Uppdatering: I den första versionen av det här inlägget hade jag missuppfattat delar av innehållet i den livscykelanalys som använts som huvudsaklig referens till mina beräkningar. Detta har nu uppdaterats med nya data nedan som resultat.
Med detta inlägg fortsätter studien av energibalansen för de energislag som enligt mig är potentiella ersättare till de sinande fossila bränslena, nämligen vind-, sol-, geotermisk- och kärnkraft. I denna artikel har turen kommit till solenergi vilket är den energiform de flesta verkar sätta sitt hopp till när det gäller mitigeringen av riskerna i samband med den globala uppvärmningen och de fossila energikällornas produktionstopp.
Det finns flera möjliga sätt att utvinna energi ur solstrålning; antingen genom direkt omvandling till elektricitet med hjälp av solceller, genom att koka vatten till ånga med hjälp av koncentrerade solstrålar (termisk solkraft) eller genom att helt enkelt värma vatten till tillräckliga temperaturer för att exempelvis värma byggnader (solvärme). Av de ovanstående är det enbart termisk solkraft som omfattas av den följande analysen. Anledningen till detta är att solceller idag är betydligt dyrare och mer komplicerade att framställa än termiska solkraftsanläggningar. Den senare tekniken är dessutom förhållandevis effektiv då både elektricitet och värme kan erhållas samt möjlighet till energilagring finns.
Termisk solkraft, eller CSP (Concentrated Solar Power), är ett samlingsnamn för ett antal olika tekniker som kan användas för att koncentrera solenergi. De vanligaste anläggningarna idag består av parabolformade trågreflektorer som koncentrerar solenergin mot ett isolerat rör fyllt med vatten, olja eller smält salt. Värmen används sedan till att framställa ånga som driver en turbin alternativt används i någon industriell process eller till uppvärmning. Andra varianter är paraboler med direktanslutna Stirlingmotorer som producerar elektricitet eller så kallade soltorn där ett stort antal utspridda speglar i marknivå koncentrerar solenergin till en och samma punkt i ett centralt placerat torn. Fördelen med det senare är att hela den energiproducerande delen av anläggningen kan placeras på ett och samma ställe utan behov av rör, ledningar och pumpar som ansluter samtliga delar. I den här analysen har en anläggning baserad på trågreflektorer analyserats.
Solkraftsanläggningar skiljer sig från andra typer av energiproducerande anläggningar i och med att de är extremt platsspecifika, precis som vindkraftverk. Ett solkraftverk på 10 MW placerat i Sahara skiljer sig exempelvis markant i prestanda från ett kraftverk med samma effekt i Sverige. För att få en uppfattning om hur solinstrålningen varierar geografiskt kan denna karta vara av intresse. 
Här ser man att den genomsnittliga solinstrålningen i nordafrika ligger någonstans runt 220 W/m2 medan den i Stockholm inte är mer än 100 W/m2. Detta beror dels på att jordytan är mer vinkelrät mot den infallande solstrålningen desto närmare ekvatorn man kommer men också på unika lokala faktorer som väder. Lite förenklat behöver alltså ett termiskt solkraftverk som skall leverera samma mängd energi ungefär dubbelt så stor solfångande area, och därmed märkeffekt, i Stockholm som i Rabat. Det här kan man välja att se som ett problem eller en möjlighet, beroende på var i världen man vill bygga sitt kraftverk.
Ytterligare ett problem med solenergi är att den per definition inte finns att tillgå på natten. Man brukar säga att en yta på jorden placerad vinkelrätt mot solljuset mottar effekten 1000 W/m2 en molnfri dag när solen står som högst. Att differensen mellan detta värde och värdena ovan är så stor beror på att ingen effekt alls erhålles under nattetid.
För att minska effekterna av detta kan man använda sig av någon typ av energilagring i kraftverket. En lösning som är relativt vanlig är att lagra energin i smält salt i stora isolerade cisterner. Man kan dock inte lagra oändliga mängder utan motsvarande 4-10 timmars drift är normalt. Med andra ord för att kunna leverera energi under timmarna vid skymning då behovet vanligtvis är som högst alternativt hela natten. Det gäller dock att komma ihåg att om man har för avsikt att producera energi samtidigt som man lagrar en del inför natten måste den tillgängliga solfångararean ökas med motsvarande andel. Här pratar man om solmultipel, det vill säga förhållandet mellan infångad och producerad effekt i kraftverket. Om solfångarna har möjlighet att samla in dubbelt så mycket värme som kraftverket behöver för att leverera dess märkeffekt är solmultipeln 2. Resterande del kan då lagras till dess solen går ner eller i moln.
I analysen har ett kraftverk med energilagring och ett utan analyserats. Det har antagits att kraftverket med lagring har möjlighet att lagra energi i tillräcklig omfattning för att motsvara dagsproduktionen en molfri dag. Solmultipeln är alltså 2 och dubbelt så stor solfångande area krävs jämfört med kraftverket utan energilagring. En dylik energilagring skulle exempelvis kunna tillåta kraftverket att operera med full effekt in på eftermiddagen och kvällen när behovet är som störst samt en period på morgonen innan solen gått upp.
Följande koefficienter erhållna från “Life Cycle Assessment of a Parabolic Trough Concentrating Solar Power Plant and the Impacts of Key Design Alternative” har använts i analysen:
Det finns mycket få analyser av energibalansen i termiska solkraftverk att tillgå vilket är anledningen till det ensidiga underlaget. Detta är också en anledning till att inte lita blint på siffrorna.
Kraftverkets effekt är ointressant för den här analysen även om det i verkligheten gör en viss skillnad om man vill konstruera energilagring för ett kraftverk på 10 MW eller 100MW. Livslängden på anläggningen är dock avgörande och har antagits vara 40 år, alltså något högre än i den refererade studien ovan men i linje med vad många tillverkare anger. Vidare antas att anläggningen enbart genererar elektricitet, detta för att få ett värde som är jämförbart med de övriga analyserade energikällorna. Effektiviteten har antagits vara 0,35. Skulle det röra sig om ett kraftvärmeverk (CHP, Combined Heat and Power) som producerar både elektricitet och värme borde resultatet nedan åtminstone dubbleras.
Resultaten presenteras som funktion av genomsnittlig solinstrålning. För att erhålla motsvarande kapacitetsfaktor divideras instrålningen med 1000 W/m2. Det vill säga, ett kraftverk placerat på en ort med en genomsnittlig solinstrålning på 200 W/m2 kommer leverera energi med kapacitetsfaktorn 0,2 då märkeffekten för solenergianläggningar definieras utefter maxeffekten mitt på dagen. För anläggningen med energilagring kan kapacitetsfaktorn uppskattas genom att dessutom multiplicera med två, även om detta är en grov förenkling av verkligheten.
Som resultaten visar är skillnaden mellan ett kraftverk med och utan energilagring inte särskilt stor, i synnerhet inte i områden med låg solinstrålning. De stora fördelarna med energilagring är dock möjligheten att kunna leverera energi också på kvällar och nätter samt vid tillfälliga väderförsämringar. Även om analysen visat på ett lägre EROEI för alternativet med lagring hade detta ändå varit det mest fördelaktiga alternativet då anläggningen får en flexibilitet som åtminstone delvis liknar det hos ett konventionellt kraftverk.
Resultaten visar också hur beroende energibalansen är av kraftverkets placering. I Europa kommer det vara svårt att komma över ett EROEI på 5 vilket gör att man kan ställa sig tveksam till huruvida det skall satsas på solkraft för elproduktion här överhuvudtaget. Läget blir ett annat om det handlar om kraftvärme där verkningsgraden kan vara det dubbla vilket skulle ge ett EROEI på 5 eller mer vid en genomsnittlig solinstrålning på 100 W/m^2 .
Sammanfattningsvis är det här betydligt lägre värden än jag förväntat mig då jag sett påståenden om EROEI för termisk solkraft på 70 cirkulera på nätet. Samtidigt beror resultaten till stor del på vilka antaganden man gör om verkningsgraden i elproduktionen och kapacitetsfaktorn. Skulle exempelvis ett kraftvärmeverk med en verkningsgrad på 0,85 placeras i en öken med extremt gynnsamt väder så att energilagringen utnyttjas optimalt skulle man kunna uppnå ett EROEI på över 30.
