ENERGIEFFEKTIVITET OCH KOSTNADER FÖR OLIKA SLAGS ENERGIPRODUKTION

Publicerad 12.04.2013 kl. 14:57

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.
Kommentarer (0)
Spamfilter
Skriv siffran 2 med bokstäver: