sou · H2B384d3 · 2014-12-09 00:00:00 — Energi- och klimatmålen är alla energirelaterade, men det är uppenbart att de åtgärder som kan nyttiggöra de smarta elnäten har god hjälp av, och även bidrar till, att de smarta elnäten kan hantera de framtida effektproblemen i elsystemet. Det gäller naturligtvis oberoende av om de är en följd av energi- och klimatmål eller om de motiveras av andra orsaker. För bedömningen av storleken på de smarta elnätens bidrag till energi- och klimatmålen, har därför även denna effektdimension varit starkt bidragande. 5.3.4Kostnad och nytta med smarta elnät Smarta elnäts roll i den långsiktiga utvecklingen av energisystemet beror på hur olika smarta elnätslösningar utvecklas, hur robust och kostnadseffektiv tekniken kan förväntas bli etc. En central del av samordningsrådets arbete har därför varit att ta fram en mer kom- plett bild av vilka tekniker och tillämpningar som utvecklas och öka förståelsen för hur smarta elnätslösningar kan bidra till att hantera framtida utmaningar. Med den breda definition av smarta elnät som samordningsrådet utgått från finns också en rad olika tillämpningar med helt olika förutsättningar och möjligheter. ska enligt direktivet bedöma olika samhälls- ekonomiska kostnader och nyttor som utvecklingen av smarta el- nät för med sig . Redovisningen i avsnitten 5.3.1–5.3.3 visar att smarta elnäts framtida roll i elsystemet är förenad med betydande osäkerheter på olika nivåer. Smarta elnäts samhällsekonomiska kostnader och nyttor går bara att bedöma utifrån ett visst scenario med vissa antaganden om teknikutveckling, elsystemets sammansättning och energimarknadernas behov, kund- ernas acceptans för ny teknik etc. Dessutom finns en rad olika väg- val som alla kan kategoriseras som smarta elnäslösningar och som kan ge olika kostnader och nyttor i olika situationer. Trots dessa betydande osäkerheter finns dock ett antal studier som försökt kvantifiera den samlade kostnads- och nyttoeffekten vid en fullständig utbyggnad av smarta elnät. Sådana studier har genom- förts för hela regioner eller länder där man utgått från ett visst Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter scenario för utvecklingen av olika smarta elnätsfunktioner. En sådan analys genomfördes av () 2011232F72 och var i sin tur var en uppdatering av en tidigare studie från 2004233F73. I studien utgår man från ett scenario med omfattande introduktion av intermittent elproduktion, el- fordon, automatisk styrning hos konsumenter och inom industrin samt utnyttjande av modern lagringsteknik. Analysresultatet som omfattar hela pekar på ett förhållande mellan nytta och kost- nad på i storleksordningen 2.8–6,0. Såväl kostnader som nyttor uppträder till helt övervägande del i distributionsnätet och i mindre omfattning på transmissions och kundnivå. En liknande studie har genomförts av för ut- vecklingen av smarta elnät Storbritannien234F74. Även i denna studie har man ett mycket brett angreppssätt och utgår från en omfattande förändring och modernisering av hela elnätet. Liksom EPRI kom- mer man fram till signifikant lägre investeringsnivåer då smarta elnätslösningar utnyttjas jämfört med motsvarande konventionella investeringar. Nyttan blir dock densamma i båda investeringsalter- nativen. En studie med ett delvis annorlunda perspektiv har genomförts av Smart 2013235F75. Här har resultat från genomförda projekt sammanställts och nyttan per kund har beräknats utifrån tillgängliga utvärderingsresultat. Cirka 2/3 av projekten avsåg introduktion av smarta mätare. Även denna rapport pekar på ett positivt förhållande mellan nytta och kostnad där de nyttor som lyfts fram är dels minskade kostnader för kunden (effektivare elnät, efterfrågeflexibilitet, lägre driftskostnader genom automatisk mätning, minskade förluster), dels indirekta nyttor som minskad miljöpåverkan och ökad tillförlitlighet. För de projekt som ingått i utvärderingen varierar förhållandet mellan de nyttor och kostnader som identifierats mellan 1.5 och 2.6 (nuvärde). 