ENERGI I VERDEN

INNLEDNING

Alle levende vesener ar avhengige av sola. Alle verdens planter er avhengige av karbondioksid (CO2), og nesten alle verdens dyr er avhengige av oksygen (O2).

Alle verdens samfunn kunne kanskje klare seg med muskelkraft for å utføre det som trengs. For å utvikle og forbedre et samfunn, er i tillegg en innsatsfaktor nødvendig: ENERGI. I tillegg bør menneskelig intelligens tas med.

Denne artikkelen handler om energi generelt og elektrisk energi spesielt.

PRIMÆRENERGI

Figur 1 nedenfor viser utviklingen i verdens energibruk (primærenergi) vist, fra år 1800 til 2019. Energien er målt i TWh (milliarder kilowattimer), for forskjellige energikilder.

Figur 1: Global bruk av primærenergi

Energibruken i 2019, som avrundede tall, er vist i Tabell 1:

Energikilde	Energimengde i TWh	Andel i prosent (%)	Kommentar
Kull	40000	26
Olje	8000	32
Gass	10000	23
Kjernekraft	8000	5
Vannkraft	10000	6
Andre kilder	14000	8	Biomasse, vind, sol, biofuel, annet

Tabell 1: Global bruk av primærenergi

I Figur 1 og Tabell 1 utgjør fossiler 82%, kjernekraft/vannkraft 11% og Andre kilder 8%.

Tallene for fossil energi tilsvarer innhold av termisk energi (ca. 10 kWh/kg). For å gjøre de andre energikildene, som alle produserer elektrisitet, sammenlignbare med fossilene, er de multiplisert med en faktor på ca. 2,5. Det skyldes at dersom fossiler brukes til å produsere elektrisitet, vil fossile kraftverk i gjennomsnitt utnytte ca. 40% av fossilenes termiske energi (1/0,4=2,5). Den delen av fossile brensler som brukes til varmeproduksjon, vil imidlertid ha en langt høyere virkningsgrad.

ELEKTRISITET

Figur 2 viser den relative andelen av elektrisitetsproduksjonen for forskjellige energikilder fra 1985 til 2019. Det fremgår tydelig av figuren at fossile brensler har klart størst betydning, selv om andelen fra sol og vind har økt betydelig siden år 2000.

Figur 2: Global elektrisitetsproduksjon (relativ)

I BPs Statistical Review of World Energy 2020 er det en tabell som viser elektrisitetsproduksjonen I 2019 fordelt på energikilde (“Electricity generation by fuel”). Det er gjengitt i tabellen nedenfor.

Energikilde	Elektrisitets-produksjon (TWh)	Andel i prosent (%)	Kommentar
Kull	9824	36
Olje	825	3
Gass	6298	23
Kjernekraft	2796	10
Vannkraft	4222	16
Fornybart (sol og vind)	2805	10
Annet	234	1

Tabell 2: Global elektrisitetsproduksjon (2019)

I kjernekraftverk forsvinner vanligvis over halvparten av produsert energi ut med kjølevannet. I alle fal deler av dette kan utnyttes, til fjernvarme eller annen bruk, men det er uklart om noe av denne energien er tatt med i oversikten over primærenergi. Det samme gjelder avgasser (eksos) i fossile kraftverk. I aluminiumsverk og smelteverk drevet med elektrisitet er det også betydelige mengder med energi i avgasser etc.

ENERGIKVALITET

Forskjellige former for energi har ulik kvalitet. I et lukket system kan energi ikke forsvinne (varmelærens første hovedsetning), kun gå over fra en energiform til en annen. Det fins to hovedformer:

Eksergi: Dette er den delen av energien som kan utnyttes (til arbeid eller varme)
Anergi: Den delen av energien som ikke kan utnyttes

Ifølge varmelærens andre hovedsetning vil all energi til slutt ende som anergi. Det er heldigvis lenge til det skjer.

Forskjellige energikilder har ulik kvalitet. Elektrisitet er den energiform som har best kvalitet. Elektrisk energi kan utnyttes med nesten 100% virkningsgrad. Den andre energiformen, varme, har langt lavere virkningsgrad. Avhengig av hvordan den utnyttes, kan den variere fra 40-50 til over 80%.

I det følgende kommenteres forskjellige energikilder og deres kvalitet. Deres relative betydning er vist i Tabell 1 og Tabell 2.

Vannkraft

Dette er den reneste form for energiproduksjon, og brukes i all hovedsak til produksjon av elektrisitet. Kraftproduksjonen er karakterisert ved stabil kraft med høy regularitet. Effekten kan i tillegg raskt endres for å møte økt eller redusert behov for kraft.

Den eneste ulempen er større eller mindre naturinngrep i forbindelse med lagring av vann i basseng.

Fossile brensler

Fossile brensler fins i tre forskjellige former: kull, olje og gass. I prinsippet kan disse anvendes til det samme:

Produksjon av elektrisitet. Virkningsgrad 40-60%.
Produksjon av varme. Virkningsgrad 70-80%.
Produksjon av drivstoff (bensin/diesel/LPG) med en virkningsgrad på 30-40%.
Kjemisk produksjon.

Totalt er fossile brensler råstoff for over 80% av verdens energiproduksjon. I tillegg kommer selvsagt direkte energi som mottas fra sola.

Fossile brensler har vært grunnlaget for den enorme økning i all slags menneskelig aktivitet i løpet de siste 200 år. Energien har vært billig, med stabile leveranser. Ulempen ved fossile brensler er utslipp av eksos, som i større eller mindre grad inneholder skadelige gasser og partikler. Mye av dette kan forbedres vesentlig ved rensing, men ikke alt.

Det er antatt at fossile ressurser er begrensede, men kjente reserver vil vare i mange hundre år med dagens forbruk. Noen hevder endatil at det kontinuerlig dannes olje og gass i Jordas indre ved naturlige prosesser.

Kjernekraft

Kjernekraftverk produserer elektrisitet og varme, rundt halvparten av hver regnet i energiinnhold. Elektrisiteten passer best som basiskraft, fordi den ikke kan reguleres så enkelt som vannkraft (og kraft fra kull/gass).

Kjernekraft (fra radioaktive mineraler som uran og thorium) er like ren som vannkraft, men med langt mindre naturinngrep. Kjente reserver vil kunne forsyne hele Jorda med stabil energi i tusenvis av år.

Kjernekraft, med uran som brensel, har eksistert siden ca. 1950. Grunnet (politiske) valg av type kraftverk, er kun 3-5% av energien i brenslet utnyttet. Restavfallet, som er meget radioaktivt, er midlertidig lagret. Moderne kjernekraftverk kan utnytte over 95% av energien i brenslet, med relativt ufarlig restavfall. Disse kan til og med bruke restavfall fra tidligere kjernekraftproduksjon, og på den måten nesten eliminere det miljøproblemet disse representerer.

Grunnet utviklingen av atombomber på 1960 og 1970-tallet har kjernekraft fått et dårlig rykte i store deler av verdens befolkning. Det har skjedd på tross av at kjernekraft statistisk er den klart sikreste form for energiproduksjon. Til nå har det vært 3 store ulykker med kjernekraft: Three MIles Island (USA), Tsjernobyl (Sovjet/Ukraina) og Fukushima (Japan). Kun ulykken i Tsjernobyl har medført tap av menneskeliv, og selv i dette tilfellet relativt få (langt færre enn det mange tror).

Nye kjernekraftverk kan bygges med teknologi som nesten utelukker fare for ulykker.

Fornybar energi

Dette er i første rekke vind- eller solenergi. Denne energien er karakterisert ved følgende:

Ujevn produksjon, avhengig av vær og tidspunkt på døgnet
Produksjonen kan ikke reguleres
Kun mindre deler av produksjonen kan lagres
For jevn produksjon må det eksistere balansekraft fra andre energikilder
Produksjonsanlegg er meget arealkrevende, ofte miljøødeleggende
Kostnader ved balansekraft og stabilisering betales av andre (strømkundene)
Kostnader for (unødvendige) ekstra kraftlinjer betales av andre (strømkundene)
Direkte subsidier betales av andre (strømkundene)
Avfall når produksjonen stanses vanskelig å destruere

Utbygging av sol- og vindkraft er basert på teorien om menneskeskapt global oppvarming funnet økte utslipp av CO2. Sannsynligvis er teorien gal: https://www.ivars.no/det-er-ingen-klimakrise/

Energikostnader

Det fins flere sammenligninger mellom kostnader for elektrisk energi produsert med basis i forskjellige råstoff. Figuren til venstre er en slik sammenligning. Den er fra 2018, og hentet fra en rapport utgitt av The Global Warming Policy Foundation. Figuren viser kraftpriser (LCOE) i GBP/MWh, der kostnader for systemintegrering er tatt med.

Gassgenerering (CCGT) kommer best ut med kostnader rundt 50 GBP/MWh (omtrent 60 øre/kWh).

Kjernekraft og kull koster omtrent det doble (100 GBP/MWh), mens landvin koster det doble av dette igjen (200 GBP/MWh). Havvind og solkraft er enda dyrere, 25-50% mer kostbart enn landvind.

Figuren nedenfor er hentet fra et foredrag i 2021 av den svenske energieksperten Elsa Widding. Her kommer kjernekraft og kull best ut, med priser rundt 50 USD/MWh (40 øre/kWh), mens CCGT er rundt dobbelt så dyrt. Sol- og landvind koster 50-100% mer enn CCGT, og havvind enda mer.

En annen kostnadsoversikt er vist nedenfor, for kraftverk under planlegging eller bygging i USA og ferdigstilling innen 2026. Ingen kull- ellerkjernekraftverk.

En faktor som sjelden kvantifiseres, er kostnader forbundet med levering av fornybar kraft (sol og vind) til nettet, inkludert balansekraft, for å kunne levere stabil kraft til brukerne når kraften trengs.

Det er ikke usannsynlig at dette øker den reellekraftoprisen med 50-100%, sammenlignet med pris levert fra sol- eller vindkraftverket.

REFERANSER

Atomkraftverk i Kina

HAVVIND

Hywind Tampen

88 MW => 384 GWh/år

Kostnad ca 5 mrd. NOK => 600 MUSD => 6800 USD/kW

Hywind Scotland

30 MW =>

GBP 264 mill => NOK 3,0 mrd => USD 350 mill. => 11600 USD/kW

SIKKERHET OG ENERGIPRODUKSJON

Kjernekraft er best: