Energi fr en hllbar framtid Thomas B Johansson Professor och - - PowerPoint PPT Presentation

energi f r en h llbar framtid
SMART_READER_LITE
LIVE PREVIEW

Energi fr en hllbar framtid Thomas B Johansson Professor och - - PowerPoint PPT Presentation

Statistisk termodynamik med tillmpningar L TH, 2019 - 11 - 25 Energi fr en hllbar framtid Thomas B Johansson Professor och Director em., International Insitute for Industrial Environmental Economics (IIIEE), Lund University, Lund,


slide-1
SLIDE 1

Statistisk termodynamik med tillämpningar L TH, 2019 - 11 - 25

Energi för en hållbar framtid

Thomas B Johansson

Professor och Director em., International Insitute for Industrial Environmental Economics (IIIEE), Lund University, Lund, Sweden, Former Co-Chair, Global Energy Assessement, International Institute for Applied Sytsems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria

slide-2
SLIDE 2
slide-3
SLIDE 3

100 200 300 400 500 1850 1900 1950 2000 Primary Energy (EJ

Biomass Oil Gas Renewable Nuclear Microchip Steam motor Gasoline tube Commercial Nuclear Television engine engine Electric Vacuum energy Coal aviation

World Primary Energy

Source: Nakicenovic et al., 1998

?

slide-4
SLIDE 4

Utmaningar som leder till krav på förändrade energisystem

  • a. Energitjänster för växande befolkningar och

ekonomier, från 7.7 till ~11 miljarder 2050; 2%/a p.c.

  • b. Universell tillgång till moderna energibärare

( ~3 miljarder har det inte för matlagning; ~1 miljard har inte elektricitet)

  • c. Överkomliga kostnader för energitjänster
  • d. Säker energitillförsel, från hushåll till nationer,
  • e. lokala and regionala hälso- och miljöfrågor

(WHO’s riktlinjer)

  • f. Motverka klimatförändringar (global

uppvärmning <+1.5 - 2 oC över förindustriell nivå)

  • g. fredsfrågor
  • h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning,

livsmedelsprod)

slide-5
SLIDE 5

Dessa utmaningar måste hanteras

  • Adekvat
  • Samtidigt
  • Tillräckligt snabbt
slide-6
SLIDE 6

FN:s hållbarhetsmål 2015

slide-7
SLIDE 7

Goal 7: Ensure access to afgordable, reliable, sustainable and modern energy for all

Targets

  • By 2030, ensure universal access to afgordable,

reliable and modern energy services

  • By 2030, increase substantially the share of

renewable energy in the global energy mix

  • By 2030, double the global rate of improvement in

energy effjciency

  • By 2030, enhance international cooperation to

facilitate access to clean energy research and technology, including renewable energy, energy effjciency and advanced and cleaner fossil-fuel technology, and promote investment in energy infrastructure and clean energy technology

  • By 2030, expand infrastructure and upgrade

technology for supplying modern and sustainable energy services for all ….

slide-8
SLIDE 8

Utveckling, hälsa, kvinnors situation, växthusgaser

MATLAGNING

slide-9
SLIDE 9

Access to Electricity

  • In 2016: 14% of

the global population lived without electricity – approx. 1.06 billion people (majority in SSA and Asia- Pacifjc regions)

  • DREA systems

were serving

slide-10
SLIDE 10

klimatfrågan

slide-11
SLIDE 11
slide-12
SLIDE 12

Atmospheric concentration

The global CO2 concentration increased from ~277ppm in 1750 to 403ppm in 2016 (up 45%) 2016 was the first full year with concentration above 400ppm

Globally averaged surface atmospheric CO2 concentration. Data from: NOAA-ESRL after 1980; the Scripps Institution of Oceanography before 1980 (harmonised to recent data by adding 0.542ppm) Source: NOAA-ESRL; Scripps Institution of Oceanography; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Budget 2017

slide-13
SLIDE 13
slide-14
SLIDE 14

Source: IPCC Special Report on Global

slide-15
SLIDE 15

CO2, CH4 and temperature records from Antarctic ice core data

Source: Vimeux, F ., K.M. Cufgey, and Jouzel, J., 2002, "New insights into Southern Hemisphere temperature changes from Vostok ice cores using deuterium excess correction", Earth and Planetary Science Letters, 203, 829-843.

slide-16
SLIDE 16

Schematic illustration of possible future pathways of the climate. The interglacial state of the Earth System is at the top of the glacial–interglacial cycle, while the glacial state is at the bottom.

Stefgen et al www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.

slide-17
SLIDE 17

Global map of potential tipping cascades.

Stefgen et al www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1 810141115

slide-18
SLIDE 18

Parisavtalet

  • Håll ökningen av den globala

genomsnsitts-temperaturen väl under 2 grader och försök begränsa den till 1.5 grader.

  • Inga legalt bindande utsläppsminskningar.
  • INDC, Intended Nationally Determined
  • Contributions. Från “blame and shame” till

“blame and encourage”.

  • Legalt bindande rapportering, men inga

sanktioner.

  • Rapportering i 5 års cykler.
  • INDCs före Paris beräknades reducera
slide-19
SLIDE 19

Source: IPCC Special Report on Global Warming of 1.5°C

205 202

slide-20
SLIDE 20

Global fossil CO2 emissions: 36.2 ± 2 GtCO2 in 2017, 63% over 1990 Projection for 2018: 37.1 ± 2 GtCO2, 2.7% higher than 2017 (range 1.8% to 3.7%) Estimates for 2015, 2016 and 2017 are preliminary; 2018 is a projection based on partial data. Source: CDIAC; Le Quéré et al 2018; Global Carbon Budget 2018

Global Fossil CO2 Emissions

Uncertainty is ±5% for one standard deviation (IPCC “likely” range)

slide-21
SLIDE 21

Emissions per capita

The 10 most populous countries span a wide range of development and emissions per person

Emission per capita: CO2 emissions from fossil fuel and industry divided by population Source: Global Carbon Budget 2017

slide-22
SLIDE 22

vad kan göras?

slide-23
SLIDE 23

Vilka förändringar av energisystemen krävs?

(står för ca 87 % av all antropogen CO2)

Huvudelement:

  • Energiefgektivitet, särskilt i slutlig

användning

  • Förnybara energikällor
  • Kolinfångning och lagring (Carbon Capture

and Storage, (klimatpåverkan enbart)

  • Efgektiviseringar och förnybar

energi kan ses som instrument för hållbar utveckling

slide-24
SLIDE 24

Passive Buildings

Energy use for space conditioning reduced by 90+ % through application of better insulation, windows, doors etc., as well as heat recovery and solar gains. Applicable to both new construction and renovation.

Source: Jan Barta, Center for Passive Buildings, www.pasivnidomy.cz

50 100 150 200 250 S távající zástavba Pasivní dům c e lk

  • v

á e n e rg ie [ k W h /m

2a

]

  • 90%
slide-25
SLIDE 25

Energimärkning av apparater

slide-26
SLIDE 26

Source: David Sanborn Scott, 2004

26

Letter Horse Hay Agriculture Sunlight

Telegraph Steam Locomotive Coal Coal mine Coal fields

Interntet, Mobile Phone ICE Automobile Gasoline Oil refinery Crude oil

Convergence Energy, Mobility Information Hydrogen Natural gas / fossils SMR, decarbonization Electrolysis Sunlight Wind Uranium

1770s 1870s 1970s 2070s

Mobility and Communication Through Time

Biomass

Electricity Electricity Electricity

slide-27
SLIDE 27

➜More than 2 million electric cars (including battery EV and plug-in hybrid EV) were sold in 2018 ➜China had nearly 50% of global stock, followed by US at 22% ➜EV markets highly concentrated: 40% of all EVs were in use in just 20 cities ➜260 million electric two-

Electric passenger vehicle stock

slide-28
SLIDE 28
slide-29
SLIDE 29
slide-30
SLIDE 30
slide-31
SLIDE 31

➜The additions in 2018 pushed cumulative capacity up 9% to 591 GW ➜Of the 51 GW added, nearly 47 GW was

  • nshore and 4.5

GW was ofgshore ➜This was the fjfth consecutive year with annual additions exceeding 50 GW, but also the third year of

Wind power capacity and additions

slide-32
SLIDE 32

1.Increasing effjciencies 2.Manufacturing scale 3.Decreasing prices for raw materials

slide-33
SLIDE 33

➜Solar PV capacity additions were more than 100 GW for the fjrst time ➜Cumulative capacity reached 505 GW, an increase of 25%from 2017

Solar PV capacity additions pass 100 GW in 2018

slide-34
SLIDE 34
slide-35
SLIDE 35

➜Around 55% of these new additions were solar PV ➜Added in 2018:

  • 100 GW of solar

PV

  • 51 GW of wind

power

  • 20 GW of

hydropower

  • 10 GW of bio-

power, CSP and geothermal power

181 gigawatts of renewable power added in 2018

slide-36
SLIDE 36

➜Renewables supplied an estimated 26.2%of global electricity at the end of 2018 ➜For the fjrst time, more electricity was from solar PV than bio-power ➜Strong growth in renewable generation, but rising electricity demand (up 4% in 2018) makes it challenging to achieve

One quarter of global electricity is renewable

slide-37
SLIDE 37

➜Investment in new renewable power capacity (including all hydropower)

  • nce again far

exceeded that invested in fossil and nuclear power capacity in 2018 ➜Investment in renewable power technologies accounted for 65% of the total

  • f all new

Investment in renewable power vs. fossil and nuclear

slide-38
SLIDE 38

High Shares of Variable Renewable Power

  • n the Grid
slide-39
SLIDE 39
slide-40
SLIDE 40

Nuclear PWR Investment Costs

US overnight excl. interest, France partly incl. interests mean/best guess and min/max of costs

S: Koomey&Hultman, 2007; France: Grubler, 2009 Source: GEA Chapter 24, forthcom

1000 10000 1 10 100 cum GW installed 2008$/kW US average France best guess

1980 1977 1985 1971 1975 1980 1983 1996 1995

5000 2000 3000 4000 1000

slide-41
SLIDE 41
slide-42
SLIDE 42

biomass upstream emissions coal upstream emissions char coal flue gases grid electricity displaced photosynthesis vehicle tailpipe CO2 storage fuel biomass

Conversion

Fuel transport/distribution

ATMOSPHERE

Samförgasning av kol och bioenergi för samproduktion av kraft, bränslen och kemikalier, med CCS som leder till negativa CO2 utsläpp

Source: GEA Kapitel 12

slide-43
SLIDE 43

Global Energy Assessment ställde frågan:

Finns det kombinationer av resurser och teknik, för slutlig använding och tillförsel av energi, som kan skapa energisystem vilka möter alla utmaningarna samtidigt?

www.globalenergyassessment.org

slide-44
SLIDE 44
slide-45
SLIDE 45

Samhälleliga mål i GEA’s back-casting secenario för 2050

  • understödja ekonomisk tillväxt i sentida ”historisk” takt
  • universell tillgång till el och ren matlagning, 2030
  • minskade luftföroreningar, följ WHO’s riktlinjer
  • undvik ”farlig” klimatförändring, högst + 2 oC över den

förindustriella globala medeltemperaturen

  • förbättra tillförselsäkerheten för energi, genom ökad mångfald och

uthållighet

  • hantera”peak oil” och undvika kärnvapenspridning
slide-46
SLIDE 46

Branching points in GEA backcasting analysis

Source: GEA Chapter 17

slide-47
SLIDE 47

GEA-Supply

1850 1900 1950 2000 2050 EJ 200 400 600 800 1000 1200

Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wCCS Gas woCCS Oil Coal wCCS Coal woCCS Biomass wCCS Biomass woCCS

Biomass Coal Renewables Nuclear Nuclear Oil Gas 1850 1900 1950 2000 2050 EJ 200 400 600 800 1000 1200

Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wCCS Gas woCCS Oil Coal wCCS Coal woCCS Biomass wCCS Biomass woCCS

1850 1900 1950 2000 2050 EJ 200 400 600 800 1000 1200

Geothermal Solar Wind Hydro Nuclear Gas wCCS Gas woCCS Oil Coal wCCS Coal woCCS Biomass wCCS Biomass woCCS

Biomass Coal Renewables Nuclear Nuclear Oil Gas Biomass Coal Renewables Nuclear Nuclear Oil Gas

slide-48
SLIDE 48

Några slutsatser:

  • Det finns många kombinationer som

”fungerar”

  • Dessa skapar alla värden som inte avspeglas i

villkoren för marknadernas aktörer

  • effektivare energianvändning skapar störst

flexibilitet, följt av förnybar energi

  • CCS förmodligen ett ”måste”
  • Kärnkraften är en option, men inte ett

”måste”

  • Kraftfulla incitatment och

kapacitetsutveckling nödvändiga; kan bara komma från den politiska processen

slide-49
SLIDE 49

Sverig e

slide-50
SLIDE 50

Sweden 1970 – 2015.

slide-51
SLIDE 51

20 40 60 80 100 120 140 160

Elanvändning per sektor fr.o.m. 1970, TWh

TWh

transporter Bostäder

  • ch

service

industri Fjärrvärme mm Överf förlust

slide-52
SLIDE 52

Vindkraft, TWh/ år 2015 16.3 2016 15.5 2017 16.6 2018 16.6 2019 ~20 2022 ~44 !!

Elexport 2018/19 24 TWh

slide-53
SLIDE 53

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Biogas Biodiesel Bioetanol TWh

Biodrivmedel I transprtsektorn per bränsle, inrikes, fr o m 1995, TWh

slide-54
SLIDE 54

Koldioxid från vägtrafjken

Källa:

slide-55
SLIDE 55

Förnybar energi i Sverige 1970 - 2017

slide-56
SLIDE 56

Source: Jörgen Larsson, CTH, 2015

Emissions in Sweden from products being exported Emissions in Sweden from

  • T

ransport

  • Energy
  • Industy
  • Agriculture
  • Etc.

Emissions abroad from imports into Sweden and international transport Consumption perspective Geographical perspective

Two ways of looking at emissions

slide-57
SLIDE 57
slide-58
SLIDE 58

Territoriella utsläpp och upptag av växthusgaser

jordbruk inrik es tran sp. industri LULUCF

1. utrikes transp. 2. lösn.med mm 3. avfall 4. arbetsmask. 5. uppvärmnin g 6. el o fjärrv

Totalt

(excl LULUCF

  • ch utrik

transp)

53.1 Mton 2018; +0.9 % från 2017

slide-59
SLIDE 59

ton CO2 eq per capita

10

slide-60
SLIDE 60

Consumption-based emissions (carbon footprint)

Allocating fossil and industry emissions to the consumption of products provides an alternative perspective. USA and EU28 are net importers of embodied emissions, China and India are net exporters.

Consumption-based emissions are calculated by adjusting the standard production-based emissions to account for international trade Source: Peters et al 2011; Le Quéré et al 2017; Global Carbon Project 2017

slide-61
SLIDE 61

Utmaningar som leder till krav på förändrade energisystem

  • a. Energitjänster för växande befolkningar och ekonomier, från 7.7 till

11 miljarder 2050; 2%/a p.c.

  • b. Universell tillgång till moderna energibärare ( ~3 miljarder har det

inte; ~1 miljard har inte elektricitet)

  • c. Överkomliga kostnader för energitjänster
  • d. Säker energitillförsel, från hushåll till nationer,

e. lokala and regionala hälso- och miljöfrågor (WHO’s riktlinjer) f. Motverka klimatförändringar (<+1.5 - 2 oC över förindustriell nivå)

  • g. fredsfrågor
  • h. Övriga risker (stora olyckor, kärnvapenspridning, livsmedelsprod)

=> Mycket stora förändringar i energisystemen behövs

slide-62
SLIDE 62

Samtidig (i) ekonomisk utveckling, (ii) fattigdomsbekämpning och (iii) minskning av utsläppen av av växthusgaser

  • Begreppet multiple benefits (ung. multipla värden)
  • Inkludera alla värden (sysselsättning, tillväxt, hälsa,

lokal miljö, minskad klimat påverkan, ....)

  • Att bedöma ett projekt på basis av € per undviket tC blir

missvisande.

  • Effektiv energianvändning, särskilt i slutlig användning
  • Förnybar energi
slide-63
SLIDE 63

Tillbaka till helheten: andra nyttor

  • Tryggare energiförsörjning
  • Fler arbetstillfällen
  • Attraktivare och förbättrad tillgänglighet i städer
  • Mindre emissioner av luftföroreningar och buller
  • Ökad fysisk aktivitet och förbättrad hälsa
  • Ökat underlag för kollektivtrafjken
  • Minskat markanspråk för transporter
  • Ökad social integration och jämställdhet
  • Högre trafjksäkerhet
  • Långsiktigt lägre kostnader
slide-64
SLIDE 64

inte bara energi

  • Stadsplanering
  • T

ransportsystem

  • Materialanvändning
  • Markanvändning
  • Konsumtionsmönster
  • …..
slide-65
SLIDE 65

➜Global subsidies for fossil fuel consumption reached an estimated USD 300 billion in 2017

  • an 11% increase

from the year before

  • about double the

estimated support for renewable power generation ➜Fossil fuel subsidies remained in place in at least 115 countries in 2017 ➜73 countries provide subsidies

Fossil fuel subsidies are still widespread

slide-66
SLIDE 66
slide-67
SLIDE 67
slide-68
SLIDE 68

T ack !