72EPRI, 2011, Estimating the Costs and Benefits of the Smart – A Preliminary Estimate of the Investment Requirements and the Resultant of a Fully Functioning Smart , 2011 Technical Report. 73EPRI, 2004, of the Future: A Preliminary Estimate of Costs and Benefits. 74Ernst & , 2012, Smart : a race worth winning? A report on the economic benefits of smart grid. 75Smart grid Consumer Collaborative, 2013, Smart and Environmental Benefits – a review and Synthesis of Research on Smart and Costs., . Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter De här refererade studierna kan givetvis inte direkt överföras till svenska förhållanden. Ålderstrukturen för befintliga nät, mark- nadsförhållanden och elanvändningens struktur är exempel på faktorer som påverkar resultatet av analyserna. Resultatens sam- stämmighet är dock en tydlig indikation på att potentialen för kostnadseffektiva lösningar är stor vid implementering av smarta elnätslösningar. Beroende på teknikmognad för de val av tekniska lösningar som görs kan givetvis kostnads- och nyttofördelningen dock se olika ut. Ett förenklat exempel skulle kunna gälla en situation med begränsad överföringskapacitet i ett visst nätområde. I stället för nätutbyggnad skulle då elnätsföretaget kunna hantera kapacitetsbristen genom att satsa på efterfrågeflexibilitet med stöd av smarta elnät och tydliga incitament i nättariffen. Ett annat alternativ skulle kunna vara att man investerar i lagring och smart elnätsteknik. Utfallet av kostnad och nytta skiljer sig givetvis mellan dessa två alternativ. Att fördela värdet av kostnader och nyttor för smarta elnät totalt sett är således knappast möjligt. Men vi kan redovisa vilka smarta elnätslösningar som kan vara samhällsekonomiskt motiverade i olika marknadssituationer och hur den ungefärliga kostnads- och nyttofördelningen kan se ut i dessa fall. Nyttan av smart elnät i befintlig elnätsverksamhet Inom ramen för samarbetet med NEPP har en kartläggning236F76 genomförts av aktuella smarta elnätsteknologier som kan användas av elnätsföretagen vid övervakning och drift av elnäten. De tekniker som analyserat bygger i samtliga fall på tre funk- tioner som utnyttjas på ett smart sätt; mäta, analyser och styra. Mäta innebär att givare används för att mäta elektriska eller andra storheter, att mätningen sker automatiskt och att mätdata överförs till datorer för bearbetning. Med hjälp av programvara analyseras dessa mätdata varefter beräkningsresultaten används för att skicka styrsignaler till den utrustning som finns i elnätet. Att mäta, analyser och styra är inget nytt men dessa tillämpningar har fram till nu skett lokalt. Den nya informations- och kommunikations- 76 Rapport till samordningsrådet, NEPP 2014, Teknik för smarta elnät för själva elnäten – kartläggning och behovsanalys. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter tekniken gör det möjligt att mäta på skilda geografiska platser i elnätet och utifrån analysresultaten styra utrustning som kan befinna sig på långt avstånd från mätpunkten. Denna typ av teknik finns redan i stora delar av transmissionsnätet men är mindre vanlig på distributionsnivå. Smarta elnätslösningar för befintligt elnät skapar möjlighet att öka anslutningen av intermittent elproduktion utan att elnätet behöver byggas om eller förstärkas. Tekniken kan också bidra till att elnätet kan utnyttjas närmare sina tekniska gränser. Här krävs dock system som kan kontrollera var gränserna ligger i alla drift- situationer och med en mycket hög tillförlitlighet hos de kom- munikations- och IT-system som används om en hög tillförlitlighet ska kunna upprätthållas. Kostnaden för nätutbyggnad är normalt mångdubbelt högre än kostnaden för de smarta elnätslösningarna. Att kunna öka kapacitetsutnyttjandet i befintliga nät är, utifrån ett resurs- och miljöperspektiv, fördelaktigt. Att exempelvis förstärka lokalnät genom att bygga nya ledningar kräver nya miljöintrång, något som kan medför minskade miljövärden och som t.ex. kan