sou · H6B315 · 2018-02-28 00:00:00 — Det svenska elsystemet möjliggjorde nu ekonomisk/teknisk planer- ing. Vi fick ett komplicerat, men manöverbart system. Detta var utmanande för ingenjörerna och ekonomerna vid och de vid tiden elva privata och/eller kommunalt ägda regionala kraftbolag som vart och ett hade monopol på kraftförsäljningen inom ”sin” region. Under detta nationella lager av elbolag fanns det flera hundra 4https://historia.vattenfall.se/sv/fran-vattenkraft-till-solceller/nybyggarsamhallen-vaxer-upp 5Kaijser, A, (2016). Ett energilandskap i förändring kommunala, privata och kooperativa distributionsföretag som svarade för den slutliga distributionen och försäljningen av el till slutkunder. Det svenska elsystemet hade kommit att bli ett organisatoriskt, ekonomiskt och tekniskt top-down system där fokus var riktat mot leveranssäkerhet i första hand. 4.1.4Mer el behövs i takt med tillväxten Femtiotalets exceptionella ekonomiska tillväxt i ökade efter- frågan på mer elproduktion från älvarna. Elförbrukningen steg , vilket innebar att kapaciteten behövde fördubblas . började kraftindustrin inse att det inte längre fanns tillräckligt med outbyggd vattenkraft för att tillgodose det växande behovet. Den storskaliga vattenkraften hade nått sin praktiska potential och i stället började en annan storskalig teknik segla upp som ett alternativ för att möta den fortsatta tillväxten6 i – kärnkraften. 4.1.5Kärnkraft planeras och byggs Valet av kärnkraft som den teknik som skulle möta den svenska tillväxten hade olika bevekelsegrunder. hade en stark ställ- ning efter . Men hade upplevt av isolation och man hade blivit starkt beroende av inhemskt produ- cerad kraft – vattenkraften – för sin energiförsörjning. Det rådde också en stor politisk samstämmighet om att skulle fortsätta slå vakt om sin neutralitetspolitik. Önskan om att vara självför- sörjande inom energi och vara ett neutralt land lade grunden för den svenska linjen i utvecklingen av kärnkraften. Den svenska linjen innebar att utnyttja inhemskt uran (ej anrikat). Men av tester och planer stötte de initiala tankarna på att använda ej anrikat uran på tekniska och andra hinder. När tiden var inne för storskaliga kommersiella kärnkraftverk övergavs den svenska linjen. I stället valde man en annan teknik med anrikat och importerat uran. Ett viktigt skäl till denna förskjutning av position var ett gradvis förändrat om- 6 Ekonomisk tillväxt och energiefterfrågan följde länge varandra åt, så är det inte med nöd- vändighet . Ett energilandskap i förändring Kärnkraften, liksom tidigare vattenkraften och senare sol-, vind- och biokraft, åtnjöt subventioner av olika slag från staten för att bli möjlig. När kärnkraften började byggas ut upplevde de inblandade energi- bolagen en ny byggboom. I likhet med vattenkraftsepoken byggdes det i snabb takt med tusentals personer involverade. Till exempel var byggnationen av Forsmark den tidens största byggprojekt med över 2 300 personer arbetande på bygget. De tolv svenska kärnkrafts- reaktorerna stod klara mellan åren 1972–1985. När kärnkraften var fullt utbyggd så producerade svensk kärnkraft som mest (2004). Det är i paritet med vattenkraft som hade sin toppnotering på drygt (2001). Kärnkraftsutbyggnaden i skapade ett väldigt utbud på el som måste mötas av efterfrågan. Eluppvärmning av hushåll tog fart. har, i takt med vattenkrafts- och kärnkraftsutbyggnaderna, kommit att bli en av de allra mest elintensiva länderna i världen räknat i elproduktion per capita. Detta hänger dock också samman med att vi i har en hög andel elintensiv industri. För att särskilja produktion från transmission av el delades det stat- liga affärsverket upp i två delar 1992. med ansvar för produktion och vissa distributionsnät, dels med ansvar för stamnätet (trans- missionen). Utredaren bakom reformen hade hämtat inspiration från och . Denna delning var också en förutsättning för att ändra hur priset sattes på elmarknaden. I en reform 19967 avreglerades elmarknaden och skapade fri kon- kurrens på elproduktion och handel med el. hade priset satts utifrån ett centralt administrerat samkörningsavtal där de kraft- producerande bolagen gemensamt bestämde pris beroende på till- gängliga produktionsresurser. Inte sällan benämndes kundsidan som ”belastningspunkter”, vilket får illustrera vilken vikt som lades vid produktionssidan och leveranssäkerhet. Syftet med avregleringen var att ”genom ökad konkurrens nå ett än mer rationellt utnyttjande av 1991/1992:133. Ett energilandskap i förändring resurserna och att tillförsäkra kunderna flexibla leveransvillkor till lägsta möjliga priser”.8 På den avreglerade marknaden sätts priset av den produktion som har de lägsta kortsiktiga rörliga marginalkostnaderna när utbudet möter efterfrågan, det så kallade priskrysset. Denna genomgripande institutionella förändring utgick från att ökad konkurrens skulle leda till en effektivare elsektor med lägre priser. Branschen var initialt skeptisk till förändringen som ändå genomdrevs.9 I och med att mark- naden avreglerades omvandlandes belastningspunkterna till kunder. I samband med avregleringen 1996 delades de lokala energibolag- en upp i nätföretag och elhandelsbolag. För konsumenten innebar reformen att det nu var möjligt att välja elleverantör, men inte nätbolag.10 Förutsättningarna för god konkurrens och ökad handel ökade ytterligare då den nordiska elmarknaden etablerades som den svenska avregleringen.11 I sak förändrades egentligen inte förhållandena, möjligen stärktes produktionssidan ytterligare av denna avregleringsreform. Priset på el till kund steg efter avregleringen. Med relativt billig baslastproduktion, och väsentligen dyrare marginal- elproduktion, gjordes stora vinster på produktionssidan av affären. Incitamenten för elproduktionsaktörerna var små att ändra på detta förhållande med de tillgängliga elproduktionsteknologier som stod till buds. Med en i princip oelastisk efterfrågesida är det rimligt att påstå att det var produktionssidan som satte priset på el, även om det nu var konkurrens på försäljning av el. När pris på koldioxid genom handelssystemet i EU in- fördes så innebar det inte bara ökade incitament till investeringar av koldioxidsnål produktion, utan även, åtminstone initialt, att marginal- kostnaden på elproduktion steg och vinsterna på produktionssidans koldioxidfria baslastproduktion ökade. Näten hade dessutom byggts med hög kapacitet som möjliggjort hög reglerkapacitet med norr- ländsk vattenkraft. Så om något, så stärktes produktionssidan ytter- ligare initialt. Denna ordning var intakt ända tills de variabla förnybara elproduktionsteknikerna (vindkraft i huvudsak) på allvar gör sitt intåg i elsystemet och gör så att de etablerade mönstren börjar 1991/1992:133. 9Kaijser, A, (2016). 11Bergman, L., (2003). Ett energilandskap i förändring Detta började ske för runt och sammanföll med affären där köpte Nuon.12 Genom handelssamverkan och fysiska förbindelser med grann- länder är det inte rimligt att isolerat tala om det svenska el- systemet. Vad som sker utanför landets gränser påverkar vårt elsystem och vad som sker inom landet påverkar vad som sker utanför . Förutom att vindkraft tillkommit i det svenska elsystemet måste nämnas industriell kraftvärme och kraftvärme i fjärrvärmesystem- en. Det är en elproduktionsresurs som vuxit baserat på ett värme- underlag, men som i ett energilandskap i förändring kan spela en viktig roll som styrbar resurs. 4.2Den snabba tekniska utvecklingen driver på Den tekniska och ekonomiska utvecklingen av förnybara elproduk- tionstekniker som vindkraft och solceller har varit snabb det . Det har tagit av forskning, utveckling och demonstra- tion innan den utveckling vi ser tagit fart. Tidiga forsknings- och utvecklingsinsatser har banat väg för de radikala kostnadsminsk- ningarna, pådrivna av statliga subventioner, för dessa tekniker som har gjort dem konkurrenskraftiga för investerare.13 Det finns en särskild attraktivitet runt dessa tekniker i och med att ”bränslet” är gratis – det är flödande och förnybart. Det är ingen som äger denna gemensamma resursbas (sol, vind, vågor, etc.) till skillnad från olja, kol, biobränsle, kärnbränsle, etc. I stora stycken kan den tekniska/ekonomiska utvecklingen för dessa tekniker hänföras till det faktum att de är småskaliga och därmed tillverkas i stort antal jämfört med en teknik som bara byggs i stora anläggningar, exempelvis kolkraft. I takt med att marknads- genomslaget ökar, så faller också kostnaderna att tillverka dessa tekniker. Teorin runt lärkurvor säger att om volymen går upp går kostnaden ner. Industriella tillverkare lär sig att producera enheter- 12Vid tiden föll priset på el vilket hade att göra med åtminstone dels ekonomisk lågkonjunk- tur i EU vilket ledde till minskad efterfrågan på el, minskade koldioxidutsläpp inom handels- systemet som sänkte elpriset, dels på att mer och mer förnybar elproduktion i elsystemet med låga marginalkostnader blev prissättande elproduktion. 13Det bör noteras att tidigare energiteknologier också har haft direkt och indirekt statligt stöd under deras uppbyggnadsfas. Ett energilandskap i förändring na mer effektivt. I långa loppet och ur investeringskostnadssyn- punkt tenderar sålunda småskaliga energiomvandlingstekniker som nyttjar gratis bränsle i form av till exempel sol eller vind, att ha en mycket stark konkurrenskraft jämfört med storskaliga teknologier med lägre innovationshastighet. Däremot, vilket gör spådomar om vilken typ av förnybar teknologi som är mest gynnsam , ger storskaliga anläggningar alltid en högre total verkningsgrad i energi- omvandlingen vilket sänker produktionskostnaden av till exempel el. Parallellt med den tekniska/ekonomiska utvecklingen på förny- bara energiomvandlingstekniker sker stora framsteg på digitaliserings- området. Digital teknik där stora datamängder kan bearbetas möjliggör ett mer komplext distribuerat energisystem. Det blir möjligt med många små produktionsenheter, distribuerade energi- lager, samverkan mellan energislag, elbilsintegration, efterfrågeflexi- bilitet, m.m. Det vore mindre troligt med ett brett genomslag av ett förändrat energilandskap utan en samtidig digitaliseringsrevolution. När förnybar energi blivit tillgänglig med en marginalkostnad som är nästan noll så förändras energisystemet i grunden, i , men kanske än mer i andra länder. byggdes stora dyra ”baskraftverk” med relativt billiga bränslen, som kol och uran. Bas- kraftverken skulle täcka just basen och vara i drift under så många av årets timmar som möjligt. De dimensionerades för att i systemet typiskt passa elbehovet . För att producera den extra el som behövdes för att i varje stund balansera den varierande konsumtionen byggdes reglerbara topplastverk. Topp- lastverken var förhållandevis billiga att bygga men i gengäld dyra i drift. I ett energilandskap i förändring där variabel förnybar energi har en allt större andel uppstår i stället ett behov av att i större utsträck- ning låta efterfrågan följa produktionen. Samspelet mellan å ena sidan utbudet och å andra sidan efterfrågan kommer behöva utvecklas för fortsatt god funktion av den svenska/nordiska elmarknaden. Konsumtionen av el kan tydligare än innan komma att styras av elpriset och det blir mer intressant att både konsumera mer (när elpriset är lågt – solen skiner och det blåser) i form av till exempel Ett energilandskap i förändring ladda energilager, göra elektrobränslen14, eller göra vätgas – och att konsumera mindre (när elpriset är högt). Gamla baskraftverk möter konkurrens från ny förnybar elproduktion med låga produktions- kostnader i det förändrade energilandskapet. Vattenkraften som både har baslast- och topplastkaraktär, samt är förnybar, spelar en ännu viktigare roll . De mindre aktörerna, exempelvis på efter- frågesidan, blir också allt viktigare för ett väl fungerande energi- system. Av de förnybara variabla energikällorna är vindkraften den teknik som är mest mogen. Utvecklingen har tagit , olika tekno- logier har prövats, men en teknik har slagit igenom som den mest effektiva: Horisontellt axlat verk med två eller tre vingblad. Utveck- lingen går mot allt högre och större verk. Ofta är själva transporten av vindkraftverken från produktionsplats till installationsplatsen det som begränsar storleken. Eftersom utvecklingen går mot större verk, som är mer effektiva än små vindkraftverk, så är den småskaliga vindkraften för mindre aktörer alltmer inaktuell, även om det i gynn- samma lägen kan finnas möjligheter. I stället är det för mindre aktörer möjligt med samägande i större verk, t.ex. i olika andelsägande- former. (2016) har en installerad effekt på 6,4 GW vindkraft med en produktion på drygt el.15 Det gör att cirka 10 pro- cent av elproduktion kommer från vindkraft, vilket är tio gånger mer än för bara . Politiska incitament att öka mängden förnybar el samt en mer mogen teknik på en större marknad har medfört en snabb utbygg- nad av vindkraft i , liksom i övriga och delar av resten av världen. De riktigt stora vindpotentialerna finns till havs och kostnaden för havsbaserad vindkraft har sjunkit till konkurrens- kraftiga nivåer. I finns dock fortsatt en stor potential även 14Elektrobränslen är kolhaltiga bränslen som producerats med i huvudsak förnybar el. Kol- atomerna i bränslet kommer från koldioxid som infångats från luften, havet eller rökgaser från exempelvis kraftvärmeverk. 15Energimyndigheten (2016c). Ett energilandskap i förändring för landbaserad vindkraft till konkurrenskraftiga kostnadsnivåer.16 Vindkraftsprojekt på land motsvarande en produktion på finns tillståndsgivna och ytterligare i planerade projekt varav många bedöms ha en lägre kostnad än havsbaserad vindkraft. I europeiska vatten finns cirka 3 340 havsbaserade vindkraft- turbiner med en total nätansluten kapacitet på 11 500 MW. Detta motsvarar ungefär , fördelade på 82 vindkraftsparker i 11 länder. Framför allt länderna omkring samt har etablerat riktade stöd för havsbaserad vindkraft. Auktionsmekanis- mer tillämpas redan i , och , vilket har lett till stor kostnadspress och mycket låga anbud. I en tysk auktion lovade det vinnande konsortiet att leverera bidragsfri vindkraftsel till ett pris av /MWh, exklu- sive elanslutning.17 Sweco18 beräknar att den tekniska potentialen för havsbaserad vindkraft i svenska farvatten är . Om potentialen för havsbaserad vindkraftsproduktion begränsas till en kostnad /MWh (inkl. elanslutning) är utbyggnadspotentialen ändå så hög som . 4.2.2Solelen mitt i ett genombrott Strålningen från solen som träffar jordens yta är på ett globalt genomsnitt 185 W/m2, vilket motsvarar 8,3 × per år.19 Detta är cirka 8 000 gånger mer än världens totala årliga energianvänd- ning20. Den överlägset största potentialen för förnybar energi finns hos system som direkt utnyttjar den inkommande solenergin. Ännu är dock den totala mängden solenergi som nyttjas försumbar jäm- fört med fossil energi.21Ännu är dock den totala mängden solenergi som nyttjas försumbar jämfört med fossil energi.22 16Energimyndigheten, (). 17https:///en/Media/Newsroom 18Sweco (2017). M, et al, (2013). 20Det är sålunda inte rätt att tala om någon energikris i världen. De teoretiska, tekniska, och ekonomiska förutsättningarna är mycket gynnsamma för energiförsörjning. Däremot finns fortsatt politiska, miljömässiga och andra utmaningar för ren energi till alla. 21IEA (2017b). Ett energilandskap i förändring Det finns flera olika sätt att omvandla solens energi till el, värme och bränsle. Elektricitet är på många sätt en föredragen energiform. Ett sätt att omvandla solenergi direkt till el är med hjälp av solcells- tekniken. Men även solvärme har det gjort bety- dande satsningar kring i . Solceller, på engelska photovoltaics och ofta förkortat till PV, är elektroniska anordningar som omvandlar solljus direkt till likström. Tekniken upptäcktes men det var först , efter oljekrisen, som den moderna solcellseran startade. Framför allt började då solceller användas i konsumentelektronik och i system där anslutning till elnätet var för dyrt eller omöjligt, till exempel för båtar, fjällstugor eller telekommunikationsanlägg- ningar. Under de följande två decennierna ledde forskningen och utvecklingen på, kiselsolceller och moduler till förbättrad effektivitet och kvalitet samt lägre modulpriser. Det var emellertid inte förrän började införa subventioner till nätuppkopplade solceller som en reell solcellsmarknad skapades. introducerade 1989 ”1 000-soltaksprogrammet”. Detta pro- gram tillhandahöll stöd för av systemkostnader- na och mellan 1990–1995 bidrog programmet till att det installera- des cirka 2 250 solcellssystem med en total effekt på 5,25 MW.23 Detta program tillhandahöll stöd för av system- kostnaderna och mellan 1990–1995 bidrog programmet till att det installerades cirka 2 250 solcellssystem med en total effekt på 5,25 MW.24 Detta program följdes av 100 000-soltaksprogrammet 1999. Här erbjöds långa lån med initialt en ränta på till installationen av solcellssystem större än 1 kW25, vilket mot- svarade ett investeringsbidrag på . I nästa steg införde de första inmatningstarifferna till solceller. Inmat- ningstarifferna innebar att producenter av förnybar el lovades ett fast inköpspris baserat på produktionskostnaderna för den specifika tekniken. Dessa tariffer sänktes planenligt baserat M, and Wiser. R, (2002). A, L, and . R, (2014). Ett energilandskap i förändring på förväntade prisreduktioner. inmatningstariffer följdes senare av liknande stödsystem i andra länder och en global solcells- marknad var skapad. Teknikutveckling och ökade produktionsvolymer har därefter pressat ner priset på solel till konkurrenskraftiga nivåer. Exempelvis har priset för solcellsmodulerna gått ner varje gång produktionen av moduler fördubblats.26 Från ett modulpris på cirka 50 US $/W har priset gått ner till ungefär 0,3 US $/W ().27 Även annan hårdvara som behövs i ett solcellssystem, såsom monteringsmaterial och växelriktare har gått ner i pris. Till exempel har erfarenhetskurvan för växelriktare legat på . Utöver prisminskningen för hård- varan har effektivisering av installationsprocesser och billigare kapital- kostnader bidragit till att den totala produktionskostnaden för solel minskat mycket snabbt. För varje fördubbling av installerad solcellskapacitet i världen har energiåtgången som krävs för att producera ett komplett solcells- system gått ner med ungefär 12–och utsläppen av växt- husgaser associerade till produktionen av solcellssystem baserade på poly- och monokristallina solceller har sjunkit respektive . Materialåtgången minskar och som exempel kan nämnas att den specifika åtgången av kisel och silver har kunnat reduceras de senaste 10 åren.28 Den svenska solelmarknaden tar fart Den svenska solcellsmarknaden består dels av en liten men stabil marknad för icke-nätuppkopplade fristående solcellssystem (sommar- stugor, segelbåtar etc.), där det installeras ungefär 1 MW av denna typ av system , dels en expansiv marknad för nätuppkopplade system. Marknaden för nätuppkopplade solcellssystem har vuxit snabbt (se Figur 4.1) och dominerar nu utbyggnaden. installerades 79 MW, en ökning jämfört med de 48 MW som installerades 2015.29 Det innebär att den totala instal- J, et al. (2015). 27www.pv-magazine.com/investors/module-price-index/#axzz4Ry6SSd53 A, and . G, (2016). J, (2017). Ett energilandskap i förändring lerade solcellskapaciteten i var 205 MW. Denna installationsstatistik bygger på försäljningssiffror från installa- tionsföretagen och är förknippad med vissa osäkerheter. Av den årliga installerade effekten stod små och stora kommersiella anläggningar för majoriteten, . Privatmarknaden med solcellssystem för villor har stått för 31 pro- cent, icke-nätanslutna system för fritidshus, båtar och , medan stora centraliserade solcellskraftverk bi- dragit till av marknaden. Figur 4.1 Den totala installerade solcellskapaciteten i Kumulativ installerad solcellseffekt, MW Årlig installerad solcellseffekt, MW Källa: , J. (2017). Den starka tillväxten beror främst på det investe- ringsstöd som först infördes , skattereduktion för mikropro- duktion för förnybar el som infördes , sjunkande systempriser och att solcellstekniken är populär bland allmänheten. Priserna på både enskilda moduler och kompletta nyckelfärdiga system har gått ner mycket även om den tidigare snabba prisutveck- lingen för solcellssystem i har saktat in . En anledning till att priserna har stabiliserats är att EU införde Ett energilandskap i förändring importtullar på kinesiska solcellsmoduler och solceller 2013. EU har dock beslutat att dessa tullar ska tas bort.30 De solceller som fanns installerade vid slutet av 2016 beräknas producera cirka 190 GWh el , vilket motsvarar cirka 0,13 pro- cent av årliga användning av el. Solelen står därför än så länge för en försumbar del av elproduktion. Dock växer solcells- marknaden snabbt och förväntas fortsätta göra det . bedömer att solel kan stå för 7–av elproduktion år 2040.31 Solel är särskilt lämpligt för mindre aktörer då det är en teknologi som kan generera el på ett småskaligt sätt till jämförelsevis låga kostnader – skalfördelarna är inte så betydande för solel. Stora solcellsparker är kostnadseffektivare än solel på hustak, men skillnaden är inte så stor jämfört med andra teknologier. Figur 4.2 Viktade medelpriser för nyckelfärdiga nätuppkopplade solcellssystem inrapporterat av svenska installationsföretag, kr/w exklusive moms Takmonterat villa-system, 5 kW Takmonterat kommersiellt system, 15 kW Takmonterat kommersiellt system, 100 kW Markmonterad solcellspark, >500 kW Källa: , J. (2017). 30Tullarna fasas ut och är borttagna vid slutet av 2018. 31Energimyndigheten, (2016b). Ett energilandskap i förändring 4.2.3Energilager snart konkurrenskraftiga? I ett energisystem med mycket variabel elproduktion kan tillgången till effekt vid varje given tidpunkt bli en större utmaning än till- gången till energi. Ett sätt att minska behovet av att bygga ut elnätet eller addera mer elproduktion är att addera energilager. Olika energilager har olika användningsområden och är aktuella i olika tidsspann. Samverkan mellan energislag (el, värme, gas) och mellan branscher (byggnad, energi, transport) är också värda att be- akta när det kommer till lager. kommer det troligtvis behövas en blandning av lagringstekniker för att möta kraven för ett fungerande elnät. Utmaningarna och lösningarna kommer troligtvis se olika ut i olika länder. I har vi redan en utbyggd lagrings- teknologi i vattenkraften som kan utvecklas ytterligare för att möta framtida situationer. Kostnaderna för de olika lagringsteknikerna varierar kraftigt men också deras användningsområde. För längre lagringsbehov kan pump- vattenkraftverk användas. De kan leverera mycket effekt men är mycket stora och kostsamma att bygga. Tekniken är lämpligast för stora installationer med stora vattendammar som har stor nivåskillnad. Den totala effektiviteten på pumpkraftverk rör sig i spannet på cirka 60–75 procent32 enligt vissa studier medan exempel finns på nyare anläggningar med verkningsgrader upp emot Andra lagringstekniker för långtidslagring är tryckluft och vätgas. Vid tryckluftslagring används överskottsel för att komprimera luft och sedan när behov finns låta den komprimerade luften passera en turbin. Teknikens effektivitet är cirka 60–75 procent.33 Lagring av energi med hjälp av vätgasteknik innebär att energin lagras kemiskt. Överskottsel från exempelvis vindkraft används för att spjälka vatten till vätgas och syrgas genom elektrolys. Vätgasen används sedan som bränsle i bränsleceller eller gasturbiner när man vill ha tillbaka elen. Teknikens effektivitet rör sig ofta i spannet mellan . 32Chalmers (2014). Ett energilandskap i förändring För värme finns flera alternativ för långtidslagring. Stora vatten- ackumulatorer, eller lagring i lera under jord är två exempel. Men även lagring av värme i byggnaders konstruktionsmaterial diskuteras.34