{"id":616,"date":"2011-08-28T23:12:21","date_gmt":"2011-08-28T21:12:21","guid":{"rendered":"http:\/\/www.hoglundaberg.se\/energibloggen\/?p=616"},"modified":"2011-12-06T22:10:00","modified_gmt":"2011-12-06T20:10:00","slug":"eroei-solenergi","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.hoglundaberg.se\/energibloggen\/2011\/08\/eroei-solenergi\/","title":{"rendered":"EROEI – solenergi"},"content":{"rendered":"

Uppdatering:\u00a0<\/em>I den f\u00f6rsta versionen av det h\u00e4r inl\u00e4gget hade jag missuppfattat delar av inneh\u00e5llet i den livscykelanalys som anv\u00e4nts som huvudsaklig referens till mina ber\u00e4kningar. Detta har nu uppdaterats med nya data nedan som resultat.<\/em><\/p>\n

Med detta inl\u00e4gg forts\u00e4tter studien av energibalansen f\u00f6r de energislag som enligt mig \u00e4r potentiella ers\u00e4ttare<\/a>\u00a0till de sinande fossila br\u00e4nslena, n\u00e4mligen vind<\/a>-, sol-, geotermisk- och\u00a0k\u00e4rnkraft<\/a>. I denna artikel har turen kommit till solenergi vilket \u00e4r den energiform de flesta verkar s\u00e4tta sitt hopp till n\u00e4r det g\u00e4ller mitigeringen av riskerna i samband med den globala uppv\u00e4rmningen och de fossila energik\u00e4llornas produktionstopp<\/a>.<\/p>\n

Det finns flera m\u00f6jliga s\u00e4tt att utvinna energi ur solstr\u00e5lning; antingen genom direkt omvandling till elektricitet med hj\u00e4lp av solceller, genom att koka vatten till \u00e5nga med hj\u00e4lp av koncentrerade solstr\u00e5lar (termisk solkraft) eller genom att helt enkelt v\u00e4rma vatten till tillr\u00e4ckliga temperaturer f\u00f6r att exempelvis v\u00e4rma byggnader (solv\u00e4rme). Av de ovanst\u00e5ende \u00e4r det enbart termisk solkraft som omfattas av den f\u00f6ljande analysen. Anledningen till detta \u00e4r att solceller idag \u00e4r betydligt dyrare och mer komplicerade att framst\u00e4lla \u00e4n termiska solkraftsanl\u00e4ggningar. Den senare tekniken \u00e4r dessutom f\u00f6rh\u00e5llandevis effektiv d\u00e5 b\u00e5de elektricitet och v\u00e4rme kan erh\u00e5llas samt m\u00f6jlighet till energilagring finns.<\/p>\n

Termisk solkraft, eller CSP <\/a>(Concentrated Solar Power), \u00e4r ett samlingsnamn f\u00f6r ett antal olika tekniker som kan anv\u00e4ndas f\u00f6r att koncentrera solenergi.\u00a0De vanligaste anl\u00e4ggningarna idag best\u00e5r av parabolformade tr\u00e5greflektorer som koncentrerar solenergin mot ett isolerat r\u00f6r fyllt med vatten, olja eller sm\u00e4lt salt. V\u00e4rmen anv\u00e4nds sedan till att framst\u00e4lla \u00e5nga som driver en turbin alternativt anv\u00e4nds i n\u00e5gon industriell process eller till uppv\u00e4rmning. Andra varianter \u00e4r paraboler med direktanslutna Stirlingmotorer som producerar elektricitet eller s\u00e5 kallade soltorn d\u00e4r ett stort antal utspridda speglar i markniv\u00e5 koncentrerar solenergin till en och samma punkt i ett centralt placerat torn. F\u00f6rdelen med det senare \u00e4r att hela den energiproducerande delen av anl\u00e4ggningen kan placeras p\u00e5 ett och samma st\u00e4lle utan behov av r\u00f6r, ledningar och pumpar som ansluter samtliga delar. I den h\u00e4r analysen har en anl\u00e4ggning baserad p\u00e5 tr\u00e5greflektorer analyserats.<\/p>\n

Solkraftsanl\u00e4ggningar skiljer sig fr\u00e5n andra typer av energiproducerande anl\u00e4ggningar i och med att de \u00e4r extremt platsspecifika, precis som vindkraftverk. Ett solkraftverk p\u00e5 10 MW placerat i Sahara skiljer sig exempelvis markant i prestanda fr\u00e5n ett kraftverk med samma effekt i Sverige. F\u00f6r att f\u00e5 en uppfattning om hur solinstr\u00e5lningen varierar geografiskt kan denna karta vara av intresse.\u00a0\"\"<\/a><\/p>\n

