sou · H6B315 · 2018-02-28 00:00:00 — För kortare lagringsperioder är batterier och svänghjul attraktiva alternativ. Batterier omvandlar elektrisk energi till kemisk energi och omvandlar sedan denna kemiska energi tillbaka till elektrisk energi vid behov. Det finns många olika typer av batterier för olika ända- mål och den totala effektiviteten varierar mellan . Det är stor spridning på priset för olika batterityper. I svänghjul lagras energi som rotationsenergi (rörelseenergi) genom att accele- rera det tunga svänghjulet med hjälp av en elmotor. Hjulet driver en generator som producerar el när elen be- hövs. Teknikens effektivitet är 80–. Två tekniker som kan spela roll framöver är supraledande magne- tisk energilagring och lagring i superkondensatorer. I ett supra- ledande magnetiskt lager lagras energin i magnetfältet som skapas när ström flyter genom en supraledande spole. Genom att ladda ur spolen får man tillbaka elen. Den totala effektiviteten är men tekniken är ännu mycket dyr. Superkondensatorer kan lagra energi i from av ett starkt elektriskt fält, som snabbt kan laddas ur vid behov av el. Den totala effekti- viteten är mellan . För de mindre aktörerna är batterilager det mest intressanta alter- nativet för att lagra elenergi. För värmelagring är det i byggnadernas hetvattenackumulatorer och i byggnadernas egna konstruktions- material som det finns stora möjligheter att jämna ut laster. Priset till konsument för ett batterilager är ännu högt, men ut- vecklingen på batterilager till elbilar, hushåll och nätfunktioner går snabbt framåt. I en studie från Berkley och TU som presen- terades i Nature Energy finner författarna att priserna på energilager (batterier) faller brantare än för solceller och vindkraft.35 Prisfallet gör att nya kombinationer av sol, vind, och energilager i delar av världen konkurrerar ut kol och naturgas när endast kostnader (utan subventioner) tas hänsyn till. Författarna spår att litium-jon-batterier 34KOM 2016 (51). F, Kammen. D, M, (2017). Ett energilandskap i förändring faller i produktionskostnad från 10 000 US$/kWh () till 100 US$/kWh . () konstaterar i en rapport från 201736 att litium-jon-batterier har positionerat sig som den huvud- sakliga framtida lagringsteknologin tack vare kostnadsreduktioner och snabb uppskalning av tillverkningskapaciteter. Vidare, i en senare artikel37, noterar IEA att priset för litium-jon-batterier för bilar och stationära energisektorn har fallit dramatiskt . För varje fördubbling av produktionsvolym har batterierna blivit billigare. Denna lärkurva gör att priserna har fallit 3,5 gånger till 2016. Ett tecken på hur snabbt utvecklingen går är att kapaciteten för batteritillverkning fördubblas i relation till hur mycket som de facto installeras i fordon, hushåll, och nät världen över38 – trots att den senare installationshastigheten i sig är mycket hög. Tradi- batteriapplikationer växer – för mobiltelefoner . Men hastigheten på marknadstillväxten på de större batterierna rusar. 2013 stod batterier till elbilar för av batterimarknaden, var den siffran och utvecklingen är ännu i sin linda. 4.2.4Elbilar en del av de mindre aktörernas energisystem Parallellt med den stora pågående omställningen i det stationära energisystemet pågår också en omställning i transportsystemet mot mer förnybara drivmedel. En mycket stark trend globalt för lätta fordon såsom cyklar, personbilar och lätta transportbilar samt även stadsbussar är elektrifiering. Elektrifieringen sker både i form av hybridisering, där drivlinan använder både el- och förbrännings- motor, och i form av helelektrifiering där endast elmotorer används. till elmotorn lagras i ett batteri. Det finns hybrider, laddhybrider och elbilar, där endast de två senare typerna kan laddas från elnätet (samlingsnamn laddbara fordon) och därmed ha relevans för de mindre aktörernas energisystem. Bränslecellsfordon är också hel- elektriska, men i stället för batteri som laddas från elnätet har dessa 36IEA (2017b). 