sou · H2B384d3 · 2014-12-09 00:00:00 — Balanshållningen i elsystemet försvåras också, vilket ställer krav på reglering av produktions- 67 De analyser som genomförts bygger på NEPP:s scenario green policyscenario som vad gäller takten i utbyggnad av intermittent produktion ligger nära den kvantifiering som gjorts för rådets scenario B. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Här har ökad intelligens i systemet stort värde. De ökade elprisvariationerna ökar värdet av att anpassa el- användningen, vilket kräver intelligens i elanvändande apparater. Ny elanvändning, exempelvis i form av elbilar, ger också möjlighet till effektstyrning om man planerar laddningen. För att möjliggöra detta så krävs intelligens i den nya utrustningen. Ökad europeisk samordning av elmarknaden, både fysiskt och regelmässigt, tvingar också fram en ökad intelligens. pågår en parallell utveck- ling av de nationella regelverken. Tio faktorer som påverkar utvecklingen 1.EU:s och medlemsstaternas energi- och klimatpolitik kommer att ha stor betydelse för kraftsystemets utveckling i våra grannländer. Ett viktig ställningstagande för politiken efter 2020 och 2030 är om man ska ha separata mål och direktiv för förnybar energi och energieffektivisering eller om man ska satsa tydligare på ett enda mål: klimatmålet. 2.Hur stor utbyggnaden av förnybar, intermittent elproduktion i blir har avgörande betydelse för behovet av smarta elnät. I scenarierna med kraftigast utbyggnad når andelen inter- mittent kraftkapacitet av den totala installerade effekten redan om 25–, såväl i som i som helhet. Blir en sådan utveckling verklighet, ställer det stora krav på utvecklingen av smarta elnät. Även lokaliseringen av den inter- mittenta elproduktionen har betydelse. Det gäller särskilt vind- kraften, där utbyggnaden i koncentrerats till och norra . I scenarierna med stor utbyggnad av vindkraft dominerar en fortsatt nordvästlig lokalisering, eftersom de bästa vindlägena finns där. En sådan koncentration av vindkraften ställer ökade krav på intelligens i systemet. 3.Hur sammansättningen av den intermittenta elproduktionen i blir är också viktigt för behovet av smarta elnät. De alternativ som dominerar expansionen är vind och sol, där solelen följer dygnsrytmen, medan vindkraften varierar ännu mer. Elpro- duktionens fördelning över året är också olika och teknikerna skiljer sig åt. Vindkraften är i regel mer storskalig, drivs av profes- sionella aktörer och elen matas in på relativt hög spänningsnivå. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Solcellsanläggningarna är betydligt mindre, drivs av husägare och elen matas in på lågspänningsnätet. 4.Kommer termiska kraftverk att bibehållas, trots minskade drift- tider, då förnybar kraft byggs ut? Risken är stor att mycket av den termiska kraften i fasas ut av åldersskäl – två tredjedelar av termiska verk är gamla – och för att elpriset inte längre räcker för att hålla kapaciteten i drift vid minskande drift- tider. Man kan i så fall antingen acceptera den ökade risken för effektbrist samt de stora elprisvariationerna som det skulle leda till, eller förändra elmarknadens regler så att bibehållen termisk kapacitet görs lönsam. 5.Efterfrågan på el utvecklas och förändras, även utan smarta elnät. Kraven på energieffektivisering i EU kan bromsa elanvändningens ökningstakt, även om det är osäkert hur väl effektiviseringen kommer att lyckas. finns nya användningsområden för el som kan växa. Utvecklingen av elfordon är ett exempel. Med nya användningsområden kan också elanvändningsprofilen förändras både över dygnet och mellan säsonger. Exempel på åtgärder som påverkar lastprofilen är utvecklingen för elvärmen och den ökade elanvändningen inom transportsektorn. Om elanvändningen stag- nerar, och efterhand minskar i , som förnybart byggs ut i stor skala, blir andelen variabel och intermittent kraft- produktion snabbt stor och driften av kraftsystemet blir mer komplicerad. Det ställer då snabbt krav på ökad intelligens i el- systemet. inledning har elförbrukningen stagnerat iSverige och och en motsvarande tendens kan nu skönjas Fortsätter denna utveckling, som vi bygger ut produktionen i , finns stora möjligheter till ökning av nettoexporten från . 6.Elutbytet mellan och övriga kontinenten kan öka kraftigt, och kan bli en stor nettoexportör. och har goda möjligheter att öka den förnybara elproduktionen och en stagnerande nordisk efterfrågan kan ge stor elexport till resten av . Detta är ett trendbrott då länge varit netto- importör av el. Hur stor elexporten blir beror bl.a. på energi- och klimatpolitiken och regelverket på elmarknaden. kan den nordiska elexporten bli /år i ett fall med måttliga klimatambitioner, medan exporten kan nå 50–/år i ett fall med mycket kraftiga klimatambitioner och stor andel förnybar kraftproduktion. Om den svenska kärnkraften bibehålls så blir Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter den dominerande elexportören i , medan en utfasning av kärnkraften får till följd att endast exporterar små mängder el. 7.Överföringskapaciteten till våra grannländer får stor betydelse. De scenarier som visar på kraftig utbyggnad av förnybar kraft i och visar på en stor utbyggnad av transmissions- kapaciteten, inom och mellan länderna, en flerdubbling jämfört med dagsläget. Nätet måste byggas ut för att utnyttjandet av den nya förnybara kraften ska bli effektivt. är överförings- kapaciteten värdefull för kapacitetshållningen i det nordeuropeiska systemet. Men elnätsutbyggnaden är mycket osäker (lönsamhet, opinion, politik, etc.). Det finns också betydande flaskhalsar inom länderna, exempelvis från norra – med stor andel variabel elproduktion – till södra , där stora delar av den avveck- lade kärnkraften fanns. 8.Utvecklingen påverkas av den fortsatta liberaliseringen av elmark- naden och hur väl man lyckas förverkliga den politiska ambitionen i EU om en gemensam marknad med lika villkor. Nationella kapacitetsmarknader och stödsystem för förnybar kraftproduktion verkar för ökad planering och nationalisering av marknaden. Den trenden finns i många av EU:s medlemsländer, men ännu inte i . arbetar EU enträget för en integrerad europeisk elmarknad med införandet av nätkoder (network codes) och en europeisk marknadsmodell (target model) 2014. Reformeringen av den europeiska elmarknaden befinner sig därmed vid ett vägskäl – mer marknad eller mer (nationell) planering. Det slutliga vägvalet, eller kombinationen av vägval, kommer att påverka behovet av smarta elnät. 9.Utvecklingen av kraftsystemet inom , påverkar också utveck- lingen i våra grannländer. Vårt nordeuropeiska elsystem är väl integrerat. Våra förändringar och beslut påverkar de beslut våra grannar kommer att ta, och vice versa. Lika viktig är roll som reglerresurs för norra . Den beror naturligtvis på utvecklingen i grannländerna, men också på den svenska produk- tionsmixen och hur regelverken i de olika regionerna utvecklar sig. Avvecklar vi kärnkraften måste vi, eller våra grannländer, ersätta den med annan termisk kapacitet (eller motsvarande reglerresurs). Behåller vi vår kärnkraftskapacitet, genom att successivt reinvestera i takt med att den åldras, minskar behovet av att bygga ut termisk kapacitet i grannländerna. Påverkar vattendirektivet våra vatten- Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter kraftverk, så att reglerförmågan reduceras kraftigt, påverkar det behovet av reglerkapacitet i våra grannländer. 