Elsystemen i Sverige, Europa och världen kommer de närmaste årtiondena att genomgå en stor omställning. De flesta scenarier idag pekar på minst en fördubbling av elanvändningen i Sverige i framtiden, till följd av bland annat transportsektorns och industrins elektrifiering samtidigt som andelen variabel förnybar el från sol och vind ökar. Detta innebär flera stora förändringar – bland annat får variationshantering och olika stödtjänster, som balanserar och stabiliserar elsystemet, en alltmer central roll.
Behovet av flexibilitet och lagring i elsystemet förväntas också öka då perioder med hög elproduktion från förnybara produktionskällor kan leda till överskott av el, på samma sätt som perioder med låg produktion kan leda till ett underskott. Ett sätt att lösa problemet med att energi och effekt finns tillgängligt, fast vid fel tidpunkt, är storskalig energilagring. Behovet av långsiktig energilagring har undersökts i ett examensarbete och en uppföljande studie som utförts på uppdrag av Power Circle, i samarbete med lagringsföretaget Mine Storage.
– Energifrågorna har fått mycket uppmärksamhet i media på senaste tiden, men det finns lösningar som flexibilitet och lagring. På Power Circle ställde vi oss frågan hur stort behovet egentligen är, och vilka tekniker som kan lösa utmaningarna på längre sikt, säger Anna Wolf, tillförordnad vd på Power Circle och en av handledarna för exjobbet.
Exjobbet, som utförts av Uppsala-studenterna Alexandra Sederholm och Sophie Ågren, har undersökt behovet av storskalig energilagring i framtidens elsystem och arbetet innehåller en genomgång av lagringstekniker som exempelvis pumkraft, batterier, vätgas, komprimerad luft och gravitationslager, samt en modellering av lagringsbehovet i ett framtida elsystem med en större andel elproduktion från förnybara energikällor som sol- och vindkraft.
För att utvärdera olika typer av storskaliga energilager och deras potential i framtiden gjordes också initialt en intervjustudie med experter, leverantörer och användare av lagringsteknik. Intervjustudien visade att det fanns en stor enighet om att en mångfald av tekniker kommer att behövas i framtiden, så som pumpkraft, batterier, vätgas och ett mer effektivt utnyttjande av befintlig vattenkraft. Framtiden för dessa olika tekniker, inklusive pumpkraft i nedlagda gruvor, kan komma att bero på hur läget på elmarknaden utvecklar sig och hur stora prisvariationerna blir.
– I princip alla intervjupersoner höll med om att vi kommer att behöva många olika lagringstekniker i framtiden, säger Alexandra Sederholm. Där finns en stor samsyn i branschen, även bland dem som representerar enskilda tekniker.
För balansering av nätet och kortare underskott på 1–8 timmar kan exempelvis efterfrågeflexibilitet, batterier, smart laddning och i framtiden kanske även V2G (dvs att elbilarna kan mata ut el på nätet) bidra, men dessa tekniker har inte kapacitet för att täcka längre perioder av underskott. För dessa underskottssituationer behövs storskalig lagring, som exempelvis mer effektiv drift av befintlig vattenkraft eller pumpkraft i nedlagda gruvor, s.k mine storage.
Mine storage undersöks specifikt i studien och är, enkelt uttryckt, som ett vattenkraftverk fast delvis under jord: vatten pumpas upp eller släpps ner mellan två vattenreservoarer på olika höjd och kan därmed lagra eller generera el beroende på behovet i elsystemet. Studien har undersökt hur lagringsbehovet ser ut i två olika framtidsscenarios som Svk tagit fram. I examensarbetet studerades scenariot Elektrifiering Förnybart (EF) och i en efterföljande studie har även scenariot Elektrifiering Planerbart (EP) undersökts. Det antas även att Sverige ska vara självförsörjande, dvs att det saknas möjlighet till import och export.
Resultaten av modelleringen visar att behovet av långtidslagring skiljer sig kraftigt mellan olika väderår. Underskott som varar över åtta timmar är relativt få ett medelår, och kan teoretiskt täckas av ett mindre antal anläggningar med vardera 1 090 MWh lagringskapacitet i de olika scenarierna.
– Det var intressant att se att de allra flesta väderåren inte hade så långa underskott, säger Sophie Ågren. De underskott som fanns klarade vi av att täcka med energilager.
Utmaningarna ett dåligt väderår är däremot större och kommer troligtvis inte kunna hanteras av enbart mine storage. Resultaten måste givetvis värderas med hänsyn till de antaganden som gjorts i modelleringen, men en intressant slutsats från den efterföljande analysen av scenariot Elektrifiering Planerbart är att efterfrågan på storskalig lagring ett medelår faktiskt är större i en framtid där kärnkraften finns kvar.
– Det här är väldigt intressanta slutsatser. Vi trodde att den största efterfrågan på storskalig energilagring skulle finnas i scenariot utan kärnkraft, men uppenbarligen finns behovet även om den byggs ut. Vattenkraften och kärnkraften räcker alltså inte till för att hantera energiobalanserna utan det behövs ytterligare storskalig energilagring för ett fungerande elkraftsystem när vi elektrifierar samhället, säger Thomas Johansson, medgrundare och VD för Mine Storage.
Historiskt har vattenkraften tagit hand om en stor andel av variationshanteringen, både i produktionen och för att matcha produktion med en varierande konsumtion. När elbehovet växer i framtiden kommer befintlig vattenkraft inte längre kunna hantera att ensamt balansera elsystemet, oavsett kraftproduktionsslag, och behovet av flexibilitet och lagring kommer att öka. Även om mine storage teoretiskt kan täcka en stor del av variationerna i framtidens elsystem ett medelår återstår frågan hur de extrema väderåren ska hanteras.
– Power Circle kommer att följa utvecklingen av storskaliga lagringstekniker som mine storage med spänning framöver. Både energilager och flexibilitet är viktiga pusselbitar för att snabba på elektrifieringen och för att kunna bygga ut andelen förnybar energi. Teknik finns, men den stora utmaningen är att behovet varierar så kraftigt mellan olika väderår att det kan bli svårt att få till investeringar som täcker upp även för de mest extrema variationerna, avslutar Anna Wolf.
För mer information, kontakta: Thomas Johansson, medgrundare och VD Mine Storage, [email protected], 070-696 78 00 Anna Wolf, Power Circle, [email protected] , 070-954 00 02Om studien
- Studien som refereras består av ett examensarbete och en uppföljande analys som Uppsalastudenterna Alexandra Sederholm och Sophie Ågren utfört på uppdrag av Power Circle och energilagringsföretaget Mine Storage.
- Studien baseras på två olika scenarier för år 2045 från Svenska Kraftnäts långsiktiga marknadsanalys. I examensarbetet studerades scenariot Elektrifiering Förnybart och i den efterföljande analysen även Elektrifiering Planerbart. Beräkningarna har utförts utan hänsyn till import och export samt begränsningar i elnätskapaciteten och kan således sägas vara en bild av hur väl elproduktion kan matchas med konsumtion inom hela Sverige i framtiden.
- Examensarbetet har handletts av Anna Wolf och Jesper Werneskog på Power Circle, i samarbete med Thomas Johansson på Mine Storage.
- I scenariot Elektrifiering Förnybart har framför allt vindkraften byggts ut kraftigt och kärnkraften fasats ut. I scenariot Elektrifiering Planerbart har den förnybara energiproduktionen också byggts ut, men även kärnkraften har behållits och byggts ut.
- I båda scenarierna antas elkonsumtionen öka kraftigt: mer än en fördubbling i Förnybart-scenariot (från 141 TWh 2021 till 286 TWh 2045) och närmare en fördubbling i Planerbart-scenariot (från 141 TWh 2021 till 266 TWh 2045). Elproduktionen år 2045 i Förnybart-scenariot antas bli 304 TWh och 269 TWh i Planerbart-scenariot.
Ett grundantagande i studien är att flexibilitetsresurser som exempelvis batteriparker kan bidra till att täcka upp för kortare underskott i systemet (1-8 timmar).
*I studien har flera olika beräkningar gjorts med olika förutsättning, I tabellen anges två exempel. I det första exemplet antas flexibilitet och batterier antas täcka de första 4 timmarna av det längsta underskottstillfället, och minestorage dimensioneras för att täcka 80% av resterande teoretiskt energibehov. I det andra antas flexibilitet och batterier täcka de första 8 timmarna av det längsta underskottstillfället och antalet minestorage dimensioneras för att täcka 100% av resterande teoretiskt energibehov. Det är dock inte säkert att dessa anläggningar klarar att täcka alla underskott under ett enskilt år, då de beror på hur de inträffar i förhållande till varandra och hur energilagrets drift optimeras.
- Mer information om begrepp som exempelvis V2G och flexibilitet finns i Power Circles Faktablad och kunskapsunderlag här.
- Examensarbetet kan läsas i sin helhet här.
Om Mine Storage:
Mine Storage är ett energilagringsföretag grundat av experter med en stark meritlista inom energisektorn som vill bidra till en hållbar framtid med fossilfri energiproduktion genom att utveckla miljövänliga energilagringsanläggningar i övergivna underjordiska gruvor. Enkelt uttryckt är ett mine storage som ett vattenkraftverk fast delvis under jord: vatten pumpas upp eller släpps ner mellan två reservoarer på olika höjd och kan därmed lagra eller generera energi beroende på behovet i elsystemet. För mer information, se minestorage.com.