37IEA (2017c). Ett energilandskap i förändring fordon en bränslecell som genererar el från vätgas som tankas i fordonet. Personbilar med bränsleceller är fortfarande i en mycket tidig introduktionsfas, med endast ett 20-tal bilar registrerade i Sverige.39 fanns cirka 45 000 laddbara bilar i trafik, varav två tredjedelar var laddhybrider. ökade antalet laddbara bilar i , med en marknadsandel av nybilsförsäljningen på cirka 5 procent.40 Detta kan jämföras med som vid utgången av 2017 hade cirka 186 000 laddbara bilar41, med en marknadsandel av nybilsförsäljningen på 39 procent.42 förväntas försäljningen av laddbara bilar i ta fart ytter- ligare, när bonus-malus för lätta fordon och förändrad beskattning av förmånsbilar träder ikraft. BilSwedens prognos är att 34 000 nya laddbara bilar säljs, vilket motsvarar en marknadsandel på drygt 9 pro- cent.43 Laddbara bilar laddas från elnätet, i störst utsträckning när bilen står parkerad där bilens förare bor. Som ett komple- ment till laddning i anslutning till hemmet byggs nu komplette- rande laddningsmöjligheter vid arbetsplatser och i publik miljö såsom vid tågstationer, köpcentrum och andra platser där bilar normalt parkeras. För att möjliggöra längre körsträckor, främst för elbilar, finns ett begynnande nationellt nätverk av snabbladdningsstationer på strategiska platser längs landets vägar. Dessa placeras ofta vid be- fintliga drivmedelsstationer eller snabbmatsrestauranger, där ladd- ning med hög effekt ger 10–20 mils ytterligare räckvidd . fanns 4 625 publika laddpunkter i , varav 565 snabbladdpunkter.44 Laddning av bilarnas batterier utgör en möjlighet till flexibilitet i elsystemet, både i stor och liten skala. För en mindre aktörs energi- system är det möjligt att styra laddningen av bilen så att den sam- manfaller med den egna elproduktionen från solceller i syfte att öka egenkonsumtionen. En annan strategi för styrning av laddning kan vara att förskjuta laddningen till timmar då fastighetens energianvändning i övrigt är låg i syfte att minimera effekttoppar. 40http:///projekt/elis_elbilsstatistik/ 44Sveriges nationella databas för laddinfrastruktur, Ett energilandskap i förändring För att utnyttja laddningens flexibilitet i sådan skala att det får in- verkan på det lokala elnätet eller det nationella elsystemet kan många bilars laddning aggregeras och kontrolleras samordnat, med möjlig- het för den enskilda bilägaren att få ersättning för den systemnytta som skapas. Utöver att styra när laddning sker kommer det sannolikt att vara möjligt att utnyttja den lagrade energin i batteriet för att återföra el till elnätet vid behov. Bilens batteri skulle då tjäna som ett energilager i de mindre aktörernas energisystem när den är in- kopplad i sin laddningsstation. Energiinnehållet i en elbils batteri är normalt 20 till 60 kWh, men kan vara så högt som 100 kWh. Ladd- hybrider har mindre batterier, normalt 8 till 20 kWh. Detta erbjuder möjlighet att lagra egenproducerad solenergi från dag till natt, jämna ut fastighetens effektanvändning eller försörja hela fastigheten med el vid tillfälliga strömavbrott. Dessa möjligheter är dock fortfaran- de främst teoretiska, och kräver att bilen är ansluten till laddnings- stationen (dvs. inte används för transport). På samma sätt som med att aggregera styrd laddning av många bilar skulle det vara möjligt att aggregera inmatning till elnätet från många elbilars batterier för att skapa systemnytta i elnätet, med ersättning till bilens ägare för den nytta som skapats. Initiala försök med att använda elbilars batterier på detta sätt har genomförts i bland annat , där resultaten pekar på att det både är tekniskt möjligt och att det skapar ett värde för elsystemet.45 Sammantaget är integrationen av laddbara bilar i fastigheter och därmed i hela energisystemet en utmaning som förtjänar uppmärk- samhet och en möjlighet i de mindre aktörernas energisystem i det 45 /news/articles//parked-electric-cars-earn-1-530-feeding- power-grids-in-europe Ett energilandskap