VMS programmet på energi 2009/10 VMS (Videnskab, Menneske, Samfund) forløbet skal give de studerende kundskaber og værktøjer til at vurdere tekniske løsninger i et samfundsmæssigt og videnskabsfilosofisk perspektiv.
Klimakrisen og bæredygtig energi Morten Boje Blarke Civilingeniør M.Sc. Eng. International Energy Planning Ph.D. Bæredygtig Energiplanlægning Adjunkt v/ Inst. for Samfundsudvikling og Planlægning
Stjernestøv
Liv
Energi
Fossile energiressourcer Forbrugsrater og rest (ved konstant forbrug) Forbrug i 2005 Rest År Olie 84 mio. tønder/dag 1293 mia. tønder 40 Gas 2,8 bill. m3/år 180 bill. m3 64 Kul 5,6 mia. tons/år 900 mia. tons 162
Luft
The Keeling Curve 800 700 Atmospheric CO2 concentration (ppm) 600 500 400 IPCC Feasible Stabilization Level Range Keeling Curve 300 200 1958 1960 1970 1980 1990 2000 2007 Pre-industrial Level
Krise
Aristoteles regel nr. 1 Hvad kan jeg vide? Hypotese -> Eksperiment -> Erfaring
Hvad kan vi vide? Techne (Håndværk, kunst og teknologi) Praktisk visdom (phronesis) er evnen til at handle klogt trods usikker viden Phronesis (Erfaring og Visdom) Episteme (Viden og Rationalitet)
Vi Hvad kan gør kan hvad vi vi vil kan gøre?!? Erfaring -> Hypotese -> Eksperiment
Economy, energy, environment (3E) Danmarks BNP, energiforbrug og CO2 68.000 22.000 66.000 1979 Primary energy 21.000 CO2 emissions (mill. ton per year, corrected) 64.000 62.000 60.000 58.000 56.000 54.000 52.000 1972 1975 1985 GDP-elasticitet GDP Bruttoenergiforbrug 0,22 Fossilt brændselsforbrug -0,13 CO2 emissioner -0,44 2008 Fossil energy CO2 20.000 19.000 18.000 17.000 16.000 15.000 Primary and fossil energy consumption (ktoe per year, corrected) 50.000 14.000 700.000 800.000 900.000 1.000.000 1.100.000 1.200.000 1.300.000 1.400.000 1.500.000 GDP (mill. DKK, 2000-price level) Når økonomien vokser, øger energiforbruget. Også i Danmark! Men exergi-forbruget kan afkobles fra økonomien, og det er afgørende.
Afkoblingen skyldes teknologisk forandring 35 000 Decentral kraftvarme Elproduktion (TJ) 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 Hvordan gik Vindkraft det til? 5 000-1972 1979 1986 1993 2000 2007
Don Juul og Gedser-møllen
Bogø-møllen
Betalingsbalancekrisen
Det hårde valg
Kul-eventyret Fuel consumption in electricity generation 1972-1980 Danish Energy Authority, Energy Statistics 2004-300 000-250 000-200 000 TJ per year -150 000 Olie Kul -100 000-50 000-1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980
udgå af offentlig energiplanlægning
Katastrofen
Risager-møllen
Verdens første bæredygtige energiplan
1904 Selskabet af Vindelektrikkere grundlægges af La Cour 1942 Bogø møllen 1957 Gedser møllen 2000 Middelgrundens havvindmøllepark 15-10-1973 04-01-1974 31-01-1974 31-03-1975 22-03-1976 15-05-1976 31-03-1979 15-10-1979 01-02-1981 01-03-1981 29-03-1985 26-04-1986 3-1990 Elsam Produktion fremlægger OOA Elsam "Dansk DGU OVE 1. af Three Atomkraft oliekrise Riisager står finder planer etableres peger Energiplan" Mile 2. frem oliekrise fejl om møllen Island på ud Tjernobyl i Mors af atomkraft Elsams energiplanlægningen uheld indledes "Energi til A-affald rapport uheld 2000" 5-1999 Barsebæk I stop 10-1973 1. oliekrise 5-1976 "Dansk Energiplan" 10-1979 2. oliekrise 29-03-1985 Atomkraft ud af energiplanlægningen 3-1990 "Energi 2000" 5-2000 OOA opløses 5-2005 Barsebæk II stop 04-01-1974 Elsam fremlægger planer om atomkraft 01-03-1981 DGU finder fejl i Elsams rapport 01-02-1981 Elsam peger på Mors til A-affald 4-1988 Klimakonference Toronto 4-1986 Brundtland rapporten 01-1973 12-1990 31-01-1974 OOA står frem 1979 Three Mile Island uheld 26-04-1986 Tjernobyl uheld 31-03-1975 OVE etableres 10-1976 "Skitse til alternativ energiplan" 1976 Produktion af Riisager møllen indledes 1983 "Energi for fremtiden - Alternativ energiplan" 1990 Vindeby havvindmøllepark
PAUSE
Hvordan nåede vi hertil? Var det Grundtvig, folkehøjskoler, og andelstanken? Var det visionære politikere? Var det venstrefløjen? Var det innovative erhverv? Var det videnskab? Var det tilfældet? Vi handlede på det vi kunne. Den gode idé (eller plan) går hånd i hånd med de i den konkrete omverdens forankrede mål og muligheder En idé (eller plan) uden energia (forankret handlekraft) er ikke det papir værd, den er skrevet på.
Decentral kraftvarme er rygraden i Danmark s decentrale energisystem 1985 beslutning væk fra videre centralisering: Ingen kernekraft, påbegyndte programmer for vindkraft og decentral kraftvarme Indenlandsk naturgas ankommer fra Vesterhavet i 1985/86 Energi 2000 fra 1990, verdens første bæredygtige nationale energihandlingsplan Omkring 650 decentrale kraftvarmeværker er et væsentligt aspekt ved livet og fornemmelsen af sammenhæng i mange lokalsamfund, stadig er de fleste værker drevet nonprofit af andelsselskaber
Eksisterende vindmøller/-parker (on-shore, off-shore) Fremtidige off-shore placeringer (200 MW pies)
Holder eksperimentet?
Diskontinuerlighed kræver vind-venlighed 2008 (20 % vind) 2025 (50 % vind)
Timevariation: Vindkraft on-shore Landvind-produktionens timevariation 600 500 MW per TWh årsproduktion 400 300 200 RAMSES Land EnergyPLAN Normaliseret SIVAEL Land Normaliseret RAMSES Land EnergyPLAN Normaliseret SIVAEL Land Normaliseret 100 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
Timevariation: Vindkraft off-shore Havvind-produktionens timevariation 600 500 MW per TWh årsproduktion 400 300 200 RAMSES Hav EnergyPLAN Hav Normaliseret SIVAEL Hav Normaliseret RAMSES Hav EnergyPLAN Hav Normaliseret SIVAEL Hav Normaliseret 100 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
Timevariation: Sol-kraft Solcelle-produktionens timevariation 1600 1400 1200 MW per TWh årsproduktion 1000 800 600 RAMSES EnergyPLAN Normaliseret SIVAEL Normaliseret RAMSES EnergyPLAN Normaliseret SIVAEL Normaliseret 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
Timevariation: Bølge-kraft Bølgekraft-produktionens timevariation 3000 2500 MW per TWh årsproduktion 2000 1500 1000 EnergyPLAN Normaliseret EnergyPLAN 500 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
Timevariation: Fjernvarme Fjernvarmeforbrugets timevariation 350 300 MW per TWh annual demand 250 200 150 100 EnergyPLAN SIVAEL RAMSES EnergyPLAN SIVAEL RAMSES 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
Decentral kraftvarme viger for vind 35 000 Decentral kraftvarme 30 000 25 000 Vindkraft Elproduktion (TJ) 20 000 15 000 10 000 5 000-1972 1979 1986 1993 2000 2007
Det før-bæredygtige energisystem Power exchange Power-only plants Electricity Electricity Fuels Cooling Heat-only boilers Heat Heating Resources Conversion Exchange Demand
1G bæredygtigt energisystem Wind etc. Intermittent power Power exchange Electricity Electricity Power-only plants Fuels CHP Cooling Heat-only boilers Heat Heating Solar etc. Intermittent heat Thermal storage Resources Conversion Demand Exchange and Storage
2G bæredygtigt energisystem Wind etc. Intermittent power Power exchange Electricity Electricity Fuels CHP Mechanical Heat pump Cooling Cooling Heat Heating Solar etc. Intermittent heat Thermal storage Exchange Resources Conversion Relocation Demand and Storage
3G bæredygtigt energisystem Fuel storage Mobility Vindkraft Wind power etc. etc. Intermittent Diskont. elektricitet power Power Eludveksling Exchange Electricity Elektricitet Electricity Brændsler Fuels Kraftvarme Tri- and Kraftvarme Quad-gen (el. QUAD) Mechanical Varmepumpe Heat Cooling Electricity storage Cooling Køling Heat Varme Heat Solvarme Solar heat etc. etc. Intermittent Diskont. varme heat Thermal Termisk Storage lagring Exchange Resources Conversion Relocation Demand and storage
Hvilke løsninger skal føre os frem til et bæredygtigt energisystem?
Den danske model? Decentrale løsninger Lokale ejerskaber Vindkraft Kraftvarme Effektiv energianvendelse De mange eventyrs land (kul, naturgas, vind, kraftvarme, isolering)
Hvor langt kan vi nå med elbiler, varmepumper m/ varmelager, køleskabe m/ islager, elektrisk belysning m/ batteri?
En personlig favorit: Vindvenlig kombineret kraft-, kulde-, og varmeproduktion (CHP-HP-Cold Storage) Cold Storage Option B-C Flue gas condensing Option A-C Evaporator Compressor Transcritical heat pump Option A-E Expansion Cooling Demand Gas cooler Engine room and intercooling Option A-C District heating Thermal Storage Electricity grid Mechanical drive Option A Alternative Electrical drive
Vindproduktionen og elprisen 1,0 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun 0,9 Normalized to maximum value 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Wind Spot 0,1 0,0 Week 2, 2007