Innovationer för hållbara energisystem

LARS J. NILSSON - MILJÖ-OCH ENERGISYSTEM, LTH, LUNDS UNIVERSITET

Varför teknik-och innovationspolitik?

IPCC SPM.4 Mitigation pathways and measures

in the context of sustainable development

IPCC SPM.4 Utsläppsbanor och åtgärder

Scenarios reaching atmospheric concentration levels of about

450 ppm CO2eq by 2100 […] include substantial cuts in

anthropogenic GHG emissions by mid‐century […] Scenarios

reaching these concentrations by 2100 are characterized by lower

global GHG emissions in 2050 than in 2010, 40% to 70% lower

globally, and emissions levels near zero GtCO2eq or below in 2100.

In scenarios reaching 500 ppm CO2eq by 2100, 2050 emissions

levels are 25% to 55% lower than in 2010 globally. […] scenarios

reaching 450 ppm CO2eq are also characterized by more rapid

improvements of energy efficiency, a tripling to nearly a quadrupling

of the share of zero‐ and low‐carbon energy supply from renewables,

nuclear energy and fossil energy with carbon dioxide capture

and storage (CCS), or bioenergy with CCS (BECCS) by the year

2050...

Scenarier för hållbar energiförsörjning

IEA-ETP, Google, WWF/Ecofys, EU-KOM

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Fin

al energy (

EJ/a)

Nuclear

Coal

Natural gas

Oil

Bio: AlgaeBio: Crops

Bio: Comp.Fellings*

Bio: Traditional

Bio: Resid.&Waste

Hydropower

Geo: Heat

Geo: Electricity

Solar thermal

Conc. solar: Heat

Conc. solar: PowerPhotovoltaic solar

Wave & Tidal

Wind: Off-shore

Wind: On-shoreSource: Ecofys

Några viktiga aspekter på energiframtiden

• Mycket och snabb energieffektivisering i alla sektorer

• Energieffektiv bebyggelse, lokal förnybar energi, viss

elektrifiering, nya moln?

• Transporter: biodrivmedel, elektrifiering och elektrobränslen

• Basindustrin: elektrifiering, elektrobränslen och/eller CCS

• Variabel förnybar elproduktion för transmission och distribution i

stora (super) och smarta (flexibel efterfrågan) nät

• Ökad integration mellan tillförselsystem (elförsörjning,

uppvärmning/fjärrvärme, drivmedel för transporter) och med

användarsidan

• Sociala normer, konsumtion och beteende

Några tankar om innovation,

och om energi och innovationer

• En helhetlig innovationspolitik (push och pull, och integrerad

över politikområden)

• Förståelse av komplexitet rörande teknik, system, sammanhang,

logiker, förändringsprocesser, marknader, aktörer,

användarbehov, sociala normer, timing, etc.

• Långsiktighet och ”basics” (PV, LED, ICT, m m springer ur

grundläggande halvledarforskning)

• För mycket fokus på komponenter och materiella (export-)

produkter vs. system och värdeskapande immateriella delar

• Det går att välja vinnare

• Det är problematiskt med etablerade spelare

– Kan blockera, agera kortsiktigt, andra/nya aktörer kan vara

bättre, men ibland måste de med

En helhetlig innovationspolitik

• Skapa efterfrågan har visat sig viktigt på flera områden (förbud,

offentlig upphandling, konsumentkrav, etc.)

– Klorfritt papper (tyska konsumenter), SNF-BMV

– Uppgradering av biogas (Kristianstad kommun)

– BELOK (fastighetsägare)

• Nischer och experimenterande är viktigt (men räcker inte)

– Förbud mot kommunala särkrav utöver BBR!?

Multiple (jurisdictional) levels

Policy

DomainsIncluding flanking

policies to handle

unintended side

effects

International (UNFCC, WTO, WB, Treaties, etc)

Local/municipal planning and ordinances

National R

ES-polic

y

CDM

EU and Federal policies

Regional (e.g., Bundesländer) policy

Fiscal policy

Agricultu

re

Building re

gs

Education

Infrastru

cture

Industrial p

olicy

Jurisdictions in different policy domains may be at different levels (tax is typically

national and permits/planning is local). An important flanking policy is for handling

unsustainable land/biomass-use.

IPCC SPM.4.2 Sektorsbeskrivningarna framhåller

samspel med andra nyttor, mål och politikområden

En praktikers tankar kring policy

DG-Energy official, 2011:

PS an interesting question is the extent to which the different

approaches are in competition, complementary or simply

additional to each other. Does the promotion of fuel efficient or

electric cars undermine efforts to get people to walk, cycling or

use public transport? Debates seem to be carried out in terms of

competition between policies, while my sense from a policy

perspective is that the problems are so difficult and our

knowledge about 'what works' so limited that it makes sense to

try to implement several different solutions simultaneously.

California electricity crisis

Started as IEA One-Watt Initiative in 1999, promoted by Alan Meier at LBL

Förståelse för komplexitet och sammanhang

• Bredare sammanhang, allt spelar roll:

– HVDC och mobiltelefoni (geografi)

– Bredbandsutbyggnad och nya branscher

– Svensk sjukvård och läkemedelsindustri,

tandvårdsförsäkring och implantat

– Arbetsmiljökrav: TCO-märkning, vattenbaserade lacker/färg

• Hur sker och drivs teknikutvecklingen i andra sektorer (t ex Li-

jon batterier och kraftelektronik) eller är vi ensamma i

energisektorn (t ex CCS)?

• Ledtider för lampor kontra masugnar

• Marknader/aktörer för solceller kontra bioraffinaderier

Långsiktighet och grundforskning

• Grundläggande forskning och grundläggande ämnen såsom

matematik, kemi, fysik, reglerteknik, statistik, m m är fortfarande

viktigt

• Den första transistorn 1948 (Bell Labs), starten för Silicon

Valley, IBM bildas 1968, (ett av) världens största företag 1988

• FoU idag lägger grunden för åtgärder och investeringar 2030

och 2040 (vad behöver vi då?)

Att välja vinnare

• Inom energi finns ett begränsat antal primära energikällor, ett

begränsat antal energibärare och fysikens lagar.

• Exemplet värmepumpar

– Vattenfalls solprojekt (197?) valde mark/bergvärme som en

vinnare (sen tog det 20-25 år)

• Exemplet solvärme för oljeersättning

• Specifika hinder kräver specifika beslut eller riktade styrmedel

• Politik är inte teknikneutral (men kan vara blind för teknik)

Det teknikneutrala elcertifikatsystemet

Solar

Wind

Hydro

Peat

Biomass

Germany’s RE-electricity

Komponenter och system,

(im)materiella värden?

• Solceller i Tyskland

• Vinkraftverk (Svenska tillverkare?)

• Belysning (Lampor eller system)?

• Mobiltelefoner i globala värdekedjor

Källa: Yrkkö och Rouvinen, 2013

Etablerade spelare

• Energieffektiviseringstjänster

• Vindkraft

• Smarta nät?

• Bioekonomin?

• Innovationsagendor?

• Fjärrsyn? Vindforsk? CERBOF?

Olika syn på statens roll och styrning

Source: Kronsell, Hildingsson och Khan, 2012

• Ett synsätt: Staten skall endast lägga sig i om det finns ett marknadsmisslyckande (t ex miljökostnad, för lite FoU eller information) för att korrigera och förbättra marknaden så att den blir mer effektiv.

– Generella marknadsbaserade och teknikneutrala styrmedel för CO2 är effektivast

• Ett annat synsätt: Staten har en viktig roll i att styra och driva en övergång till hållbara energi- och transportsystem och för långsiktig omställning av samhället.

– Det behövs multi-mål, sekventiella och långsiktiga policystrategier för hållbara städer, transporter, etc.

Lite om läget enligt IPCC WGIII SPM

Tack

Governance approaches

Provide clear and stable direction

• Develop long term innovation and industrial development policies

aimed at preparing for deep emission reductions post 2020 and

2030. Selected areas can be targeted, winners picked.

• Explore and develop mechanisms for greater transparency,

participation and monitoring of policy in a transition context.

• Reconsider whether existing administrative structures, organisations

and jurisdictions in government are well suited to govern the

transition. Mechanisms for coordination between levels, sectors and

different policy domains. Scenarios as mechanisms for learning and

strategizing about policy, as well as for policy integration?

• Create new pathways and long term lock-in situations that are

consistent with low carbon transitions. Stable investment conditions.

Some countries consider climate legislation.

Technology, institutions, and multiple goals:

a need for broad transition strategies

• New/better transport fuels and vehicles through technology,

innovation and deployment policies

• Changes in travel patterns, choice of travel mode, acceptance

for e-mobility, distance work

• Policy packages to ”nudge” towards more sustainable patterns

(taxes, congestion charges, parking fees…)

• Planning approaches e.g., integrated planning, economic

evaluation tools, ”four step” principle (demand, efficiency, minor

and major investment)

• Policy paradigms e.g., accessibility instead of mobility, and

consideration long term goals

• Visions and missions: from Road Administration that builds

roads to Transport Administration that builds society

2020 targets OK but then?

Specific challenges:

• Bioenergy and land-use governance

• The power system: Nordic power island, exporter or

green battery?

– Integration, new production and T&D planning and

investment, data centres, grid codes, storage technologies,

hydro goal conflicts, etc…

• Transport sector

– Technical fix versus travel patterns, biofuels, electrofuels

(power-to-gas or liquids), high mitigation costs

• Basic industries in the green power island?

– Electrification and flexible demand, but no zero-vision,

unexplored, and international competition, leakage

Elektrobränslen, Power-to-Gas

Source: Graves et al, 2011

The transition in Swedish space heating

0

10

20

30

40

50

60

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Dis

tric

t h

ea

tin

g p

rod

uctio

n (

TW

h)

OilNatural gas, incl. LPGCoalElectric boilersHeat pumpsIndustrial waste heatPeatMSWOther biomass fuelsTall oilWood fuels