i förändring 4.3Effektiv användning av energi och effekt är nycklar till ett fungerande förändrat energilandskap En av de stora utmaningarna i ett förändrat energilandskap är att energisystemet förskjuts från energirelevans till effektrelevans. Målet om förnybar elproduktion skapar utmaningar att han- tera effektvariationer över året och över dygnet och det bestämmer utmaningen snarare än att tillgodose marknaden med energi. För att minska de klimatskadliga utsläppen i det europeiska elsystemet med mycket fossila inslag och för ett resurssnålt energisystem är fortvarigt energieffektivisering i det svenska energisystemet en mycket viktig åtgärd. El är en färskvara. måste utbudet på el och elen som används vara i balans, så kallad effektbalans. är elnät ofta uppbyggda för att hantera ett relativt fåtal stora produktions- källor, exempelvis kärnkraftverk, högt i spänningsnivå och fördela ut kraften i landet. I ett energilandskap i förändring måste många små som medelstora, geografiskt spridda produktionskällor i stället hanteras och integreras. I vissa fall, som med havsbaserad vindkraft, är det fortsatt integration högt upp i elsystemets spänningshierarkier, men med solceller på hustak är det i direkt anslutning till konsum- tionen och lågspänningsnäten. Olika strategier eller kombinationer av strategier kan bli aktuella för ett fungerande elsystem vid mer förnybar elproduktion. Man kan till exempel a)bygga ut elnäten, b)investera i mer kabelförbindelser med grannländer, c)utnyttja vattenkraftens reglermöjligheter mer effektivt, d)använda det befintliga nätet mer effektivt (smarta elnät), e)utveckla elmarknaden och marknadsdesignen, f)dämpa effektefterfrågan (exempelvis med lager eller flexibilitet) för att dels hålla nere antal produktionsanläggningar, dels ge ut- rymme i elnäten. Ett energilandskap i förändring För att öka låg- och mellanspänningsnätens förmåga att integrera småskalig elproduktion kan åtgärder såsom nätförstärkningar, om- ställning av lindningskopplare i nätstationer, laststyrning, konsum- tion av reaktiv effekt i växelriktare, begränsat effektuttag samt batteri- lagring användas.46 Förmodligen är kombinationer av strategier sam- hällsekonomiskt mest attraktivt. De mindre aktörerna kan här spela en nyckelroll då flera åtgärder och strategier är möjliga för dem. Att minska eller fördela effektbelastningen kan uppnås på olika sätt. Varaktig energieffektivisering är ett viktigt sätt. Genom att dämpa efterfrågan på energi genom exempelvis bättre isolerade hus, effektivare produkter som LED-belysning eller moderna kylskåp, så minskar energiefterfrågan över och därmed minskar också behovet av effekt över . Oväntade effekter på utbudssidan kan dock uppstå till följd av att en dämpad efterfrågan också sänker priset. I fall där byggnader direkt eller indirekt värms med el är energibesparingen och den minskade effektbelastningen som störst när det är kallt, vilket återspeglas i en lönsamhetskalkyl. Även att byta uppvärmningssystem från el till exempelvis fjärrvärme kan ge betydande varaktiga energieffektiviseringsvinster. Värmepumpar som vunnit mycket terräng de senaste decennier- na kan vara en sämre uppvärmningsteknologi i ett effektorienterat energilandskap då de förbrukar mest el när elsystemet är som mest effektansträngt och elen potentiellt dyr. Å andra sidan är värmepumpar styrbara och kan köras flexibelt och möta kortare effektvariationer. Nuvarande systemgräns i energi- kraven i byggregler utgår från den köpta och inte den faktiskt använda energin. Detta premierar individuella uppvärmnings- lösningar med värmepumpar och missgynnar gemensamma uppvärm- ningsformer som fjärrvärme. Utformningen av byggreglerna inne- bär därmed en risk att effektbehovet i elsystemet ökar. Den minskade effektbelastningen som uppnås med energieffek- tiviseringsåtgärder är ofta kopplad till säsong och därmed extra värde- full i med betydligt högre efterfrågan på effekt än sommaren. Med mer förnybar energiproduktion installerad