FRAMTIDENS ENERGIPRODUKTION

När dammet lagt sig efter den 5 IPCC rapporten, publicerad  i Stockholm häromsistens,  fanns ingenting i sig som man inte skulle ha vetat tidigare – annat än att texten och budskapet var lika smetigt som dålig havregrynsgröt. Har lidit av skrivkramp en tid men jag har nu kommit på tråden på nytt, bland annat genom den irritation som nämnda rapport orsakar genom sin textutformning och brist på objektivitet. IPCC har ännu inte i något sammnahang kommit fram med  några lösningar till hur framtidens energiförsörjning skall, eller kan, se ut. De lydiga lärjungarna svär i vind- och bioenergi och ibland även lite solproducerad el. Ett av de verkligt påtagliga problemen är att transportsektorn idag använder ca 80 % av oljan och man bör finna alternativ till oljan om man skall kunna fortsätta med att upprätthålla en civilisation sådan som vi känner den idag. Det var därför glädjande att läsa en artikel i dagens (2.10.13) NyTeknik där man  upplyser om att man i Tyskland satsar på att bygga 400 vätgasstationer inom 10 år. Takten verkar ju långsam, men jag tror inte att den behöver vara så mycket snabbare än så. När man väl har fungerande bränsleceller monterade i bilar, går det att snabbt bygga ut nätet.  Batteridrivna bilar har jag aldrig trott på och jag tror inte att dom någonsin  kommer att bli ett allvarligt alternativ till bränsleceller (detta uttalande kanske kommer att tillhöra kategorin ”borde ha hållit truten” men nu är det sagt).

Om vätet blir den stora energibäraren, kommer man givetvis att behöva energi av det pålitligare slaget och då hör vind och solkraft eller biomassa inte till vinnarna. Vad som då skulle kunna uppfylla kravet på mängd och pålitlighet skulle  kunna vara LFTR reaktorer eller motsvarande kärnbränslereaktorer. Innan detta scenarium kan bli verklighet kommer det att rinna mycket vatten under broarna. Framförallt gäller det att ta kål på ett antal myter om kärkraft. Det gäller dock att minnas att dagens kärnkraftlösningar i och för sig väl har alldeles själva varit orsaken till den negativa attityd som omvärlden hyser genteomt hela branschen, men samtidigt skall man väl inte vara sämre än att man kan ändra ståndpunkt, om argumenten för att utveckla kärnkraft till något för den globala välfärden positivt är goda. Detta kan man betrakta som vinjetten till dagens blogg som handlar om kärnkraft som den enda egentliga lösningen att ersätta dagens konsumtion av olja och andra fossilt baserade  energibärare. 

En mer alarmistiskt begåvad person skulle förstås även kunna uttrycka sig som så att det är den enda lösningen för att eliminera den globala uppvärmningen – men det hör inte hit.
 

När jag hängde på nätet för en tid sedan hittade jag en blogg skriven av en herr Arthur R. Williams som jag tyckte att mycket väl passar in på mitt eget synsätt när det gäller kärnkraft och generellt framtida energilösningar så jag tar mig friheten att långt återge hans text.
Han påstår helt frankt att de nya fissionsteknologierna inte bara eliminerar oron över säkerheten och avfallet som idag kastar sin skugga äver dagens reaktorer, de kan därtill konsumera dagens producerade avfall. Så varför använder man då inte denna lösning om den är så bra?

Herr Williams framför två skäl. Det första är mänskans ofta starka reaktion mot dramatiska händelser som jordbävningar, våldsamt väder och terroristattacker jämfört med mer stadigt föerekommande hot som bilolyckor, medicinska feldiagnoser och kolpartiklar. USA startade två 4 triljoner dollars  krig som en reaktion mot 9/11 terroristattacken som dödade 2996 pers. Antalet döda i den amerikanska trafiken uppgår till 30 000/år, medicinska feldiagnoser 44000-200 000 och offren för kolpartiklar 13 000 per år. Förutom att dom är långt högreän siffran för 9/11 så återkommer dom årligen.

Det andra skälet ligger i de djupt liggande myter om de orealsitiskt höga förväntningarna avseende förnyelsebar energi och de orealistiskt negativa förväntningarna när det gäller kärnkraft. Kritiken mot kärnkraft fokuserar på historia samtidigt som den ignorerar dramatiska framsteg inom fissionsteknologin. Resten av detta inlägg behandlar några myter som i stort paralyserar utvecklingen av den nya fisionsteknologin, även om man i Indien och Kina lyckligtvis tagit upp stafettpinnen för att vidare utveckla teknologin.

Myt 1. Vind och sol klarar biffen

Även om vind och sol och tidvatten är förnyelsebara och inte avger CO2 (åtminstone inte så mycket. Vind kanske ibland avger mera än den avlägsnar, så man skall vara lite försiktig med att kalla vind netto förnyelsebar). Medan diskussionen avseende förnyelsebara  energiformer oftast fokuseras på kostnaden så är det viktigare att fokusera på energitätheten och den intermittenta produktionen som konspirerar med kostnaden och som medför att dessa teknologier inte kan förse världen med lämpliga lösningar. I den inneboende problematiken med förnyelsebar energi ligger begreppet energi farming, vilket innebär att den låga energitätheten jämfört med olja och kärnkraft, kräver enorma landytor för att ens få ut modesta energimängder. På denna väg kan tom U.B. Lindström få rätt i sina farhågor om att resurserna inte räcker till att försörja 9 miljarder mänskor i framtiden.


Enligt Bill Gates skulle inte ens ibruktagandet av Saharas eller den Sydvästra Amerikas yta  hjälpa då den producerade energin är intermittent och skulle kräva lång transport och lagring.  Problemets vidd framträder tydligt då man, som Gates påstår, att hela världens batterier endast skulle räcka till för att lagra 10 minuter av den totala elkonsumtionen.

Även om kostnadsbilden för förnyelsebara blir bättre,  är kostnaden fortfarande en nackdel  på flera hundra procent som många länder försöker kompensera med subsidier. Subsidierna kan fortsätta, men såsom Hargraves konstaterar i sin bok ” Thorium – Cheaper than Coal” som jag citerat många gånger, så ökar sannolikheten att använda förnyelsebara energiformer markant om de är billigare än de fossila alternativen. Enligt Hargraves kan man i framtiden med nya breeder teknolgier producera el för ca. 0.03 USD/KWh, vilket skulle göra den konkrenskraftig även jämfört med kolet.

Myt 2. Kärnkraft är osäker/farlig

För kärnksaft gäller två säkerhetsaspekter: härdsmälta och terrorism. Båda två elimineras i praktiken i framtidens kärnreaktorer.

Den oro som framkom efter Three Mile Island och Chernobyl förstärktes allvarligt efter Fukushima. Sådana faror är egentligen inte beroende av själva fissionen utan härstammar från de tidigare militära priroteterna som favoriserade bränslestavar som bestod av metallöverdragna kermaiska ämnen. Keramiska ämnen är dåliga värmeledare och kräver aktiv kylning som styrs utifrån för att  undvika övwerhettning, smälta och sprickor i metallöverdraget. Smält salt reaktorer är kvalitativt helt olika. Först av allt så leder det smälta saltet till en i grunden säker reaktor design, då ingen ytterligare smältning kan äga rum. I närmare detalj så innebär den  mycket effektivare värmledeningen hos det smälta saltet  att man inte behöver aktiv kylning. Reaktorn  kan i vilket skede som helst med hjälp av gravitaionen tömmas i en underliggande tank där passiv kylning räcker. En smält salt reaktor kördes i oak Ridge fyra år utan en enda incident.

Högaktivt avfall är oundvikligt när det gäller fissionsteknologi, men den mängd som bildas i en smält salt reaktor är endast en mycket liten bråkdel av vad som produceras i en tryckvatten reaktor. Den totala förbränningen av kärnbränsle i en smält salt reaktor medger alla fördelar som finns i anslutning till extern  reprocessering, vilket för Frankrikes del har medfört en elproduktion som till 80 % härstammar från fission som pågått i decennier utan stöld eller motsvarande från terrorister. Emedan nästa generationens reaktorer kommer att integrera breeding och förbränning i en sammanslagen process, kommer fissilt material inte alls att förekomma utanför reaktorn, vilket ytterligare sänker risken för stöld i förhållande till reprocessering utanför reaktorn.

Myt 3. Kärnavfallsfrågan förblir olöst

Såsom termen ”breed and burn” antyder, kommer nästa generations fissionsteknologier att alla anknyta till reprocessering och de fördelar det innebär. En inneboende fördel med smält salt teknologi är att det fissila materialet stannar i reaktorn tills det är helt förbränt, varvid processen producerar dramatiskt mycket mindre avfall än dagens tryckvatten teknologi. I denna fast-bränsle teknologi är bränslet klätt med metaller som endast begränsat tål bneutron bestrålning, vilket medför att bränslet måste avlägsnas långt innan det är helt konsumerat. Denna teknologiskt  betingade distinktion  utgör basen för påståendet från MIT-baserade nystartade företaget Transatomic Power att avfallsmängden från en LFTR reaktor är endast kg jämfört med dagens ton mängder. Detta ökar effektiviteten ca 30 gånger avseende mängden utvunnen energi per given mängd bränsle. Genom att kontinuerligt avlägsna xenon från smät salt rekatorer kan antalet bränslepåfyllningar sänkas markant jämfört med fastbränsle rekatorer där en ackumulering av xenon minskar tiden för hur länge bränslestavar kan  stanna i reaktorn.

Ett bonus i sammanhanget är att sammanhanget mellan  breed-and –burn reaktorer och reprocessering är att man i vissa nya typer av reaktorer kan utnyttja existerande kärnavfall så att morgondagens reaktorer kan destruera det avfall som dagens reaktorer producerar.

Myt 4.  Fission producerar  elektricitet, men man producerar inget bränsle för vare sig transporter eller produktion av rent vatten

Fission producerar billig värme, som är generellt mycket nyttig. I dagens sammanhang, är den med fission kostnadeffektivt producerade värmen  symbiotiskt förenad med två högt utvecklade teknologier som kan lösa två av våra mest kritiska utmaningar, ersättning av fossila bränslen inom transportsektorn och avsaltning av havsvatten.

Såsom tidigare nämndes konsumerar transportsektorn merparten av vår tillgängliga energi. Dess andel är i paritet med hela industrisektorn som i sin tur är ungefär dubbelt så stor som den andel som hushållen och handeln står för. Då det är osannolikt att fissionsreaktorer skulle monteras i person och lastbilar så är frågan hur  fission skulle kunna bidra till ersättande av fossila bränslen? Svaret är ammoniak syntes. NH3 syntes är bland det mest lovande målet för att utnyttja värmeenergi från fission. NH3 kan betraktas som ett synnerligen effektivt medium för lagring och transport av väte. I dag finns det redan en utbyggd infrastruktur för produktion och distribution av ammoniak. Ammoniak innehåller ungefär hälften av bensinens energiinnehåll med det lägre priset för asmmonium ger ammoniaken en fördel avseende pris/utbyte. Viktigt är även att när ammoniak brinner bildas luftkväve och vatten:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Den billiga fissionsvärmen medför även en möjlighet att driva omvänd osmos anläggningar eller traditonella destillationsanläggningar för produktion av dricksvatten. Dricksvattenfrågan utgör en av världen ödesfrågor och billig energi är ett måste för att förse den växande globala populationen med rent, säkert dricksvatten.

Myt 5. Kärnanläggningar är stora, dyra och svårplacerade

Smält salt anläggningarnas högre bränsle effektivitet gör dem mindre för en given kapacitet. Därtill opererar de under normal atmosfäriskt tryck, vilket eliminerar såväl explosionsrisken  som behovet av ett stort reaktorhölje.  I kombination med den fundamentala enkelheten hos smältsalt reaktorer och det försvunna behovet av reaktorhölje och kylvattenanläggningar medför att dessa anläggningar kommer att bli relativt små och billiga att bygga. Denna typ av anläggningar medger även fabrikserieproduktion , vilket ytterligare sänker kostnaderna. Man kan här erinra sig att de första smält salt reaktorerna var tänkta för montering i flygplan. Under nuvarande omständigheter är hög effektivitet, mindre storlek, garanterad säkerhet faktorer som sannolikt (men inte säkert) kommer att minska NIMBY effekten när det gäller placeringen av framtida kärnkraftverk

Myt 6. Att utveckla kärnteknologin kräver långt utvecklingsarbete ( ett teknologiskt genombrott krävs)

Möjligen är det så att det kommer att dröja länge innan smältsalt reaktorer börjar komma ut på marknaden. Ett bidrag till att det kan bli dröjsmål är den allmänt förekommande strålningsfobin, där Tyskland och Japan är konkreta exempel på hur en i princip fungerande teknologi läggs ner till förmån för i det långa loppet ohållbara lösningar såsom vindkraft och sol etc som kommer att falla på sin dåliga energitäthet och som är kontraproduktiva när det gäller målet att sänka CO2 utsläppen.
Lyckligtvis håller ett nyuppvaknade på att hända och det finns ett flertal utvecklingprojekt där man försöker vidareutveckla olika varianter på smält salt reaktorer.  Även om intresset ligger på relativt låg nivå i USA finns där dock några lovande försök på gång. Här kan nämnas ett start-up företag vid namn FLIBE som fokuserar sitt arbete på kommersialisering av LFTR. I väst har vi även Bill Gates som engagerat sig i processen och strävan är att man kring 2020 skall ha en reaktor i produktion. Det mesta av utvecklingsarbetet ser emellertid ut att försiggå i Kina och Indien där man så att säga handgripligen måste lösa sitt energitillgång och där man insett att man inte kan lämna konsumtionen av fossila bränslen utan att ha ett alternativ med mostvarande energitäthet. Även Norge är ute och nosar om det skulle finnas något man kunde omsätta sina oljepengar i. Norge har stora thorium tillgångar, bland de större i världen..


Problemet med utvecklingsarbetet är att det material som finns redan är årtionden gammalt tack vare Nixons beslut att sparka Alvin Weinberg i tiden så det kommer att ta sin tid innan tempot är uppe igen. Vad man trots allt kan ana sig till är att man i många länder dammar av inlåsta dokument efter att ha insett att det kanske inte är så viktigt att sänka CO2 utsläppen som det är att inom 10-20 år ha  alternativ till olja som energibärare då den redan tydligen har nått sin topproduktion. Varför skulle alla nu plötsligt annars rikta sitt intresse mot den olja man hoppas finna i Arktis om det inte vore för att oljan på annat håll inte längre är så riklig som man hoppades på?

Publicerad 03.10.2013 kl. 10:45

TANKAR UTANFÖR BOXEN

I takt med att tiden går och jordklotet vägrar att bli varmare, upphör man inte att förvånas över hur antagandena om att koldioxidhalten i atmosfären kommer att förstöra vårt jordklot genom förhöjd medeltemperatur fortfarande hålls på den politiska agendan. Detta trots att samtliga klimatmodeller har slagit slint och visats sakna förmåga att förutsäga hur klimatet kommer att utvecklas i framtiden. Tröstande nog börjar ändå vissa tvivel tydligen också gro här och där,  och det ges ut böcker som på ett gediget sätt beskriver var tankarna hos det klimathysteriska folket slår fel. Ett bra exempel är boken med titel ”Falskt Alarm” av Gösta Persson utgiven 2013. En annan läsvärd bok bär titeln ”Chill A reassessment of the global warming theory”skriven av Peter Taylor 2009. Genom att läsa båda verken får man en relativt hygglig bild på sakernas tillstånd och hur långt borta från verkligheten dagens CO2 grunadade uppvärmning är.

Vad har då detta med energi att göra? Väldigt mycket i all korthet. För att bekämpa den påstådda CO2 beroende uppvärmningen kräver man att samhällena redan på kort sikt skall frångå fossilt baserad energiproduktion. Detta har, eller kommer att orsaka enorma tragedier för många länder. Spanien är ett land där man beslöt att kraftigt subsidiera anläggningar för sol-el. Detta medförde att man hade en överinvestering på 33 miljarder euro när regeringen beslöt att slopa programmet. Resultatet lät inte vänta på sig: privatpersoner som investerat sina surt förvärvade sekiner fann sig plötsligt stå på ett svart hål dit deras pengar redan försvunnit.

Att frångå fossil energiproduktion på ett bräde och övergå till sk. förnyelsebar energi baserad på biobränsle, vind och sol låter sig inte göras, vilket jag har diskuterat i flera sammanhang i mina tidigare bloggar. Även dansken Björn Lomborg har diskuterat den olösta ekvationen nyligen. Under 1971, det första året då  IEA publicerade statistik kom 13.12 % av jordens energi från förnyelsebara källor. År 2011 var andelen i själva verket lägre, 12.99 %.  Av denna andel utgör sol och vind endast bråkdelar, medan majoriteten härstammar från biomassa – och- det är här som den stora paradoxen viker ut sig: för att under årtionden ha ryat om att man inte globalt värnar om jordens biodiversitet är den gröna rörelsen nu redo att kasta ut barnet med badvattnet och betonar hur viktigt det är att använda biomassa vid energiproduktionen utan att i något sammanhang reflektera över hur mycket som skulle behövas för att täcka behovet.

Vedförbränningen i det förindustriella Västra Europa ledde till massiv avskogning liknande den som idag förekommer i utvecklingsländerna. Likaså orsakar den modermna energiodlingen ökad avskogning, minskad matproduktion och höjer matpriserna så andelen fattiga kan öka i framtiden.
Då mänskligheten faktiskt i århundraden strävat till att komma bort från förnyelsebara energikällor försöker man  nu med våld höja nivån  på nytt, fastän folkmängden redan ökat mångdubbelt!  Handen på hjärtat, vem vill ha tillbaka situationen från 1800 då världen till 94 % var beroende av förnyelsebar energi? Övergången till fossil energi förde med sig oanade miljöfördelar. Fotogenen räddade valarna som dittills hade stått för merparten av den förnyelsebara lampoljan.

Kolförbränningen räddade Europas skogar. Med elektriciteten försvann föroreningen från fotogenlamporna och räddade säkerligen miljoner liv. I och med att jorbruket mekaniserades erhöll man ca 30 % mera åkermark för matproduktion i stället för att mata hundratrusentals arbetshästar. Förstås skall man inte glömma att man även bytte en del gamla miljöproblem mot en del nya i och med i bruktagandet av fossila bränslen,  men vi håller på att återigen låta bli att använda oss av vår hitoriekunskap. Det är sant att vind och sol energin har ökat dramatiskt men ökningen har trots allt bara bestått av en ökning från ingenting till litet mera än ingenting. I och med att solen inte lyser nattetid och vinden inte blåser mera än ungefär 30 % (optimistiskt bud) av tiden, måste man ha reglerkraft som bör vara åtminstone lika stor som den kraftproduktion man avser reglera. I Tyskland innebär detta att man måste satsa på gasturbiner eller kolkraftverk som måste gå hela tiden för att man skall kunna reglera ett bortfall från baskraften, i detta fall sol och vind. Alltså slutar ekvationen så att det man skulle minska dvs CO2 i stället ökar då man samtidigt stänger fungerande kärnkraftverk.
Lomborg påpekar att man globalt under de senaste 12 åren investerat 1.6 triljoner USD i sk ren energi. År 2020 kommer  siffran att vara 250 miljarder/år. Vid slutet av detta sekel kommer den massiva spanska insatsen att ha flyttat fram den globala uppvärmningen med hela 62 timmar. Orsaken till att satsningen på grön energi så kapitalt har misslyckats, och fortsättningsvis kommer att göra det, är att förnyelsebar energi är blodigt dyr. I dag har många mage att påstå att förnyelsebar energi skulle vara billigare än konventionell. Om det vore så, varför krävs det då ofantliga subventioner och varför skulle världen då behöva en klimat policy?? Detta är den springande punkten. Frågan varför  man inte skulle satsa på utveckling av billig, ren och uthållig energi som alla kan få del i överallt i världen kräver inget speciellt svar.  Om gröna förnyelsebara energikällor skulle bli billigare än fossila, skulle dom ögonblickligen erövra världen, men det kommer dom inte att göra,  så det bästa är att satsa på utveckling av energiproduktion som är billigare än kol. Upptakten till dagens tankar är detta spörsmål.

Efter långa tiders grubblande och övervägande har jag själv kommit fram till att kärnkraft i någon form är en energiform man inte kommer att kunna åsidosätta. Däremot är jag ingen vän av konventionell lättvatten reaktor kärnkraft främst av tre skäl: säkerheten, effektiviteten  och avfallsfrågan.
När man i tiden började utveckla kärnkraftsbaserad energiproduktion efter andra världskriget hade man flera spår på utvecklingslinjen.  En herre vid namn Alvin Weinberg uppfann tryckvatten reaktorn  med fast bränsle(PWR) 1946 samtidigt som en kollega Hyman Rickover började vid Oak Ridge för att studera om kärnfission skulle kunna driva ubåtar. Den förstnämnde personen övertygade Rickover att tryckvatten rektorer var den bästa teknologin även om Rickover ansåg att reaktorer med flytande bränsle var att föredra ur socialt hänseende. Då Weinbergs åsikt vann., står vi där vi står idag med tryckvattenreaktorer, plutoniumavfall och några havererade rektorer.

Samtidigt har vi en energisektor som en stor del av mänskligheten önskar på sophögen och R&D står inte högt på agendan när politiker funderar på vilken energiform som skall stödas.

