Forfatterne mener det trengs bedre forståelse av energikvalitet.
Forfatterne mener det trengs bedre forståelse av energikvalitet. (Montasje: Øyvind Lie/Elsam Kraft/Mari Gisvold)

KOMMENTAR: Energiutnyttelse

En hovedårsak til dagens gigantiske sløsing med energi, er mangel på basiskunnskap

Det er behov for en langt bedre forståelse for hvordan energi bør utnyttes.

  • Kraft

Idag ser vi som oftest at ulike energiformer telles likt, uten å ta hensyn til at det er forskjell i kvalitet, for eksempel at varmeenergi telles likt med elektrisk energi, det vil si at 1 kilowattime (kWh) varme er lik 1 kWh elektrisitet.

Det blir som kun å telle antall mynter i en kassabeholdning, uten å ta hensyn til myntenes verdi.

Utfordringen

Definering av energienheter

Selv om energi som sådan er usynlig og uten fysisk dimensjon, er det laget definisjoner av det som kalles energienheter, slik at vi er i stand til å utføre energiberegninger, kjøpe og selge energi, sette opp energistatistikk, energiregnskap, og så videre.  

Å telle energi betyr å summere eller subtrahere energienheter. Blant disse (som eksempel), er enhetene kalori (cal), eller den større enheten:

kcal (= 1000 cal), og kWh.

Enheten kcal tilhører det metriske systemet, mens kWh tilhører det internasjonale SI-systemet. Sammenhengen mellom kcal og kWh er:

1 kWh = 860 kcal

(For lesere som ønsker mer detaljert informasjon om SI-systemet og det metriske systemet, se blant annet:
https://no.wikipedia.org/wiki/SI-systemet)

Innenfor oljeindustrien og blant energibyrå, er det vanlig å bruke tonn oljeekvivalent (t.o.e.), som energienhet (gjennomsnittlig energiinnhold i 1 tonn olje).
Slik kan olje, gass og andre brensler angis i t.o.e.

Måten de fleste i dag teller energi på, tar ikke hensyn til at ulike energiformer kan ha ulik kvalitet (se faktabokser om definering av energienheter og om begrepet energikvalitet).

Slik sett har energiverdenen litt å lære av finansverdenen når det gjelder å sette verdi på ressursene som forvaltes.

En hovedårsak til forvirringen, er blant annet den utstrakte bruken av kWh som energienhet, ikke bare for elektrisk strøm, men også andre former for energi.

Økt energieffektivitet er for lengst blinket ut som kanskje det viktigste tiltaket for å nå de globale målene om bærekraftig utvikling. Potensialet er stort, men forutsetningen er å forstå at det er utnyttelse av energiens kvalitet, som teller.

Tilsvarende som i finansverden, hvor det er pengeverdien som telles; ikke antall mynter og sedler i omløp.

Energikvalitet

Begrepet energikvalitet, også kalt eksergi (exergy), har med energiens arbeidsevne å gjøre og representerer den delen av energien som har verdi, mens resten er tap.

Eksempel: Elektrisk energi kan omdannes, til-nærmet fullstendig  til mekanisk arbeid og er definert som 100 % energikvalitet (eller 100 % eksergi).

Den kjemisk bundne energien i brensler er også å anse som 100 % eksergi.

For brensler (kull, olje, gass, etc.), hvor energi-utnyttelsen går via forbrenning og varme, blir energikvaliteten (eller eksergi-innholdet), redusert og tapet er bestemt ut fra hvor stort temperaturfall som utnyttes (for eksempel i en kraftturbin), eller hvor stort temperaturfall som skal opprettholdes (ved oppvarming, for eksempel forskjellen mellom inne -og utetemperatur).  

Energikvaliteten (eksergi-innholdet) i varmeenergi kan beregnes ved bruk av formelen (teoretisk):
Energikvalitet = (T1 - T2) / T1, hvor T1 og T2 er absolutt temperatur (º K), som varmeenergi blir tilført, henholdsvis bortført ved.

En myte som stadig går igjen i skrift og tale, er at energi forbrukes. Men ifølge en av våre mest grunnleggende naturlover (også kalt energiprinsippet), kan energi ikke oppstå eller forsvinne (det vil si kan ikke forbrukes).

Energikvalitet derimot, er noe som stadig forbrukes og god energiforvaltning handler derfor om å utnytte energiens kvalitet best mulig.

Vanlig tellemåte

Figur 1 (nedenfor, statistikk fra BP) viser en grafisk oppstilling av verdens energibruk, med millioner tonn oljeekvivalenter (m.t.o.e.), som felles «energienhet», for alle kategorier av primærenergi som er tatt med i statistikken.

Metodikken er at 1 tonn oljeekvivalent er definert ut fra et standard innhold av energi, regnet i kcal, Btu (British thermal unit), eller en annen energienhet.

Fig. 1: Verdens energibruk
Fig. 1: Verdens energibruk Faksimile: BP Statistical Review of World Energy 2017

Alle fossile brensler (kull, olje og gass) er direkte konvertert til m.t.o.e, mens for elektrisitet fra fornybar energi (vind, sol- og vannkraft), samt kjernekraft, har BP i sin statistikk forutsatt at elektrisk strøm kan uttrykkes som m.t.o.e., ved å anta at strømmen blir produsert av varmekraft med elektrisk virkningsgrad på 38 prosent (som er gjennomsnittlig virkningsgrad for varmekraftverk innenfor OECD). 

