Tema

Vad kan få Sverige att slockna?

Om 20 år ska all el i Sverige komma från förnybara källor som vind, sol och vatten. Men vad gör man när det inte blåser, solen gömmer sig bakom molnen och en köldknäpp ökar efterfrågan på el?

I slutet av 2016 publicerade Jon Olauson och tre kollegor vid Uppsala universitet en artikel i tidskriften Nature Energy. Artikelns utgångspunkt var ett Sverige som helt förlitar sig på förnybara energikällor. Slutsatsen, som den kom att refereras i media, blev att det är fullt möjligt.

– Budskapet blev att vi kan ha hundra procent förnybart och så blev det en debatt om det. Det var inte den bästa formuleringen och tog fokus från det viktiga, säger Jon Olauson.

Vad var då det viktiga? Jo, att en helt förnybar energiförsörjning kan klara variationer i produktionen på kort och lång sikt, alltså ett par dagar eller över en säsong. Åtminstone i teorin, under förutsättning att det finns batterier som kan lagra el och mata ut den under ett par dagars dipp i produktionen.

Det är mellanperioden, en eller ett par veckor av låg produktion, som kan ställa till det.

Viktigt för el i ledningarna

Frekvensstabilitet: Det måste hela tiden råda balans mellan produktion och användning om elsystemet ska fungera. Frekvensen är ett mått på och resultat av denna balans. Den måste ligga mellan 49,9 Hz och 50,1 Hz, allra helst på 50 Hz. Faller frekvensen under 49 Hz blir det stora störningar i eldistributionen. I värsta fall kan ett sådant frekvensfall leda till att stora delar av Sverige mörkläggs och slocknar.

Svängmassa: En stor del av den svenska elproduktionen består av kärnkraft och vattenkraft som har stora och tunga turbiner som vid ett fel fortsätter att snurra en stund, vilket gör att frekvensen inte faller lika snabbt vid en störning. Med färre tunga turbiner kommer den här så kallade svängmassan att minska.

Effektbalans: El kan idag inte lagras i någon större omfattning. Det innebär att vi i varje ögonblick måste producera lika mycket el som används.

Idag är Jon Olauson anställd på Svenska kraftnät och arbetar med ett nordiskt samarbete för att ta fram kortsiktiga prognoser. Svenska kraftnät är ett statligt affärsverk som ansvarar för att el kan transporteras från en plats till en annan. Transporten sker med ljusets hastighet och eftersom konsumenten idag inte kan lagra elen måste den produceras i samma ögonblick som den konsumeras.

Hur mycket el behövs om 20 år?

Hur mycket el som behövs om 20 år är en av de faktorer som påverkar möjligheten att förse konsumenterna med enbart förnybar el. Att göra den prognosen är som att skjuta på ett rörligt mål. Det vet Svenska kraftnät, som vartannat år publicerar en långsiktig marknadsanalys. Den senaste blev offentlig i januari 2019.

I de tre scenarier som togs fram i marknadsanalysen varierade den totala beräknade elkonsumtionen mellan 141 Twh (låg) och 179 Twh (hög).

I den nya analysen, som ska publiceras före sommaren, har den beräknade elkonsumtionen beräknats till som mest 265 Twh. En ökning med nästan 50 procent. Nästan hela ökningen beror på ny industri samt fler elbilar.

– Det är en mycket stor ökning, säger Kristin Brunge, elmarknadsanalytiker på Svenska kraftnät.

Varifrån kom elen 2020?

Under 2020 producerades 159 terawattimmar(TWh) el i Sverige. Industrin stod för 36 procent av förbrukningen. En terawattimme är tusen miljarder (1012) wattimmar. Merparten av elen kom från vattenkraft och kärnkraft, resten mest från vindkraft, kraftvärme och kondensvärme:

  • Vattenkraft 45%
  • Kärnkraft 30%
  • Vindkraft 17%
  • Kraftvärme 8%

Källa: Ekonomifakta och SCB

Varför ökar elbehovet?

En stor post som tillkommit är det så kallade hybrit-projektet, ett samarbete mellan SSAB, LKAB och Vattenfall för att tillverka stål helt utan fossil energi. Planen är att ersätta den kol som idag används med vätgas som har tagits fram med förnybar el.
Att också kemiindustrin vill använda vätgas, för att ta fram gröna bränslen, skruvar upp den beräknade konsumtionen ytterligare. Till det kommer ett okänt antal serverhallar och en ökning av antalet elbilar.

Samhället ska helt enkelt elektrifieras. Och när kärnkraften fasas ut och vindkraften tar över blir systemet mindre stabilt.

– Min driftschef brukar säga att dagens system är som en sumobrottare. Om något knuffar till det kanske det dallrar till lite men det står stadigt, säger Kristin Brunge.

Framtidens system blir betydligt spinkigare. Det beror på att vattenkraft och kärnkraft har synkront kopplade generatorer som kan parera när det uppstår en plötslig störning i produktionen. När kärnkraften byts ut mot vindkraft måste den tänkta brottaren stödjas på andra sätt.

– Vi arbetar med att öka våra systemtjänster, det är olika produkter där vi ber om bud från de som vill vara med och hantera de här snabba förändringarna, säger Kristin Brunge.

Vindkraft från andra länder

Vattenkraften kan till viss del hantera både de här sekundsnabba förändringarna och en eventuell nedgång i produktionen av vindkraft. Men de flesta av Sveriges vattenkraftverk kommer de närmaste åren att genomgå en ny miljöprövning, något som kan innebära begränsningar. Dessutom är det oklart hur vattenkraften kommer att påverkas av klimatförändringarna.

– Då är frågan om vattenkraften räcker till, säger Kristin Brunge.

Så vad gör vi när vinden mojnar, molnen täcker himlen och kylan slår till?

Enligt Lennart Söder, professor i elkraftsystem vid KTH, är det ett problem som inte ska lösas på den svenska marknaden utan den nordiska, eller rentav den Nordeuropeiska.

– Vi får räkna med att också andra länder kommer att ha vindkraft och om det inte blåser här kan vi importera från till exempel Tyskland, säger Lennart Söder.

Men när vinden mojnar överallt

Men då återstår frågan vad som händer när vinden mojnar i flera länder samtidigt. Vilka ska de som har överskott sälja till? I år planeras en ny kabel mellan Norge och England att tas i drift, North Sea Link.

– Då kanske Norge tjänar mer på att sälja till England, säger Lennart Söder.

De lösningar som kan hanteras inom landets gränser kan delas upp i två grupper, att lagra energi och att anpassa konsumtionen. När det gäller lagring hoppas många kunna använda vätgas.

– Jag var på ett vätgasseminarium för någon månad sedan där Vattenfall pratade om att producera vätgas när det är gott om el. De räknar med att kunna ha upp till 14 dagars vätgaslager, säger Lennart Söder.

För att anpassa konsumtionen, det som brukar kallas efterfrågeflexibilitet, finns en mängd möjliga men inte utforskade alternativ. Ett är att använda elbilarna, som förväntas bli fler.

– Elbilar måste bli flexibla i framtiden. Ta ett bostadsområde, om alla har elbil och ska ladda på natten när det är 20 grader kallt kommer det lokala elnätet att braka ihop. Man kan inte dimensionera för det.

Eftersom bilar står stilla mer än 90 procent av tiden skulle de kunna bidra till en stabilare elproduktion. Tekniken vehicle-to-grid(V2G) innebär att elbilar laddas från elnätet, men också kan ge energi tillbaka. Man kan då balansera belastningen i nätet, det vill säga ta ström då det är billigt och återföra mot ersättning då priset är högt.

I den bästa av världar skulle elbilar kunna användas för att mata tillbaka el till systemet när brist uppstår, det som kallas vehicle-to-grid. Hur länge elbilarna skulle kunna lagra el beror på hur framtidens batterier ser ut.

Lennart Söder tror att det kommer att finnas fler möjligheter för konsumenter, små som stora, att bidra till den här flexibiliteten.

Möjligheter och tvivel

– Det finns en massa tekniker och sätt att lösa de här frågeställningarna, någonting måste göras och frågan är vilka som blir de billigaste lösningarna.

Om Lennart Söder är positivt inställd till möjligheterna att lösa de problem som uppstår är Staffan Qvist, teknologie doktor vid Berkley, mer skeptisk. De två har vid flera tillfällen debatterat frågan, bland annat på Second opinion, branschorganisationen Energiföretagen i Sveriges debattforum.

Staffan Qvist tvivlar på att konsumenterna kommer att kunna anpassa sin elkonsumtion under någon längre tid.

– Du kan välja att under en kortare tidsperiod inte ladda din elbil, men du vill ju kunna köra nästa dag och inte vänta en vecka. Du kan vänta med att ha rätt temperatur i huset, men du kan kanske inte vänta ett par dagar eller ett par veckor, säger Staffan Qvist.

Flexibel industri

Men de stora problemen uppstår när industrin ska bli en del av den här flexibiliteten.

– På kort sikt kan man få betalt för att inte köra sin fabrik men den stora kostnaden på lång sikt är att när man har ett opålitligt kraftsystem så väljer man att inte investera i det landet.

Staffan Qvist är också kritisk till möjligheterna att hantera variationer genom att importera el.

– Även om det alltid skulle blåsa någon annan stans när det är vindstilla här så kan man inte anta att de har så mycket kapacitet installerat att de kan ta både sin egen last och nordeuropas.

Manuell förbrukningsbortkoppling

Enligt Staffan Qvist så kommer den lagringsmöjlighet som förs fram, att lagra el med hjälp av gas, att åtminstone till en början vara beroende av naturgas, som är ett fossilt bränsle. Han hänvisar till länder som Belgien och Tyskland, som satsar stort på förnybar elproduktion. Belgien har precis ansökt om att bygga nya gaskraftverk och Tyskland är med och bygger en gasledning, Nordstream, mellan Tyskland och Ryssland genom Östersjön.

– Det finns planer och diskussioner kring att bygga ut vätgaskapaciteten och det kommer säkert att ske, men det som händer just nu är att man använder naturgas, säger Staffan Qvist.

Det alla är överens om är att någonting måste göras för att skapa stabilitet i en framtida, helt förnybar elproduktion. Sverige har aldrig tidigare behövt ta till det som kallas manuell förbrukningsfrånkoppling, alltså att helt sonika koppla bort ett eller flera områden. Men den risken beräknas öka. I den senaste marknadsanalysen skriver Svenska kraftnät: ”Manuell förbrukningsbortkoppling har ännu aldrig behövts göras i Sverige men marginalerna sjunker framöver.”

Överenskommelsen

I juni 2016 tog Socialdemokraterna, Miljöpartiet, Moderaterna, Centerpartiet och Kristdemokraterna fram den så kallade energiöverenskommelsen. I ett sju sidor långt dokument beskrev partierna målen för Sveriges långsiktiga energipolitik. Ett mål är en 100 procent förnybar elproduktion till år 2040.

Källa: Överenskommelsen om den svenska energipolitiken

Text: Johan Frisk på uppdrag av forskning.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Vad kan få Sverige att slockna?

 lästid ~ 8 min