Maailman energiatulevaisuudet Uudet energialähteet Professori Peter Lund Teknillinen korkeakoulu 25.4.2006 II Millenium Forum Maailman energiatulevaisuudet
1.1 Year when half the conventional oil is gone (but conventional may one day in the future include deep drilling, tar sands, and shale) 1.2 Affordable photovoltaic cells with >50% efficiency are available 1.3 First demonstration of costeffective generation and delivery of base load electricity from solar earth orbital satellites 1.7 High efficiency engines power 25% of new cars; e.g. using Stirling 1.8 30% of electrical power is generated at the point of use 2.12 Key Technological Breakthroughs until 2020 2.22 Energy Transmission 2.20 Total energy efficiency gains 2006 to 2020 Yllätyksetöntä etenemistä The Sceptic Ympäristö vastaisku "Environmental backlash" Korkean teknologian talous "High tech economy" 2020 2030 2050 advanced tech changes definition of reserves, and different sources, and efficiencies NextGen Coal Plant, Nuclear Ocean and land wind farms, solar towers Electric grids become more efficient, some nanotech batteries, little hydrogen Ocean wind cities (nanotech 3-layer sheets change photovoltaic efficiencies) Electric grids more efficient, many innovations in batteries, some wireless energy transmission, little hydrogen 15% 20% Wireless energy transmission. If coal can be burned with low CO 2 emissions, then US, China, Russia, Nigeria benefit Greater efficiencies in electric grids,new kinds of batteries, wireless energy transmission begins, some hydrogen cars
Kysymys Versio P.Lund, TKK 1.1 Year when half the conventional oil is gone (but conventional may one day in the future include deep drilling, tar sands, and shale) 1.2 Affordable photovoltaic cells with >50% efficiency are available 1) Käytetty 1000 mrdbrl; opt 2000, pess 1000 jäljellä 2) Kv. öljytilastot IEA ml. epätarkkoja 3) Öljytuotteiden saatavuus # öljyvarat 4) Access problems 2010-20 1) Solar piin saatavuus (η>20%ok) 2) Ohutkalvot; nanoteknologia η>10% riittää 1.3 solar earth orbital satellites. 1) Epätodennäköistä ennen 2050 1.7 High efficiency engines power 25% of new cars; e.g. using Stirling 1.8 30% of electrical power is generated at the point of use 2.12 Key Technological Breakthroughs until 2020 1) HCCI yms. korkea η 2) Diesel-hybridit (40-50% väh p.a.) 3) Synteettiset polttoaineet (bio, coal, uncon. oil+h 2 ) 4) Polttokennot APU-yksiköt; Hytan-polttoaine 1) Laajasti otettuna jo tällä tasolla 2) Markkinesteiden poistaminen 1) Teknologiat jo olemassa; skaalaus 2) Bio&nano&materiaalit&valmistus 2.22 Energy Transmission 1) Rajasiirto, monopolit,uutta ajattelua (=systeemi) 2) Esim. Norjasta tuulivoiman reservi EU:lle 3) Transkansalliset energiaverkot 2.20 Total energy efficiency gains 2006 to 20 1) Edullista, puhtaasti poliittinen kysymys, 20%
Globaalinen energiajärjestelmä Maailman energiantuotanto: 10.345 Mtoe, öljy 36% kasvu 2,5%/vuosi residential /commercial industry Maailman energiankulutus: 1/2 polttoaineet, 1/3 lämpöä, 1/6 sähköä Maailman CO 2 päästöt: CO 2 -päästöt 7,09 GtC tai 23.800 MtCO 2 öljy 46%, kivihiili 42%, maakaasu 12% electricity transport 0 1000 2000 3000 4000 oil gas coal nuclear hydro bio
Puhdas teknologia avainasemassa Ratkaisumallit olemassa teollisessa mittakaavassa, haasteena skaalaus suureen mittakaavaan Esim. 15 teknologiaratkaisua, kukin -1 GtC/v (yhteensä =2 x nykyiset CO 2 päästöt, 7 GtC/v) Vaihtoehto Vaikutus Ratkaisut Energian tehokas käyttö ja säästö Vähähiiliset polttoaineet Uusiutuvat energialähteet ja polttoaineet 4 (GtC/v) 4 Ydinvoima 1 Metsät ja viljelymaa Liikenne Rakennukset Voimalat Maakaasu CO 2 varastointi Fissioreaktorit 4 Tuulisähkö 2 Aurinkosähkö Biopolttoaineet Metsittäminen Täsmäviljelyä Lähde: Pacala S, Socolow R. Stabilization wedges: solving the climate problem for the next 50 years with current technologies. Science 2004; 305:986-972
Jos nykytrendi jatkuu uusien uusiutuvien läpimurto mahdollista 3000 2500 2000 1500 1000 500 nuclear solar heat wind PV 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Installed capacity, TWh year
Julkiset toimet uuden teknologian kaupallistamiseksi tärkeitä Heat pumps installed per year energiapolittiisilla tukitoimilla vaikutetaan uuden teknologian käyttöönoton määrään ja nopeuteen 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1975 Norway (ID10) Sweden (ID11) Finland (ID12) Austria (ID13) 1980 1985 1990 year 1995 2000 Policy cost, /MWh 1000 100 10 1 0.1 0.01 energy production cost ID9 PV (Fin) consumer energy price ID2 wind (Fin) ID18 building labeling (Den) ID14 lighting (Swe) ID15Sub-CFL (Usa) ID8 PV (Ger) ID10 heat pumps (Nor) ID20 El.efficiency (Nor) ID1 wind (Ger) ID5 solar heat (Aus) ID13 heat pumps (Aus) ID17 building audits ID3 biomass (Fin) ID4 biomass (Fin) ID19 energy (Aus) ID7 RECS (EU) efficiency (UK) average ID12 heat pumps ID16 fluor.lamp (Fin) ID6 solar heat ID11 heat pumps (Chi) (Chi) (Swe) 0.001 0.1 1 10 100 1000 10000 Lifetime energy impact, PJ P.D. Lund: Market penetration rates of new energy technologies. Energy Policy 2006 (in press) P.D. Lund Effectiveness of policy measures in transforming the energy system. Energy Policy 2006 (in press)
Made in China For China or For World? globaalinen valmistusalusta RTD panostus kasvaa energia-ympäristö tärkeää tyhjiöputkien massatuotanto Kiinassa, n 10 milj m 2 /v (~ 5 TWh) potentiaali Kiinassa 100-kertainen 10 vuodessa systeemihinta nyt noin 20-30 /MWh