Pelastavatko uudet energiateknologiat maapallon? Peter Lund Aalto-yliopisto Rooman Klubin Suomen yhdistys 26.3.2018
[Energian] evoluutio Energian käyttö Höyrykone Tuli -1 milj. Fossiiliset po lttoaineet Sähkögeneraattori NYT 500 vuotta Mitä energiaa tulevaisuudessa?
Suuret muutostekijät 1.Ilmastonmuutos 2.Globalisaa1o 3.Teknologia
Teknologiamuutos vaikuttaa kaikkeen! Teknologia Ympäristö Ins1tuu1ot Kulu:ajat Liiketoiminta -mallit Applied Energy 138 (2015) 150 159
BAU:Fossiiliset polttoaineet hallitsevat maailman energiaa Uusiutuvat energiat & kaasu kasvattavat osuuttaan Hiili/ vety 1 Business-as-usual: 1) Fossiiliset>80% energiasta 4 2 2) Öljy 1/3 energiasta 3) Hiilivety-riippuvuus jatkuu pitkään
COP21 Pariisi joulukuu 2015 1.5 o C Nature Climate Change 2018
Pariisin ilmastosopimuksen vaikutukset (2035)
Tuleva energiamuutos Fossiilinen energia: Nyt >80%; 22% v 2100 hmp://www.shell.com/global/future-energy/ scenarios/new-lens-scenarios.html IEA
Globaali käännös puhtaaseen energiaan IEA WEO 2017
Uuden energiatekniikan liiketoiminta merkittävää
Uudesta teknologiasta syntyy uusia työpaikkoja
Aurinkosähkö kasvaa räjähdysmäisesti (v2017 n 100 GW)
Liikenteen sähköistyminen 2016: 2 milj. sähköautoa, 2020: 9-20 milj., 2025: 40-70 milj Kiina, USA, Norja, yms. johtavat e-liikenteen käyttöönottoa Sähköautot à automaattiautot, polttokennoteknologia yms.
Uuden uusiutuvan sähkön (tuuli&aurinko) hinta laskee Lazard, 2017
Li-akun hinta tippuu The Economist 2017
Esimerkki energiateknologian tulevasta kehityksestä: tuulivoima Tuulivoima on jo kilpailukykistä ilman tukea Tuulivoiman hinta voi pudota puoleen 2030 mennessä Technical ReportNREL/ TP-5000-68123 August 2017
Vaihtelevan uusiutuvan sähkön käyttö kasvaa IEA WEO 2017
Energiamuutoksen elementtejä Perinteinen sähköjärjestelmä Tulevaisuuden energiajärjestelmä Hierarkiat tulevat alas Energiatuotantoyksiköt samankokoisia kuin kulutus Kulutus ja tuotanto kommunikoivat (tasapaino) Pienet integroidut yksiköt Hyödykkeestä palveluihin Lohkoketjut, prosuumerit, paikallisverkot, logistiikka, yms?
Integrointi ja joustavuus keskeisiä teknologisia kysymyksiä International Energy Agency (2014), Energy Technology Perspectives 2014, OECD/IEA, Paris
Lohkoketjuteknologia Avainsanat: blockchain teknologia, Bitcoin, virtuaalivaluutta, energiainternet Miten soveltaa pienimuotisen uusiutuvan sähkön tuottamiseen kuluttajapäässä? E.ON. Energiebankki-palvelu (04/2017) Mahdolliset edut: Pienten energivirtojen hallinta Pienten toimijoiden business-mallit talokohtaiselle tuotannolle Yksityisyys, kyberturvallisuus taattu Sähköverkon hallinta Kulutusjoustot
PRIMARY ENERGY Oil Coal Peat Power-to-X (P2X) konversio Natural gas Biomass Nuclear Hydro Wind Solar power Heat pumps Imports joustavuuden lisäämiseksi CONVENTIONAL CONVERSION CHP District hea]ng CHP Industrial Separate heat produc]on Separate electricity produc]on Residen]al heat produc]on Oil refineries Unconverted OLD FINAL ENERGY (BALANCE NODES) Electricity pool Heat pool Fuel pool ADVANCED CONVERSION Electricity and heat storage P2H elecgheat P2C elecgcold P2G elecggas P2L gasgbiofuel Biofuel NEW FINAL ENERGY Electricity Heat Fuel 1 2 Households biomassgbiofuel DEMAND Waste-toenergy Services Transport Industry ENERGY SERVICES
Aurinkosähkö & Akku Suomessa! 3 kw PV-järjestelmä = 3 MWh/v=kotitaloussähkö Tunnit, jolloin aurinko ei kohtaa kulutusta (musta) PV ilman akkua PV + 10 kwh akku PV + 20 kwh akku Tammikuu Osa aurinkosähköstä, joka voidaan käy:ää suoraan Heinäkuu 32% 74% 76%
Kehittyvät energiateknologiat Aaltovoima Fuusio Superakut Stirlingkone Termosähkö Polttokenno Fotosähkövety Energy Harvesting : Xà sähköä, X=Liike (tribolinen, piezosähköinen konversio) Valo (aurinkokenno) Lämpö (termosähkö) Polttoaine (polttokenno) Siirto (mikroaalto, sähkö/magneettikenttä)
Raaka-aineiden riittävyys H 2 (1) ja He(2) universumin yleisimmät alkuaineet; O 2 ja C Maakuoren yleisimmät O 2 ja Si (kts taulukko) Energiamuutoksessa on kriittisiä raaka-aineita, erityisesti eräät metallit (mm. Pt, harv. maametallit, Li), korvattavissa?
Esimerkki - vetytalous Runsas raaka-ainepohja (valo, Si, H2O, C) Puhdas, suljettu energiakierto (H2O+ ßàH2+½ O2)
Suomi päästövertailussa Suomi Ruotsi Saksa Tanska UK
Suomen energiavisio 2030 Öljyn käyttö ½ ; Kivihiili pois; Liikenteen bio-osuus 30%; Uusiutuvat energiat >50% energiasta; omavaraisuus >55%; sähkön tuonti laskee (nyt >20%!); sähköautoja ¼ milj 2 3 1 Energiareservit merkittävät Turve Puu Ydinpolttoainetta useiksi vuosiksi Aurinko- & tuulipotentiaali suuri
Ajatusleikki: Miten tuottaa 100% Suomen sähköstä auringolla ja tuulella? 80000 70000 60000 50000 GROSS P PV Cur T 24 per. Mov. Avg. (GROSS P) 24 per. Mov. Avg. (PV Cur T) Strategia: ylimitoitus, pienet sähkövarastot, ylijäämä lämmöksi ja liikenteeseen (sähköautot) 40000 30000 20000 10000 0 Tuuli+aurinko Sähkönkulutus (2013) 1 366 731 1096 1461 1826 2191 2556 2921 3286 3651 4016 4381 4746 5111 5476 5841 6206 6571 6936 7301 7666 8031 8396 Hours when PV+wind does match all load (black) January July Toteutus: 55 GW aurinkoa & 25 GW tuulta à 140% sähköstä à ylijäämä 33 TWh liikenteeseen ja lämmitykseen (joustomekanismi) Varastointia 2kWh(var)/1kW(RE)= nykyinen vesivoima tai paljon pieniä akkuja à 90% hetkittäisestä sähköstä à 10% polttoaineesta
Eri tekijöiden vaikutus päästöihin IPAT Malli (Ehrlich & Holdren) Päästöt (Impact)= Väestö (Population ) x Talous (Affluency) x Teknologia (Technology) Uusi teknologia 2017 BAU Talous (1/10) Väestö (600 milj.) Päästöt Teknologia Talous Väestö 0 0.5 1 1.5 2 Päästöt vuoteen 2018 verra:una