Kerroin aikaisemmin kokevani, että jaan monessa asiassa ympäristöjärjestöjen ja Vihreiden arvot, vaikka en aina allekirjoitakaan keinoja joita niiden siivellä ja usein niiden kanssa ristiriidassa ajetaan. Sitten on toki niitäkin toimijoita joiden kanssa sukset taitavat mennä pahemmin ristiin. Tässä markkinointivideo jota luulin ensin parodiaksi, mutta kyllä siinä taidetaan olla tosissaan. Videossa möreä-ääninen mies kertoo onnellisena 3D tulostetuista puun näköisistä (kun laittaa silmät riittävän ristiin) biokomposiiteista joihin kiinnitellään orgaanisia aurinkokennoja.

Tämä on kuulemma valtava innovaatio (“momentous innovation”) ja meidän tulisi nyt kuvitella kuinka näitä olisi kokonainen metsä. Kun kuvittelen, epäilen ettei Dante tiennyt helvetistä mitään. Siis ensin hakataan metsä nurin niin, että voimme tehdä biokomposiitteja (3D tulostusta unohtamatta!) ja sitten tehdään niistä metsä. Tämä on nerokasta, koska nythän sille oli tyhjä paikkakin valmiina. Sitten tähän metsään ripotellaan aurinkokennoja jotka ovat orientoituneet miten sattuu mikä takaa erityisen tehottoman tuotannon. Tehottomuus on toisissa piireissä hölmöä, mutta näissä piireissä se on koko idean “juju”. Eittämättä hökötys kestäisi myös talvimyrskyjä leikiten. Toivottavasti joku ihmistieteilijä on ollut tarkkana niin, että ymmärtää tehdä tästä genrestä hauskan tutkimuksen.

Sitten UPM (suomalaista Cleantechiä) on markkinoinut omaa biopolttoainettaan esimerkiksi oheisella kuvalla. Toisille tulee tuosta ilmeisesti höpöolo, koska tuskin mainoksen tekijät olisivat siitä muuten tehneet. Minä alan voimaan pahoin sitä katsellessani.

 

Tuotetta myyvässä ST1 Oy:ssä ei sitä vastoin voida pahoin.  Siellä metsän prosessoimista auton tankkiin pidetään siirtymänä kohti parempaa huomista. ST1:stä kerrotaan kuinka “Maapallon energiantarve kasvaa jatkuvasti. Energian käytön kasvattaminen ei onnistu fossiilisilla polttoaineilla, vaan edessä on siirtyminen bioenergiaan. Me olemme siinä mukana jo nyt teoilla emmekä pelkillä puheilla.” Hmmm…miksiköhän ihmiskunta on teollistumisen myötä siirtynyt pois bioenergiasta? Voisikohan sillä olla jotain tekemistä rajallisten resurssien kanssa? On triviaali aritmeettinen tosiasia, ettei St1 tule koskaan korvaamaan öljyn myynnin volyymiään biopolttoaineilla. Voisiko joku ottaa näiltä ihmisiltä tulitikut pois?

Eittämättä St1 jatkaa öljyn myymistä (tai siis “CO2-aware energy”) niin kuin ennenkin, koska tärkeintä on “visio” eikä se mitä oikeasti tehdään. Lisätään vain öljyn sekaan tippa bioa (uusiutuvien osuus heidän myynnistään on prosentin luokkaa) ja nautitaan hurskaasti (näkyvin mainoksin) uudelleen löydetystä eettisyydestä. Sen siivellä voidaan varmasti myydä lisää öljyä.

Epäilen, että nämä esimerkit viestivät asenteesta, jossa huolta ympäristöstä käytetään välineenä löytää uusia liiketoimintamahdollisuuksia ilman, että itse peruspointtia olisi sisäistetty. Hiukan samanlaista toimintaa kuin huuhaalääkkeiden myyminen ihmisten terveyshuolen siivellä. Greenpeacen kunniaksi on mainittava, että hekään eivät vaikuta innostuneelta UPM:n markkinointirynnistyksestä.

Törmäsin FinSolarin esitykseen aurinkosähkön mahdollisuuksista Suomessa. He jakavat myös hienosti kustannusten arviointiin Excel-tiedostoa, joka laskee sijoituksen “kumulatiivisen nykyarvon”. Heidän tehtävänään on toki markkinoida omaa vaihtoehtoaan joten ei ole yllättävää, että he eivät esitä kysymystä voisiko nykyarvo kenties olla korkeampi, jos sijoitammekin rahat johonkin muuhun vaihtoehtoon. Excel-tiedoston pohjalta on tietenkin helppoa tehdä sama lasku samoin periaattein myös ydinvoimalle. Meidän täytyy vain vaihtaa kapasiteetin vuosituotanto, elinikä sekä pääomakustannukset. Tiedosto ei ota huomioon käyttökustannuksia, mutta koska ne ovat alhaisia sekä aurinko- että ydinvoimalla vertailuun tällä ei ole suurta merkitystä.

Tässä siis minun FinSolarin tiedoston pohjalta täydentämäni taulukko, jossa vertaan aurinkosähkön ja ydinvoiman “kumulatiivista nykyarvoa”. Yhteenvetona esitän kaksi kuvaajaa tuloksista. Ensimmäisessä sähkönhinta nousee 2% vuodessa ja jälkimmäisessä hinta pysyy vakiona. Pikaisella katsomisella vaikuttaa melko selvältä kumpi vaihtoehto on kannattavampi.

FinSolar_Aurinko_vs_ydinvoima

Kumulatiivinen nykyarvo suhteessa pääomakustannuksiin nollakorolla. Oletin aurinkosähkölle pääomakustannuksen 1500€/kW ja ydinvoimalle 4000-5600 €/kW.

FinSolar_Aurinko_vs_ydinvoima_NoPriceIncrease

Kumulatiivinen nykyarvo suhteessa pääomakustannuksiin nollakorolla ja ilman sähkönhinnan vuosittaista 2% nousutahtia. Oletin samat pääomakustannukset kuin edellisessä kuvassa.

Täydennetään aikaisempaa bioenergia kuvaa vielä Kokoomuksen ja demareiden osalta. Demarien palkki puuttuu, koska he eivät anna ympäripyöreiden lauseiden tueksi lukuja. En ainakaan vielä ole sellaisia löytänyt. Kokoomus antaa tarkempia lukuja, mutta vain sähköntuotantoon. Siellä heidän ajatuksenaan on lisätä bioenergiaa 6.3TWh joka voisi tarkoittaa noin 9 miljoonaa kuutiota puuta. (Erikoisesti he eivät muuten edes mainitse kivihiiltä vuoden 2013 sähköntuotantopaletissaan.)

y-akselilla miljoonaa kuutiota

y-akselilla miljoonaa kuutiota

Vihreät ovat olleet vahvasti (yli)edustettuina omassa energiapoliittisen hölmöilyn kommentaarissani. Tämä ei ole siksi, että muut puolueet olisivat yleensä juuri viisaampia vaan siksi, koska mielestäni jaan Vihreiden arvot monessa asiassa ja siksi virheellinen ja huolimaton analyysi yhdistettynä itsepäisen asiantuntemattomaan perstuntumaan harmittaa erityisen paljon. He ovat minulle ympäristökysymyksissä samaan tapaan ärsyttäviä kuin uskovaiset, jotka puhuvat etiikasta ja moraalista kuvitellen omaavansa niistä jotain erityistä kompetenssia. Etiikka ja moraali ovat minustakin tärkeitä teemoja ja siksi niiden käyttäminen fundamentalistiseen sekoiluun tuntuu erityisen raivostuttavalta.

Aikaisemmin huomautin siitä kuinka yhden jos toisen energia- ja ilmastosuunnitelmat nojaavat huolestuttavan vahvasti bioenergiaan, jonka ilmastovaikutukset (kuten myös ekologiset) on pääosin sivuutettu. Alla vielä päivitetty kuva siitä mitä Keskusta puolue tästä suunnittelee.  Ei ole lienee yllättävää, että he pääsevät kajahtaneisuudessaan selkeälle kärkisijalle. Tuosta kuvaajasta vielä kaiken lisäksi puuttuu arvio heidän biokaasusuunnitelmistaan. Lisäksi he haaveilevat metsäteollisuuden volyymin laajentumisesta myös bioenergiaskenen ulkopuolella. Tämä on tietenkin täysin  loogista. Keskusta kannattaa kaikkea, mikä talikoi rahaa maanviljelijöille. Muut tavoitteet saavat mukautua tähän primääritavoitteeseen. Tässä mielessä pidän Keskustan kantaa vähemmän raivostuttavana kuin Vihreiden. Ainakin se on jossain määrin älyllisesti konsistentti.

y-akselilla miljoonaa kuutiota puuta.

y-akselilla miljoonaa kuutiota puuta.


Lisäys 17.4.2015: Oli pakko…
Mission accomplished

Mission accomplished #energiaremontti2015


I found an article by Krausmann et al. on how human appropriation of primary production has evolved in the past 100 years or so. Human appropriation of net primary productivity (HANPP) has about doubled since early 1900 so that in 2005 humanity appropriated about 25% of all primary production on the continents. This has been one of the main causes of the ongoing wave of extinctions.

The article also showed some positive trends. Even though HANPP has doubled the population has actually grown by a factor of about 4. This means than HANPP per capita today is much lower than it was a century ago. This reduction has been possible thanks to improvements in land use efficiency (mainly due to modern agriculture). Today we produce much more food per unit of area than we used to. This positive development has nevertheless not been enough to reduce the total footprint of humanity.

Authors conclude with some possible extrapolations into the future. Earlier I wrote about my adventures among the IPCC mitigation scenarios (see also this). I focused on the way modellers dealt with nuclear power, but I was also tempted to highlight the crazy assumptions on bioenergy (with carbon capture) that many modellers made. Kraussmann et al. noted the same in their paper. Many mitigation scenarios casually imagine bioenergy use of around 300EJ/year (some assume much more. GCAM up to 862 EJ!).  Figure 4 from the paper sketches what this implies for human impact on the biosphere. It would mean another doubling in HANPP and in a much shorter period of time.If you thought human have been causing serious environmental damage during the past century just wait what is going to happen in this one if we follow modellers fantasies!

Finally humanity came up with a climate policy that has real impact.

I have tried to find some serious discussions on the ecological impacts these models imply, but to no avail. Can somebody help me with this or is it really true that there is none? It seems that if primary productivity (tons of biomass or whatever) is assumed to be same before and after human meddling, modellers call meddling sustainable. There seems to be no discussion on biodiversity impacts, extinctions, erosion etc. etc. For that matter there seems to be very little discussion on impacts for food production either.

Maybe I am missing something, but ambitious IPCC mitigation scenarios assume a carbon price that rises to the level of 1000$/tCO2 (or much more) by the end of the century. If a hectare of land ties down let us say 5 tons of carbon per year, the revenue from CO2  capture schemes could be almost 20000$/year. If the same hectare produced 7 tons of wheat at about 250$/ton, revenue would be about 2000$/year… an order of magnitude less. Wouldn’t this create a very strong incentive for farmers to move from food production to BECCS (bioenergy with carbon capture and storage) game? Since the food is nevertheless needed, its price must start tracking the carbon price and increase massively during this century. I have a nasty feeling that modellers haven’t thought this through.

450ppm really is possible!

It is a cause for concern when modellers feel it safer and easier to build these kinds of scenarios rather than inform people that (thanks to colossal policy failures) 2 degree target is essentially unfeasible. It is about time modellers stop providing fig leaves for the policy makers.

“The beginning of all wisdom is acknowledgement of facts.”: Juho Kusti Paasikivi, the 7th president of Finland after Finland had lost a war against Soviet Union.

Helsingissä on suunnitelmien mukaisesti kaadettu joitain puita Töölönlahden reunoilta. Tämä luonnon tuhoaminen on herättänyt närkästystä. Kuvien perusteella puuta oli hakattu ehkä noin kymmenen kuution edestä… ehkä vähän enemmän. Suuri osa näistä kauhistelevista on samoja ihmisiä, jotka vaativat HELENiä rakentamaan Vuosaareen pelkästään biomassaa polttavan voimalaitoksen. Se vaatisi noin 100000 kertaa enemmän puuta vuodessa.

Kuvitellaan nyt metrin korkuinen halkokasa. Ensimmäisessä kuvassa on arvio Töölönlahdelta hakatusta puumäärästä (se punainen piste). Toisessa arvio Vuosaareen haaveillun voimalan joka vuosi tarvitsemasta halkokasasta. Ensimmäinen on traagista ekovandalismia. Jälkimmäistä kutsutaan ekologiseksi, kestäväksi, innovatiiviseksi, moderniksi, vientimarkkinoita avaavaksi yms. Suhteellisuudentajussa on taas lieviä puutteita havaittavissa. Kun kyse on oman kodin tutusta ympäristöstä, puita halutaan suojella. Kun ilmastonmuutoksesta tai uusiutuvista puhutaan abstraktilla tasolla, samat ihmiset voivat olla pahimpia metsien polttajia.

  

 

"Global Trends in Renewable Energy Investment 2015" tästä oma kopiosi.

“Global Trends in Renewable Energy Investment 2015″ tästä oma kopiosi.

YK:n ympäristöohjelma UNEP on ulkoistanut Bloombergille yhden näkyvimpien raporttiensa tekemisen. En oikein tajua miksi tuota pidetään hyvänä ideana, mutta nyt on taas se aika vuodesta, kun tämä uusiutuvan energian hypetys julkaistaan. Raportti on yleensä aina melkein samanlainen. Ainoastaan numeroita päivitetään vastamaan edellisen vuoden tapahtumia, mutta tämän voisi varmasti automatisoida melko helposti. Toivottavasti UNEP ei maksa tästä muulla kuin antamalla Bloomberg New Energy Finance yritykselle osan uskottavuudestaan.

Alla esimerkki huonosti informoivasta graafista. (Tämä huomio ei ole tietenkään mitenkään rajoittunut BNEF:iin. He tekevät samaa kuin liki kaikki muutkin talousuutisia tehtailevat markkinamiehet.)

Hmmm....

Hmmm….

Kivoja ylöspäin suuntautuvia käppyröitä. Ne ovat aina kivoja ja kun ihmismieli on mitä se on, lukijan houkutus ekstrapoloida käppyröiden trendi tulevaisuuteen on suuri. Mutta miksi alkuajankohdat oli valittu noin? Eikö dataa ollut enemmän? Alla Bloombergin sivulta napatut käppyrät pidemmältä ajalta.

Photo 1.4.2015 12.46.48Photo 1.4.2015 12.41.30

Yllättävää kyllä BNEF valitsi alkuajankohdaksi sellaisen hetken, jonka jälkeen oli mahdollista esittää käppyröiden trendi nousevana. Jos he olisivat esittäneet koko datan, lukijalle olisi voinut jäädä erilainen kuva asiasta.

Aprillia! Aprillia! Oikeasti sijoitukset alalle ovat olleet mainioita. Eksponentiaalisen kasvun aikoja on alalla ollut vaikka kuinka monta viimeisten vuosien aikana. Tarkkanäköiset sen jo huomasivatkin, mutta esitetään se nyt vielä epäileville Tuomaillekin.

Photo 1.4.2015 12.46.48 (1)

Luin äskettäin Satu Hassilta, että 40% Suomen sähköstä voitaisiin tuottaa aurinkosähköllä, jos vain käytössä olisi muutama kWh sähkövarastoa kutakin kapasiteetin kilowattia kohden. (Tai siis näin tulkitsen hiukan epäselvää lausetta.) Näitä varastointiratkaisuja taas voi tarjota Hassin mukaan Tesla (30). Tuttuun tapaan vertailu vaihtoehtoihin puuttui (1) joten täydennetään sitä hiukan. Mallinsin Suomen aurinkosähköntuotantoa perustuen Alaskan insolaatioprofiiliin ja kulutusprofiili on napattu Tanskasta. Linkki dataan jolla voi leikkiä on tässä.  Oletin ettei varastoinnissa ole mitään hukkia (optimistista) ja sen määräksi 3kWh/kW. Tätä varastoa sitten ladataan, kun on ylituotantoa ja puretaan muuten.

PV40_Finland

varastoinnista. (Varoitus: huomaa, että tuo linkattu kertomus perustuu artikkeliin, jossa akkujen kustannuksia on kerätty mm. googlaamalla uutisia netistä ja teollisuuden väitteitä. What could go wrong?)

No mitä opimme? Rakentamalla liki 40 GW paneeleita ja varastot voimme todellakin kattaa 38% kulutuksestamme (Kuva 1)! Tässä kohdin on yleistä ilmaista innostumista ja antaa tunnelinäön vahvistua. Katsotaan nyt kuitenkin mitä tuo oikeasti tarkoittaa.

Hyvältä näyttää!

Hyvältä näyttää!

Ensinnäkin maksaisimme paneeleista (siis paneeleista asennettuna) noin 56 miljardia ja 22 miljardia varastoinnista. (Jos unohdamme varaston, osuus jää 26% tasolle koska reilu 10TWh hukataan kirkkaina kesäpäivinä jolloin tuotanto ylittää kysynnän moninkertaisesti.) Lisäksi jäljelle jäävä 62% kulutuksesta näyttää kuvan 2 mukaiselta. Kolossaalinen aurinkosähkön rakentaminen jätti edelleen tarpeen kapasiteetille, joka voi kattaa kaiken kulutuksen. Sitten kukin voi miettiä mikä on se hiiletön energianlähde, joka on taloudellinen tuollaisella tuotantoprofiililla? Vesivoimaa ei ole tarpeeksi ja biomassa ei ole ilmastoneutraalia (eikä sitä ole tarpeeksi). Ydinvoimaa taas ei kannata ajaa tuollaisella profiililla, koska se voi aivan yhtä hyvin olla päällä 24/7.

PV40_Finland_Remaining

Kuva 2: Se osa kulutuksesta jota aurinkosähkö ja varasto eivät kata. Vaadittu teho on sama kuin ilman aurinkosähköä.

No mitä jos päätämmekin kattaa 40% kulutuksestamme ydinvoimalla? Tulos on kuvan 3 mukainen. Pääomakustannukset ovat rajusti alhaisemmat, varastoa ei tarvita ja jäljelle jäävä kulutusprofiili on merkittävästi helpompaa dekarbonisoida. Jos paneeleiden elinikä on 30 vuotta, akkujen 15 vuotta (optimismia) ja ydinvoimalan 60 vuotta, aurinkosähköviritelmä vaatii pääomia noin 3350 miljoonaa/vuosi. Ydinvoimalla 270 miljoonaa/vuosi riittää. Toinen on toista suurempi tekijällä 12. Just sayin. Minusta on käsittämätöntä, että näin triviaalia asiaa tarvitsee edes erikseen sanoa yhä uudelleen ja uudelleen ja uudelleen…Huokaus.

Nuclear40_Finland

Kuva 3: Tuotetaankin 40% ydinvoimalla. Varastoja ei tarvita. (Oletin 4000 €/kW pääomakustannukset). Alla jäljelle jäävä osa kulutuksesta, joka pitäisi vielä putsata. Vaadittu teho on pienentynyt noin 4 GW eli saman verran kuin ydinvoimaa rakennettiin.

P.S. Voimme muuten hullutella kuvittelemalla, että katamme 100% kulutuksestamme aurinkosähköllä. Tarvitsisimme 28TWh varastoja siirtämään kesäajan tuotantoa talveksi. Tesla lähettäisi meille tästä laskun joka olisi noin 30 kertaa bruttokansantuotteemme suuruinen.

Lisätty 15.4.2015: Unohdin mainita, että voimme toki leikkiä samalla tavalla, että rakennamme ydinvoimaloita tuottamaan kaiken kulutuksemme ja varastoimaan ylijäämätuotannon korkean kulutuksen hetkiä varten. Kuinka paljon varastoa tarvitsisimme? Aurinkosähköllä arvio oli 28 TWh ja osoittautuu, että ydinvoimalla 1.8TWh riittää. Kustannukset olisivat siis varastojen osalta alle kymmenesosa. Tämä on edelleen hullua ja on halvempaa rakentaa kapasiteettia kattamaan myös huippukulutus. Ydinvoimalla sen voi tehdä eikä varastointi ole pakollista.

On näköjään taas se päivä vuodesta jolloin WWF yllyttää sinua sammuttamaan sähkövaloja ja korvaamaan ne merkittävästi enemmän päästöjä aiheuttavilla kynttilöillä (lisää murinaa täällä). Tämä ilmeisesti auttaa jotenkin ilmaston muutoksen torjumisessa. Tässä parempi tapa. Tuijota vaikka tunti tätä gif-videota kynttilöiden tupruttelun sijaan .

Loppuun vielä kissavideo, joka toivottavasti auttaa pitämään sinut kiireisenä tuon infernaalisen tunnin ajan.

 

In its latest assessment report IPCC concluded that in order to get climate change under control world needs massive expansion of nuclear power, renewables, energy efficiency, and CCS. I am a numbers guy and therefore I was delighted when I found a useful database for many of the mitigation scenarios IPCC relied on in its latest report. There is a database for the scenarios and additional information and assumptions used on many scenarios can be found in another database. I found this very interesting since articles reporting on the scenarios often explain the underlying assumptions of the models poorly. I will focus now on how the modellers approached nuclear power. I didn’t have the patience to go through all scenarios and I focused on those with 450ppm CO2 target that contained all technologies optimally (allegedly). I found that quite a few modellers dealt with nuclear power in a way that left me wondering if their modelling is simply poorly disguised ideological propaganda.

Some main approaches used to influence how well nuclear power does in the models relative to variable renewables (wind and solar):

  1. In many models nuclear capacity increases massively. Hundreds and hundreds of reactors are constructed, but amazingly nobody learns anything! Capital costs for nuclear power are typically kept almost constant throughout the decarbonization pathways. On the other hand learning effects and technological evolution are assumed for other energy sources. For wind and solar power these are often assumed to be very dramatic and there are learning effects even for fossil fuels. So this tough love only seems to apply to nuclear power.
  2. Many models assume large cost reductions for wind and solar. In the end, this is not much more than a wishful guess.
  3. Some models assume anomalously large capacity factors for wind and solar. See for example, “Message Ampere2-450-FullTech-OPT” scenario. Capacity factors for wind are almost 40% while for solar power they use about 25-31% over the course of the century. Since real figures are more like half of the assumed figures, the model drastically underestimates the costs for wind and solar. (IMACLIM scenarios seem to do the same)
  4.  Some models (IMACLIM in particular) assume very low capacity factor for nuclear.  “IMACLIM Ampere2-450-FullTech-OPT” has a nuclear capacity factor of just 45% in 2100 while for wind and solar they have 36% and 38% respectively! This doesn’t just roughly double the cost of nuclear in these models, but also underestimates the costs for wind and solar.
  5. Some models (REMIND and MERGE-ETL) postulate a world running out of uranium together with no technology development for nuclear. This “peak uranium” then limits the role nuclear power plays in decarbonization.

GlovesOn

Figure 1: Nuclear power in Remind Ampere2-450-FullTech-OPT scenario. Massive increase and then…

Let me discuss the sillyness of the last trick in more detail. Figure 1 shows what REMIND scenario got for nuclear power when all technologies were used “optimally”.  So massive increase in nuclear power until middle of the century and then rapid decline. Decline is caused by uranium supplies running out as soon as light water reactors with once-through fuel cycle have used 23 million tons of uranium. This is very strange for several reasons.

First, this number doesn’t seem to bear any clear connection to known uranium resources which are about third of this figure. Modellers probably felt that using known resources as an upper limit would have been too stupid to pass the laugh test.

Second, mineral resources have a habit of increasing together with demand since increasing demand stimulates increasing investment in exploration and technology development.  In the past one hundred years copper production has increased by an order of magnitude. All this time world has been “running out” of copper in about 40 years. Uranium is not especially rare element and there is no reason to believe we are running out of it anymore than we have for other metals such as tin which has about the same crustal abundance.

Third, from where does the assumption of no technology development come from? Wasn’t this supposed to be a scenario where all technologies are allowed? For nuclear power technologies that that improve the fuel efficiency by about two orders of magnitude are already known.

Fourth, why is there resource constraint only for nuclear power? The resource constraints are more severe for wind and solar power (and for bioenergy). In Figure 2 I show an image I picked up from a european study on critical metals for energy technologies. The elements with greatest supply risks are used in the construction of wind and solar power. (By the way, the only nuclear related element on the list is the low risk hafnium for control rods.) Figure 3 I picked up from a fairly recent Alonso et al. paper. Authors estimated that dysprosium (used in magnets) demand in renewables heavy mitigation scenarios is expected to be a whopping 2600% higher than projected supply already in 2035!

JRC_Bottlenecks

Figure 2: Critical metals for European “strategic energy technologies” according to European commission Joint research centre study.

Figure 3: Expected demand and supply for Dysprosium according to Alonso et al.

Figure 3: Expected demand and supply for dysprosium according to Alonso et al. (2012).

What would happen if we were to apply modellers approach for renewables? Let us just take silver as an example. Silver reserves are estimated at about 530000 tons. Let us assume that “real” resource is 4 times this (remember uranium resource was set at 3 times the known reserves) and that half of this can be used for photovoltaics. There are after all other uses for silver as well. Since 1GW of solar power requires about 80 tons of silver, this means that at maximum we can have about 13TW of solar capacity as opposed to almost 90TW cumulative capacity REMIND modellers extrapolated. Instead of being the largest contributor to the primary energy supply its contribution would fall into 5-10% range. The amount of silver required to construct the solar power in REMIND FullTech scenario is about 13 times larger than the estimated global silver reserves. Now can there be ways around these constraints? Probably there are and maybe we could use less silver, but using substitutes might imply higher costs and worse performance and furthermore, if one was not permitted to use already demonstrated technologies for nuclear power why should imaginary advances be permitted for other alternatives?

What might we get if we remove this silly constraint from the model? Obviously I cannot repeat the exercise with the tools I have available, but we can get a rough estimate. Lets take the growth rate (4.8%) for nuclear power REMIND modellers established between 2020-2050 and just let it grow with the same rate until the end of the century. This is not extraordinary in the context of this model since for wind+solar the growth rate through the century was 7.6% even though capital costs are such the nuclear power seems to have a lower levelized cost of energy (5% discount) throughout the decarbonization pathway. I show the result in Figure 4. Nuclear power would end up dominating the energy supply.

I have a feeling that resource constraint was introduced specifically for this reason. Modellers first did their calculations without the constraint and ended up with a result that they found distasteful. They did not want to go on record with the scenario that might “rock the boat” or give people funny ideas. By introducing the resource limitation for nuclear power they could clip its wings and keep it supposedly as an option while limiting its role to the margin. In fact that strange 23 mton uranium resource limit seems to suggest that over the century LWR:s cannot produce more than maybe around 5% of the primary energy. I suspect that modellers worked backwards and set the resource limitation based on the maximum share of the energy supply they were ready to grant for nuclear power. Not cool.

Figure 4: There, I fixed it!

Figure 4: There, I fixed it!

Then there is PRIMES…sigh. This is a model I encountered few years ago as I was reading EU:s 2050 energy strategy. I remember glancing at the referee report and being troubled by the brief remark on page 6. Referee had asked about rather optimistic cost assumptions to which response was that if capital costs for wind are set higher then the future learning curve can be steeper. To me this suggested that modellers were perhaps fitting model to the fantasy. In the AMPERE database PRIMES scenarios for EU are also included. I was naturally most interested in the Ampere5-Decarb-AllOptions scenario which according to authors is a scenario “with all technological decarbonisation options available and used according to cost optimality; this scenario provides the least cost decarbonisation pathway for the EU.” Sounds interesting! However, as you look at the actual results you notice something weird. The capital costs assumed are such that nuclear (again) has the lowest LCOE throughout the decarbonization pathway. Despite this modellers claim that nuclear generation in EU will decline by 20% by 2050. How is this even possible?

Then I noticed a strange footnote on page 15: “PRIMES assumes that nuclear development has been significantly affected in the aftermath of the nuclear accident in Fukushima in March 2011. Both PRIMES and TIMES-PanEu impose national constraints regarding nuclear, such as countries’ decisions not to use nuclear power at all…” Please tell me that I am reading this wrong. They didn’t just exclude nuclear power from large parts of EU in their “all options” scenario for political reasons and then sell it as the cost optimal one?

I have now outlined several ways in which scenario modellers seem to suppress nuclear power from their reference scenarios where all options and technologies are supposedly on the table. This has also consequences for the other scenarios and comparisons between them. Since modellers suppressed nuclear power already in “the tech neutral” scenarios adding additional anti-nuclear policy, can be presented as not really having major cost consequences.

Figure 2: The box on the left has nuclear power in it and the box on the right had it removed. Amazingly it looks almost the same as the other empty box!

Figure 2: The empty box on the left has nuclear power in it and the box on the right had it removed. Amazingly it looks almost the same as the other empty box!

Since I am a bad boy I will conclude with some rough estimates on what would it take to replace (gasp!) solar and wind power at the end of the model scenarios with nuclear power that generates the same amount of electricity. I simply estimate the required nuclear capacity (90% CF) and use modellers assumptions about capital costs. Required yearly outlay is roughly total capital required divided by the lifetime of the plant. I will use 30 year lifetime for wind and solar and 60 years for nuclear. (Numbers are in billions of 2005$…I think.)

Model Wind+solar capital Nuclear capital (Wind+solar)/year Nuclear/year
Remind 450-FullTech-OPT 74540 62753 2485 1046
Message 450-FullTech-OPT 40620 64150 1354 1070
IMACLIM 450-FullTech-OPT 5680 5765 189 96
Primes Decarb-AllOptions (EU) 1430 826 48 14
Primes HIEFF-NoCCS-NoNUKE (EU) 1555 900 52 15

In all models the required yearly outlay (at 2100 or 2050 for PRIMES) for energy supply is dramatically lower if we replace wind and solar capacity with nuclear power. This despite the fact that MESSAGE and IMACLIM assumed unrealistically high capacity factors for variable renewables. It is remarkable than even though this kind of chicanery was going on behind many models, IPCC still ended up concluding that nuclear power must expand massively. This is perhaps partly because not all scenario builders were intellectually dishonest about this issue and some models ended up, for example, with ten fold increases in nuclear capacity. On the other hand I am afraid that all 450ppm scenarios are utterly unrealistic….and don’t get me started on their absurd bioenergy projections. 

P.S. I spent some time copying the data I was interested in from the database. Interface seems a bit uncomfortable for that. Here is a link to some of the data I extracted.

P.P.S.  For laughs you might want to check IMACLIM model with 550 ppm goal and CCS excluded. Since the original one was very strongly dependent on CCS one would imagine that ruling it out would have interesting consequences for the energy mix. See what modelers assumed for the capital costs of nuclear here to suppress that out of control (critical?) nuclear growth early in the century.

LOL

LOL

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 591 other followers