Primærenergi er energien i en energikilde. Ofte er det varmeenergi som frigjøres når energikilden brennes. Men vi klarer bare å nyttiggjøre oss en del av primærenergien. Denne nyttbare energien kalles også sekundærenergi. Virkningsgrad er nyttbar energi dividert på primærenergi.
Noen energikilder kan brukes direkte, som f.eks. strømmen fra et solcellepanel. Andre energikilder, som f.eks råolje, må gjennom prosesser der mesteparten av energien blir til varme som vi ikke klarer å nyttiggjøre oss. Problemet oppstår når slike energikilder skal sammenlignes. Skal vi for den sistnevnte gruppen bruke primærenergien eller den nyttbare energien? Problemstillingen illustreres med et par eksempler.
Eksempel 1: En elbil får sin energi fra strøm produsert i et solcellepanel, og en bensinbil får sin energi fra bensin produsert fra råolje. For elbilen er det lite energitap i overføringskjeden fra solcellepanel til bilbatteri til elmotor og til drivhjul. Dvs. at nesten all energien fra solcellepanelet driver elbilen fremover. Slik er det ikke for bensinbilen. Bare en liten del av energien i råoljen driver bensinbilen fremover; noe av den tapes i oljeraffineriet og mye av den tapes som varme i bensinmotoren. Pga. den store forskjellen i virkningsgrad er det misvisende å sammenligne primærenergien i råolje med primærenergien i strømmen fra et solcellepanel.
Eksempel 2: I et kullkraftverk blir bare cirka en tredjedel av kullets primærenergi omgjort til elektrisk energi som vi kan nyttiggjøre oss. I et vannkraftverk blir typisk 85 prosent av den potensielle energien i vannet omgjort til elektrisk energi. Det internasjonale energibyrået IEA tar ikke hensyn til denne forskjellen i virkningsgrad når de konverterer den elektriske energien produsert med vannkraft fra wattimer (Wh) til tonn oljeekvivalenter (toe). Bidraget fra vann, vind og sol blir derfor kraftig undervurdert i tabellene til IEA som rangerer energikilder ut fra primærenergi i toe. Kull blir tilsvarende overvurdert, og det gir inntrykk av at det grønne skiftet er enda vanskeligere å gjennomføre enn det i virkeligheten er.
Det er forvirrende at tunge aktører som oljeselskapet BP, IEA, Statistisk sentralbyrå SSB og Equinor bruker forskjellige fremgangsmåter når elektrisk energi fra sol, vind og vann sammenlignes med fossil og biobasert energi. BP tar hensyn til at primærenergi kan sammenlignes med elektrisk energi først etter å ha tatt hensyn til virkningsgrad. BP bruker virkningsgrad 38 prosent for alle typer varmekraftverk. De tre andre tar ikke hensyn til virkningsgrad for fossilt og biobasert brennstoff, men de tar hensyn til virkningsgrad når radioaktivt materiale spaltes i atomkraftverk.
I dette og i de neste innleggene vil jeg bruke BPs metode fordi jeg mener at den er riktig, enkel og transparent. Den er riktig fordi den vurderer energi som vi kan nyttiggjøre oss. Innlegget vil avsluttes med et eksempel som demonstrerer hvor galt det bærer avsted med metoden som de tre andre benytter.
Både dette og de neste innleggene bruker vanlige forkortelser i SI-systemet. Se fotnoten 1 for de mest brukte.
BPs metode
BP utgir sin Statistical Review of World Energy hvert år. De tar hensyn til at den elektriske energien fra sol, vind, vann og atom er direkte nyttbar, mens primærenergien i fossilt og biobasert brennstoff ikke er det. Primærenergien i brennstoff oppgir BP i utgangspunktet i Mtoe. Energien fra sol, vind, vann og atom oppgir de i utgangspunktet i TWh. Når BP regner om primærenergien i brennstoff til TWh, oppgir de den elektriske nyttbare energien som de ville fått hvis brennstoffet hadde blitt brent i et varmekraftverk med 38 prosent virkningsgrad. Tilsvarende, når de regner om energien fra sol, vind, vann og atom fra TWh til Mtoe, oppgir de energien i Mtoe som måtte brennes i et varmekraftverk med 38 prosent virkningsgrad for å generere den samme elektriske energimengden 2.1 toe har primærenergi 41,9 gigajoule (GJ). Joule er det samme som wattsekund, så joule må deles på 3600 for å få wattimer. Dvs. at 1 toe har 11,639 MWh primærenergi. Denne energien må multipliseres med 0,38 for å beregne elektrisk energi som 1 toe kan produsere i et varmekraftverk. Dvs. at BP regner 1 toe som 4,42 MWh nyttbar energi. De bruker denne metodikken også når de regner motsatt vei. Det betyr at 1 MWh elektrisk energi produsert med sol, vind, vann eller atom regner BP som 0,226 toe primærenergi (0,226 er 1/4,42).
