Trafikdage special session Energianalyser 2050 med fokus på transport

Transkript

1 Trafikdage special session Energianalyser 2050 med fokus på transport

2 Mødeleder Michael Rask, Energistyrelsen Chefkonsulent Sigurd Lauge Petersen, Energistyrelsen Professor Henrik Wenzel, Syddansk Universitet Professor Brian Vad Mathiesen, Aalborg Universitet

3 Baggrund - målsætninger Fossil uafhængighed i pct. VE i el, gas og fjernvarme i 2035 Kul udfaset fra elsystemet i 2030 Vindkraft i el i pct, biomasse 20 pct. + en række andre mål for CO2, VE m.v. Q var vindandelen i el i Danmark 53 pct.

4 Spørgsmål Er det teknisk muligt at omstille transportsektoren til fossil uafhængighed? Hvad koster det, er det billigt, dyrt eller meget dyrt? Er der hensyn som er særligt vigtige, såsom energieffektivitet, ressorceeffektivitet mv? Hvordan passer omstillingen af transportsektoren ind i omstillingen af energisektoren? Arbejder de mod eller med hinanden? Hvornår skal vi senest starte, hvis vi skal være færdige i 2050? Er der nogle "hovedveje", "smutveje", "genveje" eller "blinde vej" der tegner sig? Er der "skilleveje", hvor vi skal træffe vigtige valg. F.eks. mellem flydende drivmidler eller gasformige, som eksempelvis metan eller metanol? Hvad er timingen i omstillingen af transportsektoren mod 2050? Skal vi vente til sidst med den og omstille energisystemet først eller er går det hånd i hånd? Hvordan får vi producenterne af køretøjer og drivmidler med?

5 Tidsplan SLP HW BVM Spørgsmål og debat

6 Scenarier for energisystemet med fokus på transport Sigurd Lauge Pedersen Trafikdage

7 Scenarier for hele systemet fordi: Er opgaven overhovedet mulig? Konsistens mellem aftaleanalyser. Sammenfiltrede sektorer (el, varme, transport, industri). Optimere dosering af besparelser i forhold til forsyning. Forsyningssikkerhed (2 vinkler). Hvad koster det? Oplæg til valg af hovedspor.

8 Udland Elnet Besparelser!! Lager Gasnet El Raff Motor Bev.energi VP/EK Proces KV Kedel Rumvarme Fjernvarmenet Lager

9 5 scenarier 2035/50

10

11

12

13

14

15

16 Observation: Det koster meget mere at lave en GJ bevægelsesenergi end en GJ varme eller el.

17 +Etablering +Beslutning

18 Konklusioner Fossilfrihed mulig med kendt teknologi. Kan betales. Afhængighed af brændselsimport eller elimport (backup). Transport vejer tungt (brændselsforbrug og omkostninger). Starte i god tid; transport evt. senere. Elektrificering og besparelser no-regrets. Transport-el bidrag til elfors.sikkerhed.?

19 Gas eller methanol til tung transport i 2050? - et systemintegrationsperspektiv på forsyningssiden Henrik Wenzel, Lorie Hamelin og Rune Grandal, Syddansk Universitet, Linda Høibye, Asger Olesen og Claus Frier, COWI David Neil Bird, Johanneum Research, Østrig Acknowledgement: Petr Havlik og Michael Obersteiner, IIASA, Østrig Trafikdage Ålborg 26. august 2014

20 Hvordan designer vi fremtidens VE system? Vindkraft + sol & bølge Biomasse System design Elektricitet Varme Transport og hvordan optimerer vi systemets brug af biomasse til bioenergi?

21 Vind energi? Vindkraft + sol & bølge Biomasse System design Elektricitet Varme Transport Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

22 Bio-energi? Vindkraft + sol & bølge Biomasse System design Elektricitet Varme Transport Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

23 Bio-energi? Vindkraft + sol & bølge Biomasse System design Elektricitet Varme Transport Global biomasse til bioenergi = EJ/år i henhold til IPCC (2011) GJ/person i 2050 Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

24 Analyse af energisystemets afhængighed af biomasse - i fire forskellige system konfigurationer 1. System 1: Standard bioenergi 2. System 2: Elektrificering 3. System 3: Elektrolyse 4. System 4: Mere elektrolyse (& bio-kulstof genvinding) Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

25 The 4 system design configurations

26 Energy system design overview Scenarios Philosophy Biomass demand Windpower Total PJ/y Specific GJ/prs./y Total PJ/y Hydrogen Total PJ/y Standard bioenergy Biomass substitutes fossil fuels Electrification Electrolysis CO 2 recovery Full electrification of transport and heat Much hydrogen through electrolysis Even more hydrogen through electrolysis Available biomass for energy: EJ/år GJ/prs./y as global average (IPCC, 2011)

27 Energy system design overview Green data = scenarios from the Danish Energy Agency Scenarios Philosophy Biomass demand Windpower Total PJ/y Specific GJ/prs./y Total PJ/y Hydrogen Total PJ/y Standard bioenergy Bio+ Biomass substitutes fossil fuels Electrification Bio Full electrification of transport and heat Electrolysis Wind Much hydrogen through electrolysis CO 2 recovery Hydrogen Even more hydrogen through electrolysis Available biomass for energy: EJ/år GJ/prs./y as global average (IPCC, 2011)

