torsdag 15. august 2019

Sammenligne arealbehov til fornybar energi

Dette er det åttende og siste innlegget i en serie om energi. Det sammenligner arealbehovet for å produsere en viss mengde nyttbar energi fra vind, vann, sol og biomasse. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

De foregående innleggene har vurdert arealbehovet for å produsere ti tusen kilowattimer (kWh) nyttbar energi per år med energi fra vind, sol, vann, biodrivstoff og biokraftverk. Ti tusen kWh er valgt både fordi det kan betraktes som det gjennomsnittlige årlige energibehovet som en person har for å kunne leve et materielt sett godt liv. Det er også et rundt tall som gjør det enkelt å skalere opp eller ned de beregnede arealbehovene.

De tidligere innleggene inneholder mange tall med kvadratmetere. I dette innlegget vil jeg vise det grafisk med sirkler som i størrelse er proporsjonale med arealene som de fornybare energikildene trenger. Det er stor usikkerhet knyttet til arealberegningene, men ikke så stor at den endrer konklusjonen. Den er at energi fra vind, sol og vann belegger veldig lite areal sammenlignet med energi fra biomasse.



Grafisk fremstilling av arealbehovet for å produsere en viss årlig mengde nyttbar energi. Det er lineær sammenheng mellom arealbehov og størrelse på sirklene.

Sirklene i Figuren er fargekodet for å si litt om kravet til jordsmonn som belegges. Vind og sol har brun farge for å vise at det ikke er noe krav til jordsmonnet. Det kan, og vil typisk være, arealer som ikke egner seg til matproduksjon og som er for skrinne til at skog kan vokse der. Vann har blå farge for å vise at det belagte arealet ofte er oversvømmet. Biodrivstoff har rød farge for å vise at det belegger matjord. Biokraft, dvs. energi fra varmekraftverk som brenner biomasse, har grønn farge for å vise at det er skog som belegges.

Figuren angir arealene grafisk. Den tar utgangspunkt i arealbehovene som trengs for årlig å produsere ti tusen kWh nyttbar energi. Det er beregnet i de tidligere innleggene, og det gjentas i oppstillingen under:

Fornybar energi fra  Arealbehov m2
Vind direkte                   10,5
Vindpark planområde           300
Solceller på tak i Oslo        53
Solcellekraftverk USA         137
Vannkraft Ulla Førde          190
Vannkraft Rånåsfoss           180
Biodrivstoff raps           24100
Biodrivstoff palmeolje       4820
Biokraft tysk energivekst    4000
Biokraft norsk skog         39060

The Solution Project har regnet ut forslag til hvordan alle land på Jorden kan dekke hele sitt energibehov i 2050 primært med sol-, vind- og vannkraft. For Norge er forslaget at 45 prosent kommer fra vannkraft, 23 prosent fra landbasert vindkraft, 19 prosent fra offshore vindkraft og 10 prosent fra solkraft og 3 prosent fra bølgekraft. For USA er forslaget at mer enn halvparten kommer fra solkraft og litt under 40 prosent fra vindkraft. Forslaget tar hensyn til både klimaet og energibruken i de enkelte landene.

The Solution Project foreslår IKKE å bruke bioenergi. Det er flere årsaker til det, og en av disse er at storsatsing på bioenergi ville krevd store landarealer. Det er ikke nok areal tilgjengelig på Jorden til at bioenergi kan dekke en betydelig del av vårt energibehov. Dessuten trenger vi disse landarealene til å produsere mat og til å bevare intakte økosystemer av hensyn til biologisk mangfold.

The Solution Project foreslår heller IKKE å bruke atomenergi. Det er flere årsaker til det også. Atomkraft er dyrt og det tar lang tid å bygge det ut. Verden har ennå ikke fungerende løsninger for langtidslagring av radioaktivt avfall. Stor utbygging av atomkraft i nye land ville ha økt faren for spredning av atomvåpen. Av sikkerhetsgrunnene er det mange sosialt ustabile områder i verden der det ville vært galskap å bygge ut atomkraft, og de områdene trenger også energi for å utvikle seg.

Både figuren og oppstillingen over viser at nyttbar energi fra vind, sol og vann belegger veldig lite areal sammenlignet med energi fra biomasse. Vind-, vann- og solkraft kan i tillegg bygges ut på arealer som ikke kan brukes til matproduksjon og som er for skrinne til at skog kan vokse der.


3 kommentarer:

  1. Nature Communications publiserte i november 2019 en artikkel som bl.a. analyserte arealbehovet til forskjellige alternativer for en karbonfri strømproduksjon. Den konkluderte med at sol- og vindkraft er best. Hovedforfatteren Gunnar Luderer sier i en pressemelding om artikkelen at bioenergi er den desidert mest arealslukende metoden for å generere strøm. Per kilowattime strøm fra bioenergi trenger du hundre ganger mer land enn du trenger for å produsere den samme mengden strøm fra solcellepaneler. Det stemmer bra med oversikten i innlegget mitt. Pressemeldingen legger også vekt på andre fordeler med sol- og vindkraft.

    Artikkel: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13067-8

    Pressemelding: https://www.pik-potsdam.de/news/press-releases/decarbonizing-the-power-sector-renewable-energy-offers-most-benefits-for-health-and-environment?set_language=en

    SvarSlett
  2. Naturvernforbundet har publisert rapporten Norges areal 2021. Hva bruker vi landet til ? En oversikt over arealbruk i Norge. Se https://naturvernforbundet.no/getfile.php/13175941-1641564859/Bilder/Natur/Arealrapport%202021.pdf . Jeg ser på tallene deres og sammenligner med de jeg har kommet frem til for vann- og vindkraft. Jeg tar også litt med om skogbruk, selv om rapporten ikke omhandler bioenergi.

    I utregningene bruker jeg vitenskapelig eksponensiell notasjon for å holde orden på kommaplasseringen. Som eksempel skrives ti tusen kWt som e(1+3+3) Wt, som er e7 Wt. (I notasjonen er e forkortelse for eksponent. Den er ikke er relatert til den matematiske konstanten e.)
    Se https://no.wikipedia.org/wiki/Vitenskapelig_notasjon for nærmere forklaring av notasjonen.

    VANNKRAFT

    I rapporten står det: '1 233 kvadratkilometer som tidligere var landområder, er lagt under vann på grunn av bygging av demninger og vannmagasiner' Når jeg regner med en årsproduksjon på 125 TWh blir det cirka 100 m2 per ti tusen kWh.

    Regnestykke: (1233e6 / 125e12 ) e7 kvadratmeter per ti tusen kWt = 100 kvadratmeter per ti tusen kWt .)

    I mitt innlegg har jeg kommet til nesten dobbelt så store tall. Det er litt stort avvik, men samtidig ikke 'helt på jordet'. Jeg har regnet på to store kraftverk med betydelige oppdemninger. Rapporten fra Naturvernforbundet har kanskje tatt med også vannkraftverk som ikke krever oppdemning, og derfor kommet til et mindre tall. Det er imidlertid betryggende at de får et mindre arealbeslag enn meg. De vil jo vise at vannkraft opptar store arealer, mens jeg ønsker å vise hvor effektivt vannkraft er i forhold til bioenergi. Forskjellen i anslag kan også skyldes at data for vannkraftens arealbruk er vanskelig tilgjengelig. I rapporten skriver Naturvernforbundet: 'Arbeidet med rapporten viser tydelig at kunnskap og data om arealbruk i Norge er både manglende og vanskelig tilgjengelig. Det var spesielt utfordrende å finne data for vannkraft'

    VINDKRAFT

    Naturvernforbundet bruker Miljødirektoratets rapport 'Arealbehov (typetall) for landbasert vindkraft i Norge' datert 1.4.2019 som referanse. Den regner med 3400 fullasttimer i året
    Nederst på side 2 i rapporten står det at direkte inngrep er 14 dekar per 4 MW turbin. Det gir drøye 10 kvadratmeter direkte inngrep per ti tusen kWt.

    Utregning: (14e3 / (4e6*3400)) * e7 = 10

    Nederst på side 3 står det at planområdet er 30 km2 per TWh ved 3400 fullasttimer. Det er 300 kvadratmeter planområde per ti tusen kWt.

    Utregning: (30 e6 / e12) * e7 = 300.

    Tallene er akkurat de samme som jeg regnet ut. Jeg brukte en NVE rapport som referanse, dvs at NVE og Miljødirektoratet og Naturvernforbundet er enige med hverandre. Utregningen er også en kontroll for mine estimater fordi NVE og Miljødirektoratet presenterer tallene forskjellig.

    SKOGBRUK

    Fra sammendraget i rapporten til Naturvernforbundet: 'Skogbruket er i en egen størrelsesorden når det gjelder arealbruk (48 421 km2). Skognæringa bruker faktisk over ti ganger så mye plass som bygninger (med eiendommer, 2 732 km2) og veier (med veikanter, 1 522 km2) til sammen. Det er selvfølgelig vanskelig å sette en strek for hva man regner som sterkt påvirket skog. Vi har brukt tall for skog som er påvirket av hogst de siste 50 årene ifølge Artsdatabanken, men i sammenligning med annen arealbruk har skogbruket uansett hatt en enorm påvirkning på Norges natur. Jordbruk tar også opp mye plass (11 214 km2)'

    Rapporten er klar på at vi ikke må beslaglegge mer natur. Konsekvensen av det er i hvert fall at vi ikke kan hente ut betydelige mengder bioenergi fra skog- og landbruk.

    SvarSlett
  3. Teknisk Ukeblad nummer 2 i 2022 skriver om solkraft. I artikkelen siteres Jarand Hole, overingeniør hos NVE. 'En tommelfingerregel er at det går med 12 mål per 1 MWp for store bakkemonterte anlegg'.

    Kapasitetsfaktoren varierer med beliggenhet, som forklart i innlegget om solkraft (https://hpklima.blogspot.com/2019/07/solkraft.html) . TU skriver om norske forhold, og jeg tar utgangspunkt i samme kapasitetsfaktor som i Massachuset, som i nevnte innlegg er satt lik 13.4 prosent basert på opplysninger i Wikipedia. Med disse forutsetningene regner jeg ut (se detaljer under) at det nyttbare energibehovet til én person krever et areal på 103 m2. Det passer rimelig bra med arealbehovene i tabellen i innlegget.

    Detaljer i utregning:
    Årsproduksjon på 12 mål: 1E6W * 8760 h * 0.134 = 1.17 E9 Wh
    Det er 117 * E7 Wh, dvs 117 ganger mer enn det nyttbare energibehovet til en person, som jeg tidligere har satt lik ti tusen kWh per år. Dvs at arealbehovet per person er 12E3 m2 delt på 117, som er 103 m2.

    SvarSlett