i el- systemet (sol, men även i viss mån vind) så förstärks värdet av den säsongsorienterade minskningen av effektbelastning. J, et. (2017). Ett energilandskap i förändring Minskad effektbelastning kan uppnås även med efterfrågeflexi- bilitet, dvs. att göra det möjligt att konsumera el (eller värme) på flexibla tidpunkter. Denna flexibilitet är mest aktuell i tidsperspek- tivet över minuter, timmar, eller dygn. Med prissignaler som följer den variabla produktionen kan efterfrågan anpassas. Flera strategier står här till buds. Man kan exempelvis värma byggnader när priset är lågt och avstå från att värma när priset är högt och acceptera svagt varierande inomhustemperatur. Man kan värma tappvarm- vattnet i sin vattenackumulator endast när priset är lågt. Vidare kan elbilar styras att laddas när det finns bra med kapacitet i elnäten. kan installeras och fyllas på och tömmas med samma strategi. Allt detta sker dock inte med automatik. De som använder energin – kunderna – måste antingen fatta aktiva beslut eller ge upp en del av kontrollen över sin användning till någon annan aktör som kan genomföra de förändringar som krävs. Studier av elkundernas respons på prissignaler visar att elkunderna generellt sätt har lite att vinna på att vara flexibel och att man ofta föredrar fast, förutsäg- bart pris framför ett rörligt.47 Detta leder till en inaktivitet som troligen måste mötas med en kombination av åtgärder, exempelvis bättre information, nya affärsmodeller och skärpta styrmedel om en minskad effektbelastning ska kunna upp- nås. Ur systemkontext är det viktigt att notera hur elsystemet kan samverka med värmesystemet i landets fjärrvärmesystem. Flexibili- tetsåtgärder som de mindre aktörerna kan göra är aktuella även i fjärrvärmesystemen. Där finns, tack vare skalorsaker och profes- sionell kunskap, stora möjligheter att kostnadseffektivt balansera varierad elproduktion genom flexibel drift av fjärrvärmesystemet. Fjärrvärmesystem med exempelvis biobaserad kraftvärme och stor hetvattenackumulator kan öka eller minska sin värmeproduktion och köra den i motfas mot elsystemets produktion i övrigt och på så vis vara en systemnyttoleverantör till elsystemet. Exempelvis kan alltså elpannor eller storskaliga värmepumpar för fjärrvärmeproduk- tion nyttja temporära elöverskott som en flexibel värmeproduk- tionsresurs. Ur systemkontext är det också viktigt att integrationen av en allt mer elektrifierad fordonsflotta sker på ett klokt sätt. Initialt kan ett ökat antal elfordon skapa effektutmaningar i lågspänningsnäten. 47 (2014a). Ett energilandskap i förändring är det också möjligt med flexibla laddtillfällen, vilket torde kunna undanröja dessa effektutmaningar till stor del. finns det dessutom troligtvis möjlighet att utnyttja bilens batterier som energilager i det stationära elsystemet. Då uppstår även en flytande gräns för vad som är mobilt och stationärt i och med att fordonet kan flytta el från en fastighet till en annan. 4.4Nya finansiella aktörer kliver in på scenen Tekniker som använder förnybara variabla energikällor, lagrings- tekniker, energieffektiviseringsåtgärder, men även distributionsnät är alla kapitalintensiva investeringar i den mening att de rörliga kost- naderna är mycket låga, eller i vissa fall till och med negativa. Finan- sieringskostnaden (investeringen, ev. lån, m.m.) är därmed central för ekonomin i projekt ett förändrat energilandskap. Olika investerare har olika syn på investeringar och därmed olika avkastningskrav. Avkastningskrav reflekterar den avkastning en till- gång ska generera för att täcka affärsmässiga och finansiella risker. En viktig faktor är varifrån pengarna kommer. Det avgör ofta vilken avkastning en investerare eftersträvar samt hur risker värderas. Dess- utom är investerare inte alltid rationella i klassisk ekonomisk mening. Det är människor som fattar besluten, och de bär med sig tankar, idéer och erfarenheter, vilket är med och formar besluten. Eftersom trösklarna har sänkts för att