sou · H5B32 · 2017-01-09 00:00:00 — Det sistnämnda har varit speciellt framgångsrikt i och . I fanns det totalt 84 havsbaserade vindkraftsparker med en installerad effekt på 11 GW fördelat på elva länder (2016). I finns 202 MW havsbaserad vindkraft och i tillståndsgivna projekt (2015i). Teknik- och marknadsutvecklingen har inneburit större vind- kraftverk utvecklade för Nordsjömarknaden och större vindkraft- parker allt längre från kusten. har nya vindkraftverk en effekt- storlek på uppemot 8 MW och en turbindiameter som överstiger 150 m. En fortsatt ökning förutses och bedöms de första turbintesterna påbörjas med turbindiametrar på uppemot 200 m. Kapaciteten förväntas öka ytterligare från dagens cirka 8 MW till mellan 11 och 12 MW. Kostnaden för havsbaserad vindkraft har sjunkit med . Exempelvis vann den danska anbudstävlingen, , med ett anbud på per MWh (exklusive elnätsanslutning). Kännetecknande för tillståndsgivna projekt i svenska farvatten är att de i förhållande till Nordsjöprojekt ligger närmre kusten, har annan geologi och betydligt lägre extremvindar och extremvågor. Det sistnämnda ger möjligheter att bygga ”lättare” och därmed billigare konstruktioner. Tillsammans med avsaknaden av tidvatten så betyder det goda förutsättningar att bygga billigare i svenska farvatten än i . SOU 2017:2 framtida elförsörjning Bioenergi är största energikälla sett till slutlig an- vändning av energi (Svebio 2016). Potentialen för en ökad använd- ning bedöms vara stor. På kort sikt bedöms uttaget av biomassa kunna öka med motsvarande 35–, med dagens förutsättningar och utan att direkt konkurrera med annan jordbruks- och skogs- produktion. skulle potentialen kunna öka med 55–från dagens nivå. Det sker en nettotillväxt i skogen vilket möjliggör ett ökat uttag av virke, vilket i sin tur skulle kunna generera ytterligare restprodukter som kan användas som biobränsle. Denna potential uppskattas kunna ge ytterligare (IVA 2016a). har presenterat ett förslag om bindande euro- peiska hållbarhetskriterier för biobränslen inom ramen för det s.k. vinterpaketet (). Elproduktion baserat på biobränslen sker främst i kraftvärmeverk, alltså samtidig produktion av el och värme. Den framtida potentialen för biobränslebaserad elproduktion är därför främst beroende av utvecklingen av värmeunderlaget. produceras omkring biobränslebaserad kraftvärme. Produktionskapaciteten i befintliga kraftvärmeverk i fjärrvärmesystem ligger på 16–. Inkluderas även industrin skulle el kunna produceras i befintliga anlägg- ningar med dagens teknik (IVA 2016a). Potentialen genom teknikutveckling kan öka ytterligare till to- talt omkring 40–biokraftproduktion, se Figur 5.3. Det är framför allt två åtgärder som kan öka potentialen: en övergång från naturgas till biometan i befintliga naturgasanläggningar och en in- troduktion av den s.k. top-spooltekniken som kan öka verknings- graden i kraftvärmeverk från dagens 25–till (IVA 2016a). Figur 5.3 Illustration av bruttopotentialen för biokraft (TWh) över året i dagens kraftverk till biogas. till 6 000 h. 4 500 h. Källa: IVA (2016a). Bilden är bearbetad av . Den framtida kostnadsutvecklingen för biokraft beror till stor del på hur efterfrågan för bioråvara utvecklas. Till skillnad från vind- och solkraft finns det ingen tydlig nedåtgående trend i kostnaden för biokraft. Elforsk har med tre till mellanrum analyserat nyproduktionskostnaderna för olika kraftslag i rapporten från nya anläggningar. Elproduktionskostnaden för en typ- anläggning på 30 MW har ökat från till per kWh, nominella termer (Elforsk 2000; 2014b). Procentuellt sett har solkraften svarat för den största kostnadsminskningen av alla kraftslag. Enligt IEA har kostnaden för solkraft globalt mer än halverats , från omkring per MWh till under per MWh (IEA 2015). Kostnadsminskningen kommer enligt många bedömare att fort- sätta under de kommande decennierna. Enligt BNEF kommer kostn- aden ligga på omkring per MWh, vilket skulle göra solkraft till en av de billigaste elproduktionsteknikerna globalt sett (BNEF 2016). Enligt samma studie bedöms solkraften stå för 29 pro- cent av den globalt installerade effekten och av elpro- duktionen , att jämföra av installerad effekt och av elproduktionen . Omkring två tredjedelar av solkraften bedöms byggas av kraft- bolag och omkring en tredjedel av konsumenter. Den primära drivkraften för de minskade kostnaderna för sol är inte teknikutveckling utan skalfördelar vid tillverkning och minsk- ade projektutvecklingskostnader (BNEF 2016). presenterade på reger- ingens uppdrag ett förslag till solelstrategi (2016m). Strategin innehåller bland annat förslag om solROT-avdrag i stället för investeringsstöd för privatpersoner, skattereduktion för mellanstora anläggningar, en justering av energiskattelagen så att den gäller per anläggning i stället för utifrån juridisk person och att ut- byggnaden blir mer resurseffektiv genom en översyn av bygglovs- processer, avfallshantering och fysisk planering. Vidare föreslås att el- certifikat för solkraft ersätts med en höjning av något av de övriga stöden. Tekniker för att utvinna energi ur haven har mognat till en fas där ett flertal koncept testas i full skala. har en stark posi- tion gällande forskning och utveckling inom området och det finns flera ledande utvecklingsbolag, såsom Seabased och Minesto. Den teoretiska potentialen för olika typer av havsenergi är mycket stor och motsvarar av världens totala energibehov. I bedöms potentialen för vågkraft uppgå till mellan 10 och , beroende på teknik, och för strömkraft till mellan 2 och (2014d). Kostnaden för havsenergi är mycket hög och det behövs ytterligare pilotanläggningar i full skala för att avgöra vilka tekniker som har störst potential för att reducera kostnaderna. utvecklingsbolaget bedömer att kostnaden för strömkraft kan sjunka till per kWh efter utveckling av 10 fullstora anläggningar (2015). Geotermisk energi, som genereras av radioaktivt sönderfall i jordens inre och av solstrålning, finns lagrad i och under jordskorpan. Geotermisk energi bidrar än så länge endast marginellt till världens energiförsörjning, men potentialen bedöms som stor och det pågår en snabb teknisk utveckling, inte minst inom området borrteknik. Geo- termisk energi utvinns genom att pumpa upp grundvatten från djupa borrhål. Värmen avges i en värmeväxlare och det avkylda grundvattnet återförs till samma djup i berggrunden som det kom ifrån. I vissa områden kan el produceras i geotermisystem med höga temperaturer i relativt grunda borrhål där också tillräckligt stora mängder vattenånga påträffas. I behövs borrdjup på motsvarande 5–för att temperaturen i berggrunden ska vara tillräckligt hög för elproduktion. Kostnaden för att producera el från geotermisk energi är helt av- hängig kostnaden för att borra djupa borrhål. Fram till har det varit svårt och tidskrävande att borra djupt vilket har inneburit att det inte varit ekonomiskt lönsamt. Möjligheterna för djupborrning har dock ökat , inte minst på grund av utvecklingen inom borrtekniken för skiffergas och skifferolja, vilket ökar möjlig- heten för kostnadsminskningar för geotermisk energi. Lagring av el kan på många sätt hjälpa elsystemet, dels genom att förbättra elkvaliteten, dels genom att ta tillvara på produktion då den inte direkt kan användas. Med en ökad mängd väderberoende och variabel elproduktion ökar behovet av att kunna jämna ut tillgänglig effekt med hjälp av energilager. Det finns olika typer av energilager på både tillförsel- och användarsidan och de kan nyttiggöras på olika sätt i elsystemet (se vidare kapitel 5.6). Här behandlas de tekniska och ekonomiska förutsättningarna för s.k. korttidslager, framför allt batterier. Just nu sker ett snabbt prisfall på litium-jonbatterier för for- donsindustrin (se även kapitel 5.1.4). Kostnadsminskningarna har skett så snabbt att många prognoser blivit inaktuella kort efter att de har publicerats. En omfattande kostnadsgenomgång publicerad i Nature Climate Change förutspådde ett batteripris på per kWh –2030 (2015). Mindre än efter att studien publicerats menar bedömare att batteripriset , när Teslas s.k. gigafactory tas i drift i , kommer att hamna under per kWh. Detta kan få en stor påverkan på hur batterier kan användas i olika applikationer (2016). Det förutspås att batteriteknik kommer att kunna användas exempelvis i elnäten. Batteriteknik i näten kan bidra med flera olika systemfördelar, men ingen enskild systemfördel ger tillräck- ligt stort skäl till att investera. Batterilager skulle kunna användas för att jämna ut lokala effekttoppar. Därmed skulle t.ex. nätinveste- ringar kunna undvikas som annars skulle ha behövts vid risk för över- belastning vid t.ex. förtätning av bebyggelse eller lokal ökning av elbilar som behöver laddas. Batterilager skulle även kunna användas till frekvenshållning och andra nyttigheter för elnätet (IVA 2016d). Litium-jonteknologin förefaller bli mest konkurrenskraftig för energilager på upp till några (2–4) timmar i nät med en ökande andel vind- och solkraft, även om mer forskning behövs för att undersöka specifikt svenska förhållanden. Kundernas förväntningar på hög leveranssäkerhet och god elkvalitet förväntas vara fortsatt höga. Många av det moderna samhällets funk- tioner, exempelvis inom IT-sektorn, sjukvården och industrin, blir allt mer elberoende. Tillgången till el måste även kunna möta efterfrågan och effektbehovet blir då centralt att hantera. varierade effektbehovet i mellan cirka 8 500 och 25 000 MWh . Det var dock endast som behovet översteg 20 000 MW (IVA 2016c). Effektbehovets variation över året och dygnet påverkas till stor del av hushållens energianvändning, framför allt av el för uppvärmning. Användningen av el för uppvärmning bidrar med en topp- lasteffekt på cirka 7 000 MW (under ett normalår) eller 8 000 MW (under en s.k. 20-årsvinter16). Som beskrivits i kapitel 5.1.4 pekar NEPP:s elanvändningsscena- rier på att elanvändningens effektbehov kommer att ändra karaktär (NEPP 2015). Det finns skäl som talar för att effektbe- hovet kan komma att minska något i förhållande till ut- vecklingen av elenergiförbrukningen. Detta beror på att elanvänd- ningen för uppvärmning minskar, vilket gör att förbrukningen inte blir lika stor som . I scenarier som innebär en om- fattande introduktion av elfordon, kan det i stället handla om en ökad variation av effektuttaget om inte ”smarta laddnings- strategier” förmår utjämna lasten över dygnet. Effektutmaningen drivs av elproduktionens utveckling I liksom i många andra länder sker nu en kraftig utbyggnad av variabel elproduktion. Med betydande inslag av vind- och solkraft uppstår särskilda utmaningar. Eftersom varken vind- eller solkraft kan styras uppstår frågan om hur elsystemet ska balanseras. Även om det i finns en betydande fördel jämfört med övriga genom de relativt stora volymerna reglerbar vattenkraft är det en central fråga hur långt vattenkraften (och transmissions- systemet) räcker för att reglera variationer i efterfrågan och i annan produktion. För att belysa denna fråga är det lämpligt att se hur produktion och användning utvecklas när den variabla elproduk- tionen utgör en stor andel av den samlade elproduktionen. Med introduktionen av vind- och solkraft ändras förutsättningarna för elsystemets drift och balansering på flera sätt. Bland annat kommer vind- och solkraftverken, på grund av sina mycket låga rörliga kostnader, att producera och leverera el till marknaden så snart som vinden blåser och/eller solen skiner. Vid en given efterfrågenivå leder detta till en motsvarande mindre produktion i de konventionella kraftverken och/eller i vattenkraftverken. Detta påverkar de ekono- miska förutsättningarna för elproduktion (se även kapitel 5.4). En förenklad simulering av hur effektsituationen kan se ut vinter- tid i ett framtida elsystem med mycket vindkraft, illustrerar hur 16 Tjugoårsvinter definieras som det lägsta tredygnsmedelvärde av temperaturen som statistiskt uppträder . utmaningen kan gestalta sig. De två kallaste veckorna vintern /2016 inträffade mellan . Det maximala effektuttaget låg på 25 929 MW (Svk 2016c). Vind- kraften bidrog med mellan av det totala effektuttaget, se Figur 5.4. Vindkraftens variationer han- terades till största del av vattenkraften, vars produktion varierade med 8 000 MW . Vid ett antagande om en tredubblad vindkraftsproduktion, och förutsatt att samma effektuttag gäller , skulle samma situa- tion resultera i att vindkraften står för mellan av effektbehovet, se Figur 5.5. På mindre än ökar vindkraftsproduktionen med 12 000 MW. Figur 5.4 Vindkraftsproduktion och elförbrukning (MW) 13– Källa: Svk (2016c). Figur 5.5 Simulerad vindkraftsproduktion (MW) ( så hög som 2016) och elförbrukning 13– 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271 289 307 325 343 19 37 55 73 91 Källa: Svk (2016), bearbetning av . Denna förenklade simulering visar att ett framtida system med mycket vind- och solkraft behöver kunna hantera snabba och stora varia- tioner i produktionen, vilket kräver stor flexibilitet i styrbar pro- duktion och förbrukning. Andra studier, exempelvis NEPP (2016b) och Energiforsk (2016), har kommit fram till samma slutsats. De utmaningar som finns i dagens elsystem, typiskt sett karak- teriserade av en vintertopp och variationer mellan torrår och våtår, kan således antas följas av nya utmaningar med variabla svängningar . Vissa studier pekar på att svängningarna kan komma att bli snabbare och större än dagens (NEPP 2016a). NEPP visar att det framför allt är förändringarna i produktionen som skapar dessa nya utmaningar, inte förändringarna i elanvändningen (NEPP 2016a). IVA:s analys av fyra framtidscenarier, med olika sammansätt- ning av elproduktion (se kapitel 5.2.1), visar att det för tre av sce- narierna (”mer vattenkraft”, ”mer kärnkraft” och ”mer biokraft”) finns förutsättningar att skapa ett elsystem som är självförsörjande på både energi och effekt (IVA 2016a). kommer det att krävas stora investeringar i överföringskapacitet, ny teknik och antingen utbyggnad av vattenkraft eller investeringar i ny kärnkraft. Kostnader och konsekvenser av dessa kompletterande åtgärder är inte kvantifierade. I scenariot ”mer sol och vind” är den installerade effekten dub- belt så stor som bedömd efterfrågan under en s.k. tioårsvinter17, medan tillgänglig effekt är lägre än det bedömda maximala behovet. Effektunderskottet uppgår till 3–5 GW vinter- tid. Därför ställs höga krav på olika typer av tekniska tilläggssystem för att klara situationer med låg sol- och vindkraftsproduktion, som elförbrukningen är hög. kan det i stället genereras stora överskott, eftersom den installerade effekten då är 4–6 gånger så stor som efterfrågan. Även dessa situationer behöver kunna hanteras, dvs. stora elöver- skott. Exempel på kompletterande tekniska åtgärder är enligt Affärs- verket (Svk) i första hand ytterligare planerbar pro- duktion och i andra hand en utbyggnad av överföringskapacitet (inom landet och till grannländer) samt olika typer av energilager. Det finns betydande osäkerheter kring elproduktionens långsiktiga utveckling. Ett antal trender och förändringar kan dock observeras, som kommer att påverka kraftsystemets utformning och egen- skaper på lång sikt. och E.ON har med- delat att de två äldsta reaktorerna i respektive kommer att stängas . Dessa fyra reaktorer har i genomsnitt producerat omkring på årsbasis, eller av totala elproduktion. Produktionen av vindkraft ökar. producerade vindkraften , motsvarande av den totala elproduktionen. bedömer i sin senaste korttidsprognos att vind- kraften med nuvarande styrmedel kommer fortsätta att öka med omkring (2016c). Vindkraften, liksom alla variabla energikällor, ställer nya krav på elsystemet. Enligt Svk (2015c) riskerar omställningen av elproduk- tionen, med en ökad andel variabel elproduktion och en minskad andel planerbar elproduktion, att leda till en försämrad leverans- 17 Tioårsvinter definieras som det lägsta tredygnsmedelvärde av temperaturen som statistiskt uppträder . säkerhet i elsystemet om inte åtgärder vidtas. Orsakerna till detta är både en lägre tillgång till effekt i produktionssystemet och en för- sämrad tillgång till s.k. systemtjänster, framför allt spännings- hållning och frekvensreglering inklusive svängmassa. Systemtjänst- erna är nödvändiga funktioner för att kunna hålla ihop systemet så att det är stabilt och inte kollapsar. Utveckling av befintliga och nya systemtjänster är nödvändigt för att ha ett stabilt system och därmed för att tillgodose leveranssäkerheten i systemet. Vid en högre andel vindkraft och lägre andel kärnkraft kommer effekttillgången i systemet att variera mer och balanseringen av systemet blir svårare. bedömer att nedläggningen av de fyra äldsta kärnkraftsreaktorerna kommer att påverka leveranssäkerheten i el- systemet negativt, men att detta är en utmaning som kommer att kunna hanteras. Den stora utmaningen kommer enligt Svk i stället att uppstå när de sex kvarvarande reaktorerna ska läggas ned. En elektrifiering av transportsektorn eller en ökad elanvändning i industri eller bostäder och service påverkar också förutsättningarna för att säkerställa balansen i elsystemet (IVA 2016c). Effektbehovet bedöms följa utvecklingen av elanvändningen och NEPP uppskattar att effekttopparna (inklusive distributionsförluster) i referens- scenariot uppgår till 27 300 MW och 29 100 MW (NEPP 2015). har analyserat hur elsystemet behöver anpassas och utvecklas för att möta de utmaningar som elsystemet står inför (Svk 2015c). En ökad flexibilitet och möjligheten till att tillföra flexibla resurser till kraftsystemet bedöms vara avgörande för att kunna hantera utmaningarna. Begreppet flexibilitet bedöms därför vara i fokus under överskådlig framtid vad gäller elsystemets leve- ranssäkerhet (se kapitel 5.6). konstaterar emeller- tid att även om det finns lösningar så är det inte självklart vilken lösningsstrategi som ska tillämpas, vem som har ansvar för att de genomförs eller hur kostnaderna ska fördelas. Utvecklingen av det framtida elsystemet kommer också att ställa större krav på samverkan, inte bara mellan olika kraftslag, utan också mellan olika energibärare. Samverkan mellan el- och värmesektorerna är ett sådant exempel där det finns en rad tekniska lösningar för att både minska andelen elbaserad uppvärmning och öka värmemark- nadens samverkan med elmarknaden (2016c). Dagens elnät har beskrivits i kapitel 3.3.1. I det här kapitlet redovisas hur elnätets roll i kan komma att utvecklas . Elnätet har en fundamental funktion i det svenska samhället och är avgörande för att samhället ska fungera. Elnätet transporterar och fördelar elenergin till de ställen där efterfrågan finns. Elnätet möjlig- gör att många olika primärenergikällor, som bränslen av olika slag, vattenkraft, vindenergi och solenergi, kan samverka och bidra till el- försörjningen. Elnäten har en central funktion som möjliggörare för förnybar elproduktion genom att (IVA 2016d): •Förnybar elproduktion som är geografiskt bunden som vatten- kraft utvecklas. •Förnybar elproduktion som vindkraft placeras där de bästa för- hållandena ur produktions- och miljösynpunkt finns. •Effektbalansen kan upprätthållas och att effektreserver kan delas. •Variabel elproduktion kan nyttiggöras över större områden och därmed minska eller helt eliminera ”spill” i produktionen. 5.3.1Centrala faktorer för elnätens utveckling Utvecklingen av framtida elnät påverkas av många olika faktorer. Här ges en översiktlig beskrivning av påverkande faktorer och drivkrafter för nätutveckling. För en mer ingående analys, se Svenska kraftnäts Nätutvecklingsplan –2025 (Svk 2015b) och IVA:s delrapport i projektet el om elnät (IVA 2016d). De främsta påverkansfaktorerna för framtidens elnät är: •Utvecklingen i vår omvärld •Framtidens krav på leveranssäkerhet •Teknikutveckling och smarta elnät Nedan följer en genomgång av dessa faktorer. Utvecklingen av elanvändningen påverkas bl.a. av urbaniseringen, förändringar inom den svenska industrin, en ökning av antalet prosu- menter, användarflexibilitet och elektrifiering av transportsektorn, se även kapitel 5.1. Urbaniseringen medför ett ökat behov av elnät i och runt om städer. Befolkningstillväxten sker framför allt i , och med förorter samt i större tätorter. Enligt SCB:s befolkningsprognoser kommer den här utvecklingen att fortsätta också på lång sikt (SCB 2016b). sker en avfolk- ning som medför att näten i glesbygden försörjer färre människor, och därmed blir dyrare för dem som är kvar. Detta skulle kunna innebära en ökad drivkraft för användare att koppla bort sig från el- nätet och bli självförsörjande (IVA 2016d). På samma sätt kan en förändring i industrins struktur leda till geografiska förändringar som får konsekvenser för elnätens utveckling. Utan medveten styrning eller incitament kan elektrifierade trans- porter medföra högre effekttoppar, och belastningen väntas bli högst i lokal- och regionnät. Men med en väl utformad styrning kan elektri- fierade transporter minska belastningen på elnätet. Så kallad efterfrågeflexibilitet18, dvs. att elanvändare förändrar sin användning genom olika incitament, kan bidra till att kapa belast- ningstoppar och få en jämnare belastning. En viktig faktor är dock uthålligheten och repeterbarheten hos dessa flexibilitetsresurser (IVA 2016d). 18 Benämns även användarflexibilitet. Utformningen av framtidens elnät påverkas också av den framtida elproduktionens sammansättning, se även kapitel 5.2. Viktiga frå- gor i sammanhanget är hur mycket ny produktionskapacitet som ska anslutas i de olika delarna av elnätet och dess geografiska lokali- sering. Enligt IVA:s bedömning () är kostnaderna för att anpassa elnäten relativt små jämfört med kostnaderna för de olika elproduk- tionsscenarier som analyserades i projektet el (se kapitel 5.2.1). påpekas att en utveckling av elnätet inte är enkelt, eftersom det ställer krav på framförhållning och effektiva planerings- och till- ståndsprocesser. Att få tillstånd för nya kraftledningar tar i många fall än utbyggnad av exempelvis vindkraft. En förklaring till detta kan vara att elnätet ofta påverkar fler intressenter än själva pro- duktionsanläggningen. Det föreligger också stora skillnader i behovet av nätinvesteringar beroende på olika elproduktionsscenarier. Ett väl utvecklat elnät ger möjlighet att kunna ta tillvara de billigaste produk- tionsmöjligheterna i (IVA 2016d). Det svenska elsystemet kan hantera både plötsliga bortfall av stora produktionsanläggningar och av produktionsanläggningar vars produktion varierar med sol- och vindtillgång. En viktig resurs för framtiden är tillgången på vattenkraft med vattenmagasin, vilket kan bidra till att jämna ut variationer över de flesta tidsskalor från sekun- der och minuter till månader. De flesta av de anläggningar som väsentligt bidrar till detta ligger i norra . Detta, tillsammans med att stora vindkraftsanläggningar kommer att byggas i norra på grund av god tillgång till mark med goda vindförhållanden, innebär att behovet av överföringsförmåga från norra till , i de s.k. snitt 1 och 2 (se kapitel 3.5.1), ökar (IVA 2016d). Utvecklingen i våra grannländer är sammanbundet via likströmsförbindelser med Tysk- land, , , och , och med växelströms- förbindelser till , och (se kapitel 3.3.1). De nordiska länderna är i ett internationellt perspektiv starkt samman- kopplade med många förbindelser, vilket har varit en viktig förut- sättning för utvecklingen av den nordiska elmarknaden. Den starka sammankopplingen innebär även att utvecklingen i ett land får stor påverkan på de övriga nordiska länderna. Också utvecklingen i den övriga regionen har betydelse för möjligheter till import och export av el. Överföringsbehovet i det svenska stamnätet – och därmed be- hovet av förstärkningar – är beroende av flera faktorer i det svenska kraftsystemet, exempelvis omfattningen och lokaliseringen av vind- kraftutbyggnad, men påverkas också i hög grad av faktorer i vår om- värld, däribland (Svk 2015b):