10.Den snabba IT-utvecklingen driver också på utvecklingen av smarta elnät. I kraftsystemet kan man kontinuerligt mäta flera storheter, t.ex. spänningar, överföring, produktion och konsumtion. Denna information används för att på ett så effektivt (smart) sätt som möjligt styra produktion, konsumtion och överföring så att driften blir effektiv och tillförlitlig. Utvecklingen mot ett smartare elnät är kontinuerlig och drivs på av den tekniska utvecklingen. Allt tyder på att det kommer bli fler intelligenta lösningar , eftersom kostnaderna för dem minskar och värdet av dem ökar. Man talar också om ett sakernas internet, där miljarder maskiner kommunicerar med andra maskiner (M2M). Teknikutvecklingen omfattar naturligtvis inte bara IT-området; även inom energiområdet fortgår den. Utvecklingen av solceller är ett utmärkt exempel, där man bl.a. via snabbt tekniskt lärande sänkt elproduktionskostnaderna avsevärt bara . Tek- nikutvecklingen inom kraftelektronikområdet påverkar direkt hur snabbt de smarta elnäten kan utvecklas. Utmaningar för den svenska elmarknaden En avgörande fråga när omställningen av energisystemet diskuteras är möjligheter och konsekvenser av att basera elförsörjningen på en stor andel intermittent elproduktion. Av föregående avsnitt fram- går också att ökningstakten för den intermittenta elproduktionen på europeisk nivå, och hur denna produktion kommer in på mark- naden, kommer att få ett avgörande inflytande på det svenska kraft- systemet. Även samordningsrådets scenarier ser takten och omfatt- ningen i utbyggnaden av intermittent förnybar elproduktion som en avgörande faktor för behovet av smarta elnät. Intermittent produktion innebär att systemets reglerförmåga behöver hantera både variationer i både användning och produkt- ion. Detta innebär följande tre utmaningar för den svenska elmark- naden och därmed för marknadens aktörer: Hantering av den kontinuerliga balanshållningen. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Dimensioneringen av systemet så att det är leveranssäkert även de timmar som vindkraft och solkraft ger ett litet tillskott men efterfrågan är hög – effektfrågan. Dimensioneringen av systemet så att timmar med hög vind- och solkraftproduktion och låg elförbrukning inte leder till instängd produktion och priskollaps. I rapporten av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställ- ningen av energisystemet, Slutrapport, NEPP report december 2013 redovisas de utmaningar som sammanhänger med detta ökade reglerbehov, hur det kan hanteras och konsekvenserna av dessa olika handlingsalternativ. Det ökade reglerbehovet kan hanteras på dessa sätt: vattenkraften regleras annorlunda (mer) värmekraften används för reglering efterfrågan bidrar till reglering nya energilager bidrar till regleringen Därutöver kan vindkraften vara en del i de system som bidrar till frekvenshållning. och har stora och lätt reglerbara vattenkraftresurser. Vid en utbyggnad av vind- och solkraft av den omfattning som skisseras t.ex. i rådets scenario B blir en avgörande fråga hur långt reglerförmågan i den nordiska vattenkraften räcker. I har vi en maximal produktionskapacitet på cirka 14 000 MW vattenkraft och kan produktionen variera med upp emot 3 500 MW upp eller ner. Att reglera med vattenkraft är billigt jämfört med att reglera med andra kraftverk. Figur 5.11 visar hur den svenska vattenkraften används för att möta variationer i förbrukningen. Av figuren framgår att övrig produktion i körs relativt stabilt. Vi ser också att nettoimporten under denna Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter januarivecka varierar men det har inte något tydligt samband med förbrukningsvariationerna. Kostnaderna för reglering avspeglas i prisvariationerna på spot- marknaden som visas i figur 5.12. Trots de stora variationerna i för- brukning och det betydande reglerarbete vattenkraften åstadkom- mer, är prisvariationerna förhållandevis små. Den aktuella veckan varierade priset maximalt per MWh i . Som jämförelse kan nämnas att de tyska pris- variationerna samma vecka låg kring per MWh. 68 Rapport till samordningsrådet, NEPP, , Beskrivning av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställningen av energisystemetdecember. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Orsaken till den större prisvolatiliteteten är att kostnaden för reglering med värmekraft, som utnyttjas i , är betydligt högre än kostnaderna för reglering med vattenkraft. För svenska förhållanden gäller också att kärnkraften lämpar sig mindre bra för reglering, även om det finns tillfällen då kärnkraften använts för dygnsreglering. En kraftig utbyggnad av den intermittenta elproduktionen i kan också förväntas medföra ett ökat handelsutbyte. Bättre överföringskapacitet innebär att vi kan dra nytta av prisvolatiliteten i exempelvis genom att sälja mer kraft när priserna är höga och köpa mer när priserna är låga. Det ökar prisvolatiliteten även i . Prissvängningarna ökar också de ekonomiska drivkrafterna för efterfrågesidan att bidra till regleringen. Vi behandlar incitamenten för kunderna att medverka till ökad efterfrågeflexibilitet i avsnitt 5.4. Beroende på hur efterfrågeflexibiliteten kommer in på mark- naden kan de långsiktiga effekterna på elsystemnivå skilja sig på Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Det finns alltså skäl att även ta hänsyn till sådana förhållanden då framtida utmaningarna ur ett elsystem- perspektiv analyseras. Den enklaste formen av efterfrågeflexibilitet innebär att kunden reagerar på spotpriset som publiceras dagen innan och sedan anpassar sin förbrukning manuellt eller med hjälp av automatisk styrning, s.k. reaktiv efterfrågeflexibilitet. Om det blir väldigt många kunder som reagerar på priset kommer det att påverka prisbildningen. Om elhandlarna inte kan förutse hur kunderna kommer att förändra sin förbrukning kommer de behöva handla sig i balans på intradagmarknaden, med ökade kostnader som följd. Dessa kostnader kommer förr eller senare att betalas av kundkollektivet. Om mycket stora volymer behöver hanteras på intradagmarknaden kommer spotpriset inte längre reflektera den verkliga balansen på marknaden. Detta kan leda att trovärdigheten i systempriset urholkas. Eftersom systempriset ligger till grund för den finansiella handeln är det av vital betydelse att det har en hög trovärdighet. Analyser229F69 visar också att stora volymer reaktiv efterfrågeflexibilitet (motsvarande cirka 700 000 hushåll) kan ge oförutsägbara effekter på marknaden och bidra till osäkerhet och ökad volatilitet. Det är således önskvärt att efterfrågeflexibiliteten bjuds in redan på spotmarknaden dagen före, s.k. explicit efterfrågeflexibilitet. Då undviker man höga balanskostnader som prisförändringen kommer samtliga aktörer till godo. Metoden är mer komplicerad och för mindre kunder krävs troligen att en s.k. aggregator tillåts styra lasten hos elkunderna Analyser visar att denna form av efterfrågeflexibilitet i normala fall bidrar till att sänka både medelpriset och prissvängningarna. Men flaskhalsar mellan två elområden med olika prisnivå kan göra att den prissänkande effekten minskar eller uteblir i området med den lägre prisnivån. Detta kan t.ex. gälla för det nordiska systemet där priset vid höglasttimmarna sätts på kontinenten varför nordisk efterfrågeflexibilitet får en förhållandevis liten prissänkande påverkan. De lägsta priserna uppkommer däremot när det är flaskhalsar i systemet och produktionen stängs inne i . 69 Rapport till samordningsrådet, NEPP, , Beskrivning av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställningen av energisystemetdecember. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter efterfrågeflexibilitet kan dessa flaskhalsar minimeras och då blir priserna under låglasttimmarna i genomsnitt högre. Sammanfattningsvis kan man grovt förenklat säga att de timmar reglerförmågan i vattenkraften räcker kommer prisvariationerna bli små eftersom vattenkraftens reglerkostnad normalt är låg. Lön- samheten att investera i flexibilitet på efterfrågesidan och i annan topplastproduktion blir liten, medan lönsamheten i nät- och utlandsförbindelser blir god. De timmar reglerförmågan i vatten- kraft inte räcker kommer det att krävas att andra, dyrare resurser, hjälper till att reglera systemet och då blir i stället prisvolatiliteten hög och de ekonomiska incitamenten för efterfrågeflexibilitet ökar. Simulering av prisvariationer och elutbyte För att konkretisera dessa förhållanden har NEPP gjort simul- eringar med Swecos timbaserade elmarknadsmodell som täcker hela . Man har använt NEPP:s gröna scenario (som på europeisk nivå är snarlikt samordningsrådets scenario B), som innefattar stora mängder vindkraft i och övriga och Europa.230F70 är i detta scenario en stor exportör av kraft bl.a. till följd av investeringar i förnybart men också p.g.a. att kärnkraften i är intakt och att kärnkraften i har byggts ut. I dessa simuleringar ingår stora utbyggnader av transmissionsnätet för att klara den omfattande exporten från av förnybar kraft. Resultatet pekar på att kostnaderna för att hålla elsystemet i balans kommer att öka väsentligt i det gröna scenariot, vilket åter- speglar sig i kraftigt varierande priser. Detta gäller särskilt i , men även i kommer vi att behöva använda annat än vattenkraft för att reglera systemet. Genom att vi bygger ut överföringsförbindelserna med kontinenten kommer vi också att smittas av prisvolatiliteten på kontinenten. Men det här är ett ganska extremt scenario med exempelvis över vindkraft i . Scenariot bygger också på antagandet att den nuvarande elmarknadsmodellen bibehålls. Skulle det exempelvis införas en kapacitetsmarknadsmodell i som 70 Rapport till samordningsrådet, NEPP, 2013, Beskrivning av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställningen av energi- systemetdecember. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter stimulerar investeringar i produktionsanläggningar, energilager och förbrukningsreduktion kan prisbild och handelsmönster förändras radikalt. Sammanfattningsvis kan konstateras att balansering av produktion och förbrukning blir en betydligt större utmaning än . Variationerna i den framtida nettoförbrukningen (förbrukning minus intermittent kraft) kommer att vara betydligt större än vad systemet är dimensionerat för . Timmar med mycket gott om kraft kommer snabbt att förbytas till timmar med ont om kraft. Systemet måste således dimensioneras korrekt och ha en beredskap att snabbt ställa om. Prognososäkerhet i vindkraften gör dessutom att planeringshorisonten blir kortare. Den största utmaningen står sannolikt producenterna inför. Introduktionen av förnybar kraft med särskilda stöd, som till stor del är intermittent till sin karaktär, tränger undan annan pro- duktion och skapar åtminstone inledningsvis en prispress på mark- naden. Detta undergräver ekonomin för kraftverken och innebär dessutom att det tar innan de förnybara teknikerna kan finansieras utan statligt stöd. är ett exempel på hur den snabba tillväxten av förnyelsebar produktion kraftigt har påverkat kraftverkens finansiella möjligheter att kunna existera vidare och bidra till energisystembalanseringen. Därför pågår nu arbete i för att ta fram regelverk för kapacitetsmarknader. För stamnätsoperatörerna ligger den största utmaningen i att hinna bygga ut näten i den takt som krävs. Det finns en betydande risk att förnybar kraft kommer att bli instängd i vissa regioner. I smarta nät kan kunderna bidra till balanseringen av elsystemet, och således minska behoven av reglerbar produktion och nät- utbyggnad. Det finns en stor potential för efterfrågeflexibilitet hos både hushållskunder och industri. Men det är viktigt att efterfråge- flexibiliteten kommer in på marknaden på ett kontrollerat sätt för att generera största möjliga samhällsnytta. Felaktigt införd kan efter- frågeflexibilitet snarare stjälpa än hjälpa systemet. En utmaning är att det inte alltid ligger i kundens intresse att agera på ett sätt som bidrar till största samhällsnytta. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Smarta elnäts bidrag till de klimat- och energipolitiska målen Rådet har i sitt kommittédirektiv uppgiften att bedöma det bidrag som smarta elnät kan ge för att uppfylla enskilda energi- och klimat- mål till 2020 och 2030. En övergripande analys har genomförts av NEPP och redovisas i sin helhet i rapport till NEPP 2014 Bedömning av det bidrag som smarta elnät kan ge för att uppfylla energi- och klimatmål. Analysen utgår från de energi- och klimatpolitiska målen för reduktion av växthusgasutsläpp till 2020 ökning av andelen förnybar energi till 2020 ökad energieffektivisering till 2020 målet om en fossilbränsleoberoende fordonsflotta till 2030. Analysen bygger på jämförelser av energisystemets utveckling i ett antal omställningsscenarier, exempelvis rådets scenario B och D, och ett antal referensscenarier, bl.a. rådets scenario A (och delvis även scenario C). Som komplement har även en s.k. score card- bedömning använts (värdering utifrån en 5-gradig skala). En när- mare beskrivning av de metoder som använts för analysen finns i NEPP:s rapport. Av tidigare redovisning i detta avsnitt framgår att osäkerheten är stor kring hur elmarknaden i och den svenska om- ställningen av energisystemet kommer att påverka elmarknaden i och och därmed behovet av smarta elnät. Den framtida betydelsen av smarta elnät är starkt kopplad till hur speci- fika energi- och klimatpolitiska mål utformas. För varje mål finns dock ett antal åtgärdskategorier som kan få olika genomslag, var och en med helt olika beroende av smarta elnät. Ett exempel är genomslaget för elfordon. Med en massiv sats- ning på incitament för övergång till elfordon får smarta elnät en större roll än om omställningen i första hand inriktas mot för- nybara drivmedel. På samma sätt blir smarta elnät viktigare med en massiv satsning på sol- och vindkraft jämfört med t.ex. ett framtida genomslag för koldioxidlagring (CCS) vid konventionell kraftproduktion. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter I analysarbetet har följande vi funnit tre grupper teknik och åtgärder som har speciell betydelse för smarta elnäts bidrag till de klimat- och energipolitiska målen: Utbyggnad av vindkraft och solkraft. Eldrift inom transportsektorn, i scenarierna är det främst el- driften av personbilar som får genomslag till 2030. Eleffektivisering i bostads- och servicesektorn, men även inom industrin i vissa tillämpningar. Vid stort genomslag för dessa åtgärder så blir även smarta elnäts bidrag till måluppfyllelsen stort. Detta är särskilt tydligt på lite , när större volymer kan ha uppnåtts, dvs. 2030 och där- efter. Osäkerheten kring marknadens utveckling i stort och genom- slag för olika tekniker är betydande. Metoderna ger därför inga säkra besked men ambitionen med analyserna är att få fram rimliga nivåer för smarta elnäts bidrag till uppfyllelsen av energi- och klimat- mål. Men med dessa reservationer finns det god grund för bedöm- ningen att de smarta elnäten kommer att bidra till uppfyllelsen av de svenska energi- och klimatmatmålen. Smarta elnät kan förväntas få störst betydelse för målet om en ökad andel förnybar energi, där av åtgärderna till 2020 i viss eller ganska stor utsträckning231F71 kan dra nytta av de smarta elnäten. Motsvarande bedömning för målen om minskade växthusgaser och energiffektiv- isering är . När det gäller målet om en fossilobero- ende fordonsflotta styrs resultatet av genomslaget för elfordon. I scenarier med den största andelen elfordon blir resultatet att smarta elnät har viss eller ganska stor betydelse för av de åtgärderna till 2030. Analyserna indikerar också att de smarta elnäten kan bidra mer till måluppfyllelse av eventuella framtida mål, för exempelvis 2030. Detta är tydligast för förnybar energi, men kan även förväntas gälla för växthusgasreduktion och ökad energieffektivisering. 71 För en närmare beskrivning av hur viss betydelse respektive ganska stor betydelse definierats i analysen hänvisas till rapport till samordningsrådet, NEPP, , Beskrivning av de konkreta utmaningar som det svenska elnätet står inför med anledning av den pågående omställningen av energisystemetdecember. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter