tirsdag, april 19, 2011

Elektriske hemmeligheter

Strømnettet er basert på å opprettholde et potensiale på nettet. Dette potensialet må til enhver tid være noenlunde balansert med forbruket. Noe kraftproduksjon er lite egnet til å skalere produksjon, og blir meget inneffektivt å justere opp og ned. I tillegg er det inneffektivitet knyttet til selve produksjonen.

La oss se nærmere på dette.



Dette er effektiviteten i produksjonsprosessen. Mengde energi tilgjengelig er ikke her en faktor. Heller ikke kostnad ved utbygging. For eksempel koster det langt mindre å bygge ut et gasskraftverk enn et vannkraftverk. Og det er eksempelvis mange tusen ganger mer energi tilgjengelig fra geotermi enn fra vannkraftverk på verdensbasis. Å se seg blind på effektivitet er derfor ikke alltid hensiktsmessig. Andre faktorer som tilgjengelighet, kostnader, og eksterne kostnader (utslipp av klimagasser, partikler eller giftstoffer) er langt viktigere.

Den viktigste og mest miljøvennlige energibruken i vårt økosystem er fotosyntese, som gjennomsnittlig er om lag 25% effektiv. Tilgjengelig energi og kostnad ved utvinnelse er ofte viktigere enn effektivitet.

Vannkraft er meget økonomisk å bygge ut på lang sikt, selv om de initielle kostnadene ofte er store. At det i tillegg er effektivt er en god bonus. På den annen side bruker vannkraft store naturressurser, så effektivitet er her en nødvendighet for å akseptere disse kostnadene.

Effektivitet i konvertering av potensiale er uansett ikke eneste faktor. Annet som spiller inn er:

Kapasitetsfaktor: Evne til å oppnå full produksjon, redusert av vedlikehold eller tilgjengelighet på "drivstoff" (vind, sollys). Kapasitetsfaktoren på et kjernekraftverk, kullkraftverk eller geotermisk kjernekraftverk er er 80% eller mer, kapasitetsfaktoren på vindkraft og solkraft er mellom 40 og 25%. En typisk vindmølle med teoretisk kapasitet på 1000 kW produserer derfor i virkeligheten ikke mer enn et kullkraftverk på 500 kW.

Last faktor: Evne til å levere energi under peak-demand. Vannkraft kan teoretisk sett strupes inn etter behov, selv om økonomiske motiver ofte reduserer incentivene (I Norge velger vi å selge kraft utenlands for å opprettholde produksjon). Kjernekraft og kullkraft er meget vanskelig å justere etter behov, fordi de har lang oppstartstid. Kullkraft opereres eksempelvis derfor i praksis istedet ofte på konstant 60% kapasitet justert etter faktisk behov, resten er reservekapasitet.

Kraftverk margin: Om lag 20% overkapasitet i total potensiell peak-produksjon er regnet som ønskelig for leveringssikkerhet. Økes volumet av kraftverk med liten kapasitetsfaktor, må denne marginen økes vesentlig, eller så må kraft lagres, for eksempel i pumpereservoar.

Distribusjonstap: Ved beregning av behovet for total kraft, må tap i overføringer tas hensyn til. Kraft som forbrukes lokalt har minst tap, typisk 5%. Kraft levert over lengre avstander kan ha et overføringstap på opptil 20%. Er overføringen svært lang, for eksempel over landegrensene, kan tapet være hele 30%.

I tillegg kommer tap i transformatorer, typisk 3%. Dette tapet er kumulativt hvis strømmen går gjennom flere omforminger.

Konklusjoner:

Energi utnyttes best ved lokal produksjon og lokalt forbruk - kortreist kraft.

Elsystemet må ha innebygd en stor overkapasitet, mye av dette kan ikke, eller vil ikke, bli skalert ned når forbruket reduseres. Høyeste antatte mulige forbruk styrer total kapasitet. En økning i energiproduksjon med stor variabilitet gir stor inneffektivitet og stor forskjell mellom total produksjonskapasitet og normal baselast.

Det er med andre ord en stor evne innbakt i systemet til å lagre energi. Denne energien går ofte tapt, og er "gratis" og god samfunnsøkonomi å ta vare på. Idag er denne energien lite verdt for kraftselskapene, fordi kraftprisen utenfor peak-forbruk er lav.

En har alikevel funnet flere måter å anvende denne kraften.

Pumpereservoar: Vann pumpes opp i høyereliggende reservoar, og fallhøyden utnyttes hydroelektrisk når behovet for kraften finnes.

Batteribanker: Energien kan lagres i enorme batteripakker. Dette er dyrt, først og fremst fordi batterier har begrenset levetid.

Tilkobling av elbiler (teoretisk): Batteripakkene til elbiler kan benyttes som desentraliserte batteripakker. Fordelen er at elprodusentene overfører kostnaden ved batteriene til bileierne. Selv om forbrukerne får strømmen tilbake forringes batteripakkenes levetid vesentlig. Problemet er også at bilen ikke kan brukes idet den er i "leveringsmodus" - typisk på dagtid. Off-peak må bilen lade. Systemet fungerer med andre ord greit hvis ingen faktisk bruker bilen ...

Produksjon av hydrogen: Hydrogen kan produseres i alle perioder med kapasitetsoverskudd på elnettet. Selv om effektiviteten er lavere enn ved direkte bruk av elkraft oppveies dette av at kapasiteten til energiproduksjon kan utnyttes maksimalt, og at energien kan lagres og brukes etter behov. Det er dårlig økonomi å la dette potensialet gå tilbake til el-produksjon. Størst økonomisk potensiale ligger i å utnytte denne energien i systemer der høyere kostnad kan aksepteres. Typisk bruk bør være i biler, vogntog, ferger og den sterkt forurensende skipsfarten. En slik utvikling er bare avhengig av en relativt sett liten økning i total kapasitetsfaktor i energiproduksjonen, men vil gi stor effektivisering av utnyttelsen av det totale potensiale for energiproduksjon.

Dagens avgiftsbaserte "miljøvern" gir imidlertid små incentiver til en slik utvikling. Strategisk planlegging og eventuelle avgifter på det som faktisk ønskes å fases ut ETTER at alternativer er på plass vil imidlertid gi den ønskede effekt. En må anta at dagens regime enten ikke er opptatt av en overgang til det bærekraftige samfunn, subsidiært er inkompetente. Les forøvrig at de rødgrønne befester det statskapitalistiske grepet om energiforsyningen med katastrofale konsekvenser for utvikling.

Hindringene for å oppnå det bærekraftige samfunn ligger altså ikke i utviklingen av en hydrogenøkonomi - nødvendig økt kapasitet for å oppnå dette er i virkeligheten liten i forhold til nødvendig volum av fornybar energi som er nødvendig for å erstatte fossilenergibaserte kraftverk. Investeringene på verdensbasis blir store, men er nødvendige for å bli uavhengig av fossilenergi. Ingen annen strategi vil gi nevneverdig effekt. Men idag er investeringene i denne retning små.

Det er hovedsaklig kullkraft og gasskraft som må erstattes av fornybar og bærekraftig teknologi. Sparelinjen eller avgiftslinjen vil aldri oppnå dette - slike strategier ødelegger i praksis mer enn de hjelper. Spesiellt den statskapitalistiske fiskale utnyttelsen av basisbehov er et kraftig hinder for å få gjennomført en omlegging av energisystemet fordi status quo blir integrert i det økonomiske rammeverket. På godt norsk maler man seg inne i et hjørne. Og det er også verdt å merke seg at i praksis vil ingen mengde fossilenergi bli tatt ut av produksjon uten at den først er erstattet.

Alternativer for utbygging av ny fornybar energi er hovedsaklig:

Geotermisk
Vindkraft
Bølgekraft
Biomasse/avfall
Vannkraft

Kjernekraft er ikke fornybar, og eksisterende anlegg vil få problemer med tilgjengelighet av brensel allerede om 20 - 30 år. Bygges ny kapasitet ut reduseres denne reserven ytterligere.

Målet er derfor klart definert. En ny kurs må stakes ut basert på handling og modig strategi. Tar vi utfordringen?

En ting er sikkert, dette må i så fall kreves av folket. Statskapitalismen ser ikke annet enn potensiale for evige avgiftsøkninger, og til det fungerer status quo perfekt.

2 kommentarer:

kurt sa...

Glimrende! Hvor stor del av biltrafikken kan kjøres på overskuddskraft?

Helge Samuelsen sa...

I USA 75% ifølge noen utregninger.