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.

Bioenergi arealbehov

Dette er sjuende innlegg i en serie om energi. Det handler om arealbehovet ved produksjon av bioenergi. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

Et tidligere innlegg har satt det nyttbare energibehovet til en person til ti tusen kilowattimer per år. Som for de andre fornybare energikildene vil jeg for bioenergi undersøke hvor stort areal vi trenger for å produsere den energimengden.

Dette innlegget vil bare vurdere bioenergi som blir produsert fra vekster som dyrkes eller hogges i den hensikt å produsere energi. Bioenergi kan i tillegg, både som biodrivstoff og som varme for diverse formål, produseres fra biologisk avfall.

Beslaglagt areal, en oppsummering

Biodrivstoff produseres i dag hovedsaklig fra palmeolje, korn, sukker og raps. Arealbehovet for disse vekstene varierer mellom 5 og 25 tusen m² for å dekke energibehovet til en person.

Biodrivstoff kan også produseres fra trevirke som hogges/høstes i skog og plantasjer. Men det er mer effektivt å brenne trevirke og så bruke varmenergien til diverse formål enn å lage biodrivstoff av det. Det er stor variasjon i arealbehovet som trenges for å dekke energibehovet til en person. Når det brennes i varmekraftverk varierer arealbehovet mellom 4 og 40 tusen m².

Vindkraft arealbehov

Dette er sjette innlegg i en serie om energi. Det handler om arealbehovet til vindkraft. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

Energi og Klima har nettopp publisert en faktapakke om vindkraft. Hovedbudskapet der er at vindkraft allerede er en betydelig bidragsyter i strømforsyningen i mange land og at landbasert vindkraft er konkurransedyktig på pris også uten subsidier. Artikkelen fokuserer på Tyskland med referanse til Fraunhofer-instituttet. På en av sine nettsider opplyser instituttet at vindkraft så langt i 2019 (frem til 10. juli) har stått for 25,1 prosent (70,3 TWh) og solkraft for 9,8 prosent (27,2 TWh) av elektrisitetsproduksjonen i Tyskland. En annen av instituttets nettsider opplyser at Tyskland i første halvår i 2019 var en nettoeksportør av strøm med 19,8 TWh.

The Solution Project har regnet ut forslag til hvordan alle land på Jorden kan dekke hele sitt energibehov i 2050 med kraft fra sol, vind, vann og andre fornybare kilder. For Norge er forslaget at 45 prosent kan komme fra vannkraft, 23 prosent fra landbasert vindkraft, 19 prosent fra offshore vindkraft, 10 prosent fra solkraft og 3 prosent fra bølgekraft. Med vårt klima og vår beliggenhet langt mot nord er det som forventet at vind- og vannkraft vil dominere elforsyningen i et fremtidig fossilfritt Norge.

Terminologi

Wikipedia skriver at en vindpark er en samling av vindturbiner i et felles område for produksjon av elektrisk energi. Kapasiteten til en vindpark er effekten som den kan produsere under optimale vindforhold. Kapasitetsfaktoren er gjennomsnittlig produsert effekt dividert på kapasiteten. Konsesjon for utbygging av en vindpark angir planområdet som vindturbinene må plasseres innenfor og en øvre grense for kapasiteten.

Beslaglagt areal, en oppsummering

Avstanden mellom vindturbinene i en vindpark må være minst 15 ganger rotorbladenes lengde for at de ikke skal ødelegge vindforholdene for hverandre. Vi må derfor skille mellom areal som blir direkte berørt med veier, oppstillingsplasser og annen infrastruktur og arealet til hele planområdet. Som det vil fremgå senere i innlegget er vanligvis bare noen få prosent av planområdet direkte berørt.

Et tidligere innlegg har satt det nyttbare energibehovet til en person lik ti tusen kWh per år. Når vi deler årsproduksjonen til nye vindparker med det direkte berørte arealet, ser vi at cirka 10 m² er nok for å dekke det behovet. Når vi gjør det samme med hele planområdet, ser vi at cirka 300 m² er nødvendig for å dekke det behovet.

Solkraft arealbehov

Dette er femte innlegg i en serie om energi. Det handler om arealbehovet til solkraft. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

Jeg vil se på energi produsert med solceller. De omdanner solenergi direkte til elektrisk energi ved hjelp av den fotovoltaiske (PV) effekten. De kan monteres i liten skala på hustak og lignende, eller i stor skala i svære kraftverk. Solkraft kan også generes ved å konsentrere solstrålene til et lite område (Concentrated Solar Power, CSP) der varmeenergien brukes til å generere strøm i et varmekraftverk. I 2017 sto CSP for bare 2 prosent av installert solkraftkapasitet. CSP er lite aktuelt i Norge, og det vil ikke omtales mer i dette innlegget.

Et tidligere innlegg har satt det nyttbare energibehovet til en person lik ti tusen kilowattimer (kWh) per år. Et solcellepanel på cirka 50 m², avhengig av lokasjon, dekker det behovet. Når det monteres på hustak og lignende, er det ikke noe ytre arealbehov utover det. I store solcellekraftverk kommer veier, bygninger og annen infrastruktur i tillegg. Slike kraftverk bygges i solrike områder, som i sørlige USA, og legger typisk direkte beslag på cirka 125 m² for å dekker det nyttbare energibehovet til en person. Totalarealet til solkraftverkene er typisk 10 prosent større enn det direkte beslaglagte området.

Vannkraft arealbehov

Dette er fjerde innlegg i en serie om energi. Det handler om arealbehovet til vannkraft. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

Det har vært stor utbygging av vannkraft i Norge etter andre verdenskrig. Utbyggingene møtte etterhvert stor motstand pga. naturinngrepene, ikke så ulikt det vi i dag ser mot vindkraft.

Et tidligere innlegg har satt det nyttbare energibehovet til en person til ti tusen kilowattimer per år. Det er stort spenn i areal som vannkraftverk beslaglegger for å dekke det behovet. Tre norske kraftverk som jeg har undersøkt, har imidlertid ganske likt arealbehov. Det spenner mellom 150 og 190 kvadratmeter for å dekke energibehovet til en person. Når vi vurderer arealbehovet til de fornybare energikildene sol og vind, må vi tenke på at også vår eksisterende vannkraft har sitt arealbehov.

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.

Primærenergi og nyttbar energi

Dette er andre innlegg i en serie om energi. Det handler om hvordan energi fra forskjellige kilder behandles og sammenlignes. Det første innlegget i serien er en oversikt, og hele serien er samlet i en pdf-file.

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.