Udfordringer ved bæredygtig omstilling af energisystemet Demokrati og bæredygtig omstilling STAV og SGT fagtekniske selskaber i Ingeniørforeningen IDA 29. Oktober 2012 Lektor, PhD, Brian Vad Mathiesen Institut for Planlægning, Aalborg Universitet people.plan.aau.dk/~bvm/
100% vedvarende energi udfordringer ved bæredygtig omstilling af energisystemet. hvor kommer vi fra?. hvor skal vi hen?. hvad skal vi huske på kort sigt?
Fire årtier med et stabilt energiforbrug World Primary Energy Consumption 400 PJ 1000 Danish Primary Energy Supply 1000 PJ 300 200 100 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 RES Nuclear Ngas Oil Coal 800 600 400 200 0 1972 1980 1988 1996 2004 2007 Oil Coal Natural Gas Renewable Energy
Value of Danis h E nerg y P roduc ts Tre centrale 40 30 20 Total Oil Mio. tons CO2 udfordringer Forsyningssikkerhed Samfundsøkonomi, de offentlige finanser, jobskabelse og erhvervsudvikling Klimapåvirkning 1.000 MDKK 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005-10 -20-30 1,400 1.000 MDKK 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Danish Energy Production, PJ Natural G as C oal E lectricity Danis h export of E nerg y T ec hnolog y 1996 1998 2000 2002 2004 2006 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% E xport S hare of Total E xports 1,200 70,0 CO2-emissions 1,000 800 600 RE Natural gas Oil 65,0 400 60,0 200 0 55,0 Actual 1972 1980 1990 1995 2000 2003 2004 2005 2006 2007 50,0 Adjusted 45,0 40,0 1990 1994 1998 2002 2006
Det langsigtede mål i Danmark Nyt langsigtet mål formuleret af tidligere Statsminister Anders Fogh Rasmussen i åbningstalen til folketinget i okt. 2006 og siden i flere politiske aftaler: 100% vedvarende energi på lang sigt Vi skal gøre Danmark helt fri af fossile brændsler som olie, kul og gas trække Danmark ind i centrum af grøn vækst Ny bred politisk aftale i marts 2012. med 50% vind og 40% mindre CO2- udslip som mål i 2020 energisparemål + 2050 som mål for et 100% vedvarende energisystem
Traditionelt energisystem Vindmøller Import Eksport Kraftværk Elforbrug Brændsler Kraftvarmeværk Kedler Varmelagre Varmeforbrug Solvarme Transport
Systemintegration Besparelser i slutforbruget Mere effektiv konvertering Fleksible systemintegrationsteknologier Vedvarende energi
Kritisk eloverløb Demand Excess
www.energyplan.eu
Det intelligente energisystem er afgørende i et 100% VE-system Det intelligente elsystem er kun en del af løsningen. 100% VE-systemer er afhængig af samtænkning af sektorer i et intelligent energisystem: Varmelagre og fjernvarme med kraftvarme og store varmepumper Nye elbehov fra store varmepumper og elbiler Elektrolyse og flydende brændsler til transportsektoren med lagre Integration af gas-systemet og gaslagre Fleksibel integration af el, varme, gas og transport. www.ceesa.plan.aau.dk
PJ/year 1.000 900 800 Primary energy consumption in CEESA scenarios for 2050 Unused electricity Wave power Wind power PV CEESA-100% Vedvarende energiscenarier 700 Solar thermal 600 500 400 Geo thermal Waste incineration Biogas, manure Straw, wood & energy crops (Solid for boilers, industry etc.) Hovedbudskaber præsenteret for Klima-, energi-, og bygningsministeren den 2 november 2011 300 Wood, energy crops (gasified for Transport) 200 Wood, energy crops (gasified for CHP) Natural gas 100 Oil 0 Reference 2050 CEESA 2050 Conservative CEESA 2050 Ideal CEESA 2050 Coal
Smart energy systems / Intelligente energisystemer
PJ/year 1.000 Primary energy consumption in CEESA 900 800 700 På kort sigt og på lang sigt 600 500 400 300 200 100 0 2010 2020 2030 2040 2050 2020 2030 2040 2050 Reference CEESA Coal Oil Natural gas Biomass (gasified) Biomass (solid) Biogas, manure Waste incineration Geo thermal Solar thermal PV Wind power Wave power Unused electricity
MDKK/year 250.000 Socio-economic costs 200.000 150.000 Transport pose a very high portion of the costs compared to other energy services 100.000 Direct economic advantages in transition 50.000 0 2010 2020 2030 2040 2050 2020 2030 2040 2050 Reference CEESA Investments, energy O&M, energy Extra infrastructure inv., transport Investments, vehicles O&M, vehicles Fuel CO2-costs In addition: More stable costs More jobs More export Lower health costs
Case: Scenarier for fjernvarmeudbygning Forsyningsform Central kraftvarme Fjernvarme Decentral kraftvarme Naturgas Andet, derunder oliefyr m.m. Scenario 3 1 2
Udbygningsplan Indata-felter Nettoinvestrering = 70 mia.kr. svarende til 7 mia.kr./år ved realisering frem til 2020. Importkvote Investeringer 0,4 Beskræftigelse: 2 mandår/mio.kr dansk værditilvækst D&V 0,2 Brændsel 0,8 Sparet drift og brændsel for netto 3. mia.kr./år i fuldt udbygget situation år 2020 Mio.kr. Sum 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Fjv-net 58.000 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 0 Fjv-installationer 9240 924 924 924 924 924 924 924 924 924 924 0 Indv. VP anlæg 11550 1155 1155 1155 1155 1155 1155 1155 1155 1155 1155 0 Store VP 6000 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 0 Spidslastkedler 4000 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 0 Biomassekedler 5000 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 Solvarme 5600 560 560 560 560 560 560 560 560 560 560 0 Geotermi 1400 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 0 Sum udbygning 100.790 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 10.079 0 Sparet indv. Kedler Oliefyr 11400 1140 1140 1140 1140 1140 1140 1140 1140 1140 1140 0 Biomasse 8400 840 840 840 840 840 840 840 840 840 840 0 Ngas fyr 10460 1046 1046 1046 1046 1046 1046 1046 1046 1046 1046 0 Sum sparet 30260 3026 3026 3026 3026 3026 3026 3026 3026 3026 3026 0 Samfundsøkonomisk overskud ved realrente 3% 7-8000 job i 10 år. Nettoinvestering 70.530 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 7.053 0 Øgede d&v 8438 70 211 352 492 633 774 914 1055 1195 1336 1406 Sparet d&v -9609-80 -240-400 -561-721 -881-1041 -1201-1361 -1521-1602 Netto d/v omkostning -1171-10 -29-49 -68-88 -107-127 -146-166 -185-195 Brændsel -19722-164 -493-822 -1150-1479 -1808-2137 -2465-2794 -3123-3287 Totalomkostninger 49637 6879 6531 6182 5834 5486 5138 4790 4441 4093 3745-3482 Valuatomkostning 12200 2688 2421 2154 1887 1620 1353 1087 820 553 286-2669 Beskæftigelse 74874 8382 8220 8057 7894 7731 7569 7406 7243 7081 6918-1627
Udbygningsplan Minus på gas og olieafgifter: 140 voksende til 2800 mio.kr./år Plus på afgifter fra store og små varmepumper: 70 voksende til 1400 mio.kr./år Sparet understøttelse og øgede indkomstskatter: 2500 faldende til 2000 mio.kr./år. Virkemiddelomkostninger: 300 stigende til 750 mio.kr./år Netto-virkning: +2 mia.kr. i 2011 falde til 0 i 2020 (Negativ i 2021).
PJ 140 120 100 VE produktion i DK 80 60 40 20 0 1980 '85 '90 '95 '00 '05 '10 Vind Halm Træ Biogas Affald, bionedbrydeligt Varmepumper m.m. PJ 120 VE i 2010 Import ca. 36 PJ Kilde: ENS 2011 100 80 60 40 20 0 El og fjernvarme Endeligt forbrug Vind Halm Træ Biogas Affald Anden VE
Kraftværker i Danmark og planer til 2020 Kilde: Ingeniøren 12/6-2012
Case studie konsekvenser ved øget affaldsforbrænding Energisystemanalyse med EnergyPLAN af marginale ændringer ved øget affaldsforbrænding 1 TWh mere affald (oveni 13 TWh) 5 forskellige anvendelser af affaldet (geografi og fleksibilitet) To forskellige danske energisystemer Basisfremskrivning (business-as-usual og et 45% VE scenario)
Analyse af affaldsforbrænding
Analyse af affaldsforbrænding - et eksempel
Udfordringer her og nu! Høst nu de energibesparelser! Vi skal have flere vindmøller Videreudvikling af det intelligente energisystem konkret med store varmepumper Risiko for lock-in og det langsigtede perspektiv for kraftvarmeværker Langsigtet transportplanlægning på kort sigt Vedvarende energi og brændsler til transport Aktivering af lokalsamfund 70-80 procent af investeringer i teknologi i et IDA 2050 er kendt teknologi
Tasks Actors Behov for nye rammer? Strategisk energiplanlægning væk fra kortsigtet beslutningstagning tænk konsekvenser på lang sigt tænk bredt og holistisk på hvad der kan have indflydelse på beslutning på lang sigt Technology- and activity specific legislation and support schemes Implementation of strategic municipal energy plans National 100% renewable energy planning strategy Strategic municipal energy plans Framework for strategic municipal energy planning Other local actors Sperling, Hvelplund og Mathiesen, 2011 Danish Government Parliament Relevant ministries & authorities Local Government Denmark Grass roots organisations Branch organisations and industry Municipalities Utility companies Consultants Research institutes Central actor Local actor Other actor
Tak for opmærksomheden IDA s klimaplan 2050 : Tekniske energisystemanalyser og samfundsøkonomisk konsekvensvurdering - Baggrundsrapport. / Mathiesen, Brian Vad ; Lund, Henrik ; Karlsson, Kenneth. København V. : Ingeniørforeningen i Danmark, IDA, 2009. 174 s. 100% Renewable energy systems, climate mitigation and economic growth. /Mathiesen, Brian Vad ; Lund, Henrik ; Karlsson, Kenneth. I: Applied Energy, Vol. 88, Nr. 2, 02.2011, s. 488-501. Centralisation and decentralisation in strategic municipal energy planning in Denmark. / Sperling, Karl ; Hvelplund, Frede ; Mathiesen, Brian Vad. I: Energy Policy, Vol. 39, Nr. 3, 03.2011, s. 1338-1351. Energivision for Aalborg Kommune 2050. / Østergaard, Poul Alberg ; Lund, Henrik ; Hvelplund, Frede ; Möller, Bernd ; Mathiesen, Brian Vad ; Remmen, Arne ; Odgaard, Lars Michael Demokrati og bæredygtig omstilling STAV og SGT fagtekniske selskaber i Ingeniørforeningen IDA 29. Oktober 2012 Lektor, PhD, Brian Vad Mathiesen Institut for Planlægning, Aalborg Universitet people.plan.aau.dk/~bvm/