komma in på energimark- naderna, är det också fler aktörer i ett förändrat energilandskap än förut. var det främst de stora kraftbolagen. kan in- vesterare i ny kraft bestå av kraftbolag, offentliga organisationer, oberoende kraftproducenter, företag i andra branscher (till exempel , Google), kooperativ, enskilda hushåll, institutionella investe- rare (allmänna pensionsfonder, infrastrukturfonder etc.) och in- dustrier. De nya förutsättningarna i ett energilandskap i förändring gör att kraftbolagen måste se över sina affärsmodeller. Det är inte enkelt att ställa om och inte heller givet vilken väg man ska välja. Nya allianser uppstår i denna mylla, branschgränser suddas ut, och oväntade partnerskap skapar nya affärer. Exempel kan vara kraft- bolag och institutionella investerare, kraftbolag och industri, bygg- företag och kooperativ, fordonstillverkare och energibolag, allmän- nyttans bostadsföretag och energibolag, etc. Ett energilandskap i förändring Särskilt intressanta är institutionella investerare och privata hushåll. De båda har på olika vis helt andra finansiella traditioner än kraftbolagen. Institutionella investerare är relativt nya inom investe- ringar i kraftproduktion men har blivit en stor aktör för investering- ar i vindkraft och eldistributionsnät. Uppgiften för institutionella investerare består ofta i en långsiktig förvaltning av stort kapital. Deras intresse är därmed att de vill göra långsiktiga och säkra in- vesteringar med låga avkastningskrav. Den reglerade elnätsverksam- heten utgör ett intressant område. Men även förnybar elproduktion från flödande energier (vind främst ). Sådana investeringar ger en stabil avkastning med relativt låg risk. Men deras inlednings- vis låga kompetens inom energi- och infrastrukturområdet gör att de gärna söker partnerskap med energibolag. Energibolagen som i sin tur behöver möta det förändrade energilandskapet på ett nytt sätt ser från sin horisont även de goda möjligheterna till partnerskap. De privata hushållen (eller initiativ från mindre aktörer) har lik- som de institutionella investerarna lägre avkastningskrav än energi- bolagen. Ofta är hushållens avkastningskrav mycket låga. I stället styrs deras investeringsbeslut av andra faktorer än rent ekonomiska, även om de ekonomiska motiven ofta är starka.48 Det kan röra sig om miljömässiga skäl, förskjutna preferenser, en vilja till oberoende, spridningseffekter, m.m. Det är heller inte underligt då att många initiala solelsprojekt är på privata initiativ. Bristen på kapital gör att projekten blir små, men i gengäld kan de bli väldigt många och den vägen vara en central del av det förändrade energilandskapet. 4.5Digitaliseringen möjliggör ett förändrat energilandskap med den mindre aktören i centrum Aktiveringen av mindre aktörer stärks av en samtidig digitaliserings- utveckling. Digitaliseringens stora inverkan kan ses både ur den mindre aktörens perspektiv (styra förbrukning och lagerhållning/för- säljning, tjänster i appar etc., elbilsladdning, prognosverktyg, med mera) och de etablerade energibranschens stora och små energiföretag (nya affärsmodeller, kundrelationer, nätnytta i form av balanshåll- J, (2018). Ett energilandskap i förändring ning och stam- och regionnätsplanering, med mera). Därtill till- kommer nya typer av aktörer som kan agera i utrymmet mellan eta- blerade branscher och mindre aktörer. Frågan handlar inte om digi- taliseringen kommer påverka energisystemet och kraftig bidra till ett energilandskap i förändring, utan också om på vilket sätt och hur snabbt. Vi befinner oss i början på en ny teknologisk revolution, där digi- taliseringen, ny teknik och nya metoder förenar och suddar ut såväl nationsgränser som gränserna mellan den fysiska och digitala världen. Detta har beskrivits som den fjärde industriella revolutionen. Ut- vecklingen kommer att påverka och förändra vårt samhälle och inte minst förändra förutsättningarna och villkoren för ett stort antal branscher och företag. En central drivkraft är att digitaliseringen ger den mindre, nya aktören nya möjligheter och förutsättningar att påverka utveckling- en. Genom att bygga nätverk med varandra skapas öppet tillgäng- liga produkter och tjänster. När människor kommunicerar i egna nätverk förändras också organisationer och företag. Gamla affärs- modeller utmanas och måste omprövas. Det förstärks av att gränser- na mellan olika verksamheter suddas ut i den digitala världen, där tjänster obehindrat kan blandas och kombineras och rollen leveran- tör och kund variera och rum. Slutkunden är ibland pro- ducent av el och digitalisering möjliggör att slutkundens solceller levererar el till grannens elbil. Det är naturligtvis särskilt utmanan- de i energisektorn med en värdekedja som traditionellt går från pro- ducent till slutkund. 4.5.1På väg mot ett adaptivt, uppkopplat, och diversifierat energisystem? Givet den teknologiutveckling som sker på förnybarhetsområdet och digitaliseringsområdet går det att beskriva situationen kring energi- systemen som att vi nu befinner oss i en situation där alla vill vara med. Vi befinner oss också i en situation där vi, för att de mål och önskemål om utveckling som framförs också ska kunna inför- livas, är i behov av breda transsektoriella samverkansinitiativ. Det är också ur denna kontext som diskussionen kring smarta energisystem är sprungen. Smarta energisystem kan i detta sammanhang ses som ett önskemål om, samt behov av, att inte bara föra utvecklingen framåt, Ett energilandskap i förändring utan också att klara av att hantera alla de initiativ och möjligheter som vi nu ser växa fram. och det svenska energisystemet står genom sin robust- het, väl utbyggda distributionssystem och goda tillgång till balans- kraft väl rustat att möta ett energilandskap i förändring. som systemtjänster som svängmassa, frekvenshållning med mera måste upprätthållas även . Det krävs också att regelverken och styrningen är i takt med utvecklingen – vilket får ses som utman- ande. Ett energilandskap i förändring rör sig i riktningen att bli ett adaptivt, uppkopplat, och diversifierat energisystem. För att trans- formationen dit ska bli så mjuk som möjligt krävs ett antal förmågor av energisystemets befintliga och tillkommande aktörer. Förmåga att möta och hantera tilltagande föränderlighet i produktions- och konsumtionsmönster (adaptivt). Förmåga att implementera modern teknik för automation, övervakning och styrning (uppkopplat). För- måga att klokt bejaka och underlätta för introduktion och sam- existens av olika metoder för produktion, distribution, lagring och kundinteraktion (diversifierat). 4.6Konflikter uppstår när ett energilandskap är i förändring När energilandskapet förändras så uppstår naturligen konflikter. Det kan handla om att mindre aktörer vill åstadkomma något där regelverken inte är i takt med tiden, eller när en etablerad aktörs affärsmodell är lika funktionell, eller då två kulturer möter varandra och missförstånd uppstår. Det är i mötet mellan det nya (det småskaliga som växer nerifrån och upp), och det etablerade (det storskaliga som etablerats uppifrån och ner) som det ofta blir alldeles tydligt att energilandskapet är i förändring. Ett av de tyd- ligare exemplen på detta är fallet . 4.6.1På blixtbelyses ett energilandskap i förändring På produceras mycket förnybar el i form av vindkraft och solel. De två överföringsförbindelserna som finns mellan och fastlandet är inte konstruerade för växelvisa situationer av import Ett energilandskap i förändring och export av el från . Det gör att på grund av leve- ranssäkerhetsskäl är den ena av två kablar riktad mot och således är bara den ena kabeln tillgänglig för export av el från . Ju fler timmar som den ena kabeln vänds mot fast- landet för export, desto större blir sannolikheten för avbrott på . är detta vad som sätter begränsningen på el- produktion på med export till fastlandet.49 Befintliga över- föringsförbindelser klarar inte den planerade större vindkraftsut- byggnaden på .