I andre statistikker og fremtidsscenarier, som i IEAs World Energy Outlook (PDF) og i Statoils Energy Perspectives (PDF), er direkte produsert elektrisk strøm ikke omregnet til m.t.o.e., slik som i BP-statistikken.

Dette er inkonsistent. Fornybar strøm kommer derfor ut med mindre enn halvparten i prosentandel av verdens energimiks i disse statistikkene, enn i virkeligheten.

Svakheten ved tellemåte og oppsett av dagens energistatistikk, er at den kun viser et bilde av verdens brutto energibruk og gir ingen informasjon om ressursutnyttelsen er god eller dårlig. Slik sett er denne formen for statistikk mest tilegnet rent kommersielle interesser.

For å møte verdens behov for langt bedre energihusholdning, sett ut fra både med ressurs- og klimahensyn, bør vi over til også å føre statistikk som viser utnyttelsen av energiens kvalitet, det vil si ikke bare å telle brutto antall energienheter.    

Fig. 2: Energi vs. eksergi flyt ved ulike bruksanvendelser. ηen = Energetisk virkningsgrad, ηex = Eksergetisk virkningsgrad.
Fig. 2: Energi vs. eksergi flyt ved ulike bruksanvendelser. ηen = Energetisk virkningsgrad, ηex = Eksergetisk virkningsgrad. Faksimile: Kjell Traa: Keynote address: "Efficient use of energy". WIT Transactions in Engineering Sciences. Edited by: F.M Khoshnaw, Koya University, Kurdistan, December 2012

Bruk av energikvalitet som målestokk

Figur 2 (over) viser forskjellen mellom energi- og eksergiflyt ved ulike bruksanvendelser. Det er særlig grunn til å merke seg den ekstremt lave energiutnyttelsen (= eksergiutnyttelse), som oppnås, når primærenergi eller elektrisk strøm benyttes til alminnelig oppvarming.

Utnyttelse av et høyt temperaturfall, som i et kraftverk, betyr høy utnyttelse av brenslets eksergi og i et stort «combined cycle» gasskraftverk kan for eksempel nær 60 prosent av brenslets energi gjenvinnes som elektrisitet (som består av 100 prosent eksergi).

Men det blir altså «motsatt» (lav eksergiutnyttelse), når gass eller strøm brukes til oppvarming, hvor kun en mindre temperaturforskjell skal opprettholdes.

Tilsvarende som vist i figur 2, kan energiutnyttelsen (det vil si hvor stor del eksergien i den tilførte energien som kommer til nytte), beregnes for alle typer av aktiviteter og prosesser hvor energi tilføres.

Derved kan det settes opp et eksergiregnskap for en husholdning, en bedrift, eller et helt samfunn og et slikt regnskap blir totalt forskjellig fra energistatistikker som idag presenteres.

Fig. 3: Energibalanse for Norge 2015
Fig. 3: Energibalanse for Norge 2015 Faksimile: SSB

Sankey-diagrammet over (Energibalanse for Norge), viser brutto energiflyt i Norge fra produksjon til sluttbrukergrupper (senere utgaver av energibalanser for Norge er ikke vist som Sankey-diagram, kun i tabellform).

Dette diagrammet kan enkelt utvides til også å vise eksergibalansen for Norge, ved å angi eksergi-utnyttelsen for alle innenlandske energistrømmer, som er vist i diagrammet.

Et eksergiregnskap vil avdekke sløsingen med energi som skjer daglig og vise vei til hvor tiltak for økt energiutnyttelse bør settes inn, som et av de viktigste virkemidlene til å oppnå reduksjon i utslipp av klimagasser. 

Enova tar ikke hensyn til energikvalitet

Det er mange eksempler på manglende hensyn til at ulike former for energi har ulik verdi, og blant disse er Enova, som hvert år bevilger støtte i milliardklassen til en lang rekke av prosjekter, innenfor kategorier som angitt i tabellen nedenfor.

Tabellen viser energiresultater som er oppnådd i perioden 2012 - 2016, alle målt i gigawattimer (GWh), men uten å ta hensyn til om GWh-ene representerer elektrisitet, damp, spillvarme, eller annet.

Og den økonomiske støtten som gis til de ulike prosjektene, beregnes som kroner per kWh (eller GWh) for spart energi, som følge energieffektivisering, eller produsert energi, f. eks. fornybar strøm. 

Dersom eksergi-innholdet i energiresultatene ble lagt til grunn ved beregningen av støttemidler, ville fordelingen av penger kunne blitt ganske annerledes.

Fig 4: Tabell fra ENOVA årsrapport 2016
Fig 4: Tabell fra ENOVA årsrapport 2016 Faksimile: Enova

Oppsummering

En hovedårsak til dagens gigantiske sløsing med energi, er mangel på basiskunnskap om energi

Dagens energistatistikk, energibalanser -og regnskap, teller kun brutto energi og viser ikke om energiutnyttelsen er god eller dårlig

Det er behov for en langt bedre virkelighetsforståelse av hvordan energi kan og bør utnyttes, både innenfor energiselskap, blant energibyråkrater, politikere, miljøvernere og andre.

Kommentarer (33)

Kommentarer (33)