Etikettarkiv: vind

Historisk energi-rampning

Jag har knackat ihop några grafer för en dos fågelperspektiv. Allt i detta inlägg gäller all energi, inte elektricitet enbart. Såhär ser marknadsandelarna ut för olika energislag ut får vårt senaste avslutade år (all data enligt BP-statistiken):

world_energy_by_source_2014
Ganska illa, eller hur? Men hur har detta utvecklats över åren? Sen 1965 har energikonsumtionen ökat från under 4 miljarder ton oljeekvivalenter per år till över 13, dvs mer än trefaldigats. Marknadsandelarna har per energislag utvecklats enligt nedanstående graf (dvs årlig förändring):

bp-statistical-review-of-world-energy-2015-workbook_965_image004

Grafen är ganska stökig, så låt oss fossilt och icke-fossilt för sig!

Först fossil energi:

fossil-market-shares

Jag har markerat oljekriserna och Kinas koldrivna inträde på världsmarknaden ovan. Ganska välkänt, och vi ser hur olja och kol slår lite upp och ner medan naturgasen mycket långsamt tycks knapra i sig marknadsandelar över åren.

För icke-fossila energislag har utvecklingen sett ut såhär:

non-fossil-market-shares

Före Tjernobyl hade kärnkraften ett antal goda år där man kapade åt sig 0.3-0.6% av världsmarknaden per år. Sen millennieskiftet har kärnkraften däremot nästan bara tappat marknadsandelar. Samtidigt har vindkraft och solceller ännu inte mäktat med att ta ens 0.2% marknadsandel något enskilt år och inte ens tillsammans har de lyckats nå mer än 0.25% under bästa året 2013.

Om vi staplar icke-fossila energislags marknadsandelar ser det ut såhär:

non-fossil-stacked-market-shares

Vattenkraften har alltså legat ungefär still på 6% marknadsandel. Det är imponerande i sig, nästan lite beklämmande, för det innebär att älvbiotoper sabbas i samma takt som energibehovet växer.  Kärnkraften rampade till ungefär 6% marknadsandel fram till mitten av 80-talet men har sedan millennieskiftet tappat i andel pga mycket lågt byggande och kinesisk kol-rampning som ökat totalen.

Vill man vara lite positiv så kan man konstatera att vi år 2014 nådde den högsta andelen icke-fossil energi i modern tid, men ökningstakten är inte direkt överväldigande. Vi har exempelvis gått från 12.4% under bottenläget 2008 till 13.3% år 2014, dvs 0.16% tagen marknadsandel per år. I den takten tar det hela 527 år att komma till 100% icke-fossil energi.

Kärnkraften har haft bättre rampningstakt, som sagt, vilket med tillräcklig politisk vilja kan upprepas och överträffas. Om vi upprepar det bästa året, 1985, på 0.64% tagen marknadsandel, så tar det 135 år att komma till 100% icke-fossil energi. Men då ska man minnas att kärnkraftsrampningen år 1985 var begränsad till en liten handfull rika länder med teknik som idag är 30 år gammal. Sverige gick exempelvis från cirka 1% energi från kärnkraft år 1973 till 30% år 1986, dvs cirka 2.2% marknadsandel per år.

Argumentet om rika länder kan förstås användas även för vind och sol, med modifikationen att Kina är störst på vind och sol idag. Tydligt är iallafall att kärnkraften globalt har demonstrerat cirka 3 gånger högre rampningstakt än vind och sol. Kärnkraften är därtill inte en intermittent kraftkälla och kan därför problemfritt skalas till betydligt högre marknadsandelar.

Vad säger allt det här om det kommande klimatmötet? Man har pratat länge, men det finns ingen omställning av signifikans. När Kyotoprotokollet sattes på pränt år 1997 hade världen 13% icke-fossil energi och det har vi fortfarande, men världens totala energiproduktion har ökat med nästan 50%. Jag önskar oss lycka till.

Låt vattenkraften jobba!?

Tänkte redovisa en enkel simulering av vad som händer med kraftbalansen om vi ersätter kärnkraften med sol och vind. I Sverige 2013 producerade kärnkraften 44% av elen, vinden 7% och solen 0.003%. Det mesta av resten utgörs av vattenkraft, som ger oss en stor flexibilitet att balansera övrig kraft.

Enligt rådande klimatnationalistiska paradigm, så ska vi i Sverige ställa om till helt förnybar elproduktion trots att vårt exempel (om vi lyckas) inte kan kopieras av andra länder som inte också har extrem tur med vattenkraftsresurser.

Låt oss därför anta att vi ersätter kärnkraftens 44% med ytterligare 22% vind och 22% solceller. (Enligt grön ideologi är detta tokbilligt, så varför inte?) Vi kan simulera påverkan på vattenkraften genom att utnyttja timvisa elproduktionsdata från 2013. Först basfallet, dvs hur vattenkraften faktiskt fick arbeta 2013 på timbasis. Jag har sorterat timmarna efter hur mycket vattenkraft de krävde:

vattenkraft-2013

Vi ser att vattenkraften fick leverera ca 13 GW som mest och 2 GW som minst. Väluppfostrat, inga problem, vattenkraften har 16-17 GW installerad effekt. Okej, men om vi ersätter kärnkraften med sol och vind, då? Jo, då krävs vattenkraft (dvs reglerkraft) enligt den röda tim-profilen:

simulerad-vattenkraft-2013

Som synes utnyttjar de mest krävande timmarna hela 21 GW vattenkraft, vilket alltså inte existerar. Vi kan inte ens utnyttja befintliga 16-17 GW hursomhelst pga dammläget, hänsyn till älvbiotoper mm.

I andra änden av spektrumet ser vi att vi under drygt tusen timmar på året har överskott (dvs vattenkraften skulle behöva gå baklänges) på upp till 26 GW. Den totala volymen av överskottselen i grafen är cirka 9 TWh. Överföringskapaciteten till grannländerna är mycket liten relativt dessa 26 GW och dessutom är det är inte självklart att exempelvis Norge har avsättning för elen om vi tokdumpar så att ledningarna glöder (och ganska otroligt att vi får ett vettigt pris om vi försöker). Vi kan alltså betrakta dessa 9 TWh som huvudsakligen förlorade.

Med detta sagt så går det rent tekniskt att fixa problemen så att tillgång och efterfrågan möts. Med elhandel mot utlandet, biomassaanläggningar, kraftigt fluktuerande elpriser och viss strandad (outnyttjad) elkraft så kan Sverige göra en sån här omställning. Det är ”bara” ekonomiskt och miljömässigt vansinne. Dessutom minskar vår flexibilitet i att balansera tyska och danska förnybara energikällor, så det blir svårare och dyrare för dem att ersätta kolkraft och gaskraft.

Timdistribution av el per typ

Sexig rubrik, inte sant? Jag stötte på en debattör som påstod att solceller knappast skulle börja påverka spotpriserna negativt förrän de nått 10-20% av Sveriges elproduktion (aka ”penetration”). Sån felsyn kräver ett par illustrativa grafer!

Först kärnkraftens el-leveranser per timme (procent av timmens förbrukning), sorterat, 2013. Notera att kurvan är ganska nära rektangulär, samt att kärnkraften producerar mest när det gäller och gör bränslebyten och underhåll på sommaren.

nuclear profile

Sen kommer vindkraftens el-leveranser 2013, på samma sätt. Notera den betydligt sämre fördelningen, en sorts triangelform med maxvärde på 28% och minvärde på 0.1%.

wind-profile

Slutligen solcellernas el-leveranser uppskalade till 7% penetration från 2013 års leveranser. Notera hur max-leveranserna når hela 97% av förbrukningen men att nästan inget produceras under 2/3 av timmarna. solar-profile

Solceller täcker hela förbrukningen vissa timmar vid ungefär 7% penetration. Vindkraft gör detsamma först vid cirka 25% penetration och kärnkraften vid 48%. Vi kan alltså räkna med att solceller har ungefär en tredjedel av vindkraftens potential vad gäller penetration, samt att de egna spotpriserna påverkas ungefär tre gånger kraftigare.

industriella läreffekter

Det har visat sig att när kumulativ tillverkningsvolym av en vara eller service fördubblas, så sjunker tillverkningskostnaden med en fast procentsats beroende på vara, ca 10-25%. Det kanske inte låter så mycket, men i en stor ekonomi med stora volymer blir kostnadssänkningarna inte sällan enorma. Se exempelvis detta log-log-diagram, via Wikipedia:

Experience_curve_example_Ford_Model_T

Hur uppstår dessa kostnadssänkningar? Jo, arbetarna blir säkrare och mer specialiserade, man utnyttjar utrustningen bättre, man automatiserar, man designar om produkten för att kunna producera den billigare, man upptäcker och fixar svagheter i produktionslinan etc. Detta upprepas om och om igen i hela produktionskedjan. Ibland blir det så billigt att man istället utnyttjar den högre effektiviteten till att höja prestanda eller kvalitetsnivå hos produkten. Ganska självklart egentligen. En nyckelfaktor i den här utvecklingen är konkurrens. Konkurrens ger ett sorts evolutionärt selektionstryck både på produkter och på produktion.

En klok vän påminde mig om Freeman Dysons ord om cyklar:

If you look at bicycles, there were thousands of weird models built and tried before they found the one that really worked. You could never design a bicycle theoretically. Even now, after we’ve been building them for 100 years, it’s very difficult to understand just why a bicycle works – it’s even difficult to formulate it as a mathematical problem.

Som alltid återkommer jag till energiproduktion. En tes jag har är nämligen att kärnkraftens stora akilleshäl, förutom sina utmärkta förutsättningar för skräckpropaganda och fiction, är dess enorma aggregatstorlek.

Betänk följande: Det har producerats cirka 500 kommersiella kärnkraftverk à 100-1500 MW, 500,000 vindsnurror à 100-4000 KW och 500 miljoner solceller à cirka 250 W. Om vi översätter detta till tvåpotenser, så blir det 2^9 kärnkraftverk, 2^19 vindsnurror och 2^29 solceller. Om vi antar att läreffekten är cirka 20% per dubbling, så har kärnkraften kommit ner till ca 10%, vindkraften 1% och solcellerna 0.1% av deras respektive initiala kostnader.

Det finns ingen orättvisa i detta, utan skillnaden är bara en lite speciell konsekvens av energislagens olika skalor. Ändå måste vi inse att dagens 500 reaktorexemplar med stor sannolikhet inte har kommit längre i sin utveckling mot optimal design och produktionseffektivitet än handbyggda cyklar som denna:

cykel

Det är den här insikten som får mig att ifrågasätta trosvissa grönas påståenden om att vindkraft och solceller har mycket större potential för kostnadsminskningar. Visst, läreffekterna kan fortsätta på någon nivå även för dessa, men horisontella vindsnurror med tre vingar är troligen den optimala designen och man verkar ha nått en sweet-spot på 2-3 MW vad gäller storlek. Likaså solceller – visst kommer man förbättra, men de är nästan gratis redan och det som är dyrt nu är övriga komponenter, montering mm. Kärnkraften däremot har antagligen betydligt mer fundamentala produktförändringar framför sig, då vi troligen inte är i närheten av optimal design.

Gröna påpekar skadeglatt att kärnkraft (i väst) blivit dyrare med åren. I det påståendet är däremot några olika sorters orättvisor inbyggda. En sak är exempelvis att de flesta läreffekterna rullats tillbaka för kärnkraft när konstruktionsindustrin i princip försvann på 80- och 90-talen. Nya reaktorer nu, i alla länder utom möjligen Kina och Sydkorea, är att betrakta som specialbyggen med nyutbildad, oerfaren personal, specialtillverkade komponenter, oprövade rutiner etc. Tacka sjutton för att det blir dyrt, iallafall jämfört med hur det kunde vara med mognad och serietillverkning! När Tyskland just tagit 1500 mdr i kostnader för att få igång solcellsindustrin och får beröm för detta så får Storbritannien enorm kritik för att de slösar några tiotals miljarder på att få igång sin kärnkraftsbyggindustri. En annan orättvisa är att byråkrati och irrationell skräck tvingat kk-industrin att överdimensionera säkerhetssystemen samtidigt som en våt filt lagts över FoU och konkurrens.

