sou · H5B32 · 2017-01-09 00:00:00 — Marknaden kan utvecklas i flera olika riktningar då många olika tekniska alternativ är under utveckling (batterier, efterfrågeflexibilitet i hushåll, lastföljning i kraftverk, ökad geografisk integration via ledningar, integration med fjärr- värme/gas m.m.). Energi- och eltillförselns utveckling i fram till har beskrivits i kapitel 3.2. I det här avsnittet redovisas hur elproduktionen i kan komma att utvecklas . Syftet är att, så långt möjligt, belysa de faktorer som påverkar den framtida elproduktionen. Förutom efterfrågan på el är det många andra faktorer som på- verkar den långsiktiga elproduktionen, exempelvis elpriser, skatter, koldioxidpriser, teknikutveckling, miljöaspekter, ledtider, tillgång till överföringskapacitet, den allmänna opinionen, m.m. Det här kapitlet tar sikte på att beskriva scenarier för den framtida elpro- duktionen tillsammans med teknikutvecklingen för olika kraftslag samt det framtida effektbehovet. 5.2.1Scenarier för den framtida elproduktionen Beskrivningen av det framtida svenska elproduktionssystemet baseras på scenarioanalys från tre olika studier. De är IVA:s delrapport om framtida elproduktion (IVA 2016a), IEA:s och Nordiska ministerrådets rapport (IEA och 2016) och framtider – energisystemet efter 2020 (2016d). IVA presenterar fyra scenarier (s.k. ytterlighetsalternativ) för det svenska produktionssystemets utformning för perioden till 2050. Samtliga utgår från att elsystemet ska vara fossilfritt. En annan utgångspunkt är att efterfrågan på el över året totalt sett ska kunna tillgodoses med produktionsresurser inom landet. Vidare har antagits att efterfrågeflexibiliteten är av topp- effekten. Scenarierna kallas ”mer sol och vind”, ”mer biokraft”, ”ny kärn- kraft” och ”mer vattenkraft”. Det finns enligt rapporten en bety- dande potential för vindkraft, från dagens produktionskapacitet på , till 60–70 TWh13. För att realisera denna potential framhålls att det krävs stora investeringar i elnät, förbindelser till andra länder och tillgänglig teknik för att lagra el. 13 Potentialen avser landbaserad vindkraft. Därutöver finns en potential i havsbaserad vind- kraft. framtida elförsörjning SOU 2017:2 också kunna öka avsevärt på lång sikt, från dagens till , och även då krävs investeringar i lagringsteknik. Enligt IVA kräver ett scenario med en så stor andel variabel elproduktion också annan flexibel elproduktion som kan sättas in när det inte blåser eller när solen inte skiner. Rapporten identifierar också en stor potential i elproduktion ba- serad på biobränsle, från dagens till som mest . Detta kräver en stor satsning på ny teknik och ett effektivare uttag av biomassa från skogsbruket. IVA beskriver vidare att skulle kunna satsa på ny kärn- kraft. Enligt IVA är den mest kritiska faktorn i det korta perspektivet att säkerställa att behåller kompetensen inom kärnkrafts- området. Det finns en begränsad potential på cirka 5–i att effekti- och bygga ut vattenkraften ytterligare. Om det däremot be- slutades att tillåta utbyggnad i skyddade älvar och vattendrag skulle bruttopotentialen öka radikalt, till uppemot totalt. IVA:s slutsats är att kan välja flera vägar till ett fossilfritt kraftsystem. Produktionskostnaderna är ungefär desamma i de fyra scenarierna. Det som skiljer de olika alternativen åt är att det be- hövs olika stora investeringar i överföringskapacitet och effektreserv. I en uppföljande rapport från IVA analyseras miljökonsekvenserna av de olika elproduktionsscenarierna (IVA 2016b). Här konstateras att miljöaspekterna har olika karaktär i de fyra alternativen, allt från stor lokal påverkan på miljön till indirekta effekter av produktion i andra länder. IVA bedömer sammanfattningsvis att de fyra scenari- erna har olika miljöpåverkan och att det inte går att rangordna al- ternativen utifrån ett miljöperspektiv. Alternativet ”mer sol och vind” kommer enligt IVA att kräva en stor andel lagringskapacitet, efterfrågeflexibilitet och effektreserv. Eftersom