28 Konklusion 1 Fuld VE kræver et stort biomasse input. Selv det mest avancerede VE system kræver lige så meget biomasse input som vind eller sol (udtrykt i fx PJ/år) Selv det mest avancerede danske VE system kræver dobbelt så meget biomasse, som der som gennemsnit er til rådighed pr. person i verden globalt Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

29 Konklusion 2 Når vi skal identificere den globale biomasse marginal, er størrelsen af den globale biomasse efterspørgsel afgørende. Definition: Den globale biomasse marginal er den type biomasse forsyning, der ender med at øges som resultat af øget dansk efterspørgsel/import

30 Mha EJ/year Mha EJ/year Mha EJ/year Mha EJ/year Partial equilibrium model of land use change: GLOBIOM US$/ton CO2; 1.5 US$/GJ US$/ton CO2; 1.5 US$/GJ US$/ton CO2; 5 US$/GJ US$/ton CO2; 5 US$/GJ Cropland area Plantation area Grassland area Old forest area New forest area Other land area Solid paid, EJ primary

31 Carbon Footprint beregning - stor afhængighed af biomassens oprindelse

32 Konklusion 3 De mest sandsynlige kandidater til den marginale biomasse forsyning - i en IPCC 2 o C VE verden : Udtyndingstræ (op til max 5-10 EJ/år) CO2 neutral Plantage på lav-c arealer (fx græsland m. lav ILUC faktor) (op til max 40 EJ/år) Negativ CF (dvs. CO2 optag fra atmosf.) Plantage på landbrugsland inkl. ILUC Lavere CF end fossile brændsler Høst fra eksisterende skov CF som fossile brændsler eller højere : Plantage på græsland m. højere ILUC faktor Lavere eller samme CF som fossile br. Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal eller høst fra eksist. skov CF som fossile brændsler eller højere : Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal eller høst fra eksist. skov CF som fossile brændsler eller højere 2050+: Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal eller høst fra eksist. skov CF som fossile brændsler eller højere Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

33 Konklusion 4 1. Det afgørende for en bioenergi er ikke dens egne egenskaber set isoleret 2. Det afgørende for carbon footprint af en bioenergi er: Biomassens oprindelse Bioenergiens system integration Hvilket system skal bioenergien virke i og hvad fortrænger hovedproduktet og co-produkterne fra biomasse konverteringen? Hvordan integrerer processen el, transportbrændsler og varme, herunder hvor fleksibelt den kan skifte mellem disse Hvor godt tillader processen at optage brint i systemet Hvor godt håndterer den landbrugets kulstofbalance, og resulterende Hvordan den påvirker systemets samlede biomasse forbrug 3. Energieffektivitet som performance indikator kan derfor blive for enøjet. Eksempel: Et træpillefyr til fjernvarme har høj energieffektivitet, men ringe integrationsegenskaber i fremtidens VE system på længere sigt. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

34 Konklusion 5 Termisk forgasning og forgæring har gode integrationsegenskaber i et VE system, fordi: De omdanner biomasse til et brændsel, der kan lagres, fx gas på naturgasnettet Gas-baseret el-produktion er attraktiv som stand-by og regulering af vindkraft fordi: Et gas-baseret kraftværk kan indreguleres hurtigt (få minutter), og især Gas-baseret el-produktion har lav investeringsomkostning pr. installeret effekt hvilket er afgørende i et fremtidigt system, hvor den kun aktiveres i 5-10 % af tiden Biogas og syntesegas er gode til at assimilere brint under hydrogenering af gasserne De tilbyder høj fleksibilitet: kan skifte mellem opgradering (hydrogenering) til produktion af transportbrændsler (når el-prisen er lav) og direkte elproduktion (uden hydrogenering) når el-prisen er høj. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

35 Konklusion 6 Biogas samforgæring af halm og gylle har gode integrationsegenskaber, fordi: Det forbedrer C/N forholdet i forhold til rene gylle anlæg og øger C- indholdet og gasudbyttet pr. m3 gylle. Det tillader, at næringssalte og svært nedbrydeligt kulstof returneres til jorden og øger dermed den energitilgængelige mængde halm, hvis jorden skal have sin del på langt sigt. Vi har således et stort halmpotentiale (50 PJ/år?) til energiformål, hvis det bruges i biogas, men et væsentligt mindre potentiale (ca. 15 PJ/år?), hvis det bruges i forbrænding hvis jorden skal have samme mængde C på langt sigt. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

36 Hypotese Spørgsmålet om gas eller methanol til tung transport afgøres derfor i vid udstrækning af behovet for synergi og systemintegration på forsyningssiden mellem el, varme, tranport og landbrugsjord Behovet for at integrere brint er stort i et fuldt VE system, hvis vi skal reducere biomasse forbruget til et bæredygtigt niveau På ressource og forsyningssiden virker det attraktivt i et fuldt VE system: at sam-forgære gylle, dybstrøelse og halm til biogas og at hydrogenere biogassen til methan at termisk forgasse træ-biomasse til syntesegas og hydrogenere denne til enten methan eller methanol eller andre flydende brændsler (herunder flybrændsler) Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59