Som jag ser det är det förstås naturligt att man skalade upp reaktorerna enormt för att minska mängden byråkrati per verk och utnyttja uppenbara skalfördelar. Ändå tror jag att det var ett strategiskt misstag att inte stanna neråt 200 MW eller så. Resultatet blev långsammare dubbleringstakt, mindre konkurrens, kostnadseskaleringar som man alltid verkar få vid stora projekt etc. Dessutom ökade man finansieringsrisken (och därmed räntan) och minskade antalet intressenter med tillräckliga muskler att köpa reaktorer. Givetvis missar man marknader som lokal kombi-generering (fjärrvärme+el), industriell processvärme mm när man inte kan erbjuda små verk. Och sist men inte minst – byråkratin tillåts växa när den verkar på färre och större verk som kan absorbera kostnader – även byråkratier håller sig inom vissa ramar av det som är möjligt.

Som jag nämnt byggdes Oskarshamn 1 i början på 70-talet för cirka 3-4 mdr i dagens penningvärde, eller ca $1/W. (Detta är billigare än systempriserna för vind och sol idag, trots att kärnkraft producerar 2-10 gånger mer energi per watt.) Om läreffekterna fått verka fritt från den utgångspunkten hade vi levt i ett globalt kärnkraftssamhälle idag. Nu gör vi inte det och får leva (och dö) med konsekvenserna.

All eyes on China and India

Ännu ett resultat från bearbetning av BP Statistical Review of World Energy 2014, en penetrationsgraf från befolkningsgiganterna (procent av totaltproduktionen av el):

chinaindia

Vi ser att solceller varken nått seriösa nivåer eller ökningstakter, särskilt inte i Indien, vilket inte är så konstigt eftersom solceller ännu kräver väldigt kostsamma subventioner. Vindkraft däremot går starkt och ökar betydligt snabbare och stadigare än kärnkraft i dessa länder och har gått om kärnkraften i både Kina och Indien.

Det ser kanske ut som att kärnkraften stått ganska still under den visade perioden, men det är snarare så att den hängt med procentuellt när elproduktionen ökat 4-8 gånger i dessa länder. Det är för tunt, förstås, men bägge länderna har en hel del kärnkraft på gång nu. Framförallt Kina har en rejält bunt reaktorer som påbörjades innan Fukushima 2009-2010 som fördröjdes ett år men kommer att komma online under det här året och nästa. Ett överslag baserat på Kinas femårsplaner ger vid handen att kärnkraft och vindkraft borde utvecklas likartat i Kina under de kommande 2-3 åren.

Oavsett om man ser störst potential hos slump-el eller kärnkraft så är detta långtifrån tillfredsställande. Kung kol regerar vidare.

Elandel per källa och pionjärland

Idag kom BP Statistical Review of World Energy 2014, en av de smidigaste statistikkällorna över energiproduktion och -förbrukning per land och år. Alltså en guldgruva för sifferbitare som jag och dagar som denna borde jag egentligen ha semester. En sak jag genast gjorde var att uppdatera min graf över penetration för kärnkraft, vind och sol med siffrorna för 2013. Vi ser spår av att år 2013 var ett dåligt år för vindkraften, och även solcellerna harvar på väldigt långsamt i pionjär-länderna. Kärnkraften står sig hyggligt.

Danmark ökade vindkraften i absoluta tal år 2013, men 2012 var ett extremt lågt år vad gäller total elproduktion i Danmark och därför var penetrationen högre då. Påpekar igen att Danmark utnyttjar elhandel för att som pluttland kunna ha mer vind än vad man har egen avsättning för. Vi ser att sol och vind ännu inte lyckats demonstrera den hastighet och den volym som kärnkraften demonstrerade för 30 år sen.

electricity penetration