Pionjärer och S-kurvan

De tre främsta pionjärländerna inom kärnkraft, vindkraft och solceller, har utvecklat sina procentandelar enligt följande diagram (data från BP Statistical Review of World Energy 2017):Med de främsta pionjärländerna menar jag de som nu har högst penetration (procentandel) av respektive kraftslag. Jag har här uteslutit Litauen, som har hög vindandel av den inhemska produktionen men nettoimporterar det mesta av sin kraft från Ryssland sen stängningen av Ignalina.

Det nya året i statistiken är ett förlorat år för pionjärländerna. Faktum är att de hamnar på likartad nivå som 2014 eller tidigare. Solpionjärerna har mycket tydligt planat ut på 6-8% sol-andel. Vindpionjärerna, med undantag av Danmark och Litauen, som är plutt-länder som utnyttjar stora grannars förmåga att absorbera variationerna, har fortsatt svårt att bryta ut från ca 20% penetration.

Med tanke på att många påstår att solceller och vindkraft nu är billigare än allt annat är det ganska anmärkningsvärt, men helt i linje med en av mina grundteser här på bloggen: att intermittent kraft har helt andra mättnadsnivåer än kärnkraft. Låt mig förklara:

S-kurvan

Teknik-spridning i samhället brukar följa en S-kurva, det man matematiskt modellerar med en logistisk funktion. Försök gärna urskilja S-kurvorna för respektive energislag i grafen ovan. Såhär såg det exempelvis ut för Frankrikes kärnkraft:

Stiliserat kan det se ut såhär, i en snodd graf som jag kryddat med ett par egna pilar:

Kurvan kan sägas ha tre faser, den exponentiella i början, den linjära i mitten och den logaritmiska mot slutet. Den linjära fasen i mitten har kurvans snabbaste ökning i absoluta tal och därför buntas den ofta ihop med den exponentiella fasen, vilket gör att man tappar precision: När man är i den linjära fasen och extrapolerar exponentiellt så hamnar man i väldigt felaktiga förutsägelser. Jag har argumenterat för att vindkraften lämnade den rent exponentiella kurvan ca år 2009, och att solcellerna är på väg att lämna den nu.

Den linjära delen delen kallas i grafen ovan för ”exponential growth with saturation”, och det är precis det som händer: Pionjärländer mättas (blir klara med sina S-kurvor) medan vissa eftersläpande länder fortfarande introducerar tekniken exponentiellt. Tiotusenkronorsfrågan är var vi ligger globalt på kurvan för vind respektive sol, och var deras mättnadsnivåer ligger! Det är därför jag varje år följer pionjärländernas utveckling här på bloggen – det säger nämligen en del om mättnadsnivåerna.

Mättnadsnivåer

I en del kretsar finns en övertygelse om att pionjärländernas långvariga oförmåga att fortsätta öka beror på kol- och kärnkraftslobbyns stora makt och att man politiskt, helt i onödan, stoppat den förnybara kraftens framväxt. I mina ögon är det ganska verklighetsfrånvänt, närmast konspirationsteoretiskt. Istället handlar det om kostnaderna och värdeminskningen som uppstår då en kraftkälla närmar sig en penetration i nivå med sin kapacitetsfaktor. Det verkar som att kraftkällor har svårt att nå sådana penetrationer, dvs 10-20% för solceller, 20-40% för vindkraft och 80-90% för kärnkraft.

(De som säger att kärnkraft har likartade problem med lagringsbehov och elnät som intermittent kraft har alltså rätt, kvalitativt, men är helt ute och cyklar kvantitativt.)

För att närma sig dessa mättnadsnivåer måste elnäten stärkas och lagringsresurser integreras (staten måste punga ut), försäljningspriset sjunker kraftigt under soliga/blåsiga timmar (så konsumenterna måste stå för mellanskillnaden i feed-in-tariffer mm) samtidigt som det helt enkelt uppstår överskott som kostar men måste kopplas bort.

Många stora länder har bättre solinstrålning än Europa. Vindkraftens kapacitetsfaktorer förbättras också på sina håll. Det innebär att jag förväntar mig att nya pionjärländer kommer passera de nuvarande, men det kommer vara en förbättring från kanske 7-8% hos solcellspionjärer till det dubbla, eller kanske något mer om man kör hårt med solföljande utrustning. Men totalt ser jag 40% sammanlagd sol och vind globalt som optimistiskt även på ganska lång sikt.