Uran 235 är det klyvbara bränslet i PWR och producerar neutroner som skall inducera upprepade fissioner. De energirika fisionerna hettar upp bränslestavar som i sin tur hettar upp vatten som expanderar, vilket bromsar fissionstakten.
Det fasta bränslet begränsar energiproduktionen  från uran dioxiden  som med kostsamma metoder upparbetats till 3.5 % koncentration av U-235. Efter ca 5 år har bränslet konsumerats och stavarna måste bytas ut trots att ännu ca 2 % av det klyvbara materialet finns kvar. Reaktorerna stoppas med 18 månaders mellanrum och en tredjedel av bränslet byts yt. Det använda bränslet är intensivt radioaktivt pga av uppkomna fissionsprodukter. Stavarna måste hållas under vatten och kylas för att hindra dem från att smälta och för att skydda operatörerna. Efter några års mellanlagring kan stavarna lagras i torrt utrymme. Pga av att en massa fissionsprodukter kontaminerar bränslestavarna och måste hållas kvar där i århundraden kan man endast ladda ca 4 % U-235 i bränslestavarna, vilket utgör ett stort bekymmer för säkerheten och lagringen. De förbrukade bränslestavarna innehåller långlivade radioaktiva transuraner såsom plutonium PU-239. Samtliga transuraner skulle i slutända kunna föströras genom neutronflödet, antingen genom fission eller transmuation till fissila element som i sin tur senare skulle fissionera. Problemet är att det fasta bränslet avlägsnats långt innan dess. Om man hade en flytande bränsle reaktor skulle man kunna fortsätta bränna transuraner.
Det intressanta är hur saker kan ta en viss rikting beroende på att t ex en person är mera intresserad av ubåtsreaktorer än av att använda kärnkraft på ett fredligt sätt. Hade  Rickovers åsikt vunnit, skulle vi sannolikt redan ha ett billigt och tillförlitligt elproduktionssystem i världen bestående av någon form av LFTR reaktorer.
Det var inte så att man inte alls skulle ha försökt bygga MSR reaktorer. Den första MSR reaktorn byggdes 1954 som en del av Amerikanaska flygvapnets nukleära program, som syftade på att bygga nukleära bombplan som kontinuelrigt skulle ha kunna kretsa runt Sovjetunionen. Programmet utmynnade i en 2.5 MW reaktor som skulle driva ett flygplan. Programmet kallat ARE (Aircraft Reactor Experiment) använde en smält fluorid salt som bränsle (med uran som fissil komponent) och reaktorn fungerade framgångsrikt under 100 MWh över en 9 dagars period vid en temeperatur upp emot 860 0C. Även om konceptet med ett nukleärt drivet bombplan slutligen övergavs, lade detta första experiment grunden för den forskning som var tänkt att utveckla teknlogi för civila ändamål.
Från mitten av 1950-talet började man vid Oak Ridge Laboratoriet under ledning av Weinberg att arbeta med att utveckla thorium drivna MSR kraftverk .  Thorium är ett lågaktivt radioaktivt element som förekommer i tre ggr högre kvantitet än uran i jordskorpan. I 5000 ton thorium finns det mera energi än det globala behovet under ett helt år. Thorium reserverna är vida spridda över världen med stora förekomster Australien, USA, Turkiet och Indien. Kina har också betydande förekomster. I Europa har Norge 132000 t bevisade reserver, ca 5 % av den totala globala förekomsten.
Thorium i sig självt är inte fissilt och kan därmed inte ensamt upprätthålla en kedjereaktion . Thorium är emellertid fertilt, som innebär att om det bombarderas med neutroner från ett separat fissilt drivmaterial (Uran-233, Uran-235 och Plutonium-239) eller med hjälp av en partikelaccelerator, kommer det att transmutera till det fissila elementet Uran-233 som är ett utmärkt kärnbränsle.
Throrium bränsle cykeln demonstrerades framgångsrikt i över 20 reaktorer världen över  inberäknad den Brittiska ”Dragon” hög temperatur gas reaktorn som var i bruk från 1966 till 1973.

Forskningen vid ORLN på 1960-talet producerade en form av smält salt breeder reaktor (Molten Salt Breeder reactor) som använde thorium som fertil komponent i det vätskeformade bränslet.  Reaktorn födde (därav namnet breeder) sitt eget bränsle genom att transmutera Th-232 till fissilt U-233. MSBR reaktorn uppattades som en två-vätske design med en grafit moderator. På grund av utvecklandet av den sk vätske vismuth reduktiva extraktionen (som möjliggjorde avlägsnande av sällsynta jordmetall fissionsprodukter utan att påverka throiumhalten i en-vätske system) och i brist på lösningar för rördesignen i två-vätskesystem, frångisk man två-vätske systemet. 1973 indrog AEC finasieringen av MSBR programmet. Efter denna tidpunkt fanns vissa medel fram till 1976 för forskning med MSBR då den slutliga spiken slogs in i kistan av AEC hänvisande till budgetbegränsningar. Vad man trots allt hade visat med MSR programmet var att de tekniska barriärer som påpekats av AEC 1972 var att man med största sannolikhet hade kunnat lösa med fortsatt utveckling.
Efter detta har små MSR forskningsprogram genomförts främst med fokus på icke-spridning av kärnvapen. Dessa program har producerat bl a DMSR reaktor varianten med en bränslecykel på 30 år och som drivs med låganrikat U-235 eller U-233 från thorium som är olämpligt för kärnvapenproduktion.
I dagens läge, när man kan se antydan till att den fossila eran börjar lida mot sitt slut och befolkningen ökar,  så måste man hitta lösningar som ersätter de fossila energibärarna med någonting annat lika effektivt eller effektivare. Den mellanstatliga forsknings och utvecklingsorganisationen Generation IV International Forum (GIF) har hjälpt till i återupplivandet av intresset för MSR reaktorer år 2002 då den utsåg MSR som en av de sex mest lovande reaktorutformningarna lämpliga för framtida utvecklingsarbet. GIF fokuserar på reaktordesign som bygger på hållbarhet, säkerhet, ekonomi och icke-spridning av kärnvapen. Arbetet med MSR leds inom GIF av EURATOM och Frankrike, med Ryssland och USA som observers., Kina och Japan har också deltagit som temporära  observers. Det kan hända att det våras för MSR. Det finns inte så många alternativ – tror jag. Återkommer  med motiveringar.

Publicerad 06.09.2013 kl. 10:48

SPARA ENERGI

Det sägs att snål spar och fan tar. Hargraves ägnar ett kort kapitel till energisparande i sin bok ”Thorium energy cheaper than coal” och kommer väl fram till slutsatsen att det kan vara en bra sak men kommer också fram till att energibesparingar inte räcker till för att förse en växande global population med energi.
Grundtanken att spara energi och förbättrande av energieffektiviteten skapar fri energi som kan användas i nya tillämpningar. Att reducera elbehovet kan höja tröskeln för att bygga nya kraftverk.
Amory Lovins vid Rocky Mountain Institute myntade uttrycket ”negawatt” dvs förse elektricitet genom att omfördela el som inbesparats genom bl a energieffektivering till där det finns ett behov. Litet av samma filosofi kommer att tillämpas vid Pyhäranta gruva i Finland som snart kommer att överges. Där planeras nu ett vattenkraftverk där man spar vatten i en ytlig vattenbassäng som sedan kan skickas ned i schakttunneln försedd med turbiner. Vattnet samlas upp i det gamla tunnelnätverket och vattnet pumpas upp vid perioder med låg elkonsumtion för att användas på nytt när behovet uppstår. Ett mycket vettigt sätt att använda vattenkraft på - ett slutet system utan uppdämning av en flod till på köpet.
Förbättrad effektivitet är nyttig , inte enbart när det gäller elkraft, utan även för transporter, och industriella och kommersiella applikationer.

Sedan kommer verkligheten emot, även när det gäller energisparande. När det gäller per capita konsumtion kan man se att den sjunker endast långsamt då det kommer nya applikationer som kräver el även om de är energisnålare än vad de skulle ha varit för 20 år sedan. I USA har hushållens m2-yta fördubblats sedan 1950. Stora bilar sk. SUV har blivit populära. TV-skärmarna har blivit större, datorer snabbare etc.
Även om energikonsumtionen per dollar BNP sjunker med ca 1%, stiger den amerikanska produktiviteten, konsumtionen och BNP och motverkar uppnådda fördelar med energisparande.

År 2006 var energiintensiteten i USA 2.6 kWh (t)/$BNP, ungefär som det globala medeltalet, men mindre effektivt än EU med sina 1.9 kWh (t)/$ BNP.

Flera länder har lagledes försökt åstadkomma el- energisparande t ex genom att föbjuda glödlamport och i stället införa tre gånger effektivare fluorescerande lampor (nyttan anses vara tveksam i länder med långa mörka vintrar där glödlamporna även spred värme och komletterade övrig uppvärmning). Det sägs att utfasning av alla glödlampor i världen skulle reducera den globala elkonsumtionen med nästan 50 GW, eller 2.5 %. Att vidare kanalisera dessa ”negawatt” skulle motsvara byggandet av 50 stora 1 GW kraftverk. Inom EU skulle ett ersättande av alla gamla kylskåp med nya 40 % energisnålare innebära en elinbesparing på 2 GW.

Att förbättra byggnadsutformningen kan spara energi. Hus med reflekterande tak behöver 40 % mindre kylenergi än hus med svart tak. 200 m2 hus designade enligt Passivhaus principer behöver endast 3 MWh (t) per år, vilket är ca. 1/10 av dagens normalhus.

Transporterna är den största konsumenten av bensin och diesel. Den amerikanska företagens bränsleekonomi komplex CAFE´s krav är att förbättra transportflottans bränsleekonomi med 2 % per år.
Behovet av fordon ökar emellertid hela tiden. GM säljer mera fordion till Kina än USA, ca 3 miljoner per år. I  Indien ökar fordonsantalet genom lanseringen av billigbilen Tata för ca. 3000 $.

Trots att det finns en del negawatt att hämta via effektivisering och sparande löser man inte det globala energibehovet.

Många gröna miljöaktivister hävdar att man kan lösa CO2 problemet genom att konsumera mindre men siffrorna visar att argumentet knappast håller. USA konsumerar el kring 434 GW kapacitet, ca 12000 kWh/år per person, eller 1400 watt  per person. Om man antar, för argumentationens skull, att spar- och effektivitetsexperter lyckas med konststycket att skära den amerikanska elkonsumtionen med hälften, till 6000 kWh/a per capita – ungefär till 700 watt i medeltal. Den övriga världen strävar till att uppnå samma levnadsstandard som USA, vilket kräver desamma 6000 kWh per person. Även under detta 50 % inbesparingsscenarium, skulle världens elkonsumtion tredubblas när populationen stiger till 9.2 miljarder och utvecklingsländernas mänskors levnadsstandard förbättras.

Ett sätt att spara energi beror på vad man stoppar i sig. Enligt den gröna rörelsen producerar jordens husdjursproduktion mera CO2 än världens transporter. Sedan kan man påminna sig om att köttkonsumtionen snarare stiger än sjunker, men ämnet är värt att skänka en tanke åt. Att producera 1kg nötkött i USA kräver 48 kWh (t) energi. Två tredjedelar av denna mängd åtgår till utfodring och att transportera foder till stallarna i stället för att ha djuren på bete. Tiden från födsel till snabbköpets kyldisk för kycklingar, grisar och nötboskap varierar stort. För att odla 1 kg kött kräver att man håller dem vid liv i 50, 400 eller 1000 dagar vilket kräver foder i proportion till detta. Så, för att odla 1 kg kycklingkött kostar 50/1000 av den foderenergi som det krävs för att odla 1 kg nötkött. Vegetarianer konsumerar givetvis ännu mindre energi (men har det kanske tråkigare :) ).
För att göra visan kort: Det är inte sannolikt att utvecklingsländernas konsumtion av kött kommer att minska, snarare tvärtom. Detta medför att det inte är sannolikt att man kommer att konsumera  mindre kött i framtiden även om det vore bra att åtminstone minska sin köttkonsumtion.

Publicerad 15.08.2013 kl. 15:04

VATTENKRAFTEN EN RÄDDARE I NÖDEN

Det är många som svär i vattenkraftens namn i synnerhet nu när det börjar gå upp för vind- och solkraftsanhängare att dessa ”rena” energiformer  saknar den pålitlighet som krävs för att hålla samhällena i gång.

Vattenkraft är ett attraktivt sätt att producera elektricietet även om den nu kanske inte är helt så miljövänlig som de sanna förespråkarna tenderar att framhålla. Stora dammbyggen har stora ekologiska konsekvenser även om man  inte skall glömma de små damnmarnas konsekvenser heller. När man bygger ett konventionellt vattenkraftverk innebär det att man dämmer upp ett ekosystem vars arter är specialiserade att leva i ett strömmande system  med mycket liten eller obefintlig sedimentation och som har relativt hög syrehalt och ofta en lägre temperatur än  motsvarande lotiska (stillastående) vattensystem. Uppströms en damm ökar sedimentationen och höjer den biologiska syreförbrukningen och nedströms barläggs en stor del av den tidigare strömfåran, vilket minskar volymen och sänker strömningshastigheten. Själva dammen hindrar migration av djur ss fisk uppströms dammen. Vi som bor i Norden känner alla till hur lax- och öringsbestånden lidit av utbyggnaden av vattenkraften efter kriget. Bygget av Assuan dammen i Egypten medförde att det slam som Nilen tidigare transporterat ut till deltat stannade bakom dammen, vilket medförde att fisket och jordbruket i nildeltat mer eller mindre förstördes, vilket gjorde tidigare fattiga mänskor ännu fattigare.  Dammbygget Three Gorges i Gula floden i Kina gjorde miljoner kineser hemlösa och därtill blev ett stort antal av med  sina jobb efter att ha tvångsförflyttats till platser där deras yrken inte behövdes.

Med dessa konskevenser i minnet bör man dock framhålla att vattenkraften har även sina goda sidor – ingenting är som känt svart-vitt utan det mesta består av varierande nyanser av grått.

El producerad med vattenkraft är mycket konkurrenskraftig med kol, naturgas och kärnkraft (ca 5 cent/kWh). Ingen fossil koldioxid släpps ut under produktionsskedet. Det är en förnyelsebar energiform som extraheras ur solen och regnen. Kapitalkostnaden kan återbetalas under en 50-100 års livstid.
Globalt finns det vatten kraft motsvarande ca 390 GW kapacitet eller ca 16 % av den globala elkonsumtionen.

Vattenkraften är, i motsats till vind- och solkraft, kontollerbar; den kan slås av och på småningom eller inom minuter. Den kan förse CO2-fri  backup kapacitet för sol- och vindkraftverk när det blir mörkt eller slutar blåsa. Medan kol- och kärnkraftverk normalt kör för full kapacitet kan man  generera vattenkraft enligt behov för att täcka toppbehov.

Vattenkraftverk utnyttjar i allmänhet vatten från reservoarer snabbare än vad ersättande vatten rinner till lagret, vilket är skälet till att vattenkraft ofta just används för att reglera perioder med hög förbrukning och när priset för el är som högst. Kapacitetsfaktorn för vattenkraftverk ligger typiskt kring 50 %. Three  Gorges dammen med sina 20 GW (världens största) är planerad för en medelkapacitet på 14 GW.
Etableringen av vattenkraftverk begränsas givetvis till områden med betydande nederbörd och fysiskt till områden lämpliga för uppförande av dammar. Ofta anläggas vattenkraft i anslutning till större indutrikomplex. Ett exempel på detta är etableringen av Alcoas aluminiumsmältverk på Island som bygger på att ett stort 630 MW vattenkraftverk anlades i närheten. Intressant är att hela Islands elbehov tillgodosågs med totalt 300 MW kapaciet vattenkraft innan etableringen. Utan tillgång till vattenkraft hade detta för Island tredje smältverk aldrig anlagts.

Globalt planerades under 2012 vattenkraftverk med en total kapacitet på 100 GW. Någon betydande utbyggnad av ytterligare vattenkraft låter sig svårligen göras bl a då de bästa platserna redan utbyttjas och på grund av de betydande miljöeffekterna av att översvämma landarealer med åtföljande tvångsförflyttnigar och rekoloniserng av drabbade mänskor. I USA händer det att man river gamla dammbyggnader och återställer den naturliga vattenströmingen i floderna.

På den Afrikanska kontinenten finns viss potential ss den föreslagna Grand Inga dammen i Demokratiska Republiken Kongo som skulle ha en kapacitet på 39 GW, vilket skulle innebära en fördubbling av Afrikas hela elproduktion,  en investering på 8 miljarder eller  2 USD/watt. Den politiska insdtabiliteten har hittills lagt hinder i vägen för denna investering. Med undantag för länderna längs  Medeklhavet och Syd Afrika lider Afrika av elbrist med en kapacitet på mindre än 30 W/capita.

Man kan alltså med denna information sluta sig till att inte heller vattenkraften kan stå för ett kommande ökat energibehov med den växande globala populationen.

Publicerad 31.07.2013 kl. 14:03

LAGRING AV ENERGI

Man har under långa tider försökt finna lösningar på att lagra energi. Elkraftsdistributionen saknar denna kapacitet. Vilket som helst nytt behov av kraft måste tillgodoses inom sekunder genom att öka ånga som föder turbiner i kärn-, kol- eller träeldade anläggningar, vatten i vattenkraftverk eller gas till gasturbiner. Vind och solenergi saknar möjligheter att tillgodose detta snabba behovsskifte.
Därmed faller det sig naturligt att om man hade möjligheter att lagra el skulle det gagna två saker: varierande behov och intermittent tillgång. Kärnkraftverk och kolkraftverk har höga kapitalkostnader och är vanligen planerade för att fungera under full kapacitet. Konsumenterna elbehov varierar i allmänhet med en faktor 2, såför  att kunna lagra överskottsel under perioder med lägre behov för att sedan kunna leverera lagrad el under perioder med högt behov vore en gudasänd gåva, åtminstone för vind och solkraftverken.  Dessa kan förmodligen aldrig bli något annat än intermittenta elleverantörer som kan tillgodose en del av basbehovet. Om man bygger mera kapacitet än basbehovet, missar man det mesta av syftet med dessa förnyelsebara energiformer då man måste bygga mera reglerkraft som är smutsigare än den kraft de skall reglera.

Laddningsbara batterier använder kemisk energi

Batterier har två elektroder av olika metaller som är förbundna med en ledande elektrolyt eller solitt ämne. När negativt laddade elektroner från laddningsströmmen flöddar från anod till katod, flödar positivt laddade anjoner från anoden till katoden genom elektrolyten. Detta förändrar det kemiska tillståndet hos elktroderna och elektrolyten som lagrar den kemiska potential energin.  Vid urladdning reverseras flödet av elektroner och det kemiska läget återgår.
Batterier kan tillverkas genom kombination av ett stort antal metaller och elektrolyter såsom bly/svavelsyra/blyoxid som  allmänt används som bilbatterier. Litium jon batterier är allmänna i konsumentelektronik och även i vissa elektriska bilar. Natrium-svavel batterier utvecklades för elkrafts tillämpningar. Dessa b atterier, tillverkade av billiga råmaterial, måste fungera vid höga, upp till 350 graders temperaturer.
I dagsläget är det många som ser laddningsbara elbilar som framtidens fortskaffningsmedel (tom i redan nu). Problemet är att dagens elbilar kräver en laddningstid som tar en hel natt i anspråk och räckvidden, eller snarae bristen på räckvidd, gör att dessa bilar endast kan användas i befolkningscentra med annars goda förbindelser (man  kan  ta bussen hem när bilen har stannat). Flödesbatterier har vätskeformiga elektrolyter som kan avlägsnas och ersättas med ny elektrolyt. I framtiden kan det tänkas att bilar med urladdade elektrolyter kan fyllas  med laddad elektrolyt vid ett elektrolytankningsställe.
I Israel har ett företag inttaget ett annat förfaeringssätt som fgår ut på att man har batteribytesstationer där man kan byta ut bilens batteri mot ett nytt laddat batteri på 5 minuter.

Vid MIT har man konstruerat ett vätskebatteri med smält antimon i bottnet , täckt med smält salt elektrolyt, toppad med smält magnesium och som har en operationstemepratur på 700 0C och med en skala som kan jämföras med kraftverksskala. Ett batteri som skulle kunna leverera 1 GW under 48 timmar skulle kosta 1.8 miljarder USD bara för  att bekosta magnesiumet och antimonet. Detta ligger i paritet  med en LFTR reaktor som skulle kunna leverera 1 GW kontinuerligt.

Batterier uppfyller vissa elverks behov

För att använda batterier krävs att de kan  konverteras från AC till DC och tillbaks till AC samt att de kan lagra kemisk potential med cyklisk effektivitet på upp till 75%. Det största elverket baserat på lagring i batterier finns i Rokkasho i Japan med en produktion på 245 MWh med en effekt på 35 MW,  med vars hjälp man  lagrar vind el. Den bygger på NGKs natriumsvavel teknologi som rapporteras kosta 3 USD/W.

I fairbanks, Alaska, finns ett 27 MW nickel-kadmium system med 7 MWh produktion som används till stabilisering av elströmen. En 1200 tons 40 MW batteribank producerar 5 MWh används i denna avlägset belägna stad för att förse kraft under ett elavbrott till dieselgeneratorerna hinner starta.

Produktionskapaciteterna kan jämföras med ett 1 GW typiskt elkraftverk som producerar 24 000 kWh per dag – tio gånger mera än det största batterisystem som någonsin b yggts. Man kan med fog säga att batterilagringen går på i barnaskor.

Andra lagringsformer

Svänghjul kan lagra energisåsom t ex i staten New York där ett system med 200 höghastighets svänghjul  (kapacitet 25 kWh med 100 kW) producera el under 15 minuter. Ändamålet med systemet är att stabilisera nätet så att små fluktuationer inte behöver snabba övergångar till kraftverk gående på fossila bränslen, vilket skullr sänka deras effektivitet och höja CO2 emissionerna och atmosfäriska föroreningar.

Vattenbaserad elektricitet kan lagras med en relativt hög effektivetsgrad på 75 % genom att använda överskotts el till att pumpa vatten till en högre upp liggande reservoir. Detta vatten används sedan till att driva generatorer när elbehovet stiger. Detta slags tillbaka pumpad vattenkraft står för 99 % av all lagrad elkapacitet i USA. Hargraves ger ett excempel på detta  från Raccoon Mountain i Tennessee där vatten pumpas ca 330 m upp till en reservoir. Det lagrade vattnet kan driva ett 1.6 GW kraftverk under 22 timmar och  avger då reservoirens lagrade kapacitet på35 GWh. I dagens pengar skulle denna anläggning kosta 1 miljard USD eller 3 c/Wh av energilagring eller 0.63 USD/W genereringskapacitet.

Jämfört med tillbaka pumpad vattenkraft är batterier dyrare men har större enegitäthet. Ett enda AA batteri kan lagra närmare 10 000 Joule energi – ca 2.5 Wh. Lagring av uppumpad vattenkraft för samma energi skulle kräva att en liter vatten pumpades upp till en höjd på 1000 meter. Sedan finns ju ett praktiskt dilemma och det är att det finns väldigt få ställen som ur både praktiska och miljömässiga hänsyn är lämpade för denna typ av energilagring.

Om man använder en elektrisk motor och en turbin eller pump till att komprimera luft i en tank, ökar man lufttrycket och temperaturen ungefär som om man tryckte ihop en fjäder. När den komprimerade luften sedan leds tillbaka genom turbinen och motorn – som nu är en generator – omvandlas den komprimerade luften tillbaka till elekticitet.
Med undantag för motorn och pumpen, skulle denna process kunna vara närmaree 100 % effektiv om lufttanken skulle vara fullständigt isolerad. Problemet är detsamma som med en kompressor som matar luft i en lufttank för bildäck. När tanken fylls med luft värms den upp och kallnar sedan och förlorar värme och är sedan kall när den avger luften till däcket – processen är således inte 100 % effektiv. För att göra en lång historia kort behövs det ungefär 48 % mera energi att ladda tanken än vad man får ut ur den.
Vid en anläggning som i 2012 år penningvärde skulle ha kostat 89 MUSD  skulle lagringskostnaden uppgått till  0.034 USD/Wh eller 0.89 USD/W el-generering.

Energilagring är en tilläggskostnade till elproduktionen

Hur stor är tilläggskostnaden för lagring av el i batterier eller i andra former av ellagring?
Genom att använda den standardiserade finansiella modellen , där kapitalkostnaden har en återbtaningsperiod på 40 år och  8 % ränta och med antagandet att lagringsutrustningen har en urladdningscykel på 1 gång/dygn ger följande kalkyl: en investering på 1 USD/Wh för lagringskapaciteten, återbetald över 365 x 40 dagar, kostar 23 cent/kWh baserat på en medelkostnad från givna grova data i tabellen nedan.

Tillägg till elpriset från kostnaden att lagra el
Lagringsteknologi  Energilagringskostnad $/Wh   Återbetalning på  kapital c/kWh
Pumpad vattenkraft              0.25 – 0.27                                                      6
Avancerad bly/syra              0.92 – 0.98                                                     21
Litium jon                            0.95 – 1.90                                                     33
Komprimerad luft                0.06  - 0.12                                                      2
Svänghjul                             7.80 –  8.80                                                   191
Natrium svavel                     0.52 – 0.55                                                      12
Zink bromid flöde                0.29 – 0.35                                                      7

Några förbehåll krävs här. Tabellen är en mycket grov framställning. Den tar inte hänsyn till effektiviteten hos de olika teklnologierna. Den inkluderar inte kostnaden för lagringen av den utvunna elen. För den komprimerade luftens del saknas kostnaden för bruket av naturgas. För svönghjulsteknologins del blir kostnaden hög då den baserars på enbart en cykel per dag.

Batterier är en mycket dyr lösning för lagring av intermittent elektricitetsproduktion

Om man önskar göra intermittent elproduktion från vind och solkraftverk pålitligare skulle man kunna lagra elen i batterier. Den fråga som uppstår är till vilken kostnad skulle en dags vindgenererad el kunna lagras för att senare kunna brukas en vindstilla dag? Utgående från den mycket resonabla uppskattningen på en $4.75/Wh kapitalkostnad för ett bly/syra batteri så skulle köpet av 24 Wh lagring kosta $ 114., vilket gör kapitalkostnaden för vindkraftsparker på $5.8/W närmast anspråkslös.

Således skulle kostnaden för att installera ett vindkraftverk med bly-syra batterier för lagring och distribution en dag senare bli $ 120/W. Emedan batterierna enbart skulle fungera utjämnande på eltillgången, skulle medel kapacietesfaktorn för ett dylikt vind/lagring system  fortafarande vara enbart 30 %,  och då skulle den genererade energins kostnad bli 360 c/kWh. Detta är ca 70 gånger kosytnaden för att producera el med kol, naturgas, vattenkraft eller kärnkraft.
Publicerad 27.06.2013 kl. 11:05

ENERGIEFFEKTIVITET OCH KOSTNADER FÖR OLIKA SLAGS ENERGIPRODUKTION forts 2.

Turen har kommit till fasta biobränslen i genomgången av kostnader för olika slags bränslen och energiproduktionsformer.

Fasta biobränslen

Med biobränsle avser man i allmänhet ett vätskeformigt bränsle som extraherats ur vegetation och ofta raffinerats för bruk i ett fordon. Det förhåller sig emellertid så att det mesta av den energi som kunde extraheras ur växter såsom träd är att släppa loss energin genom att helt enkelt bränna dem. Att tillverka etanol av trän sänker potentialen av kemisk energi jämfört med vad som kan utvinnas från att bränna träet.

På 1400-talet fann Van Helmont att växande trän ökade i vikt genom att uppta materia ur luften – vattenånga och ”trägas”  som senare fastställdes vara koldioxid. Lavoisier identifierade kolet och växternas respiration innan han som tack blev huvudet kortare i giljotinen under franska revolutionen.

Cirka 50 % av kolhydraters massa består av kol som bildar det torra träet. Växande trän kan bestå av 60 % vatten och resten av torrt trä. Således kan kol som tagits från luftens koldioxid representera cirka 20 % av träbiomassan i en skog.

När träd växer absorberar de CO2 ur atmosfären och inkorporerar kol i sina kolhydratstrukturer. Takten bestäms av arten och breddgraden. Hargraves använder i sin modell 3 ton kol/ha per år. Gröna träd innehåller ca 20% kol; de ökar sin massa med 5 ggr denna takt, dvs 15 t trä/ha per år.
Efter ungefär ett sekel mognar skogen och träd dör och ruttnar ungefär i samma takt som nya träd tillkommer. Det bundna kolet i en mogen skog ligger mellan 100-600 ton/ha beroende på geografi, klimat, art och skogsbränder. Kol avlägsnas från atmosfären så länge skogen växer men när den bränns i en panna kommer kolet ut på nytt även om det kans sägas vara CO2 neutralt så länge man får ny skog att växa
Hargraves tar sitt standard exempel med sitt 1 GW kraftverk och ett fall där man skulle producera denna GW med träflis för enbart el-produktion (han skulle ha kunnat  behandla CHP också, vilket skulle ha bättre verkningsgrad).
I exemplet används färsk träflis. Hur mycket flis skulle åtgå för att hålla denna 1 GW elanläggning i gång?Förbränning av 1 ton färsk träflis producerar ca. 2 MWh(t) värme. Under förutsättning att el produceras med 33 % effektivitet skulle 13 milj ton träflis per år behövas för  1 GW(e).

Med en trätillväxt på 15t/ha per år akulle detta kräva nästan 1 miljon ha motsvarande ytan på staten Connceticut som konsumerar 3 GW el i medeltal men skulle enbart klara av att producera 1GW (e).
Åtminstoner detta exempel visar att el produktion med träflis inte är hållbart. Det finns flera exempel bakåt i historien; England avskogades mer eller mindre innan man övergick från vedeldning till kol för energioproduktion under den Industriella Revolutionen.

Energi producerad genom förbränning av trä måste vara billigare än 10 cent/kWh
En ligt en rapport över kostnaderna för ett 19 MW  fliskraftverk i Springfield NH, USA skulle investeringen löpa på 90 Miljoner USD, eller 4,74 USD/watt. För en annan  anläggning i Berlin NH på 75 MW  beräknades investeringen vara 275 Miljoner USD eller 3.67 USD/Watt. Sothern Company byggde en 500 milj. USD 100 MW anläggning i Nacogdoches TX, som kostade 5 USD/Watt. Hargraves antog liksom i tidigare fall en  8% kapital kostnad, 40 årws livstid och 90 % nyttokapacitet, vilket skulle leda till 4 cents/kWh för återbetalning på investerat kapital.

Kostnaden för flis varierar med orten, marknadsförhållanden och transportkostnader från skogen till kraftverket. I USA varierar priset mellan 15-34 USD/ton. Vid sin kostnadsberäkning räknar Hargrave med 28 USD/t och en optimistisk 33% electircitete/värme effektivitet;

$ 31 x ton trä x     3kWh(t) =       $ 47
Ton   2 MWh(t)   1 kWh(e)    MWh(e)

Eller ca 4.7 cent/kWh för bränslet. Enligt standardberäkningen skulle träbränsle baserad electricitet då betinga följande pris per kWh:
Återbet Kap. 4.0 cent/kWh
Bränsle 4.7 cent/kWh
Drift 1.0 cent/kWh
Totalt 9.7 cent/kWh
För att konkurrera med med el producerad med träflis borde kostnaden för motsvarande LFTR producerad el ligga under 10 cent/kWh.

Jag har tidigare diskuterat flytande bränsle producerat av biomassa och konstaterat  att det inte är hållbart att göra det, speciellt inte etanol. Av den anledningen tar jag inte upp den tråden på nytt.
Nedan följer en sammanställning på de hittills gjorda kostnadsanalyserna.


Produktionskostnaden för el med alternativa energikällor
Produktionskostnaden för alternativa energislag
  Kol Gas Vind Sol Biomassa
Återbet Kapita 2.8 1.0 17.4 22.5 4.0
Bränsle 1.8 2.8 0 0 4.7
Drift 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Totalt 5.6 4.8 18.4 23.5 9.7

Varför är de relativa kostnaderna för förnyelsebara energiformer så höga? Och varför betalar man för dem? En faktor är energitätheten. Vindturbiner och solfångare är utspridda över stora arealer. Avlägsna skogar som förser fliskraftverk med bränsle kräver långa landsvägstransporter.

Det mesta av kostnaderna för förnyelsebara energiformer betalas med subsidier. För att någon över huvudtaget skall förmås att investera i förnyelsebar energiproduktion. Subsidierna kan bestå av skattelättnader, inveteringsstöd förhöjda tariffer mm. Inmatningstariffer kräver att elbolagen  skall köpa in vind och sol-el när helst tillgänglig till 20-30 cent/kWh, vilket leder till höjda konsumenpriser och undersskott i statskassan. Detta har skett i flera länder. Inom EU bl a i Spanien. Återstår även att se hur det går i Tyskland där man lägger ned kärnkraftverken och skall ersätta dom med sol och vind. Tecknen i skyn antyder redan att Tyskland måste öka sin förbränning av brunkol (lignit) för att användas som reglerkraft för vindkraften. Från att i begynnelsen ha haft målet att reducera utsläppen av koldioxid så kommar man nu i stället att öka dem betydligt. Fastän det länge har stått klart för de flesta att EU:s energipolitik för länge sedan har kraschat så fortsätter man med denna idioti. Får se hur länge...

Publicerad 07.06.2013 kl. 15:32

ENERGIEFFEKTIVITET OCH KOSTNADER FÖR OLIKA SLAGS ENERGIPRODUKTION Forts...

ENERGIEFFEKTIVITET OCH KOSTNADER FÖR OLIKA SLAGS ENERGIPRODUKTION forts.

Så var det dags för en betraktelse över kostnaderna för solenergi.

Solenergi kan utnyttjas på flera sätt:
1. Passiv soluppvärmning av byggnader
2. Vatten uppvärmt med solfångare
3. Produktion av elektricitet med solpaneler
4. Koncentrerad termisk solel-produktion

Med passiv soluppvärming avser man absorbtion av solvärme i en byggnad via element i dess konstruktion.

Speciellt vintertid när solståndet är lågt, strålar solen in genom stora, isolerade glasfönster. Värmen absorberas och konverteras till värme genom alla fasta objekt  inklusive en ackumulerande massa som lagrar värme för kommande behov. Den värmeackumulerande massan avger infrarött ljus som inte passerar genom glas utan absorberas av ytor i rummet på ett liknande sätt som växthus fungerar.
Kombinerat med hög isoleringsgrad och låg luftinfiltration, är soluppvärmning en vital komponent i sk. passivhus design som strävar till att ha ett värmebehov på mindre än 2 watt/m2 (15 kWh/m2 per år) eller ett toppbehov på < 10 W/m2. Ett passivhus av denna typ, med en yta på 200 m2 skulle kunna värmas med mindre än 3000 kWh/a el och en kostnad på 450 USD om elens pris låg på 15 cent/kWh. Om man därtill skulle koppla till en värmepump i stället för direkt motståndsuppvärmning skulle kostnaden sjunka med  2/3.

Upphettning av vatten med solfångare sänker fossila CO2 utsläpp

I USA och den övriga världen används naturgas eller elekticitet för att värma hushållsvatten. En typisk varmvattenberedare drar ca. 4 500 W(e). Om electriciteten produceras vid ett kraftverk med den typiska 33 % el/värme konversionen, skulle det krävas 13 500 W(t) värmeflöde från förbränning av naturgas. Vatten uppvärmt direkt med naturgas kräver endast 4 500 W(t) plus eventuella värmeförluster. Det sistnämnda sätte spar alltså kostnader för husägaren och sänker CO2 utsläppen.
Globalt leder Kina ligan för solfångare för vattenupphettning med över 100 GW(t) installerat år 2009.

Solceller omvandlar solljus direkt till elektricitet

Generatorer drivna med värmeenergi använder en värmealstarnde motor för att extrahera kinetisk energi ur värme som flödar från varmt till kallt. Solpaneler fungerar annorlunda. PV celler omvandlar fotoner direkt till elektricitet med en effektivitet uppemot 10 %.
Vid ekvatorn motsvarar den infallande solenergin mitt på dagen 1000 W/m2. Vid ungefär 45 breddgraden skulle ett PV kraftverk generera ungefär 5 W/m2 med hänsyn tagen till natt då ingen sol lyser, moln och konversionseffektivitet. I sydvästra USA säger Hargraves att denna produktivitete kunde höjas till 10 %. En solpanelfarm med en medel kapacitet på 1 GW skulle kräva 100 000 000 m2 landyta, alltså närmare 100 km2. En slutsats av detta är att det inte ur miljösynpunkt är  möjligt att etablera fristående solktaftverk i stor skala utan att allvarligt påverka biodiversiteten på jordklotet. För att överhuvudtaget kunna använda solkraftverk med dagens tekniska nivå är en integrering av solpaneler i befintliga konstruktioner förmodligen den enda vägen att gå.
Andra sätt att utnyttja solenergin är att koncentrera solljuset i en parabolisk reflektor som är kopplad till oljefyllda rör som upphettas och producerar ånga som driver en ångturbin som i sin tur producerar el via en generator. Denna process är i princip identisk med ett kol- eller naturgas kraftverk. Genom att åstadkomma höga temperaturer kan man uppnå konversionseffektiviteter uppemot 41 %. Denna typs solkraftverk kräver kyltorn för att avge överskottsvärme och detta utgör ett problem då vatten oftast är en bristvara i områden som bäst vore lämpade för solkraftverk.

En lösning kunde vara att  magasinera värme i smält salt lösning i enlighet med vad man gör i kraftverket i Andasol. Här magasineras 1 GWh(t) i 30 000 t smält salt (60 % NaNO3 och 40 % KNO3) som kan ge och ta emot värme med en effekt på 100 MW(t). Detta är vad som också föreslås när det gäller smält salt thorium reaktorer eller LFTR.

Elekticitet producerad billigare än med solpaneler måste vara   < 24 cent/kWh

Kina har blivit lågprisproducenten för solpaneler och priset för solpaneler förväntas sjunka till 1 USD/watt, men det priset är endast kostnaden för panelen och inte för hela kraftverket. I solkraftverksskala finns det ett antal andra kosnadselement än panelerna t ex väderresistenta ramar och stöd för panelerna, motorer för att rikta panelerna optimalt mot solen, DC/AC invertrar, kontroll och moniterings system och kablar.
Det kan vara svårt att bestämma de verkliga kostnaderna från information från publika medier. Ofta är informationen konfifentiell.  Hargraves ger fyra exempel baserade på publicerade totalkostnader och kapacitet.

Solpanelernas pris var ca 1.75 USD/W vid AllEarth Renewables solfarm utanför Burlington VT i USA, vilket utgjorde ca. 35 % av byggkostnaden. Denna 2130 kW sol farm kostade 12 miljoner USD, eller 5.63 USD/W investeringskapital. Även om solcellerna hade varit gratis, skulle denna solfarm ändå ha kostat 4 USD/W. Den uppmätta kapacitetsfaktorn under 7 månader var 18 %. Denna solfarm i Vermont säljer el till det lokala elbolaget för 30 cent/kWh , en tariff som man bolaget ålagts att betala solfarmen.

År 2009 annonserade det spanska bolaget Albiasa en investering på 1 miljard USD för en 200 MW solljus koncentrerande solenergi projekt som skulle lokaliseras till det soliga Kingman i Arizona, vilket antydde em kostnade på 5 USD/W. Projektet lades ner 2011. Sedan övergick man till att bygga en 50 MW solfarm i Caceres i Spanien med ett kontrakterat energipris på 27 euro cent/kWh, eller ca. 35 US cent/kWh.

I Phoenix Arizona bygger företaget Abengoa ett 280 MW solvärmeverk till en kostnad   på 1.6 miljarder USD eller 5.71 USD/W.

Slutligen, likaså i USA, bygger företaget Brightsource en ljuskoncentrerande solfarm på ett  ca 1800 ha stort område i Mojave öknen i Kalifornien. Rörliga speglar riktar solljuset mot ett 160 m torn för att samla upp värmeenergin. Kostnaden för denna härlighet uppges vara 2.2 miljarder USD för 370 MW, eller 5.60 USD/W.

EIA uppskattar kostnaderns för solel eller solvärme till ca. 4.7 USD/W, vilket jämfört med de ovan givna exemplen, gör att en relevant investeringsxkostnad för solenergi är kring 5 USD/W. Effektiviteten för solenergi varierar med breddgraden och vädret. Här modelleras en nivå på 20 % kapacitetsfaktor. Återbetalningen på investerat kapital sker när solen lyser och energi levereras så med en 20 % kapacitetsfaktor och 8 % kapitalkostnad och 40 års livstid (standard antagande) erhålles följande kosnadsmodell:

Återbetalning av investerat kapital 22.5 c/kWh
Bränsle 0.0
Driftskostnad 1.0 c/kWh
Totalt 23.5 c/kWh

Alltså måste el  producerad med alternativ till solenergi vara billigare än 24 c/kWh.
Publicerad 15.05.2013 kl. 10:25

ENERGIEFFEKTIVITET OCH KOSTNADER FÖR OLIKA SLAGS ENERGIPRODUKTION

Priset för att producera energiberor på ett antal faktorer förutom investeringskostnaden, framförallt priset på råvaran och effektiviteten dvs hur många MWh/t eller motsvarande. Sedan vill ju staten ofta lägga sig emellan och ta för sig en del av kakan i form av skatt. För att kunna motivera en introduktion av en ny teknologi såsom LFTR, bör den ha en eller helst flera fördelar framom redan tillämpad eller jämfört med andra nya teknlogier.  Jag skall försöka belysa detta bl a med hjälp av Hargraves sammanställning (även om den är väsentligen USA centrerad).

Kol är en mycket viktig energikälla idag även i ett globalt perspektiv. Möjligen tom den viktigaste. Detta har varit fallet ända sedan den industriella revolutionen vidtog. Kolbaserad, på värme beräknad energikapacitet, ligger kring 701 GW (t) och det kommer att finnas kol ännu ganska länge, enligt Hargraves för drygt 120 år, men med dagens konsumtion. Detta att ange konsumtion enligt dagens behov är att underskatta behovet rejält eftersom behovet förväntas öka snarare än hållas konstant när vi närmar oss 9 miljarder strecket.


Kina bryter redan idag nästan tre gånger mera kol än USA och Kina är världen största importör av kol. Tots att Kina investerat massivt i både vatten och kärnkraft får man fortfarande 80 % av elektriciteten från kol jämfört med 30 % i USA.

I nuläget lägger Kina till cirka 1 GW kolkraft i veckan (dvs 52 GW/år!), medan USA år 2010 ökade sin andel med ca.  6 GW.
EPA i USA har beräknat att 34 000 dödsfall/år  är relaterade till förbränning av kol och har utfärdat nya bestämmelser för fortsatt reduktion av kvicksilver och svaveloxider.


Det finns i princip två vägar att gå när det gäller val av energiform för framtiden: 1. Att förbättra den befintliga tekniken eller  2. skapa teknik för andra energiformer. Summan av kardemumman torde bli en blandning av båda alternativen.

I dagens läge är den officiella politiken inom EU och ett antal andra länder att så snabbt som möjligt frångå bruket av kol till energiproduktion framförallt för att hindra klimatet från att värmas upp med mera än 2 grader. I stället avser man bygga storskaliga vind- och solanläggningar. Det vore ju skönt om man kunde ersätta kol med solkraft, men då borde solen lysa dygnet runt och solcellernas effektivitet höjas från nuvarande  ca. 10 % till helt andra sfärer. För vindkraften gäller det att den producerar ca 20-25 % av sin kapacitet. Faktumet att vinden inte alltid blåser och solen inte alltid lyser medför att man måste ha balanskraft till hands. I Tyskland har man efter sitt beslut att stänga sina kärnkraftverk funnit att behovet av kol till reglerkraft kraftigt ökat eller kommer att öka i framtiden. En föga rumsren reflektion är ju då om det inte hade varit bättre att effektivera kolkraften i stället och den vägen sänkt koldioxidutsläppen. I Tyskland är väl risken  att man nu istället ökar sina koldioxidutsläpp pga den kraftigt utbyggda vindkraften –det klassiska sättet att skjuta sig i foten: Göra först och tänka sedan..

Om målet är att sänka CO2 utsläppen, kunde effektivare högtemperatur teknologier såsom superkritiskt pulveriserat kol. Även om denna teknologi är relativt dyr, har jag en känsla av att det i slutändan kunde vara mera ekonomiskt än att bygga ut lågeffektiv vindkraft, lappa på med kolkraft (som måste hållas igång för att snabbt möta ett ökat behov) från gamla kolkraftverk (för vem vill nu investera i kolkraft då priset är lågt i förhållande till högsubventionerad vind- och solkraft). Ett nytt ultra superkritiskt pulveriserat kol kraftverk kan uppnå en 44 % el/värme konversionseffektivitet, att jämföras med  den typiska 33 % effektiviteten för äldre kraftverk. Då skulle denna nya typ av kraftverk endast använda 33/44 av kolet och släppa ut 25 % mindre CO2. Detta innebär även att 25 % mindre kol behöver brytas. Än en gång kan man se att det bästa kan bli det godas fiende.


Globalt finns det uppskattningsvis 1 000 GW kolkraftverk med traditionell teknik som kunde ersättas med en mera effektiv teknologi. Me detta kunde man unvika 1.5 gigaton CO2 emisioner/år. Kineserna har tagit gammal ineffektiv kolkraft ur produktion motsvarande 71 GW och ersätter den med nyare effektivare teknologi i takt med utbyggnaden av kolkraften i landet.
Under 2010 togs endast 9 kraftverk med superkritiskt pulveriserat kol teknologi i bruk jämfört med 43 karftverk med sämre teknologi i USA. År 2012 var redan 12 kraftverk med ny teknolgi under uppbyggnad jämfört med 9 med gammal teknologi. Endast hälften av de planerade framtida ca 100 kraftverken planeras använda ny effektiv teknologi. Hargraves låter förstå att en orsak skulle kunna vara att kolkraftproducenterna förväntar sig att att koldioxidlagring i berggrunden löser problemet med koldioxidutsläppen i framtiden. Jag gitter inte ödlsa någon vidare tid åt denna fråga som jag uppfattar mera som politiskt skådebröd än en verklig lösning.

Priset på kolgenererad el

När det gäller priset för kolkraft, kan man konstatera att den är billig när man betraktar summan av kostnaden för kapital, bränsle och drift . Detta är den baseline man har att jämföra med om man vill ersätta kolkraft med annan energiråvara.
Återbetalningen av kapital och vinsten på satsat kapital skall uppstå genom sålda kWh.
Enligt en MIT studie uppskattas kostnaden för ett nytt kolkraftverk till 2.30 USD/watt genereringskapacitet. Kostnaden kan vara  högre , uppemot 4.80/W. EIA uppskattade kostnaden för avancerad pulveriserat kol teknik till 2.84 USD/watt. Kostnaden  skulle då vara kring 0.028 USD/kWh.

Bränslekostnaden för kol levererat till amerkanska kraftverk ligger kring 45 USD/t. Varje ton producerar 16-26 milj BTU värmeenergi beroende på kolkvaliteten. Medelkostnaden blir  0.00785 USD/kWh (t). Under antagndet att kolet förbränns i en modern superkritisk pulveriserat kol anläggning (IGCC) med 44 % eleffektivitet skulle bränslekostnaden bli 0.00785/0.44 = ca 1.8 c/kWh (e). Till detta skall man ännu lägga drifteskostnaden som uppskattas till 1 c/kWh. Totalt kan man således producera el som går ut i nätet för 5.6 cent/kWh. Tillkommer transmissionskostnader etc för konsumenten.

Ett politiskt sätt att lösa våra klimat och energikriser är att lägga på skatter och avgifter för att betala för en  t ex miljöskada så att priset på kolkraft  stiger så mycket så att sk ren energi kan konkurrera. Jag håller med Hargraves om att detta sätt ger fel signal. Det är bättre att stöda innovativa teknologier  med vilka man kan producera energi till en lägre kostnad än att producera energi med kol som råvara. Därför måste man kunna producera energi till ett pris som är lägre än 5.6 cent/kWh. Annars tror jag inte att det finns en chans i världen för  t ex u-länderna att komma i åtnjutande av energi så som vi utnyttjar den i väst. Genom att höja priset på energi  på konstlad väg leder bara till en inflatorisk ekonomi (se på Spanien t ex med sina subventioner på solenergi) och snedvriden konkurrens. Precis det som EU anser vara roten till allt ont, utom inom energisektorn förstås, där förblindar molnen av en viss växthusgas omdömet.

Priset för gasgenererad el

Dagens allvarligaste alternativ till kolkraft är naturgas i USA och den motsvarar idag mera än 25 % av all energi. Ökningen beror i huvudsak på att man börjat utvinna skiffergas genom den utveckalde sk fracking-tekniken. Endast för en kort tid sedan var naturgasen bland det dyraste alternativet för att producera el. Idag konkurrerar naturgasen med de billigaste energiformerna såsom kol, vattenkraft och kärnkraft.


Naturgasen har fördelen av att emittera endast hälften så mycket CO2 som kol vid produktion av samma mängd värmeenergi. Ett moln i horisonten är att det anses osäkert hur länge denna skiffergas räcker och om det är en energikälla man kan utnyttja långvarigt. Det är inte skäl att uppehålla sig vid frågan om CO2 i dethär läget då huvudfrågan är vad man skall ersätta fossila bränslen med pga av att de är ändliga resurser som måste ersättas med motsvarande eller bättre energiformer någonstans i framtiden.  Man kan således säga att el producerad med naturgas är billig, åtminstone i USA men inte nödvändigtvis överallt i världen. Låt oss se vad motsvarande jämförelse ger för naturgas som den som gjordes för kol ovan. Här jämförs endast CCGT (Combined Cycle Gas Turbine generatorer).

Kapitalkostnaden för CCGT uppskattas av EIA till ca 1.0 USD/watt ( 8 % ränta, operativ tid 90 % av kapacitet under 40 år ger 1 cent/kWh för återbetalning av kapital). Under antagandet at bränslekostnaden är 5 USD/MBTU dvs högre än lågpriset år 2012 skulle elproduktionspriset vid en modern 60 % effektiv CCGT kraftanläggning bli 5USD x 0.003412/0.60 = 2.8 cent/kWh. För driftskostnaden  uppskattas ett tillägg på 1 cent/ kWh. Totalt för en modern CCGT anläggning skulle kostnaden för el till nätet bli 4.8 cent/kWh.
Följaktligen borde man med alternativa lösningar (LFTR) kunna producera   el till ett pris lägre än 4.8 cent per kWh.

Priset på vindgenererad el

2011 stod vindkraften för 3% av elproduktionen i USA. Den installerade totala kapaciteten var 47 GW. I medeltal var dessa anläggningar i produktion med 29 % av den installerade kapaciteten  dvs ca 2500 timmar av totalt ca 8700 timmar/år. Vindturbiner stör varandra så de måste placeras rätt för att undgå detta. Med hänsyn tagen till den begränsande tätheten och variabiliteten hos vinden kan man förvänta sig att vindgeneratorer producerar el på ca 2 W/m2. En vindanläggning som skulle leveverera 1 GW medelenergi skulle kräva en landyta på 500 000 000 m2 eller 500 km2. Det är ganska mycket landyta...


Emedan vinden till havs blåser mera ihålligt har man uppmätt kapacitetsfaktorer på 40 %. Den förväntade kapitalkostnaden för en planerad off-shore anläggning utanför Massachusetts beräknas till 2.62 Miljarder USD, eller 5.8 USD/W eller 16 USD/W producerad ström i medeltal. Kapitalkostnaden för denna kraftproduktion betalas endast när anläggningen producerar el, under 37 % av tiden enligt vad man uppget som kapacitetsfaktor för det projektet.
Under antagande att enheten förblir operativ under 40 år skulle återbetalningen på satsat kapital (8% ränta)  addera ytterligare 18 cent/kWh på försäljningspriset.

Då den nuvarande kostnaden för el köpt från kärn-, vatten-, elle naturgasgeneratorer ligger kring 5-6 cent/kWh skulle det sk. Cape Wind projektet vara klart olönsamt. Delstaten Massachusetts har emellertid ålagt det offentliga elbolaget National Grid att köpa hälften av kraftproduktionen till ett pris på 18.7 cent/kWh och ökande årligen under 15 år med 3.5 % då det skulle sluta på 31 cent/kWh. Detta är ett sätt att överföra köpkraft från t ex bostadsmarknaden eller energibesparingar i hushållen etc. Sedan tillkommer kostnaden för back-up anläggningar .

Så i själva verket kan vind turbiner i verkligheten höja CO2 emissionerna enligt exemplen nedan: Det enda realistiska alternativet till backup kraft till vindkraft är naturgasturbiner och valet av turbin betyder mycket i sammanhanget.
Antag att ett kraftbolag har två alternativ för att bygga en 1000 MW kraftverkssystem:

1. Vindturbiner med naturgas backup
2. Endast naturgasturbin, ingen vindturbin

I alternativ 1 skulle NGCT ( Natural Gas Combustion Turbine) vara aktuellt då det kan startas upp snabbt vid avtagande vind. Varje 1000 MW vindkraft kräver 1000 MW backup. Med vindturbinerna i produktion under 30 % av tiden skulle NGCT anläggningen snurra på under 70 % av tiden. Effektiviteten hos NGCT är endast 29 %, så den konsumerar 70 % x 1000 MW (t)/0.29 = 2410 MW (t) naturgas.

I alternativ 2 skulle man använda CCGT 1000MW (e) som opererar jämnt på 60 %  el/värme effektivitet och konsumerar 1000/0.60 = 1670 MW (t) naturgas. Med andra ord använder vindturbiner +NGCT 44 % mera naturgas än CCGT kraftverket som kostar en miljard, medan vindturbin/ NGCT alternativet kostar 3.11 miljarder. Detta var ett exempel på hur saker och ting kan gå snett när man väljer att bestämma sig för att ett alternativ är dåligt innan man har löpt linjen ut och kontrollerat att alternativet har förväntade fördelar. Nu har jag skrivkramp så jag återkommer i nästa blogg med en diskussion om sol, biobränsle etc.
Publicerad 12.04.2013 kl. 14:57

LFTR KAN KONKURRERA BORT UTSLÄPPEN FRÅN DEN GLOBALA PRODUKTIONEN AV KOLENERGI

Man kan hålla med om att utsläppen av tungmetaller och partiklar från produktion av el med kol som råvara är något som världen kunde leva förutan. Om man sedan ännu önskar att sänka utsläppen av koldioxid, låter även detta sig göras. I grova drag produceras det mellan 8300-12 000 TWh el av kol årligen och utsläppen av CO2 från denna aktivitet ligger kring 10 miljarder ton/år. Av den totala elmixen utgör den kolbaserade delen över 40 %. Enligt vissa källor skulle det finnas kol för 110-130 år framåt med 2011 års konsumtion som bas. Klart är att kolproduktionen kommer att nå sin kulmen långt innan dess och för att ersätta en råvara som idag står för nästan hälften av elproduktionen globalt betyder det att man måste finna alternativ som är energitäta nog för att kunna ersätta dagens behov och även det kommande behovet för ytterligare 2-3 miljarder mänskor i framtiden.

Om man idag kunde frabriksproducera 100 MW LFTR kraftverk,  skulle man kunna ersätta samtliga kolkraftverk tom  2060, när man får förmoda att kolproduktionen redan nått sin kulmen och planat ut eller tom börjat minska. Problemet är att man idag inte ännu är kapabel att producera LFTR reaktorer och är hänvisad till kol fortsättningsvis, kompletterat med konventionella LWR tryckreaktorer.  Hargraves kommer fram till att man kunde utveckla LFTR för ca 1 miljard USD för att få fram designen för en fungerande prototyp. Han anser även att dessa R&D kostnader skulle tas av en regering som sedan skulle förse en kunnig industri med resultaten. Det är möjligen så att hargraves önskan håller på att uppfyllas, men kanske inte riktigt av den regering som han möjligen har i åtanke – Kina har nämligen redan köpt de gamla amerikanska ritningarna och kör sitt eget race för att utveckla LFTR. Är det någon som tror att dom kommer att ge resultaten åt en ”kapabel industri” i västvärlden?
Ett annat land med mycket thorium är Indien som likt Kina har sjösatt ett utvecklingsprogram för LFTR.
När man väl åstadkommit en fungerande demonstrationsanläggning menar Hargraves att det ytterligare skulle krävas ca 5 miljarder USD för att få fram en design lämplig för masstillverkning. Denna summa skulle dock kärnkraftsindustrins representanter kunna stå för. Varför då? Dom där 200 MW LFTR enehterna, som skulle kunna kosta så litet som 200 miljoner USD/st skulle med en affär om dagen kunna uppgå till en 70 miljarder USD export orienterad  industri  - om den skulle uppstå i USA. I stället kan det vara så att landet heter Kina, eller Indien. Norge skulle också kunna bära epitetet föregångsland om bara den norska regeringen skulle bestämma sig för det. Det finns ju som känt en del kapital fonderat i Norge och vad vore ett bättre ändamål att investera sådana pengar i om inte i en energisäker framtid?

Dagens dilemma i samband med energiförsörjningen globalt är bristen på helhetssyn. Detta dilemma blir speciellt tydligt när det gäller diskussionen i media. Det går knappast en dag utan att man talar om förnyelsebar bioenergi, vindkraft eller solenergi som lösningen på den framtida energiförsörjningen. Samtidigt står det klart att det in te finns en möjlighet att ens tillnärmelsevis ersätta kol och olja med biomassa. Inte heller vind eller sol är alternativ som breda lösningsmodeller för den framtida energiförsörjningen om man inte kan höja effektiviteten många hundra procent och får fram sätt att lagra den producerade energin. Samtliga uppräknade energiformer har även den nackdelen att de antingen kräver oacceptabelt mycket fysiskt utrymme eller, när det gäller biomassa, kraftigt påverkar biodiversiteten eller utarmar jordarna. Man kan alltså konkludera att bioenergi, vind och sol kan utgöra lokala/regionala dellösningar som måste kompletteras med någon form av baskraft för att fungera. I detta sammanhang krävs det att man finner lösningar som är billigare än kol och alla andra fossila bränslen. Detta gäller bl a för att undvika dagens situation där hela länders ekonomi ruineras då man ger subsidier till energiproduktionslösningar som är fyra gånger dyrare än kol. Av de förnyelsebara energikällorna är det endast vattenkraften som är konkurrenskraftig gentemot kol, men man kan  inte globalt bygga ut den särskilt mycket utan att åstadkomma stor biologisk skada (se tidigare inlägg från 23.4.2012 och 15.8.2012).
Det är således viktigt att någorlunda nyktert och objektivt vädera med vad och hur man tänker lösa morgondagens energiförsörjning och då är det förstås bra att utgå ifrån dagens situation.
För att kunna analysera energibehovet tar  man hänsyn till två typer av energi: elektrisk-  och värmeenergi. Låt oss uttrycka dem i gigawatt (GWe och GWt), e för elektricitet och t för värme. När man omvandlar värmeenergi till elenergi är effektiviteten i snitt ca 33 %. Varje GWe motsvarar ca 3 GWt. I tabellen nedan har Hargraves sammanställt en EIA prognos över energi och el konsumtionen. Jag har lämnat bort siffror för USA och endast inkluderat den globala förväntade situationen.

 

 

  2015 2035 Ökning
Värmeenergi GWt Globalt 19 000 26 000 15 %
Elenergi GWe Globalt 2 600 4 000 54 %
Värme GWt excl värme för elprod. Globalt 11 200 14 000 25 %

Såsom framgår ur tabellen, förväntas det globala elbehovet stiga med hela 54 %, vilket är mer än dubbelt mera än tillväxten av andra energiformer (värme, förbränningsmototer, industriprocesser).

I det globala perspektivet, men även ur västvärldens perspektiv, behövs alltmera el snarare än oförädlad värme. Alltmera el går till datorer och elektronisk kommunikation. Globalt går redan 1.3 % av världens el till datacentra i världen.

Den pågående tredje industriella revolutionen kräver mera el. Nya digitala teknologier gör produktionsprocesserna allt effektivare. Bl a har vissa bilproducenter fördubblat antalet producerade bilar per anställd. Industrirobotarna blir allt mera funktionella och flexibla. Arbetskostnaden för en iPad är strax under 7 % av försäljningspriset idag. Detta kan bla medföra att tillverkningsindustrin återvänder från länder som Kina, där slaget om resurser såsom rent vatten och ren luft tilltalar allt färre.

För att bättre kunna illustrera varför den ena energiteknologin är intressantare är en annan, är det viktigt att framförallt kunna jämföra kostnaden att på olika sätt generera  elenergi. Amerikanska Energidepartementets EIA gör årliga detaljerade analyser på elproduktionens kostnader enligt tabellen nedan. ”Watten” i tabellen är produktionskostnaden när enheten är uppe i full produktionskapacitet.
Kapitalkostnaderna är sk ”kostnader över natten”, vilket innebär att räntekostnaden för lånet under byggnadstiden. Detta är således kostnaden för anläggningen om den betalats och byggts över en natt.


Elproduktionsteknologi Kapitalkostnad $/watt
Avancerad pulveriserat kol förbränning 2.84
Integrerad kol gasifiering CC 3.22
Naturgas Combined Cycle 1.00
Naturgas turbin 0.67
Bränslecell 6.80
Kärnkraft 5.33
Biomassa 3.86
Hydro 3.08
Vind 2.44
Vind, offshore 5.97
Solfångare 4.69
Sol PV 4.75

Kapitalkostnaden är ju bara en del av sanningen. Intressant är emellertid att t ex jämföra kostnaden och produktionen  med en 2 MW vindgenerator och vilken kapacietet och kostnad man kan producera lika mycket el med en dieseldriven generator.

En 2 MW vindgenerator kostar ca. 3 MEUR och producerar ca 2 x 2000 t/år = 4000 MWh till en investeringskostnad  på 97.2  €/MWh. En dieselgenerator på 0.6 MW producerar 4500 MWh under, säg, 7500 t/a och då behövs det ingen reglerkraft som det skulle behövas för vindmöllan, då oftast koleldad kraft. Kostnaden för dieselgeneratorn är ca. 110 000 € och investeringskostnaden skulle bli 14 256 €/år och utslaget på produktionen ca. 3.2 €/MWh. Vilket utvecklingsland skulle stanna för det första alternativet?
Publicerad 25.03.2013 kl. 12:48

LFTR ENERGITEKNOLOGIN ÄR BILLIGARE OCH BÄTTRE ÄN DAGENS BEFINTLIGA TEKNOLOGIER ...

Man blir med åren alltmera reserverad mot allsköns ”nu – har-vi-lösningen-till-all-världens-problem” strömningar och det behöver inte vara så att LFTR teknologin är det heller, men med den potential den tydligen har, så är den värd att diskuteras, i synnerhet om man tänker på alternativen ungefär i stil med Bernhard Shaws replik (tror jag) till en intervjuares fråga om vad han anser om döden? Svaret blev att han  nog  inte vet så mycket om den så han föredrar alternativet.
Här kommer en kort sammanfattning på vad man skulle kunna åstadkomma med LFTR.

Enligt LFTR teknologins supporter  Hargraves kan man med LFTR reaktorer
• Producera billigare elekticitet än med kol
• Producera oändligt mycket energi
• skapa energisäkerhet för alla
• Reducera avfall
• Producera energi som utvecklingsänderna har råd med
• Syntetisera fordonsbränsle (väte för bränsleceller)
• Skapa en tekniskt säker reaktorteknologi


LFTR billigare än energi från kol

Små modulära LFTR reaktorer kan fabriksproduceras. Kapitalkostnaderna LFTR elkraftverk kan ligga kring 2 US cent/watt. Återbetalning av kapitalkostnaden med 8 % ränta kostar ca 2 US cent per kWh för en anläggning som är i drift 90 % av tiden. Kostnaden för thorium är obetydlig jämfört med kostnaden för kol. Med LFTR kan man producera el till en kostnad på ca 0.03 US cent/kWh, vilket är billigare än med kol.

Energin från LFTR är praktiskt taget oändlig

Thorium är ett mycket energitätt grundämne och förekommer lika allmänt som bly. All elenergi i USA skulle kunna genereras med endast 500 ton per år. Med endast en fyndighet i Lemhi passet skulle man kunna förse energi för USA i 500 år.

Thorium bränsle kan skapa energisäkerhet för alla länder.

Thorium förekommer överallt i världen och samtliga nationer har tillräckligt med thorium för att hålla sig med energi.

LFTR producerar små mängder avfall

Mängden långlivade radiotoxiska avfallsprodukter är mindre än 1 % jämfört med dagens kärnkraftverk. LFTR kan tom konsumera långlivade radioaktiva transuraner i avfallet från dagens kärnreaktorer.

LFTR är ekonomiskt tillgänglig för uländerna.


Emedan LFTR kan produceras i små modulära enheter för så litet som 200 MUSD, kan även utvecklingsländer,  som inte har råd med konventionella LWR reaktorer på 5 miljarder,  investera i små och billigare enheter.

Man kan syntetisera fordonsbränsle med LFTR

Den 700 grader heta saltsmältan som produceras i LFTR reaktorn möjliggör processteknologier som kan dissociera vatten och producera väte, som kan användas i bränsleceller direkt eller till att tillverka syntetiska bränslen för att ersätta bensin och diesel.

LFTR är miljösäker energi

LFTR kräver ingen extern elkälla för att producera passiv kylning. T ex Fukushima-olyckan orsakades av att kylningen inte fungerade pga av att el inte fanns tillgänglig. Om en LFTR reaktor stannar, kyls saltsmältan och orsakar inte läckage då den stelnar. Radiotoxiska fissionsprodukter såsom cesium och strontium är ickeflyktiga fluorider som kvarhålls i LFTR saltet.

Forts....
Publicerad 20.03.2013 kl. 12:29