Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen?

Transkript

1 Hur skapar vi ett robust elsystem för år 2050? Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen? Energikommissionen - Tekniska museet 7 december 2015 Lennart Söder Professor Elektriska Energisystem, KTH

2 Likheter: Vad skiljer forskning från konsulter/företag? Vi gör utredningar och simulerar framtida kraftsystem och drar slutsatser Skillnad: Universitet har som syfte att visa vad man gör i detalj och analysera varför olika resultat är lika/olika Universitet redovisar därmed antaganden, använda data och använda metoder i detalj öppnar för detaljerad diskussion och kritik!

3 Likheter: Vad skiljer forskning från konsulter/företag? Vi gör utredningar och simulerar framtida kraftsystem och drar slutsatser Skillnad: Universitet har som syfte att visa vad man gör i detalj och analysera varför olika resultat är lika/olika Universitet redovisar därmed antaganden, använda data och använda metoder i detalj öppnar för detaljerad diskussion och kritik! KTH-nära 100% förnybar el: Excel-arket finns på

4 4

5 5

6 Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? 6

7 Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? Ja 7

8 Finns det några problem med att få regler- och balanskraften att räcka till vid mycket stora mängder vindkraft? Ja, men 8

9 Reglering av ett framtida svenskt kraftsystem En utförlig beskrivning av kraftsystemet och ömsesidiga beroenden mellan olika kommande utmaningar och möjliga lösningar en grund för fortsatta analyser på vägen till det framtida svenska kraftsystemet. Innehåller inte kvantifiering av de framtida utmaningarna eller vad det skulle kosta att hantera dessa.

10 Identifierade utmaningar U1: Utmaningar vid lite vind och hög konsumtion Peridvist behov av extra tillförsel. U2: Utmaningar vid mycket vind och liten konsumtion Balansreglering Överföringsförmåga (spänningshållning samt kortslutningseffekt) Mekanisk svängmassa Överskottssituationer U3: Generella utmaningar Större beroenden av svårprognoserbara balansförutsättningar Tidvis snabba övergångar mellan brist- och överskottssituationer Större behov av flexibilitet i styrbar produktion och förbrukning Ökad förmåga att jämna ut variationer över året Oklar ansvarsfördelning för att långsiktigt upprätthålla nödvändig kapacitet

11 Generella utmaningar (oavsett kraftsystem) Hur ska elmarknaden designas? Energy-only? Strategiska reserver? Kapacitets-marknad? Vilken prisnivå är acceptabel? Vilken risk för effektbrist är acceptabel? Hur ska producenter få in tillräckligt med intäkter utan att elpriset blir oacceptabelt högt jämfört med konkurrentländer?

12 Generella utmaningar (oavsett kraftsystem) Hur ska elmarknaden designas? Energy-only? Strategiska reserver? Kapacitets-marknad? Vilken prisnivå är acceptabel? Vilken risk för effektbrist är acceptabel? Hur ska producenter få in tillräckligt med intäkter utan att elpriset blir oacceptabelt högt jämfört med konkurrentländer? Kan vi lite på våra grannar? Ska Sverige, oavsett bortfall i kraftverk, låg vind, hög förbrukning, alltid kunna leverera el med inhemska kraftverk?

13 Generella utmaningar (oavsett kraftsystem) Hur ska elmarknaden designas? Energy-only? Strategiska reserver? Kapacitets-marknad? Vilken prisnivå är acceptabel? Vilken risk för effektbrist är acceptabel? Hur ska producenter få in tillräckligt med intäkter utan att elpriset blir oacceptabelt högt jämfört med konkurrentländer? Kan vi lite på våra grannar? Ska Sverige, oavsett bortfall i kraftverk, låg vind, hög förbrukning, alltid kunna leverera el med inhemska kraftverk? Flexibla konsumenter? Ses ofta som viktigt för att få marknaden att fungera Vilka mekanismer kan få kunder att bli mer flexibla? Regler? Priser?

14 MWh/h U1: Utmaningar vid lite vind och hög konsumtion x Elförbrukning Vattenkraft Vindkraft Solkraft Värmekraft Man måste vikta ihop olika situationer Förbrukning från 14 januari till 30 januari Ibland blåser det mycket eller för lite lite vid hög förbrukning. Ibland fungerar inte värmekraftverk eller import vid hög förbrukning. Högsta förbrukning

15 U1: Utmaningar vid lite vind och hög konsumtion Effektfrågan fysisk lösning Behov beror på förbrukning och andra kraftverk Flexibel förbrukning Smarta elnät Import Gasturbiner (kan drivas med, t ex, etanol/biodiesel) T ex från Siemens Stal i Finspång Använd batterier Flexibel laddning av elbilar eller V2G Extra kapacitet i kraftvärmen - Fysisk lösning finns!! - Men vem betalar? = marknad

16 Om Frankrike 2014: Elförbrukning: 462 TWh Kärnkraft: 415 TWh (90%) Under 21% av tiden: mer kärnkraft än förbrukning!

17 Om Frankrike 2014: Elförbrukning: 462 TWh Kärnkraft: 415 TWh (90%) Under 21% av tiden: mer kärnkraft än förbrukning! Men: Man håller på att implementera en kapacitets-marknad för att klara toppförbrukning!!!

18 Historiskt U1: Utmaningar vid lite vind och hög konsumtion Om Effektfrågan I Sverige har vi ALDRIG haft effektbrist (brist på nationell tillgänglig kapacitet) på de senaste 50 åren! Samtliga problem som finns gällande elavbrott har berott på något annat

19 Historiskt U1: Utmaningar vid lite vind och hög konsumtion Om Effektfrågan I Sverige har vi ALDRIG haft effektbrist (brist på nationell tillgänglig kapacitet) på de senaste 50 åren! Samtliga problem som finns gällande elavbrott har berott på något annat Faktisk konsekvens av effektbrist Antag Tillgänglig effekt kan täcka 98% av förbrukningen Då kopplar man bort 2% av förbrukningen, dvs 98% kan fortfarande konsumera

20 MWh/h U2: Utmaningar vid mycket vind och liten konsumtion Effekt och energi (varierande behov-sommar) Elförbrukning Vattenkraft Vindkraft Solkraft Värmekraft 100% förnybart Låg förbrukning 8000 Mycket sol Förbrukning från 1 augusti till 10 augusti Behov av t.ex. export eller lager eller spill eller flexibel kons.

21 U2: Utmaningar vid mycket vind och liten konsumtion Svängmassa och reglerkraft Svängmassa: Vid snabba ändringar (konsumtion/ produktion) balanseras detta av upplagrad energi i generatorer kopplade till nätet. Reglerkraft: Vid alla ändringar (konsumtion/ produktion) balanseras detta av att andra kraftverk måste ändra sin produktion på samma sätt.

22 U2: Utmaningar vid mycket vind och liten konsumtion Svängmassa I det Nordiska elsystemet sitter vi alla på samma cykel den går lika fort för alla! (50 Hz) Om den är för lätt (liten massa) blir det väldigt ryckigt när någon bromsar eller trampar

23 U2: Utmaningar vid mycket vind och liten konsumtion Masströghet fysisk lösning Använd roterande massor i vindkraftverk Använd roterande, icke använda, kraftverk (idag på Gotland) Använd gasturbiner som roterande massor Använd vattenkraftverk i tomgång Spill (= stäng av vid för mycket vind ) Gör systemet mer tåligt (snabbare primärreglering) - Fysisk lösning finns!! - Men vem betalar? = marknad

24 Sammanfattning U1: Vi måste, oavsett system, få till ett intresse att investera i sådant som (nästan) aldrig används! (= effektfrågan) U2: Masströghet är INTE kopplat till effektfrågan! Gäller vid Mycket vind! 100% förnybart: U1-U2: Enstaka ören/kwh på all konsumtion. Huvudsaklig utmaning = marknad, oavsett kraftsystem

25 Bonus-slides

26 Andra framtida utmaningar 1. Lagom utbyggnad av transmissionsnätet 2. Upprätthåll lagom elkvalitet (spänningsvariationer) 3. Upprätthåll älvarnas reglerbarhet (vattendomar) 4. Skattesystem för flexibel förbrukning 5. Prissättning av el i ett system där driftkostnaderna är mycket låga.

27 Möjligt SmartGrid i (inte bara) mitt hus Träpelletspanna Idag: Reserv-el startar när temperatur < 40 I morgon (SMART): Starta elvärme när elpriset är lägre än kostnad för pellets 27

28 Möjligt SmartGrid i (inte bara) mitt hus Krav för SMART lösning: Tim-mätning (= betala variabelt pris) + information som sänds till pannan med, t ex, SMS etc ELLER: (mer komplicerat): Kontrakt med leverantör (dock fortfarande krav på timmätning) I morgon (SMART): Starta elvärme när elpriset är lägre än kostnad för pellets 28

29 Prissättning av el: Sverige Vattenkraft + Kärnkraft + Vind (90%) Resten är kraftvärme I industrin och fjärrvärme Elpriset sätts av vattenvärdet = förväntad marginalkostnad I en framtida period som vattnet kan sparas till: Priset sätts inte i Sverige!

30 MWh / h Effekt-toppar De sista 500 MW extra effekt behövdes bara 1 år av 20 Kommer marknaden ta den risk som det innebär att tillföra effekt om man bara får betalt några timmar vart 20:e år?

31 Lösnings-metoder att välja mellan Det finns i princip tre olika sätt att se till att det blir tillräckligt med effekt: 1. energy-only -marknad: Ingen effektbetalning acceptera högt pris och/eller effektbrist. = efter strategiska reserver = idag acceptera högt, men inte lika högt, pris 3. kapacitetsmarknad (t ex i Frankrike) Prissättning på marknad annorlunda. Utmaning med flexibel konsumtion