både vindkraftverken och solcellerna sannolikt skulle till- verkas i andra länder bedöms det vara av stor vikt att följa miljöpå- verkan vid tillverkning. Sol- och vindkraftens produktionsvariationer kan också mötas av utökad användning av gaskraft eller batterilagring. Generellt krävs mer kunskap om miljöaspekterna vid tillverkningen Gaskraftverk kan drivas av antingen bio- eller naturgas, där det sistnämnda ger upphov till fossila koldioxidutsläpp. Vind- kraftens miljöpåverkan utgörs lokalt av landskapsförändringar, risk för störningar för känsliga biotoper, fladdermöss och fåglar samt ljudeffekter. De största utsläppen för vindkraft kommer från till- verknings- och byggnadsfasen. Alternativet ”mer biokraft” har utgått från en mycket stor an- vändning av biomassa, vilken huvudsakligen ska komma från rest- produkter från skogsbruket. Bedömningen är att det blir svårt att på ett uthålligt sätt leverera denna volym utifrån endast inhemska rester från skogen. Ett högre uttag ger en större miljöpåverkan på till exempel biologisk mångfald. har angett att den fram- tida tillgången på grenar och toppar (GROT) innebär en tredubbling jämfört med dagens nivå, men det skulle inte räcka i detta scenario. Ett bredare systemperspektiv, till exempel genom utveckling av framtida biokombinat, där även biodrivmedel produceras och resurseffektivi- teten blir högre, kan enligt IVA vara ett bättre miljöalternativ. Alternativet ”mer vattenkraft” har enligt IVA en kraftig påverkan på den biologiska mångfalden eftersom några, alternativt samtliga, orörda älvar i skulle behöva tas i anspråk. Effektivisering och effektökning av vattenkraftsproduktionen i nuvarande utbyggda vattendrag bör kunna utformas utan väsentligt ökad negativ inverkan på djurs och växters livsmiljöer. I alternativet ”ny kärnkraft” ersätts i princip dagens system med motsvarande kärnkraftsproduktion med viss utveckling av dagens teknik. Ur miljösynpunkt ger detta alternativ upphov till utsläpp vid bränsleutvinning och transport, vid uppförande av anläggningar samt till en totalt ökad volym av kärnavfall som ska hanteras, jämfört med . Ur resurssynpunkt menar IVA att en teknikutveckling till kärn- kraftsgeneration IV skulle ge stora positiva effekter på bränsleanvänd- ningen och minska riskerna vid avfallshanteringen. I rapporten från IEA och (2016) ges rekommendationer för att uppnå ett näst intill fossilfritt energisystem på nordisk nivå. Rapportens tre övergripande rekommendationer är: •Planera för ett nordiskt energisystem som är betydligt mer distribuerat, sammankopplat och flexibelt jämfört med . •Snabba upp den teknologiska utvecklingen för fossilfria lång- distanstransporter och en fossilfri industrisektor. •Utnyttja städernas potential för att uppnå fossilfrihet och energi- effektivisering inom transport- och bostadssektorn. För att klara utmaningen med ett näst intill fossilfritt energisystem krävs en kraftig tillväxt av framför allt bioenergi och landbaserad vindkraft tillsammans med en minskning av den tillförda energin med , se Figur 5.1 och Figur 5.2. Figur 5.1 Nordisk tillförsel av primärenergi (TWh) i IEA:s Carbon Neutral Scenario Vind, geotermi och sol Källa: IEA och (2016). Figur 5.2 Utvecklingen av nordisk el- och värmetillförsel (TWh) mellan och i IEA:s Carbon Neutral Scenario Källa: IEA och (2016). För elsektorn är rapportens huvudsakliga slutsatser att: •I beräknas av elproduktionen komma från variabel14 elproduktion , framför allt vindkraft. Vissa geo- grafiska områden har potential att ha vindkraft. •Norden exporterar mellan 50 och och fram- åt. Den största elexporten står för medan står för den största importen. •Exporten av el drivs av bl.a. lönsamhet för ytterligare utlands- kablar och av att länder i vill kunna utnyttja den nordiska vattenkraften som reglerkraft. •Ökad flexibilitet på både tillförsel- och användarsidan är nöd- vändig för att möjliggöra en högre andel variabel elproduktion. Enligt rapporten kan politiken understödja utvecklingen mot ett fossilfritt energisystem på flera sätt, bl.a. genom att: •Stärka det europeiska samarbetet gällande planering och utbygg- nad av elnätsinfrastruktur. •Underlätta planeringen för utbyggnad av vindkraft och se över skatter och regelverk som motverkar flexibilitet på både tillförsel- och användarsidan. 14 Variabel elproduktion definieras fortsättningsvis som elproduktion från kortsiktigt fluktuerande energikällor, exempelvis sol och vind. Dessa är mer väderberoende och mindre planer- bara än annan elproduktion. •Öka samarbetet inom marknadsdesign och övrig lagstiftning för att möjliggöra en högre andel variabel elproduktion. •Planera skatter och regelverk för att gynna en samverkan mellan olika energibärare – el, fjärrvärme och bränslen – i syfte att öka flexibiliteten i energisystemet. I framtider – energisystemet efter 2020 redovisas explorativa scenarier för det framtida svenska energi- systemet (2016d). Analysen sträcker sig och 2050 och omfattar hela energisystemet. Scenarierna kan i korthet beskrivas enligt följande: •I scenariot ”Forte” fungerar energi som bränsle för tillväxt och framgång. Politikens fokus är säker tillgång till energi till låga och stabila priser och effektiv godstrafik åt industrin. •I scenariot ”Legato” ses energi som en globalt begränsad resurs. Det är viktigt med en jämn och rättvis resursfördelning på global nivå. Fokus är på ekologisk hållbarhet och global rättvisa. •I scenariot ”Espressivo” är energi ett uttrycksmedel. Konsumenter vill hantera sina egna behov genom inköp av tjänster och ökad egenproduktion, lösningar som de uppfattar som effektiva och framåtsiktande. •I scenariot ”Vivace” är energi en språngbräda för tillväxt på kli- matets villkor. vill vara en global föregångare inom klimat- lösningar och miljöteknik för ett hållbart globalt energisystem. Politikens fokus ligger på klimatsmart forskning och innovation, demonstration och kommersialisering på bred front. Skillnaden i total energianvändning är upp till mellan de olika scenarierna. Det finns också stora variationer i elproduktion- ens sammansättning. är utfallet för kärnkraften mellan 0 och , vattenkraften mellan 55 och , vindkraften mellan 10 och , kraftvärmen mellan 9 och och sol- kraften mellan 2 och . Rapportens övergripande slutsatser är att: •Alla scenarier förutsätter betydande investeringar av olika slag. Det har däremot inte gjorts någon kvantitativ bedömning av de totala investeringar som krävs. Elpriset förväntas stiga i samtliga scenarier till cirka 55 till per kWh mellan . •I samtliga scenarier nås en nettoexport på mellan 20 och . Det är framför allt stora potential för landbaserad vind- kraft tillsammans med tillkommande överföringskapacitet som möjliggör den stora exporten i scenarierna. •För att möjliggöra de olika scenarierna behövs i vissa fall ekono- miskt stöd för att utbyggnaden ska ske. Kostnaden för stöden bedöms vara små och elpriset har i sig har en mycket större in- verkan på elkundens kostnad. I en bilaga till huvudrapporten redovisas scenariernas konsekvenser för elsystemet (2016k). Det framgår bland annat att projektet inte har gjort någon analys av effekterna på nättariffer. Det antas dock att nättarifferna kommer att öka något, framför allt i scenarier med en hög andel variabel elproduktion till följd av ett ökat investeringbehov. Vidare noteras att olika produktionsslag får olika stor del av el- priset. Vid stor utbyggnad av sol- och vindkraft blir ofta elpriset lägre just under de timmar då sådana kraftslag levererar som bäst, vilket därmed bidrar negativt till intäkterna. Denna företeelse brukar kallas profilkostnad. För framför allt vattenkraft och biokraft finns en möjlighet att få högre intäkt än det genomsnittliga elpriset eftersom dessa kraftslag kan planera när de ska producera. Samverkan mellan el- och värmesektorn Den omställning av elmarknaden som sker, med en allt högre andel variabel elproduktion, kan öka behovet av en effektiv sam- verkan mellan olika energibärare för att öka flexibiliteten och leve- ranssäkerheten i elsystemet. Samspelet mellan el- och fjärrvärme- marknaderna är ett tydligt exempel på att samverkan mellan olika energibärare kan gynna energisystemet i sin helhet. Elproduktionen från kraftvärmen sammanfaller med situationer då effektbehovet i elsystemet är som högst. Eftersom fjärrvärmen ofta ersätter elbase- rad uppvärmning kan den lindra ansträngda effektsituationer. Vi- dare kan kraftvärmen bidra med systemtjänster till elsystemet. Den kan också fungera som ett energilager där överskottsel kan lagras i form av värme. som behovet av samverkan mellan el- och värme- marknaderna förväntas öka , minskar enligt tillgängliga prognoser andelen el som används för uppvärmning (Energiforsk 2015). Detta beror dels på att våra bostäder blir mer energieffek- tiva, dels på att det pågår en snabb teknikutveckling av värmepum- par som gör att elbehovet minskar. Vid Energikommissionens expertseminarium om samverkan mellan el- och värmemarknaderna framförde företrädare för både kraftvärme- och byggbranschen att det, trots de stora fördelarna med kraftvärme, saknas incitament för både ny- och reinveste- ringar15. Det finns en risk att befintliga anläggningar på sammanlagt omkring 1 000 MW läggs ned det kommande decenniet utan mot- svarande mängd reinvesteringar (Fortum 2016). Nya produktions- anläggningar förväntas också i allt högre utsträckning byggas som rena värmeanläggningar, utan möjlighet till elproduktion (Vatten- fall 2016c). Hur den framtida elproduktionen kan komma att vara sammansatt beror bland annat på kostnader och tekniska egenskaper hos olika kraftslag. Teknikutvecklingen är en betydelsefull faktor i det sam- manhanget. Här ges en översikt av pågående teknikutveckling för olika typer av elproduktion och energilager. Beskrivningen omfattar följande kraftslag: 15 Många anläggningar har ett lägre antal driftstimmar än planerat och den totala produktionen från kraftvärme har sjunkit . Dock har ett antal ny- investeringar gjorts såsom i . Kärnkraft – generation IV Kärnkraft bygger på att vatten förångas med hjälp av värmeavgi- vande kärnreaktioner i en kärnreaktor och leds genom en ångturbin som via en generator alstrar elektricitet. Det finns flera olika reaktortyper och teknologier som utvecklats , och de brukar delas in i olika generationer. Ma- joriteten av dagens kommersiella reaktorer är av generation II. Den teknik som byggs och kommer byggas den närmaste framtiden i västvärlden är främst reaktorer som kallas generation III och III+. Tekniken har utvecklats utifrån erfarenheterna från föregående generationer och karaktäriseras främst genom avancerade säker- hetssystem (Hellesen 2015). Vissa kärnreaktorer av generation III+ har exempelvis passiva säkerhetssystem för kylning, som aktiveras genom naturlagar, i stället för eller som komplement till elektriska och mekaniska system. Dessa passiva säkerhetssystem är följaktligen också mycket enklare än aktiva system eftersom de passiva säker- hetssystemen inte kräver samma omfattning av hjälpsystem som dagens kraftverk. Ett annat kännetecken för generation III är att driftsäkerheten förbättrats med tåligare material och robustare kon- struktioner. Förutsättningar för en bättre ekonomi finns också då en mindre mängd byggnadsmaterial och färre komponenter per in- stallerad effekt används i förhållande till äldre generationer. kan så kallade generation IV-reaktorer (gen-IV) eventuellt bli kommersiellt gångbara. Enligt många bedömare ligger dock en kommersiell introduktion av dessa reaktorer sannolikt framåt i tiden även om de rent tekniskt har demon- strerats (Hellesen 2015). En anledning till att in- troduktionen av gen-IV dröjer bedöms vara att uran är så pass billigt att det inte finns ekonomiska incitament till att gå över till gen-IV. Generation IV innebär en reaktordesign som: •Utesluter större olyckor genom passiva säkerhetssystem. •Använder kärnavfall som bränsle och därmed minskar proble- met med tillgången på uran. •Minskar förvaringstiden för kärnavfall från 100 000-tals år till mindre än . •Minskar spridningen av radioaktivt material för vapenändamål. För att möjliggöra en introduktion av gen-IV krävs enligt experter mer än en enskild reaktor. Det behövs ett helt nytt kärnenergipro- gram med infrastruktur för bränsle, avfall och övervakande myn- digheter (Hellesen 2015). På grund av ökade marknadsmässiga och politiska risker och därmed ökade kapitalkostnader för stora kärnkraftsreaktorer (>1 000 MW) har det uppstått ett ökat intresse för att bygga s.k. små modulära reaktorer (3–300 MW). Några av de fördelar som lyfts fram med tekniken är att: •På grund av storleken kan de serietillverkas i fabrik vilket kan öka kvaliteten och sänka kostnaderna. •Den passiva säkerheten och den lilla storleken gör reaktorerna lämpliga för länder med svagt utvecklade nät och liten erfaren- het av kärnkraft. Det finns ett femtontal små modulära reaktorer i drift eller under utveckling och ytterligare ett femtontal projekt i tidig utveckling (2016b). Kostnaden för små modulära generation IV-reaktorer har av en svensk forskare bedömts till per kWh (2015). Produktionskostnaden för ny vattenkraft i ligger per kWh för småskalig (5 MW) och på per kWh för storskalig vattenkraft (90 MW), inklusive dagens skatter, av- gifter men exklusive investeringsstöd (Elforsk 2016a). IVA anger att den tekniska potentialen för utbyggnad av vattenkraften i är , baserad på etablerad teknik i befintliga vattendrag (IVA 2016a). Genom förnyelse och effektiviseringar bedöms produk- tionen kunna öka i befintliga kraftverk med 2–. Vattenkraften skulle kunna anpassas för att erbjuda ännu större lagringsmöjligheter och reglerkapacitet, men det kommer att kräva förändring av vattendomar med ökad kortidsreglering, högre dämningsnivåer, större regleramplitud, högre maxflöden, m.m. (IVA 2016a). sker i princip ingen nybyggnation av vattenkraft i . Däremot görs upprustningar och nyinvesteringar av befintliga an- läggningar. De befintliga anläggningarna varierar med avseende på storlek, turbintyp och användningen av annan teknik. IEA pekar på att moderniseringar eller uppgraderingar av befintliga vattenkraftverk kan vara mer kostnadseffektivt än att investera i nya projekt och innebära mindre miljöpåverkan (IEA 2012). Genom att ersätta delar av utrustningen (turbiner, generatorlindningar, kontroll- paneler m.m.) kan verkningsgraden öka som tillgänglig- heten, flexibiliteten och drift- och underhållskostnaderna minskar. Potentialen för förbättringar av befintliga vattenkraftverk ligger mellan för kraftverk som inte redan är uppgra- derade (IEA 2012). har analyserat den tekniska potentialen för effektutbyggnad för den svenska vattenkraften utifrån befintliga fallsträckor och vattenkraftstationer (2016b). Enligt rapporten kan kapaciteten i befintliga kraftverk öka med i genomsnitt jämfört med dagens kapacitet. Den absoluta och relativa potentialen för effekt- utbyggnad skiljer sig åt mellan de olika älvarna och potentialen beak- tar inte att omprövning av vattendomar och miljötillstånd behöver komma till stånd. En stor del av teknikutvecklingen har fokuserats på att nå hög hydraulisk verkningsgrad för vattenkraftsturbinerna. når mo- derna turbiner cirka 90–95 procents verkningsgrad. ningsmetoder (, CFD) har utvecklats vilket medfört ökade möjligheter att både studera olika strömnings- tekniska fenomen kring vattenkraftsturbiner och att optimera deras design. är konventionella experimentella metoder ett viktigt inslag vid uppgraderingar av turbinerna. Drivkrafterna för utvecklingen har främst varit att öka effekt- uttaget och öka verkningsgraden samt att skapa större flexibilitet i driften av anläggningarna för att möta framtida behov av ökad re- glering av vattenkraften (2015). Även ökad tillgänglighet och minskade underhållskostnader är av stor betydelse. Genom EU:s ramdirektiv för vatten ställs krav på EU-länderna att nå viss vattenkvalitet, bl.a. vad gäller ekologisk status, vilket har betydelse för vad som är möjligt att åstadkomma inom vattenkraften. har fokus också legat på att förbättra de tekniker och åtgärder som behövs för att miljöanpassa vattenkraften. Det handlar bl.a. om åtgärder för ökad kontinuitet i vattendragen (t.ex. fisk- trappor, omlöp och biokanaler) eller biotopvårdande åtgärder, men det bedrivs också forskning och utveckling för att utveckla modeller för samhällsekonomisk kostnadsnyttoanalys av vattenkraftrelaterade miljöåtgärder för att kunna värdera dessa åtgärder (Elforsk 2016b). Oljefria turbiner och vattensmorda lager har införts i många fall för att minska riskerna för läckage av olja till omgivande miljö och för att förbättra underhållet. Materialutvecklingen har också bidragit till att öka livslängden på komponenter i vattenkraftverk. Inom dammar och konstruktion har metoder, tekniker och material utvecklats för att förbättra kon- struktion och design och minska kostnaderna för dessa i samband med anläggandet av vattenkraftverk. Verktyg och metoder för nybyggnation, förnyelse, drift och un- derhåll av vattenbyggnadskonstruktioner i vattenkraftindustrin har bl.a. utvecklats inom för att säkerställa vattenkraftsproduktion och dammsäkerhet (Elforsk 2016c). Efter- som dammanläggningarna i landet åldras som samhällets krav på säkerhet ökar är dessa områden särskilt viktiga för den fort- satta driften av vattenkraften. Det finns ett ökat behov av undersökningar, tillståndsbedöm- ningar, reparationer och förnyelse alternativt nybyggnationer. Detta ställer krav på en kontinuerlig utveckling av metoder och arbetssätt. För att säkerställa att dammanläggningar kan avbörda höga flöden har uppgradering av tekniska system genomförts. Det finns flera innovativa lösningar för detta (exempelvis s.k. fuseplugs, nödutskov, överströmningsbara dammdelar m.m.) som kan komma att få ökad tillämpning ((Svk) 2015a). Utvecklingen av hydrokinetiska turbiner i fritt strömmande vatten har också gått framåt (i samband med utvecklandet av tidvattenturbiner). refereras dessa till som ”osynlig vatten- kraft” då turbinerna är placerade under vattenytan och inte använ- der dammar och stationsbyggnader som konventionell vattenkraft. Kostnaden för både land- och havsbaserad vindkraft har sjunkit kraftigt . gjorde en kost- nadsbedömning för landbaserad vindkraft i av vilken framgick att det fanns en potential att bygga omkring för per kWh (2014c). De billigaste projekten i kostnadsfallet bedömdes kosta per kWh. Studien uppdaterades och bedöms potentialen i referensfallet ha ökat från 12 till för en kostnadsnivå på per kWh. De billigaste projekten bedöms kosta per kWh (). Den snabba kostnadsminskningen kan till viss del förklaras av tek- nikutveckling. Högre torn och längre vingar har ökat den genom- snittliga produktionen från varje vindkraftverk. Den främsta för- klaringen till kostnadsminskningen bedöms dock vara de sjunkande avkastningskraven hos investerare. De låga el- och elcertifikatpriserna har ökat konkurrensen och gynnat aktörer med låga avkastningskrav. I många fall är dessa aktörer icke-traditionella aktörer på energimark- naden såsom pensions- och kapitalförvaltare. Enligt många marknadsbedömningar kommer produktionskost- naderna för landbaserad vindkraft att fortsätta minska. Exempelvis gör () bedömningen att pro- duktionskostnaden per kWh kommer att sjunka med cirka 18 pro- cent och med jämfört med (BNEF 2016). Den främsta drivkraften för kostnadsminsk- ningen bedöms vara ett ökat kapacitetsutnyttjande, dvs. fler producerade kWh per installerad enhet effekt. Den havsbaserade vindkraften har vuxit kraftigt . stod havsbaserad vindkraft för av det årets totala installerade kapacitet i (2016). Majoriteten av den installerade kapaciteten, , finns i . Den starka utvecklingen kan framför allt tillskrivas olika former av stödsystem som har gett långsiktigt bedömningsbara intäkter; inledningsvis med så kallade feed-in tariffsystem men framför allt genom olika former av anbudstävlingar endera av projekt eller av zoner.