning och kräver utveckling för att komma till användning. Dagens design I dagens design av ESS, design 2011, har energiförbrukningen reducerats från 610 till 250 GWh per år. Detta har varit möjligt genom systematiskt utvecklingsarbete och ny teknik. Bland annat har nästan hela acceleratorn gjort supraledande, effekten i målstationen har sänkts till 5 MW. En målstation, en jonkälla, ackumulatorringen och kortpulsdelen har tagits bort. ESS Design 2002 I den ursprungliga designen av ESS som påbörjades på 1990-talet beräknades den årliga energiförbrukningen till 610 GWh/år. Man använde då två jonkällor och två målstationer. Spillvärmen kyldes bort i kyltorn. Den supraledande delen av acceleratorn var endast 308 meter lång och med hjälp av en ackumulatorring för protonerna kunde man välja om man ville ha långeller kortpulsstråle. 12 ESs EnergirapPort

Att införa energieffektivisering som en del av konstruktionsförutsättningarna gör ESS världsledande och unik i acceleratorsammanhang. Utveckling och optimering bidrar till energieffektivisering Ökad verkningsgrad hos klystroner Dagens klystroner utvecklades under 1940-talet. Utvecklingen av dessa har över tiden fokuserats på tillgänglighet. Syftet är att utveckla och optimera genering och distribution av radiovågseffekten i klystroner. Klystroner finns i alla produkter som innehåller radiosändare, som t.ex. mobiltelefoner och mobiltelefonstationer. I dessa tillämpningar är energieffektivisering nödvändig, bland annat på grund av apparaternas storlek. Kunskapen om denna energieffektivisering kan lära oss hur vi ökar verkningsgraden hos klystronerna även inom neutronforskningen vid ESS. En enskild klystron i ESS klystrongalleri har en verkningsgrad på 50 %. Med 200 klystroner i galleriet får en ökning av verkningsgraden stort genomslag på energiförbrukningen. Målet är att komma upp till 65 %. Sådana klystroner måste dock testas före en eventuell serietillverkning. Konstruktionsgenomgång är en naturlig del av designarbetet. På bilden: Mats Lindroos, chef för ESS acceleratordesign och forskarassistent Sofie Botegård. Återkoppling av radiovågen Vid intrimningen av klystronen leds radiosignalen in i ett belastningsmotstånd där energin kyls bort. Även om spillvärmen återanvänds, är det bättre att minska elförbrukningen. Vid ESS undersöks därför möjligheten att leda tillbaka den reflekterade vågen. På så sätt kan vågen göra nytta i kaviteten igen, genom att accelerera protoner istället för att värma vatten. Heliumkylsystemen för supraledning Heliumkylsystemens uppgift är att skapa de extremt låga temperaturer som krävs i den supraledande delen av acceleratorn 271 C. Målstationen har också ett heliumkylsystem som används för att kyla ner neutronerna i en del av instrumenten. Här räcker det med 251 C. Kylningen sker genom att komprimera heliumgas i flera steg till 20 bars tryck. Processen är mycket elintensiv, 600-800 kw krävs för producera 1 kw kyla samtidigt som 500 kw spillvärme produceras. Även om spillvärmen kommer till användning, är det angeläget att minska elförbrukningen genom att förbättra heliumkylsystemens effektivitet. Heliumkylsystemen består av heliumkompressor, filter, fuktavskiljare, oljeavskiljare och så kallade coldboxes som innehåller värmeväxlare och turbiner. Coldboxes är komplicerade konstruktioner där heliumgasen kyls och expanderas genom så kallade Joule-Thomsonventiler. Kolvkompressorer att föredra Heliumkompressorerna är de riktigt stora elförbrukarna i heliumkylsystemen. Traditionellt används skruvkompressorer. Dessa har emellertid nackdelen att de använder olja för tätning som kräver filtrering vilket innebär förluster och ökar risken för otillgänglighet. Högeffektiva oljefria kolvkompressorer är önskvärda alternativ då de kan uppnå verkningsgrader på 65 % jämfört med skruvkompressorer som har en verkningsgrad på mindre än 50 %. Investeringskostnaden är dock fem gånger högre, vilket måste vägas mot den lägre elförbrukningen i ett livscykelperspektiv. ESs EnergirapPort 13

RENEWABLE Så ska ESS bli hållbart Målet Renewable innebär att ESS ska försörjas via förnybara energikällor. En anläggning av denna storlek är mycket energikrävande. Mängden som krävs motsvarar årsproduktionen hos 40-50 vindkraftverk. Det är ungefär lika mycket som ett medelstort svenskt pappersbruk eller en mindre svensk kommun förbrukar per år. När ESS tas i full drift kommer elförbrukningen i Lund att stiga med 20-30 %. Denna extra belastning på det nordiska elsystemet kräver ett eltillskott från så kallad marginalproduktion. Elen i det nordiska elsystemet kommer idag till stor del från förnybara och klimatvänliga energikällor, men marginalproduktionen bygger fortfarande i stor utsträckning på fossileldad och koldioxidskapande olja eller kol. Det betyder att varje ny marginalproducerad GWh ökar koldioxidutsläppen med 500 ton. En anläggning av ESS storlek skulle då öka koldioxidutsläppen med hela 150 000 ton per år. I framtiden kommer förvisso den fossileldade marginalproduktionen att bytas ut, men ESS satsar redan nu på förnybar el. Vindkraft, biokraftvärme, vattenkraft och vågkraft är alternativen som kommer att göra ESS till en hållbar forskningsanläggning, där vindkraft i dagsläget ser ut att vara det bäst lämpade. Vindkraftsteknologin utvecklas Ett genomsnittligt nytt vindkraftverk har i dagsläget en effekt på 2,5 MW. Beroende på placering blir den årliga produktionen i genomsnitt cirka 2600 MWh för varje installerad megawatt. Teknologin utvecklas ständigt och vid tidpunkten för ESS driftsättning, år 2018-2019, är det troligt att genomsnittseffekten ligger närmare 3 MW. Detta kommer att minska behovet av antalet vindkraftverk något. Investeringen bedöms till cirka 2 miljarder SEK. Placering av vindkraftspark Vindkraftsparkens placering har diskuterats till havs eller på land är alternativen. Vindkraft till havs ger 50 % mer energi men innebär 100 % högre investeringskostnader och är svårt att få lönsamt i Sverige. Om vindkraft väljs är landbaserad vindkraft i dagsläget huvudalternativet. Kriterierna för en bra placering kan vara allt från öppen terräng eller höjd över omgivningen, till goda elnätsförbindelser. Mycket viktigt är också stödet från kommun och länsstyrelse i tillståndsprocessen. Möjligheten att placera en park i anslutning till ESS-området bedöms som liten. Visualisering visar utveckling Eftersom forskningsresultaten vid ESS kan ge nya innovationer och ny energiteknik är det intressant att visualisera nya lösningar inom detta område. En kommersiell vindkraftspark kommer att förläggas relativt långt från forskningsanläggningen. Därför kan ett mindre antal vindkraftverk och andra exempel på småskalig elproduktion i teknikens framkant komma att byggas i anslutning till ESS. Ambitionen är att dessa ska visa på teknikutveckling, såsom nästa generations vindkraftverk. Dessa kraftverk producerar el som kan utnyttjas under byggtiden. Vinster för både klimat och ekonomi Genom att ESS blir ägare till förnybar elproduktion och investerar cirka 2 miljarder SEK, minskar de årliga elkostnaderna med 150 miljoner SEK. Dessutom får ESS intäkter från försäljning av elcertifikat som tilldelas produktionsanläggningar med förnybara energikällor. För ESS är detta en viktig försäkring mot framtida variationer i elpriset. Andra stora forskningsanläggningar i Europa har drabbats av minskade forskningsanslag när driftbudgeten i alltför stor omfattning använts för att täcka ökande elkostnader. Tidplan Kartstudier och utvärdering av lämpliga platser Tillstånd och samråd med eventuella överklaganden Konstruktion och bygge med eventuella överklaganden 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 14 ESs EnergirapPort

Snabbfakta Förnybar energi När ESS tas i bruk kommer elförbrukningen i Lund att stiga med 20-30 %. Detta skulle i normala fall kompenseras genom ökad marginalelproduktion, där fossileldade kol- och oljekraftverk fortfarande utgör en stor andel. En anläggning av ESS storlek skulle då generera 150 000 ton koldioxid per år. Målet Renewable innebär att ESS till fullo ska försörjas via förnybara energikällor. Flera olika alternativ har övervägts där vindkraft i dagsläget anses vara den bästa lösningen. Genom att bygga en vindkraftpark som motsvarar anläggningens behov idag beräknat till mellan 40 och 50 vindkraftverk kompenserar ESS sin energiförbrukning med förnybar energi. En sådan anläggning ger då inte upphov till några koldioxidutsläpp och blir därmed världens första hållbara forskningsanläggning. Nybyggnationen av en vindkraftpark kräver en investering om cirka 2 miljarder SEK. Men på sikt är detta ändå en ekonomisk vinst för anläggningen då de årliga elkostnaderna kommer att minska med ca 150 miljoner SEK. Pengar som istället kan gå till forskningen. ESs EnergirapPort 15

RECYCLABLE Mer än hälften av energin kan återvinnas I andra stora forskningsanläggningar kyls spillvärmen bort och släpps ut i luften. ESS planerar istället för återvinning och vill tillgodose fjärrvärmenätet i Lund med 20 % av dess totala årsbehov. Den el som används vid ESS kommer i huvudsak att användas för att accelerera protonerna till nära ljusets hastighet med hjälp av klystroner. Denna process har låg effektivitet och medför att stora volymer spillvärme produceras. I andra stora forskningsanläggningar utnyttjas inte denna värme. ESS koncept med återvinning av spillvärmen, främst till fjärrvärmenätet, blir unikt i acceleratorvärlden. Totalt siktar ESS på att återvinna minst 60 % av energin som tillförs. Spillvärmen från ESS genereras vid flera olika temperaturnivåer i anläggningen. De högre temperaturerna kan användas direkt i fjärrvärmenätet. De lägre måste höjas, vilket sker genom blandning med högre temperaturer eller med hjälp av värmepumpar, som är det mest effektiva sättet att nyttja hela spillvärmevolymen. Den totala spillvärmemängden skulle då bli 174 GWh per år vilket motsvarar cirka 20 % av årsbehovet av fjärrvärme i Lund. Investeringen för att ansluta ESS till fjärrvärmenätet beräknas till cirka 30 miljoner SEK. Därutöver tillkommer kostnaden för att utöka kylsystemet med ytterligare en temperaturnivå. Å andra sidan kan kostnaden för investering och drift av kyltorn undvikas. Återvinning av de högre temperaturnivåerna kommer vara lönsam från första året. Ekonomin och tekniken för återvinning av de lägre temperaturnivåerna måste utredas närmare i det fortsatta designarbetet. Användningsområden Spillvärmen kan delas upp i tre olika temperaturnivåer; 20 ºC, 40 ºC och 90 ºC. En mindre mängd kan återvinnas för uppvärmning av de egna byggnaderna. Andra användningsområden kan vara att använda lågvärdig värme till uppvärmning av torg och parkeringsplatser inom ESS-området samt i den nya stadsdelen Brunnshög. Det ger positiva effekter, såsom minskat behov av snö- och isröjning. Andra alternativ är att producera kyla för anläggningen samt komfortkyla för kontor, vilket kräver ett mycket litet eltillskott. Även alternativa värmepumpsteknologier som absorptionsvärmepumpar kan vara av stort intresse. Ytterligare alternativ är att använda värmen i ett lokalt växthus eller för biogasproduktion. Under underhållsperioder och de korta perioder då anläggningen inte är i full drift kommer spillvärmeproduktionen att bli lägre. Årsproduktionen av spillvärme framgår av diagrammet. Energiinventering av ESS Anläggningsdel Spillvärme Produktion (GWh/år) Temp 20 C (GWh/år) Temp 40 C (GWh/år) Temp 90 C (GWh/år) Jonkälla inkl första delen av acceleratorn 7 4 1 2 Linjäraccelerator inkl klystrongalleri 82 13 15 54 Heliumsystem linjäraccelerator 30 11 19 Heliumsystem målstation 16 5 11 Målstation 11 11 Instrument 5 5 Övrigt 23 16 2 5 Summa 174 49 34 91 16 ESs EnergirapPort

Lundagård, Lund. Foto Monica Nilsson, ESS Snabbfakta Värme En forskningsanläggning av ESS storlek och kapacitet förbrukar mycket energi men genererar också stora mängder värme. I alla andra stora forskningsanläggningar runt om i världen kyls denna så kallade spillvärme bort i kyltorn och släpps ut i luften. Målet Recyclable innebär att ESS siktar på att återvinna minst 60 % av den spillvärme som uppstår, främst till fjärrvärmenätet, vilket gör anläggningen unik i acceleratorvärlden. Vissa delar av året kan det uppstå överskott av värme i det lokala fjärrvärmenätet. Därför pågår studier av möjligheterna att utöka fjärrvärmemarknaden genom sammankoppling av nät. De aktuella fjärrvärmenäten återfinns i Malmö respektive Landskrona och Helsingborg. Spillvärmen från ESS ger fördelar för både klimat och ekonomi. För ESS innebär försäljningen av spillvärmen en extra intäkt på ca 40-50 miljoner SEK per år, pengar som kan investeras i forskning. Man minskar också de globala koldioxidutsläppen med 15 000 ton per år då spillvärmen från ESS ersätter annan värmeproduktion som genererar högre koldioxidutsläpp. ESs EnergirapPort 17

- - - - - - - - _0-12:03 2_r - - - - - - - - _0-12:03 2_r Återvinning av värmen från ESS i fjärrvärmenätet Fjärrvärmesystemet i Lund ska kompletteras med en biobränsleeldad kraftvärmeanläggning. När denna finns på plats, enligt planerna år 2014, kan produktionen av fjärrvärme tidvis överstiga behovet. Detta kan lösas genom säsongslagring av värmen så att den blir tillgänglig när behovet finns. I dagsläget bedöms ett lokalt marklager inte som intressant. Däremot kan lagring vara möjligt i det marklager som redan idag används för fjärrvärmeproduktion i Lund. Alternativet till säsongslagring är att utöka fjärrvärmemarknaden genom att koppla samman Lunds fjärrvärmenät med andra större fjärrvärmenät i västra Skåne. De aktuella fjärrvärmenäten återfinns i Malmö, respektive Landskrona och Helsingborg. Investeringen för sammankopplingen bedöms i båda fallen vara cirka 250 miljoner SEK. Fördelar för både klimat och ekonomi Spillvärmen från ESS representerar ett ekonomiskt värde som relateras till den värmeproduktion som ESS ersätter. En uppskattning av detta värde baserat på ett genomsnitt av spillvärmepriser i Sverige innebär en intäkt på 40-50 miljoner SEK per år. Då spillvärmen från ESS ersätter annan produktion som har högre koldioxidutsläpp kommer de globala koldioxidutsläppen att minska. Minskningen av koldioxidutsläpp blir cirka 15 000 ton per år vilket motsvarar utsläppen från 8 000 personbilar som vardera kör 1 500 mil per år. Lokal elproduktion för minskade kostnader Den värme som finns tillgänglig vid målstationen har så hög temperatur att den kan användas för elproduktion i ett minikraftverk med ångturbin och generator, alternativt en stirlingmotor. Effekten blir 0,5 MW och minskar inköpen av el med 3 GWh per år. Återbetalningstiden är cirka 7 år. Restvärmen från ångturbinen har rätt temperatur för att tillföras fjärrvärmenätet och volymen ligger på 11 GWh. Energiåtervinning inom ESS Illustrationen till höger visar var spillvärmen inom ESS uppstår (1 och 2) och hur man planerar att ta tillvara på den (3 och 4). 1 Klystrongalleri: I klystrongalleriet produceras den största spillvärmemängden i ESS-anläggningen, totalt cirka 125 GWh per år. Galleriet består av cirka 200 klystroner som fungerar som förstärkare av radiosignaler. Klystronernas uppgift är att accelerera protonerna till nära ljusets hastighet. Detta förbrukar stora mängder el och när denna el gjort nytta i klystronerna förvandlas sedan elenergin till spillvärme. 2 Heliumkylsystem: Heliumkylsystemet är den andra stora spillvärmeproducenten i ESS-anläggningen. Kaviteterna i acceleratorn är supraledande och måste därför kylas ner till nära absoluta nollpunkten. Denna kylning, som görs med heliumkylsystemet, kräver mycket energi, samtidigt som en stor mängd spillvärme produceras, cirka 45 GWh per år. 3 Energicentral: I energicentralen knyts anläggningens alla kyl- och värmesystem samman. Med hjälp av olika värmeväxlare och värmepumpar överförs sedan spillvärmen här till fjärrvärmenätet, totalt ca 174 GWh per år vilket motsvarar cirka 20 % av årsbehovet av fjärrvärme i Lund. 4 Sammankoppling av fjärrvärmenät: Vissa delar av året kan det uppstå överskott av värme i det lokala fjärrvärmenätet. Därför pågår studier av möjligheterna att utöka fjärrvärmemarknaden genom sammankoppling av nät. De aktuella fjärrvärmenäten återfinns i Malmö respektive Landskrona och Helsingborg. Fjärrvärme är ett intelligent och miljövänligt alternativ som effektivt kan tillvarata industriell spillvärme för att värma bostäder, skolor och andra lokaler samt förse dessa med varmt kranvatten. Den som väljer fjärrvärme väljer en enkel, trygg och bekväm värmekälla som i stort sett sköter sig själv. Drygt hälften av all uppvärmning i Sverige och Danmark kommer från fjärrvärme. En trend idag är att fjärrvärme i framtiden inte bara kommer att användas för uppvärmning utan även för att ersätta el för drift av vitvaror såsom torktumlare, tvätt- och diskmaskin, vilket är en möjlighet i den nya hållbara stadsdelen Brunnshög som ska byggas i anslutning till ESS. - - - - - - - - _0-12:03 2_r 18 ESs EnergirapPort

1 2 3 4 30 25 20 GWh/månad 15 10 90 C 40 C 20 C 5 0 Jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Spillvärmeproduktionen från ESS kommer att variera över året beroende på semestertider och korta perioder då anläggningen inte är i full drift. Diagrammet visar den månadsvisa fördelningen av spillvärmeproduktionen under ett år. ESs EnergirapPort 19

RELIABLE Elnätet säkras för ett tillförlitligt ESS Elanslutningen är en väsentlig del av ESS energilösning och medför ett flertal utmaningar. Det handlar om att tillföra elkraft med rätt kvalitet som varken stör acceleratorn eller forskningsaktiviteterna. Anläggningen ska anslutas till 130 kv-nätet vilket bland annat innebär att en ny mottagningsstation ska uppföras och att luftledningarna som går över området grävs ner. Risken för störningar från ESS till elnätet måste också begränsas. Elnätet vid ESS-anläggningen har hög kapacitet och är väl lämpat för en anläggning av ESS storlek och karaktär. Intill ESS finns en 130 kv regionledning som ägs av E.ON och går mellan Sege i norra utkanten av Malmö och Mörarp nära Helsingborg. Väster om Lund finns ytterligare två regionledningar som kan användas för reservmatning av ESS via befintlig kabel genom Lund som ägs av Lunds Energi. Det viktigaste är att säkerställa att nätet är tillräcklig robust och ger en hög kortslutningseffekt. Kravet från ESS har antagits till 1 500 MVA (megavoltampere). Vid normal drift uppgår kortslutningseffekten idag till 2 600 MVA och vid fel minimalt 850 MVA. Genom relativt enkla ombyggnader kan kortslutningseffekten ökas till 1 900 MVA vid fel. Designad mottagningsstation Elanslutningen till ESS kommer att ske via en ny mottagningsstation som ansluts i regionnätet. Samtidigt kommer dagens regionledningar att läggas under mark. Det ger utrymme för planerade bostäder, kontor och verksamheter. Den nya mottagningsstationens transformatorer och ställverk ska förse både ESS, Brunnshögsområdet och andra enheter med el. Stationen ska vara utformad så att den sammanfaller med karaktären på området kring ESS och snarare synliggöras än döljas. Stationsområdet blir cirka 100 gånger 200 meter. Störningar från omgivningen minimeras De magnetfältsnivåer som induceras från högspänningsledningarna vid normal drift bedöms inte utgöra några problem för ESS. Dessa uppgår normalt till 0,1 μt. Vid kortvariga fel på mindre än en sekund, kommer fältet att uppgå till maximalt 10 μt. Inte heller sådana fel bedöms utgöra några problem. Den planerade spårvägen från centrum till Brunnshög måste utformas så att dess jordledarsystem inte påverkar ESS drift. Erfarenheten visar att spårvägar kan ha negativ inverkan på till exempel acceleratorer, vilket påvisats vid CERNacceleratorn i Schweiz. Vibrationsdämpande åtgärder kommer att sättas in mot vibrationsstörningar från transformatorer och reservkraftaggregat. Det betyder att den elektriska utrustningen kommer att störa mindre än omgivande biltrafik. Exempel på vy över ESS-anläggningen med en ny mottagningsstation sedd från väg E22 nordväst om ESS. Exempel på mottagningsstation där den yttre designen synliggör de inre funktionerna. 20 ESs EnergirapPort

Snabbfakta Elnätet ESS-anläggningen är mycket känslig för störningar från elnätet. Ett strömavbrott skulle kunna leda till att flera veckors värdefull forskning går förlorad. Omvänt kan ESS-anläggningen också ge upphov till störningar ut på elnätet vilket kan påverka andra användare eller elproduktionsanläggningar. Målet Reliable innebär att energisystemen för ESS måste vara tillförlitliga. Det är därför viktigt att vidta åtgärder för att undvika problem i den elektriska samverkan mellan ESS och elnätet. Detta innebär bland annat att bygga en ny mottagningsstation och gräva ner de luftledningar som går över området. utforma den planerade spårvägen Lund-Brunnshög så att dess jordledarsystem inte påverkar ESS drift. sätta in vibrationsdämpande åtgärder mot vibrationer från exempelvis transformatorer och reservkraftaggregat. skapa back up-system för elförsörjningen av ESS. Tillsammans med E.ON Energy Research Center i Aachen kommer ESS att utveckla en simuleringsmodell där ESS och det omgivande kraftförsörjningssystemet är integrerade. På så sätt kan eventuella störningar elimineras redan i designfasen. ESs EnergirapPort 21

Ett strömavbrott skulle kunna leda till att flera veckors värdefull forskning går förlorad. Störningar från ESS-anläggningen minimeras ESS-anläggningen är känslig för störningar från elnätet. Omvänt kan anläggningen också ge upphov till störningar. Detta kan påverka andra användare eller elproduktionsanläggningar. Det är därför viktigt vidta nödvändiga åtgärder för att undvika problem som kan uppkomma i den elektriska samverkan mellan ESS och nät, och även inom ESS. Forskning för att eliminera driftproblem E.ON Energy Research Centre, EERC, har specialistkompetens inom modellering av komplexa kraftsystem. Genom EERC har E.ON bedrivit forskning tillsammans med Tekniska Högskolan i Aachen sedan 2008. Under ledning av ett flertal namnkunniga professorer kommer en simuleringsmodell att utvecklas och verifieras, där ESS och det omgivande kraftförsörjningssystemet är integrerade. Det handlar om att simulera komplexa störningar i realtid och samtidigt undersöka möjligheterna att stabilisera och reglera kraftnätet, för att eliminera störningarna redan i designfasen. Elektromagnetiska störningar från ESS Inom ESS-anläggningen utgör pumpar och kompressorer centrala delar i processen. Startströmmar från motorer och liknande kan leda till snabba spänningsändringar eller spänningsdippar som sprids genom elnätet. Elnätets robusthet redovisas genom att startströmmen av en 20 MW motor beräknas orsaka en snabb spänningsändring på endast 2 % på 130 kv-nivån, vilket med hänsyn till gällande standard kan tillåtas ske tre gånger per minut utan att orsaka störande spänningsändringar. ESS har tillsammans med E.ON Nordic och Lunds Energikoncernen inlett ett samarbete med E.ON Energy Research Center (EERC) i Aachen som kommer att utveckla och verifiera en simuleringsmodell för ESS och det omgivande kraftnätet. EERC har tillgång till en forskargrupp som specialiserat sig på realtidsmodellering av komplexa kraftsystem och använder i sitt arbete modeller som hämtats från utvecklingen av kraftsystem för avancerade marina applikationer. Elektromagnetiska störningar Spänningsdippar: En spänningsdipp är en spänningssänkning som är större än 10 % av den nominella spänningen, och har en varaktighet av minst 10 millisekunder och högst 90 sekunder. Transienter (överspänning): Transienter är kortvariga överspänningar som sprids genom nätet och som kan skada utrustning som är uppkopplad mot nätet. Spänningsvariationer: Spänningen kan förändras snabbt, långsamt, genom plötsliga dippar eller spänningsvågor som varierar över tiden. De långsamma och snabba spänningsändringarna är de vanligaste variationerna på det allmänna elnätet. Övertoner: Elnätet innehåller övertoner som avviker från den önskade sinusformen, så kallad harmonisk spänningsdistorsion. Orsaken till den harmoniska spänningsdistorsionen är förändringar på den optimala strömkurvan, som fortplantar sig från en anläggning. 22 ESs EnergirapPort

ESS-anläggningens modulatorer och klystroner kan även ge upphov till störningar som förväntas uppträda på frekvensen 20 Hz. De korta pulserna (2 millisekunder), med hög effekt från modulatorerna, kan fortplanta sig ut i elnätet. Där kan de generera mekaniska svängningar i turbingeneratorers axelsystem, i kraftverk som är anslutna till 130 kvnätet. Sådan svängning kan orsaka mekaniska skador på turbingeneratorsystemen. Dessutom kan pulseffekten orsaka störande flimmer om 1 200 stegvisa spänningsändringar per minut. Dessa får resultera i spänningsändringar som är mindre än 0,3 %. Alternativ mot störningar En ökad motståndskraft immunitetsnivå mot olika former av elektromagnetisk störning, medför att antalet störningar i driften reduceras avsevärt. Övertonsfilter, galvaniskt separerade transformatorer samt svänghjul och energilagring i batterier är några alternativ som minskar störningarna. Svänghjulen kan integreras med reservgeneratorer på så sätt förbättras anläggningens immunitet. Detta medför en hög underhållskostnad men gör anläggningen motståndskraftig mot kraftiga och varaktiga spänningsdippar. Backup förhindrar avbrott Långvariga avbrott i elförsörjningen är ett resultat av fel i en eller flera delar i nätet. Vid avbrott bör elförsörjningen till ESS-anläggningen upprätthållas till särskilt kritiska delar. Detta åstadkoms genom ett backupsystem. Allvarliga skador på anläggningen kan undvikas och bortfallet av värdefull forskningstid minimeras. Olika aspekter vad det gäller backup av elförsörjningen undersöks nu vidare, bland annat dess kapacitet och primära energikälla. Bilden visar tänkt kabeldragning av nuvarande 130 kv ledningen mellan Sege och Mörarps kraftstationer. Då luftledningen stör byggnaden av ESS, kommer den att jordförläggas i etapper, med början på ESS mark. ESs EnergirapPort 23

Forskning med neutroner ger Forskning med neutroner ger oss stora möjligheter. Det kan handla om lösningar för effektiv och billig solkraft, tåliga material samt bränslelagring som kan bromsa klimatförändringarna. Vid ESS ges också möjlighet att forska efter svaret på supraledningsprocessens gåta. Neutroner ger oss möjligheten att undersöka de lätta atomer som är viktigast i energiprocesser och biologiska processer, oavsett om det gäller tillsatsämnen i olja eller framtidens energiomvandling med biobränslen och vätgas. Forskning vid ESS kan bidra till en betydande utveckling inom energiområdet. Fotosyntes: Fotosyntes är också intressant. Genom ESS kan vi få möjligheter att utveckla konstgjord fotosyntes, med målet att utvinna bränsle från solljus och koldioxid. Utveckling av solkraft: För att vidareutveckla solkraft behöver vi material och strukturer som kan omvandla mer av solens strålar till elektricitet på ett kostnadseffektivt sätt. ESS kommer att vara ett viktigt verktyg för att undersöka funktioner och möjligheter hos nya material på atomnivå. Bättre bränsleceller: Kemiska processer i bränsleceller lämpar sig utmärkt för studier med neutroner. Idag saknas bra bränsleceller med hanterliga arbetstemperaturer. Genom att forska fram nya material och processer kan neutronforskning bana väg för bränslecellernas bredare genombrott. 24 ESs EnergirapPort

framsteg på energiområdet Bättre lagring av energi: Energilagring är ett stort område för neutronforskning. Många lagringsformer, som batterier eller lager av väte i fast form, bygger på atomära processer där de exakta förloppen inte är helt kända. Med större kunskap kan lagringsformerna utvecklas och optimeras. Vind- och solkraft är ojämna och oregelbundna energikällor, varför förbättrad energilagring är nödvändig för en fortsatt övergång till förnybar energiproduktion. Koldioxidlagring: På samma sätt som med bränsleceller, kan neutroner också användas för att studera processer för att avskilja och lagra koldioxid. Det är neutronernas särskilda känslighet för små atomer, som kol och syre, som gör neutronforskningen viktig för det som brukar kallas Carbon Capture and Storage. Detta är ett bra exempel på hur neutronforskning skulle kunna hjälpa oss att bekämpa klimatförändringen. Extrema material: ESS kan främja utvecklingen av nya material för många områden. Det kan vara material som tål extremt höga temperaturer såsom vid nya och mer effektiva kraftverk. Forskare vid ESS kan även bidra till att säkra driften av befintliga kraftanläggningar. Detta kan göras genom att undersöka hur bland annat svetsfogar och andra material påverkas av temperatur, strålning eller rörelse över tid. Nyttan med neutroner Nobelpriset i fysik 1994 tilldelades Clifford G. Shull och Bertram N. Brockhouse för användningen av neutroner för att visa var atomer är och vad atomer gör. Vid ESS kommer forskarna att använda den hittills starkaste neutronstrålen för att fortsätta undersöka vad atomer håller på med. Precis som röntgenstrålar kan neutroner användas för att se inuti material, men neutronernas egenskaper skiljer sig från röntgenstrålar på många sätt. Neutroner är neutrala partiklar, vilket innebär att: Neutroner kan tränga djupt in i materialen som undersöks Neutroner är skonsamma mot det som undersöks Neutroner kan användas i svåra miljöer Neutroner ser atomkärnor Neutroner har spinn och magnetiskt moment. Egenskaperna kan användas för att Supraledningsprocessen Idag kan material göras supraledande genom att de kyls till nära absoluta nollpunkten. Detta görs till exempel i ESS accelerator. Sedan 20 år tillbaka har vi känt till att vissa kopparoxidbaserade ämnen kan bli supraledande vid något högre temperaturer. År 2008 gjordes sedan upptäckten att också vissa järnbaserade material kan bli supraledande. Exakt vad som händer i materialet när det övergår till att vara supraledande är dock inte känt. Med neutronforskning kan vi undersöka materialens elektriska och magnetiska egenskaper, vilket kan leda oss fram till svaret. Att förstå och på sikt lära oss skapa material för rumstempererad supraledning skulle medföra enorma samhällsekonomiska besparingar. I dagsläget går stora mängder el förlorade som spillvärme både i kraftöverföring och elektriska apparater. studera mikroskopiska magnetiska strukturer studera magnetiska variationer utveckla magnetiska material Neutroner har samma massa som en väteatom Neutroner är särskilt känsliga för väte och andra lätta atomer, som kol och syre Energin hos en termisk neutron liknar den för excitationsnivåer i fasta ämnen, och neutroners våglängd är nästan på samma avstånd som avståndet mellan atomer i fasta material. Detta gör neutroner användbara för att studera vibrationer hos molekyler gitterstrukturer atomers rörelser ESs EnergirapPort 25

ESS-anläggningen blir en del av Lunds nya attraktiva stadsdel Brunnshög med bostäder och arbetsplatser för cirka 20 000 personer år 2030. Här finns förutom ESS även forskningsanläggningen MAX IV. 26 ESs EnergirapPort