H\u00e4r ser man att den genomsnittliga solinstr\u00e5lningen i nordafrika ligger n\u00e5gonstans runt 220 W\/m2 <\/sup>medan den i Stockholm inte \u00e4r mer \u00e4n 100 W\/m2<\/sup>. Detta beror dels p\u00e5 att jordytan \u00e4r mer vinkelr\u00e4t mot den infallande solstr\u00e5lningen desto n\u00e4rmare ekvatorn man kommer men ocks\u00e5 p\u00e5 unika lokala faktorer som v\u00e4der. Lite f\u00f6renklat beh\u00f6ver allts\u00e5 ett termiskt solkraftverk som skall leverera samma m\u00e4ngd energi ungef\u00e4r dubbelt s\u00e5 stor solf\u00e5ngande area, och d\u00e4rmed m\u00e4rkeffekt, i Stockholm som i Rabat. Det h\u00e4r kan man v\u00e4lja att se som ett problem eller en m\u00f6jlighet, beroende p\u00e5 var i v\u00e4rlden man vill bygga sitt kraftverk.<\/p>\n

Ytterligare ett problem med solenergi \u00e4r att den per definition inte finns att tillg\u00e5 p\u00e5 natten. Man brukar s\u00e4ga att en yta p\u00e5 jorden placerad vinkelr\u00e4tt mot solljuset mottar effekten 1000 W\/m2<\/sup> en molnfri dag n\u00e4r solen st\u00e5r som h\u00f6gst. Att differensen mellan detta v\u00e4rde och v\u00e4rdena ovan \u00e4r s\u00e5 stor beror p\u00e5 att ingen effekt alls erh\u00e5lles under nattetid.<\/p>\n

F\u00f6r att minska effekterna av detta kan man anv\u00e4nda sig av n\u00e5gon typ av energilagring i kraftverket. En l\u00f6sning som \u00e4r relativt vanlig \u00e4r att lagra energin i sm\u00e4lt salt i stora isolerade cisterner. Man kan dock inte lagra o\u00e4ndliga m\u00e4ngder utan motsvarande 4-10 timmars drift \u00e4r normalt. Med andra ord f\u00f6r att kunna leverera energi under timmarna vid skymning d\u00e5 behovet vanligtvis \u00e4r som h\u00f6gst alternativt hela natten. Det g\u00e4ller dock att komma ih\u00e5g att om man har f\u00f6r avsikt att producera energi samtidigt som man lagrar en del inf\u00f6r natten m\u00e5ste den tillg\u00e4ngliga solf\u00e5ngararean \u00f6kas med motsvarande andel. H\u00e4r pratar man om solmultipel, det vill s\u00e4ga f\u00f6rh\u00e5llandet mellan inf\u00e5ngad och producerad effekt i kraftverket. Om solf\u00e5ngarna har m\u00f6jlighet att samla in dubbelt s\u00e5 mycket v\u00e4rme som kraftverket beh\u00f6ver f\u00f6r att leverera dess m\u00e4rkeffekt \u00e4r solmultipeln 2. Resterande del kan d\u00e5 lagras till dess solen g\u00e5r ner eller i moln.<\/p>\n

I analysen har ett kraftverk med energilagring och ett utan analyserats. Det har antagits att kraftverket med lagring har m\u00f6jlighet att lagra energi i tillr\u00e4cklig omfattning f\u00f6r att motsvara dagsproduktionen en molfri dag. Solmultipeln \u00e4r allts\u00e5 2 och dubbelt s\u00e5 stor solf\u00e5ngande area kr\u00e4vs j\u00e4mf\u00f6rt med kraftverket utan energilagring. En dylik energilagring skulle exempelvis kunna till\u00e5ta kraftverket att operera med full effekt in p\u00e5 eftermiddagen och kv\u00e4llen n\u00e4r behovet \u00e4r som st\u00f6rst samt en period p\u00e5 morgonen innan solen g\u00e5tt upp.<\/p>\n

F\u00f6ljande koefficienter erh\u00e5llna fr\u00e5n \u201cLife Cycle Assessment of a Parabolic Trough Concentrating Solar\u00a0Power Plant and the Impacts of Key Design Alternative<\/a>\u201d har anv\u00e4nts i analysen:<\/p>\n

\"\"<\/a>Det finns mycket f\u00e5 analyser av energibalansen i termiska solkraftverk att tillg\u00e5 vilket \u00e4r anledningen till det ensidiga underlaget. Detta \u00e4r ocks\u00e5 en anledning till att inte lita blint p\u00e5 siffrorna.<\/p>\n

Kraftverkets effekt \u00e4r ointressant f\u00f6r den h\u00e4r analysen \u00e4ven om det i verkligheten g\u00f6r en viss skillnad om man vill konstruera energilagring f\u00f6r ett kraftverk p\u00e5 10 MW eller 100MW. Livsl\u00e4ngden p\u00e5 anl\u00e4ggningen \u00e4r dock avg\u00f6rande och har antagits vara 40 \u00e5r, allts\u00e5 n\u00e5got h\u00f6gre \u00e4n i den refererade studien ovan men i linje med vad m\u00e5nga tillverkare anger. Vidare antas att anl\u00e4ggningen enbart genererar elektricitet, detta f\u00f6r att f\u00e5 ett v\u00e4rde som \u00e4r j\u00e4mf\u00f6rbart med de \u00f6vriga analyserade energik\u00e4llorna. Effektiviteten har antagits vara 0,35. Skulle det r\u00f6ra sig om ett kraftv\u00e4rmeverk (CHP, Combined Heat and Power) som producerar b\u00e5de elektricitet och v\u00e4rme borde resultatet nedan \u00e5tminstone dubbleras.<\/p>\n

Resultaten presenteras som funktion av genomsnittlig solinstr\u00e5lning. F\u00f6r att erh\u00e5lla motsvarande kapacitetsfaktor divideras instr\u00e5lningen med 1000 W\/m2<\/sup>. Det vill s\u00e4ga, ett kraftverk placerat p\u00e5 en ort med en genomsnittlig solinstr\u00e5lning p\u00e5 200 W\/m2<\/sup> kommer leverera energi med kapacitetsfaktorn 0,2 d\u00e5 m\u00e4rkeffekten f\u00f6r solenergianl\u00e4ggningar definieras utefter maxeffekten mitt p\u00e5 dagen. F\u00f6r anl\u00e4ggningen med energilagring kan kapacitetsfaktorn uppskattas genom att dessutom multiplicera med tv\u00e5, \u00e4ven om detta \u00e4r en grov f\u00f6renkling av verkligheten.<\/p>\n

\"\"<\/a>Som resultaten visar \u00e4r skillnaden mellan ett kraftverk med och utan energilagring inte s\u00e4rskilt stor, i synnerhet inte i omr\u00e5den med l\u00e5g solinstr\u00e5lning. De stora f\u00f6rdelarna med energilagring \u00e4r dock m\u00f6jligheten att kunna leverera energi ocks\u00e5 p\u00e5 kv\u00e4llar och n\u00e4tter samt vid tillf\u00e4lliga v\u00e4derf\u00f6rs\u00e4mringar. \u00c4ven om analysen visat p\u00e5 ett l\u00e4gre EROEI<\/a> f\u00f6r alternativet med lagring hade detta \u00e4nd\u00e5 varit det mest f\u00f6rdelaktiga alternativet d\u00e5 anl\u00e4ggningen f\u00e5r en flexibilitet som \u00e5tminstone delvis liknar det hos ett konventionellt kraftverk.<\/p>\n

Resultaten visar ocks\u00e5 hur beroende energibalansen \u00e4r av kraftverkets placering. I Europa kommer det vara sv\u00e5rt att komma \u00f6ver ett EROEI p\u00e5 5 vilket g\u00f6r att man kan st\u00e4lla sig tveksam till huruvida det skall satsas p\u00e5 solkraft f\u00f6r elproduktion h\u00e4r \u00f6verhuvudtaget. L\u00e4get blir ett annat om det handlar om kraftv\u00e4rme d\u00e4r verkningsgraden kan vara det dubbla vilket skulle ge ett EROEI p\u00e5 5 eller mer vid en genomsnittlig solinstr\u00e5lning p\u00e5 100 W\/m^2 .<\/p>\n

Sammanfattningsvis \u00e4r det h\u00e4r betydligt l\u00e4gre v\u00e4rden \u00e4n jag f\u00f6rv\u00e4ntat mig d\u00e5 jag sett p\u00e5st\u00e5enden om EROEI f\u00f6r termisk solkraft p\u00e5 70<\/a> cirkulera p\u00e5 n\u00e4tet. Samtidigt beror resultaten till stor del p\u00e5 vilka antaganden man g\u00f6r om verkningsgraden i elproduktionen och kapacitetsfaktorn. Skulle exempelvis ett kraftv\u00e4rmeverk med en verkningsgrad p\u00e5 0,85 placeras i en \u00f6ken med extremt gynnsamt v\u00e4der s\u00e5 att energilagringen utnyttjas optimalt skulle man kunna uppn\u00e5 ett EROEI p\u00e5 \u00f6ver 30.<\/p>\n

<\/div>