Slutsats

För cirka 30 år sen nådde Frankrike 70% el från kärnkraft och några år senare 80%. Andra länder som nått över 50% kärnkraft historiskt är Sverige, Belgien, Ungern, Sydkorea och Litauen. Det är en vältrampad stig som alla länder med politisk vilja kan vandra.

När västvärlden fortsätter undvika sådana storsatsningar på kärnkraft så lägger vi ytterligare decennier till tre redan förlorade. Om förståelse för solens och vindens begränsningar (mättnadsnivåer) hade varit mer utbredd hos demokratiska befolkningar, så hade större satsningar antagligen kunnat komma till stånd.

  • 1
  •  
  •  
  •  

7 reaktioner på ”Pionjärer och S-kurvan

  1. Men, ett elsystem med 20-40% vind/sol och 50% kärnkraft är inte hållbart för ingetdera tar upp intermettenta svängningar bra.

    Slutsatsen måste vara att huvudproblemet är att identifiera en storskalig hantering av intermettenta kraftsvängningar som inte inkluderar fossila bränslen och inte heller vattenkraft för de som saknar vattenkraft. Hur löser man det? Kanske inte på produktionssidan?!

    1. Modern kärnkraft hanterar svängningar oerhört väl.

      3% up- eller nedreglering per minut (mellan 50% och 95%) av full effekt är numera ett krav för att få koppla in ny kärnkraft i europa (se EUR). Många nuvarande modeller klarar t.o.m mer än detta (5% är praxis)

      Sedan så har vi ”steam bypass” (dvs att man leder ångan till kylning direkt i st.f. via turbinerna) där det idag är vanligt med 105% i moderna designer (dvs – man kan med marginal kyla bort allt reaktorn producerar på full effekt).

      Och bland saker som redan är i drift.
      I princip alla kraftreaktorer i västvärlden som är i drift kan ta +-1.5% (2% är vanligt) per minut ner till ca 70% (och steam bypass 25-50% är oerhört vanligt), med några modeller som har haft 100% steam bypass sedan 80-talet.

      Sett till kraftnätet så finns det många processer som är både energikrävande och som tål avbrott (RO-rening av vatten i synnerhet, eller fylla upp pumpkraftverk).

      Men hur man än vänder på steken är intermittens en kostnad och det är bättre att skippa sådan kraft helt (undantaget om man har ett överskott av pumpkraftverk eller gaskraftverk (gaskraft kan dock med fördel ersättas med kärnkraft, vilket gör intermittens till en kostnad igen))

      1. Har du någon länk om steam bypass på moderna kärnkraftverk? Försökte googla men hittade bara något om Candu.

  2. Solenergi är troligen bara i början av sin S-kurva. Solenergi kommer gå igenom många små S-kurvor i takt med att man löser problem som tillfälligt begränsar. Inget vet i nuläget hur högt solenergi kommer nå.
    Kärnkrafts problem är olyckor och brist på ödmjukhet bland de som förespråkar och driver den. Andelen kärnkraft kommer antagligen minska i takt med stora olyckor sker och kraven på säkerhet ökar. Samtidigt kommer människor och företag göra sig oberoende av stora elnät när elanvändning, batteriteknik och solpaneler utvecklas.

    1. Visst kommer mättnadspunkten att stiga när ekonomin och infrastrukturen på olika sätt anpassar sig till låga mitt-på-dagen-priser, särskilt om dessa låga priser tillåts slå igenom till användarna (dvs skatteuttaget och nätavgifterna anpassas så att gratis el blir gratis även i konsumentledet). Men såvitt jag kan se finns inga riktigt effektiva sätt att höja mättnadspunkten förutom att skapa väldigt, väldigt billig lagring. Idag är värde-degraderingen 4 procentenheter för varje procentenhet ökad solpenetration i Tyskland. Idag är solens värde 93% av snittet och om solpenetrationen ökar från dagens 7% till 10% kommer värdet sjunka till ca 80%.

      ”I takt med att stora olyckor sker” – det finns inget som säger att vi behöver få någon ny stor olycka inom överskådlig framtid. Det kan förstås ske närsomhelst, men samtidigt var det 25 år mellan de senaste två olyckorna och flottan blir ständigt säkrare, vilket inte tyder på att vi kan förvänta oss att de ska dugga tätt, precis.

      Skulle människor och företag göra sig oberende av stora elnät? Tvärtom är ett sätt att höja mättnadsnivån en aning att skapa kontinent-vida elnät med feta HVDC-linor mm. Och det är just det som är trenden idag, till relativt höga kostnader.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *