Energibruk per person

Dette er tredje innlegg i en serie om energi. Det handler om hva som kan anses som nødvendig energibruk per person. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

BP publiserer Statistical Review of World Energy hvert år. Den gir oversikt over energi fra flere kilder som bl.a. olje, kull, gass, atom, vann, sol og vind. Noen av energikildene generer strøm som kan brukes direkte med veldig god virkningsgrad. Andre kilder må brennes for å nyttiggjøre energien i dem, som f.eks. i motorer for å skape bevegelsesenergi og i kraftverk for å lage strøm. Disse forbrenningprosessene har dårlig virkningsgrad. BP tar hensyn til dette når energi fra kildene settes opp og sammenlignes med hverandre. De bruker en felles energienhet, tonn oljeekvivalenter (toe). Strøm produsert med sol, vind, vann og atom måles i utgangspunktet i wattimer (Wh). De konverteres til toe ved å beregne mengden fossilt brensel som må brennes for å generere den samme mengde elektrisk strøm i et varmekraftverk med 38 prosent virkningsgrad. På denne måten blir energi fra fossilt og fornybart sammenlignbare og kan adderes for å beregne totalt energiforbruk.

Figur 1: Blå kurve viser globalt energiforbruk (Primary Energy) som millioner tonn oljeekvivalenter. Rød kurve viser global befolkning i milliarder.

Figur 1 viser globalt energiforbruk fra 1965 t.o.m. 2017 som blå kurve med referanse til den venstre vertikale aksen. Energiforbruket kvantifiseres med enheten millioner tonn oljeekvivalenter (Mtoe). Dataene er hentet fra BPs Statistical Review of World Energy publisert i juni 2018. Mesteparten kommer fra fossilt brennstoff. Energiforbruket har økt 265 prosent i disse årene. Den røde kurven med referanse til den høyre vertikale aksen viser Jordens befolkning hentet fra Worldometers. Den har også økt kraftig i den samme perioden. Befolkningsøkningen har vært overraskende stabil. Jordens befolkning i dag er ung, så befolkningsøkningen vil derfor med stor sannsynlig fortsette.  Skalaene for energibruk og befolkning i Figur 1 er forskjellige. Så selv om kurvene følger hverandre tett i figuren, har energibruken per person nesten fordoblet seg i perioden som figuren dekker. Figur 2 viser det.

De fleste av oss har ikke noe forhold til Mtoe. Det er heller ikke lett å forestille seg hvor mange mennesker vi virkelig er på Jorden. Men de fleste av oss har et forhold til hvor mye strøm vi selv bruker, både som effekt målt i watt (W) og som energi målt i kilowattimer (kWh) per år. En stor elektrisk panelovn trekker cirka 1000 W fra nettet når den varmer opp ett stort rom en kald vinterdag. En vanlig norsk enebolig bruker cirka 20 tusen kWh strøm per år.

Figur 2: Gjennomsnittlig effekt og energibruk per person. Den blå kurven viser det som watt og den røde kurven viser det som kilowattimer per år. Energibruk er nyttbar energi.

Figur 2 viser den gjennomsnittlige globale effekt- og energibruken per person. Den blå kurven viser gjennomsnittlig effekt som W med referanse til den venstre vertikale aksen. Den røde kurven viser gjennomsnittlig energibruk som kWh per år. Både effekt og energi er omregnet til nyttbare verdier, dvs. at det er tatt hensyn til virkningsgraden 38 prosent når primærenergien kommer fra fossilt og biomasse.

Figur 2 viser at energibruken per person har flatet ut i de siste årene og ligger nå i underkant av åtte tusen kWh per år. Selv synes jeg at det er overraskende høyt med tanke på at flertallet av Jordens befolkning er fattige mennesker med lav energibruk.

Equinor har en fin analyse av energibehovet per person på side 24 i notatet Energy Perspectives 2019. Det er en historisk sammenheng mellom forbedring av levestandard og energibruk opp til 100 gigajoule (GJ) primærenergi per år per person. De setter derfor 100 GJ som nødvendig primærenergi per år per person. Det tilsvarer 10550 kWh nyttbar energi når primærenergien brukes med virkningsgrad 38 prosent. Men Equinor skriver at det i en elektrifisert fremtid kan være riktigere å se på strømforbruket i husholdningene. I EU bruker hver husholdning i gjennomsnitt 4000 kWh per år. Det kan være et mål for Afrika og India å komme opp på det nivået. I Afrika og India bor det gjennomsnittlig 4,5 person i hver husholdning, så det nødvendige strømforbruket per person i husholdningene der er derfor cirka 1000 kWh per år. Equinor avslutter diskusjonen om energibruk med at levestandarden kan forbedres selv om energibruken økes lite, eller sågar reduseres. Analysen til Equinor konkluderer ikke med hva som er nødvendig årlig nyttbar energibruk per person for å ha en god levestandard. I de neste innleggene vil jeg beregne nødvendig arealbruk for å produsere nødvendig nyttbar energi til en person, og jeg trenger derfor en konklusjon. Basert på det Equinor skriver velger jeg å konkludere med ti tusen kWh per år per person. Det er dessuten praktisk å bruke et rundt tall hvis en senere skal skalere opp eller ned.

Konklusjonen ti tusen kWh per år per person er to tusen kWh mer enn globalt gjennomsnitt i 2017. Da måtte de aller fleste klare seg med mye mindre energi. Hva som er nødvendig varierer nok noe både geografisk og med forskjellige personlige behov, men antagelig ikke så veldig mye. Vi kan betrakte ti tusen kWh per år per person som et globalt gjennomsnitt av hva som er nødvendig..

I Norge er energibruken mye større enn globalt gjennomsnitt. I 2017 var vårt netto strømforbruk 124,8 TWh, som er 23500 kWh per person. Det inkluderer kraftkrevende industri og landstrøm til offshore. I tillegg kommer energien vi bruker fra olje, gass og bio. Vårt høye forbruk skyldes nok både våre store personlige forbruk og vår eksport av varer som det krever mye energi å produsere.

I påfølgende innlegg vil jeg estimere typiske arealbehov til fornybar energikilder. For å gjøre språket litt lettere vil jeg skrive 'arealbehov for å dekke energibruken til en person' når det fremkommer av sammenhengen at jeg mener 'arealbehov som kreves hvis den aktuelle energikilden alene skal dekke den nødvendige energibruken til en person, som er ti tusen kWh nyttbar energi per år'.

Mesteparten av effekten og energien i Figur 1 og 2 kommer fra fossilt brennstoff. I følge FNs spesialrapport om 1,5 graders oppvarming, SR15, må energi fra fossilt brennstoff erstattes med fornybar energi i løpet av noen tiår. Økningen i fornybar energi vil sannsynligvis komme fra sol og vind. Mange bekymrer seg for at sol- og vindkraftanlegg vil kreve store landarealer og at de derfor vil ha negativ miljøpåvirkning. Jeg vil derfor i de neste innleggene se nærmere på arealbehovet som forskjellige fornybare energikilder krever for å dekke energibruken til en person.

Nyttbar energi i transportsektoren

De fleste av oss har noe kunnskap om effekt og energibruk når vi bruker strøm. Men jeg tror at de fleste, meg selv inkludert før jeg regnet på det nå, ikke har noen klar oppfatning av nyttbar energibruk målt i kWh i transportsektoren. Jeg vil derfor se nærmere på det for reiser med fly og bil.

Jeg har i tidligere innlegg regnet ut klimabelastningen som forskjellige flyreiser representerer som utslipp av CO2 ekvivalenter. Den er stor, både fordi utslipp i stor høyde gir tilleggseffekter og fordi det er energikrevende å fly. Jeg vil nå regne på energibruken, dvs. at jeg ikke tar hensyn til tilleggseffektene. For fly bruker jeg en tur retur reise på økonomiklasse mellom Gardermoen og New York som eksempel. Utslippskalkulatoren Atmosfair sier at hver passasjer i gjennomsnitt er ansvarlig for utslipp av 1185 kg CO2 på den reisen. Flybensin har utslipp 70 gram CO2 per MJ primærenergi, som betyr at hver passasjer er ansvarlig for 16,9 GJ primærenergi. Konvertert til kWh med virkningsgrad 38 prosent er det 1784 kWh nyttbar energi per passasjer. En moderat bilist kjører 6 tusen km per år i en mellomklassebil som bruker en halv liter bensin på mila. Det blir årlig forbruk av 300 liter bensin som har primærenergi 10,0 GJ. Med virkningsgrad 38 prosent er det 1056 kWh nyttbar energi.

Energibudsjett

La oss tenke oss at hver person får tildelt et energibudsjett per år som tilsvarer den nødvendige energibruken til en person, dvs. ti tusen kWh nyttbar energi. Som moderat bilist bruker hen opp 11 prosent av budsjettet sitt under selve kjøringen. Ved å fly til New York en gang i året bruker hen opp 18 prosent av budsjettet sitt under selve flyturen. For begge eksemplene må vi addere energibruken i produksjonen av bilen, flyet, drivstoffet og infrastrukturen. Jeg har bare regnet på den direkte energibruken under selve reisen.

I et tidligere innlegg har jeg vist at eneboligen som kona og jeg bor, i bruker cirka ti tusen kWh strøm i året. Hver av oss er ansvarlig for halvparten, som er fem tusen kWh. Dvs. at vi bruker opp halvparten av energibudsjettet vårt på strøm til huset. I følge SSB var det gjennomsnittlige strømforbruket i 2012 i norske husholdninger 7600 kWh per person per år. Dvs. i gjennomsnitt bruker hver person i Norge 76 prosent av energibudsjettet sitt bare på strøm til egen husholdning.