A multi-sector framework for accelerating renewable energy deployment in power, transport and industry

Tid: Må 2020-06-08 kl 13.30

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_73LDRd7wTluzgWYizxWIJA, http://Vid fysisk närvaro eller Du som saknar dator/ datorvana kan kontakta service@itm.kth.se (English), Stockholm (English)

Ämnesområde: Energiteknik

Respondent: Emanuele Taibi , Energisystemanalys, dESA-ITM

Opponent: Associate Professor Laurens de Vries, TU Delft

Handledare: Associate Professor Francesco Fuso-Nerini, Energisystemanalys

Abstract

Klimatförändringar är den avgörande frågan i vår tid (FN, 2018). Förnybar energi i kombination med energieffektivitet kan vara den mest effektiva lösningen för att hantera energirelaterade växthusgasutsläpp. Detta arbete täcker globala, regionala och nationella strategier för att påskynda utplaceringen av förnybar energi inom kraft, transport och industri, med hjälp av olika metoder för att möta sektoriella utmaningar och redogöra för sektorsspecifika egenskaper. Dessa sektorer representerade tillsammans 85% av energirelaterade utsläpp 2016 (IRENA, 2019a).

Avhandlingen är strukturerad kring fyra fokusområden. Foci 1-3 undersöker nyckelkomponenterna i en energitransformeringspussel som ser ut som nyckelsektorer där förnybar energi kan integreras: industri, transport och kraft. Det fjärde fokusområdet informeras av de andra tre och ger viktiga insikter för nödvändig institutionell inställning och förändringar för övergången till förnybar energi för att leka ut.

Fokus 1: Avkarboniseringsindustri

Industrin behöver en kombination av el och värme, därför förutom avgasning av elektricitet är det också nödvändigt att avkarbonisera värme: beroende på temperaturnivåer kan en kombination av solvärme, värmepumpar och mest framstående bioenergi hjälpa till att avkolla processvärme. I den här avhandlingen fokuserar jag på ofta förbisett roll för förnybar energi i processvärmeproduktion. Analysen som presenteras här är global och omfattar alla tillverkningssektorer och bedömer potentialen för biomassa, liksom solvärmepumpar och värmepumpar, för att tillhandahålla den nödvändiga processvärmen för industrin. Detta i kombination med ökad elektrifiering och produktion av väte från förnybara kraftkartor vägen när det gäller avkolning av industrin på global nivå. Resultaten visar att förnybara energikällor kan ersätta 50% av fossil bränsleförbrukning för industrin. Utöver detta kan avkolning av elförsörjningen indirekt avkolla industrin, särskilt om industriell energibehov ytterligare elektrifieras.

Fokus 2: Avkolningstransport

Inom transportsektorn kan vi ersätta petroleumsbränslen med förnybara bränslen. Hittills har detta främst uppnåtts med biobränslen. I framtiden kan förnybarbaserat väte och dess derivat också vara en betydande källa för koldioxidneutrala bränslen. Slutligen bevittnar vi ökningen av batterielektriska fordon, som kan utnyttjas för att ge kraftsystemet flexibilitet och integrera mer sol och vind, vilket skapar en dygdig cykel med fler förnybara energikällor i kraft och i en gång. Analysen som presenteras i denna avhandling täcker både den strukturella utvecklingen av fordonssektorn i Europa och hur övergången från bensin till diesel i personbilar skulle påverka efterfrågan på biodiesel i motsats till etanol och påverkan av batterielektriska fordon (EVs) på kraftsystemet. I synnerhet tittar denna analys på hur EV: er kan utnyttjas för att underlätta integrationen av stora andelar av sol och vind i kraftsystem, med en tillämpning på en liten ö-utvecklingsstat (SIDS) som lovar att gå 100% förnybar energi till 2030, Barbados. Sektoriella interaktioner, liksom effekterna av elfordon på kraftsektorn, är också avgörande för att bestämma en smidig, samordnad övergång av energisektorn bort från fossila bränslen, vilket ytterligare förbättrar energitjänsternas överkomliga priser och tillförlitlighet.

Fokus 3: Omvandla kraftsektorn genom snabb användning av sol och vind

Eftersom kraftsektorn är en grundläggande drivkraft för energiomgången, hanterar denna doktorsexamen några av de utmaningar som användningen av sol och vind som huvudkällor för avkarbonisering av kraftsektorn har. Denna doktorand behandlar metodologiska aspekter på hur man utför de nödvändiga planeringsstudierna för att transformera kraftsystemet med sol- och vindproduktion. Denna metodiska planeringsram tillämpas 1) i kraftproduktionsutbyggnadsplanen för Republiken Cypern, som nyckelbidrag till utvecklingen av Cyperns nationella energikartaplan, 2) till Samoa, Pacific Small Island Developing State (SIDS), hur olika studier kan översätta politiska mål till förnyelsebaserade, pålitliga och prisvärda kraftsystem, och 3) till Karibiska SIDS i Barbados, där kraftsystemanalysen visar hur man kopplar kraftsektorn till transportsektorn för att ge ömsesidiga fördelar från avkolning av båda sektorerna.

Fokus 4: Den institutionella ramen för snabbare distribution av förnybar energi

För att förändringar ska kunna ske, särskilt i den takt och omfattning som krävs för att uppfylla målen i Parisavtalet, krävs den institutionella ramen för energisektorn förändringar. Ökad elektrifiering åtföljd av avkolning av kraftsektorn kräver betydande förändringar av hur el anskaffas, regleras, handlas och finansieras. I vissa regioner bör politik och marknader anpassas eller omformas, i andra regioner kan frånvaron av marknader till en början vara en utmaning men kan förvandlas till en möjlighet till en enklare och snabbare övergång. Institutionella ramar är mycket specifika för varje land eller i bästa fall region och är svåra att överföra från ett sammanhang till ett annat; de är emellertid ofta det största hindret för en acceleration i distributionen av förnybar energi.

Utöver kraftsektorn är industrin en sektor där förändringar är svåra att uppnå snabbt, eftersom stora investeringar som redan finns och globala konkurrenskraft för produkter och tjänster gör övergångar särskilt svåra.

För förnybara energikällor inom transport har biobränslen ett prejudikat, eftersom de i många regioner och länder utgör en viktig förnybar energiresurs för avkolning av transport. För att gå vidare, särskilt för globala sektorer som sjöfart och luftfart, krävs ett bredare ramverk för att införa koldioxidneutrala bränslen i skala.

Sammantaget är målet med den här avhandlingen att ge beslutsfattare en uppsättning verktyg och exempel som kan stödja utvecklingen av effektiv politik och planer för avkolning av energisystemet, minskat på global, regional och nationell nivå och spänner över transport, industri och kraftsektorn.​

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273301