Noen ganger er det formålstjenlig å beregne hva en energimengde per år tilsvarer i kontinuerlig nyttbar effekt gjennom hele året. Når energien i utgangspunktet er nyttbar energi oppgitt i wattimer, må den divideres på antall timer i et år (8766) for å få watt. Dvs. at 1 MWh per år tilsvarer kontinuerlig nyttbar effekt 114 W. Når energien i utgangspunktet er primærenergi oppgitt i toe, må den først multipliseres med 4,42 for å få nyttbar energi i MWh, og deretter må produktet divideres på 8766 for å få nyttbar effekt i MW. Dvs. at 1 toe per år tilsvarer kontinuerlig nyttbar effekt 504 W.
IRES-retningslinjene som IEA, SSB og Equinor følger
De fleste som skriver om energi, bl.a. FNs klimapanel og norske SSB, velger å følge retningslinjene i International Recommendations for Energy Statistics (IRES). IRES omtaler BPs metode som jeg skrev om i det forrige avsnittet, men uten å anbefale den. De anbefaler derimot å direkte bruke energimengden i fossilt og biobasert brennstoff ved konverteringer og sammenligninger uten å ta hensyn til virkningsgrad, noe den omtaler som the physical energy content method. Dvs. at de oppgir energimengden i det som genererer varmen og ikke i det som produseres. For atomkraft, jordvarme og konsentrert solkraft får de et problem når den energien skal sammenlignes med fossilt og bio. Det løser IRES ved å anbefale en variant av BPs retningslinjer. Varianten består i å regne med andre virkningsgrader, 33 prosent for atomkraft og konsentrert solkraft, og 10 prosent for jordvarme 3. (Konsentrert solkraft genereres i et varmekraftverk der solstrålene konsentreres i ett lite område der dampen til turbinene lages. Når jeg bare skriver solkraft, mener jeg strøm fra solcellepaneler som genererer strømmen uten å gå veien om varme.)IRES-retningslinjene blåser opp bidragene fra fossilt, bio og atom i forhold til bidragene fra sol, vind og vann. Det gir inntrykk av at det grønne skiftet har kommet kortere enn det i virkeligheten har. Når en leser rapporter fra SSB, synes jeg ikke at dette kommer klart frem. Jeg har sett tilsvarende kritikk mot andre som følger retningslinjene til IRES.
Equinor publiserer Energy Perspecives hvert år. I 2019 utgaven skriver de klart at de bruker samme metode som IEA, dvs. at de følger retningslinjene til IRES. Figuren øverst på side 21 viser forbruket av primærenergi i 2016 og en projeksjon for 2050 både med IEA-metoden og med BP-metoden. Equinor skriver at BP-metoden best synliggjør bidragene fra fornybar elektrisitet, men at det er andre argumenter som taler for IEA-metoden. De diskuterer forskjellen mellom metodene også et par andre steder i rapporten. Equinor henter historiske data fra IEA, og det er derfor naturlig at de velger samme metode som IEA.
Sjekk om SSB, IEA og Equinor følger IRES-retningslinjene
Jeg synes at IRES-retningslinjene er så ulogiske at jeg måtte sjekke om SSB, IEA og Equinor virkelig følger dem. De gjør det.På SSBs nettside om Energibruk i Norge oppgis energimengder i TWh. Jeg fant ingen forklaring om hvordan de regnet om primærenergi i fossile kilder til TWh. I notatet Energiregnskap og -balanse skriver SSB at SSBs standard klassifisering av energiprodukter (SSB, 2017l) er i tråd med den internasjonale standarden for energiprodukter (SIEC) i International Recommendations for Energy Statistics (IRES).
IRES-rapporten sier at en må være forsiktig med å sammenligne primærenergi og elektrisk energi. Men det er jo det SSB gjør når de regner om fra energi i olje til TWh.
Som allerede skrevet fant jeg ingen forklaring på SSB sin nettside Energibruk i Norge hvordan de regnet ut energiinnholdet i fossile brensler til TWh. Derfor grovkontrollerte jeg energi brukt til transport i Norge i 2014 for å sjekke om de tar hensyn til virkningsgrad. SSB skriver at det Totalt ble det brukt rundt 65 TWh bensin, diesel, marine gassoljer og jetparafin til transport i 2014. Disse fossile produktene har forskjellig energiinnhold per liter. Når jeg bruker 35 MJ per liter som et gjennomsnitt, tilsvarer 65 TWh energi 6,69 milliarder liter drivstoff. På en annen nettside, 11174: Salg av petroleumsprodukter, etter kjøpegruppe og produkttype, opplyser SSB at salg av bilbensin, jetparafin, autodiesel og marine gassoljer i 2014 utgjorde 6,83 milliarder liter. Grovkontrollen stemmer bra; SSB bruker primærenergien i drivstoffet direkte under omregningen til TWh uten å ta hensyn til virkningsgradene i forbrenningsmotorene. Det er som IRES-rapporten anbefaler. Når en leser i SSB rapporten at Totalt ble det brukt rundt 65 TWh bensin, diesel, marine gassoljer og jetparafin til transport i 2014 er det lett å tro at en hypotetisk full-elektrifisert transportsektor i 2014 ville ha krevd 65 TWh strøm. Men pga. forskjell i virkningsgrad til bensin- diesel- og elektromotorer ville den krevd bare cirka en tredjedel av 65 TWh strøm.
Både SSB og IEA var viktige bidragsytere til IRES rapporten. IEA har nettopp offentliggjort energi- og utslippstall for 2018 i Global Energy & CO2 Status Report. Jeg sjekket energitallene for vann- og atomkraft for å se om de følger IRES retningslinjene. Det gjør de. 2018 energitallene for vannkraft er 4239 TWh og 364 Mtoe. For atomkraft er de 2724 TWh og 710 Mtoe. 2016 tallene for vann- og atomkraft i Equinors Energy Perspectives 2019 er tilsvarende. Dvs. at selv om vannkraft produserer betydelig mer strøm enn atomkraft, så er atomkraft nesten dobbelt så stor etter konvertering til Mtoe. For vannkraft bruker IEA og Equinor direkte omregning uten å ta hensyn til virkningsgrad, men for atomkraft blåser de opp energimengden målt i Mtoe ved i tillegg å dividere på virkningsgraden 33 prosent. Mtoe brukes når energikildene sammenlignes, og vannkraft (sammen med kraft fra vind og solceller) blir følgelig undervurdert både i forhold til atomkraft og fossile kilder.
Fotnoter
1SI-systemet beskrives på Wikipedia, se https://no.wikipedia.org/wiki/SI-systemet. Enhetene og prefiksene som jeg bruker mest i innleggene er:
Energi joule (J), effekt watt (W).
Prefiks for 1018 exa (E), 1012 tera (T), 109 giga (G), 106 mega (M), 103 kilo (k).
For energi bruker jeg mye wattime (Wh) og tonn oljeekvivalenter (toe), som oftest med et SI-prefiks foran.
For flateinnhold bruker jeg hektar (ha, lik 10000 m2) og dekar (da, lik 1000 m2) når kildene mine gjør det.
2
Et eget ark i regnearket som følger med I BP Statistical Review of World Energy 2018 beskriver metodikken og definisjonene som de bruker. Der står det bl.a. The primary energy values of nuclear and hydroelectric generation, as well as electricity from renewable sources, have been derived by calculating the equivalent amount of fossil fuel required to generate the same volume of electricity in a thermal power station, assuming a conversion efficiency of 38% (the average for OECD thermal power generation).
3
Siste versjon av IRES-rapporten International Recommendations for Energy Statistics (IRES) er datert 2018. Side 103 forklarer metoden for konvertering mellom primærenergi og nyttbar energi som de anbefaler (the physical energy content method). Metoden som BP benytter, partial substitution method, nevnes.
To give a primary energy equivalent to electricity produced from non-combustible energy sources, the physical energy content method should be used. According to this method, the normal physical energy value of the primary energy form is used for the production figure. This is in contrast to the 'partial substitution method' which requires assigning to such electricity a primary energy value equal to the hypothetical amount of fuel required to generate an identical amount of electricity in a thermal power station using combustible fuels. If the partial substitution method is used in a country, that country should clearly mention this, together with the average generating efficiency of thermal power stations used to calculate the primary energy equivalent.
In the physical energy content method, the normal physical energy value of the primary energy form is used for the production figure. For primary electricity, this is simply the gross generation figure for the source. Care is needed when expressing percentage contributions from the various sources of national electricity production. As there is no transformation process recognized within the balances for the production of primary electricity, the respective percentage contributions from thermal and primary electricity cannot be calculated using a 'fuel input' basis. Instead, the various contributions should be calculated from the amounts of electricity generated from the power stations classified by energy source (coal, nuclear, hydro, etc.).
In the case of electricity generation from primary heat (nuclear, geothermal and concentrating solar), the heat is the primary energy form. As it can be difficult to obtain measurements of the heat flow to the turbines, it is recommended that an estimate of the heat input be used based on an efficiency of 33 per cent for nuclear and concentrating solar, and 10 per cent for geothermal as a default, unless country- or case-specific information is available. This means that, in the absence of measurements of the actual heat input, the equivalent primary nuclear or concentrating solar heat is estimated as three times the electricity produced, and the equivalent geothermal heat is estimated as 10 times the geothermal electricity output.
Takk for veldig god forklaring!
SvarSlett