påverka fastigheters marknadsvärde negativt. Om man med hjälp av ny teknik kan öka överföringskapacitet i befintliga ledningar med bibehållen tillförlitlighet krävs inga nya miljöintrång, vilket är att föredra. I den kartläggning som genomförts av NEPP finns ett projekt i i där mätning, analys och styrning har skapat möjlighet att överföra större effekter i befintliga ledningar. Ett annat exempel gäller Kårehamn på där mätning och över- vakning av ledningstemperaturen har gjort möjligt att installera 48 MW vindkraft även om ledningsnätet bara klarar 30 MW när kyl- ningen är som sämst. I exemplet från Kårehamn har med andra ord den installerade effekten kunnat ökas (exemplet Kårehamn beskrivs närmare i avsnitt 5.4). Att vissa elnätsföretag trots den positiva kostnads- och nytto- analysen väljer alternativet nätutbyggnad beror på oklara incitament och eventuellt på tveksamhet kring robusthet och till- förlitlighet hos den nya tekniken. Denna osäkerhet förstärks om resultat från referensanläggningar med liknande förhållanden som den egna anläggningen saknas. Smarta elnätsteknologier kan också användas för att upprätthålla stabilitet i elnäten. Med kontinuerlig mätning och registrering av Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter spänning med hjälp av ett större antal elmätare analyseras data och utifrån resultaten styrs transformatorerna så att de hjälper till att hålla spänningen i nätet inom givna gränser. Ett annat exempel är att smart elnätsteknologi kan användas för att förebygga elavbrott genom underhållsteknik som bygger på mätningar på flera ställen i elnäten och informationstekniska system. När elavbrottet väl uppstått bidrar tekniken för smarta elnät till snabbt återställande och därmed kan avbrottstiderna minska. Nyttan av smarta elnätslösningar vid förändrade förbrukningsmönster Smarta elnätsapplikationer kan också användas för att undvika investeringar i elnäten som behövs för att klara en större intro- duktion av elbilar och distribuerad produktion (vind- samt sol- kraft). Det finns utmaningar kopplat till såväl distributionsnäten som för stamnätet till följd av denna förändring av kraftsystemet. På distributionsnätsnivå så bedöms primärt ökade lasttoppar från elbilsladdning utgöra en utmaning då toppbelastningen på nätet ökas. I en studie genomförd av Elforsk23777F så uppskattades unge- fär av landets distributionsnät stå inför ett investerings- behov till följd av detta. Möjligheten att minska detta investerings- behov har analyserats av NEPP238F78. I projektet har utmaningarna på distributionsnivå simulerats vid en ökning av antalet elbilar och lokal solelsproduktion, och nyttan som smarta elnät kan bidra med har kvantifierats. De applikationer som analyserats är bl.a. koordinerad laddning av elbilar och efter- frågeflexibilitet från hushållskunder. Med dessa tekniker minskar effektökning till följd av introduktionen av elbilar. I studien upp- skattas att en halvering av antal distributionsnät med investerings- behov kan ske med hjälp av dessa tekniker. Nyttan som kan genereras kan också betraktas ur ett kund- perspektiv. I en Elforsk studie239F79 har den ekonomiska besparingen 77Elforsk, 2014, framtida krav på elnäten, rapport 14:26 2014. 78Rapport till samordningsrådet, NEPP, 2014, Krav på framtidens elnät – smarta elnät, 79Elforsk, 2012, Pilotstudie i , Reflektioner rörande affärsmodeller för förbrukar- flexibilitet och självlärande prognosstyrning för kundanpassad effektreglering, Elforsk rapport 12:48. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter från efterfrågeflexibilitet och automatisk styrning simulerats för en villaägare med bergvärmepump . Bespar- ingen har i dessa fall beräknats till cirka 2 200–. Motsvarande värde för villakund med en elpanna uppgår till cirka 2 800–beroende på respektive års pris- och tempera- turdata. Studien konstaterar att en förbättrad reglering av uppvärm- ningen sänker energiförbrukningen på flera sätt. Med jämnare temperaturreglering kan hushållen välja något lägre inomhus- temperatur utan att uppleva komfortproblem, styra bort topplast och sänka inomhustemperaturen då man är borta från hemmet . Sammantaget uppskattar studien att en 10– energieffektivisering kan nås. Den nytta som i dessa beräkningsfall uppstår för kunden kan inte entydigt sägas bero på användning av smarta elnät. Exemplet illustrerar alltså även att det på kundsidan knappast går att dra någon tydlig gräns mellan smarta elnät smarta energilösningar, vilket gör en entydig analys av kostnader och nyttor för smarta elnät ännu mer komplicerad. 5.4Analyser av elmarknadens utveckling och förändringsbehov 5.4.1Drivkrafter för smarta elnät samt fördelning av kostnad och nytta Av samordningsrådets direktiv framgår att en viktig övergripande uppgift för rådet är att klargöra de ekonomiska drivkrafterna, inci- tamentsstrukturerna och nyttofördelningsmekanismerna som har betydelse för utvecklingen av smarta elnät. Smarta elnät är inte ett mål i sig utan utvecklingen måste motiveras av bidrag till målsätt- ningar inom klimat- och energipolitiken och av den nytta som upp- nås för elkonsumenterna, näringslivet och samhället i stort. Då elförsörjningen är en grundläggande förutsättning för ett funger- ande samhälle är det även viktigt att leveranssäkerheten i ett samhällsperspektiv beaktas. Rådet har prioriterat arbetet med att klargöra de ekonomiska drivkrafterna och incitamentsstrukturerna och detta har varit ett eget fokusområde. Inom området har vi undersökt frågor om Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter elmarknadens funktion, aktörerna på elmarknaden och hur spel- reglerna på elmarknaden påverkar utvecklingen av smarta elnät. Analyser och slutsatser från detta arbete finns publicerade i en särskild rapport, Incitamentsstruktur och kundinflytande på el- marknaden – vilka är aktörernas roller och drivkrafter i utveck- lingen med smarta elnät240F80. En beskrivning av analyserna om driv- krafter för smarta elnät samt fördelning av kostnad och nytta för olika aktörer redovisar vi här. Synergier med andra energislag kan också uppkomma, särskilt i kundledet, med integrerade energi- bärarkoncept där hela kundens energianvändning och kostnad beaktas. Detta behandlas inte här utan bl.a. i avsnitt 4.2.5. Av samordningsrådets direktiv kan man utläsa olika syften med att främja utvecklingen av smarta elnät (se bilaga 1). 1.Underlätta introduktionen och utnyttjandet av förnybar elpro- duktion. 2.Skapa förutsättningar för aktivare elkunder. 3.Underlätta energieffektivisering och minska energianvänd- ningen. 4.Bidra till effektreduktion och kapa effekttoppar. 5.Bidra till ökad effektivitet, förbättrad elkvalitet och driftsäker- het i elnätet. Utifrån dessa syften har vi i arbetet tagit fram och analyserat ett antal användningsfall för smarta elnätsfunktioner. Med exemplen har påverkan på de olika aktörerna i elmarknaden kunnat analyseras då respektive användningsfall kan ha fått sitt genomslag. För att underlätta förståelsen av analysen redovisar vi en schematisk bild i figur 5.13över elmarknaden och dess aktörer. 80 Rapport från samordningsrådet, 2014, Incitamentsstruktur och kundinflytande på elmark- naden – vilka är aktörernas roller och drivkrafter i utvecklingen av smarta elnät? Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter En central fråga är hur aktörerna agerar och reagerar i de olika användningsfallen. Ett problem som kan försvåra utvecklingen av olika användningsfall är att de ekonomiska incitamentsstrukturerna kan innebära att kostnaderna för de investeringar som krävs kan behöva finansieras av en aktör medan intäkterna tillfaller en annan. För användningsfallen analyserar vi därför vem den ekonomiska nyttan tillfaller, vem som betalar och hur incitament kan skapas så det som önskas verkligen sker. Definierar man incitament som en anledning för någon att utföra en viss handling så behöver vi veta den ekonomiska drivkraften som kan få en viss aktör att agera för ett visst användningsfall. För varje användningsfall finns också andra aktörsroller som påverkas indirekt. Analysen nedan utgår från några av de användningsfall som är centrala i elmarknaden: Storskalig introduktion av vindkraft och solcellsel i större anläggningar och bebyggelse. Flexibel användning för effektstyrning inom fastigheter, bostäder och industri. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Energieffektivisering inom fastigheter, bostäder och industri samt introduktion av smarta elmätare och återkoppling av mät- värden. Användningsfall inom elnäten för en effektivare nätverksamhet och säkrare elöverföring. Användningsfallen utgår från tre aktörsrollers initiativ: elprodu- centen som investerar i förnybar el, elanvändaren som utvecklar en flexibel elanvändning och som energieffektiviserar och elnätsföre- taget som investerar, effektiviserar och utvecklar säkerheten i el- överföringen inom sitt elnät. Slutligen diskuterar vi de ekonomiska incitamenten för elhandelsföretaget att erbjuda smarta elnäts- funktioner. Detta är särskilt intressant eftersom elhandelsföretaget förväntas bli elanvändarens huvudsakliga kontakt i elmarknaden enligt de förändringar som är på gång i riktning mot en elhandlar- centrisk modell. Vindkraft och solcellsel i parker och bebyggelse – elproducenten har initiativet Följande händelsekedja bygger upp användningsfallet. El- producenten investerar i vindkraft och/eller solcellsel. (koncessionspliktigt) ansluter vindkraften, ibland genom att bygga ut eller förstärka sin nätkapacitet. Med en ökande mängd intermittent elproduktion behöver den systemansvariga myndig- heten utökade reglerresurser i produktion eller användning, eller genom utökat elutbyte mellan elområden och länder via import och export. Huvudfrågan för användningsfallet är om elproducentens för- väntade intäkter kommer att täcka investeringen i vind- och sol- kraft och bära alla de kostnader som uppstår i de olika leden av elmarknaden. stimulerar stödsystemet elcertifikat denna typ av produktionsinvestering eftersom marknadspriset inte är tillräck- ligt högt för att detta skall ske i stor skala annars. En elproducents ekonomiska kalkyl har följande principiella uppbyggnad: Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Det som kan driva fram en storskalig introduktion av vind- och solkraft är att intäkterna från elproduktionen inklusive elcertifikat och kostnader för balansansvar finansierar den totala kostnaden inklusive avkastning för producenten över anläggningens livstid. I den totala kostnaden ingår kostnaden för att bygga produk- tionsanläggningen och driften, dvs. investerat kapital och drift och underhåll samt kostnaden för nätanslutning och nätöverföring. Andra användningsfall finns beskrivna som handlar om att begränsa kostnaden för nätanslutning och säkerställa en säker nät- överföring när mer förnybar kraft ansluts till elnäten, exempelvis flexibel användning, ellagring och introduktion av flexibla AC- system. I dessa fall blir det betydelsefullt att intäktsregleringen stimulerar elnätsföretagen att tillämpa de mest kostnadseffektiva lösningarna då ny kraft ska anslutas som alternativ till en tradition- ell och kostsam utbyggnad av elnäten. Med mer varierande elproduktion i elsystemet kan kostnaden öka för att hålla systemet i balans, dvs. balansansvarskostnaden (minskar nettointäkten för producenten). Även här finns samma typer av användningsfall, exempelvis flexibel användning och el- lagring som kompletterar den traditionella balanskraften och begränsar kostnaderna för balansansvaret i en mer volatil elmark- nad. För att förstå hur balansansvarskostnaden kan utvecklas kan vi analysera hur den systemansvariga kan påverkas. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter ansvariga ska upprätthålla elbalansen i elmarknaden genom att erbjuda reglertjänster och fördela kostnaden för balansregleringen mellan de balansansvariga genom balanstjänsten. Så här ser den principiella ekonomiska kalkylen ut för den systemansvariga : Om en storskalig introduktion av vind- och solkraft leder till att traditionella kraftverk som används i balanstjänsten konkurreras ut på grund av bristande lönsamhet kan resurserna för balanskraft bli otillräckliga för att hålla systemet i balans. För att säkerställa en tillräcklig mängd balanskraft i marknaden kan den systemansvarige behöva hyra in resurser för balanshållning till en fast kostnad (jfr. effektreserven) vilket kan öka kostnaden för balanshållningen. Detta aktualiserar frågan om behovet av kapacitetsmekanismer i elmarknadens balanstjänst. Syftet med kapacitetsmarknader är att delfinansiera reglerresurser i elproduktion och/eller elanvändning med en fast ersättningskomponent i stället för som med enbart en rörlig energibaserad intäkt. Resonemanget visar att en storskalig introduktion av vind- och solkraft kan förändra elmarknadens funktion och driva fram en tillämpning av smarta elnätsfunktioner i elmarknaden och elnäten. Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Flexibel användning för effektstyrning inom fastigheter, bostäder och industri – elanvändaren har initiativet Denna händelsekedja bygger upp användningsfallet. Elanvändare investerar i teknik för att flexibelt styra och förskjuta hela eller delar av sin elanvändning till tider när priset är lågt. Detta förut- sätter att elnätsföretaget eller elhandelsföretaget har egna skäl att tillämpa en form av prissättning som skapar incitament för el- användaren att styra om delar av sin användning eller effekt till särskilda tidpunkter. Prissignalerna eller prispåverkan måste också göra det tillräckligt intressant för elanvändaren att anpassa sig till flexibel elanvändning som svar på prissignalerna. Elnätsföretagets och elhandelsföretagets skäl att tillämpa en form av dynamisk prissättning Vilka incitament har elhandelsföretagen och elnätsföretagen att införa avtalsformer och tjänster som stimulerar elanvändaren till en tidsflexibel elanvändning? Elnätsföretagets skäl att erbjuda elanvändarna denna prissätt- ning kan hämtas ur elnätsföretagets principiella ekonomiska kalkyl med utgångspunkt i intäktsregleringen som ser ut på följande sätt: Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Med en dynamisk prissättningsmodell för nättjänsten eller genom att införa tjänster för laststyrning ger elnätsföretaget elnätskunden ett tydligt incitament att jämna ut och hålla nere effekten i elnätet (uttag och inmatning). I ett längre tidsperspektiv leder detta till att följande kostnader kan begränsas för elnätsföretaget: kostnader för anslutning till överliggande och gränsande nät kostnader för inköpt eller egenproducerad energi för att täcka nätförluster Rådets bedömning av smarta elnäts möjligheter Hinder i nuvarande intäktsreglering I dagens intäktsreglering behandlas de två första kostnaderna ovan som icke påverkbara och elnätsföretaget tillåts att föra dessa direkt vidare till elnätskunden. Det saknas därför ett tydligt ekonomiskt incitament för elnätsföretaget att minimera dessa kost- nader. Förändringar i intäktsregleringen inför kommande regler- period utvecklas närmare i avsnitt 4.2.3 nätinvesteringar241F81. En annan fråga i regleringen är fastställandet av kapitalkost- nadskomponenten och om det härigenom ges tillräckliga incita- ment för att stimulera elnätsföretagen att göra kapitaleffektiva investeringar i smarta elnätslösningar (se vidare under rubriken inom elnäten för en effektivare nätverksamhet och säkrare elöverföring samt avsnitt 4.2.3). Reglermodellen behöver bidra till att stimulera elnätsföretaget att tillämpa den totalt mest kostnadseffektiva metoden för att klara sin uppgift, exempelvis genom elanvändarens medverkan med flexibilitet som ett alternativ till dyra kapitalinvesteringar. Elhandelsföretaget drivs av att kunna minimera sin ekonomiska risk Elhandelsföretagets anledning att erbjuda elanvändare en prissätt- ning som stimulerar flexibel elanvändning kan härledas ur el- handelsföretagets principiella ekonomiska kalkyl som ser ut så här: