Effektbalansen i Sverige kalla vinterdagar

Transkript

1 RAPPORT FRÅN ENERGIUTSKOTTET 10 OKTOBER 2011 Effektbalansen i Sverige kalla vinterdagar Detta dokument har producerats av Energiutskottet som tillhör Kungl. Vetenskapsakademien. Det speglar Energiutskottets uppfattning och skall inte ses som ett uttalande eller ställningstagande av Kungl. Vetenskapsakademien. ENERGIUTSKOTTET, KUNGL. VETENSKAPSAKADEMIEN, BOX 50005, SE STOCKHOLM, SWEDEN TEL , FAX INFO@KVA.SE BESÖK/LEVERANS, VISIT/DELIVERIES: LILLA FRESCATIVÄGEN 4A, SE STOCKHOLM, SWEDEN

2 Energiutskottet har i sin tidigare bedömning av vindkraftens andel i elproduktionen antagit att den av ekonomiska skäl knappast kan överstiga 10 TWh (5 GW) eftersom dagens eldistributionssystem och tillgången på balanserande vattenkraft begränsar ytterligare utbyggnad. På längre sikt, kring år 2050, har vi utgått ifrån att energilagringskapaciteten och elnäten har förbättrats och byggts ut. De förnybara intermittenta kraftkällorna (vind, sol, våg) kan därför, enligt Energiutskottets scenario 2050, byggas ut till 25 TWh (13,5 GW). Sveriges förmåga att klara elförsörjningen vid kalla vinterdagar är beroende av den s.k. effektbalansen som byggs upp av de olika elproduktionsslagen - kärnkraft, vattenkraft, värmekraft (kraftvärme och industrimottryckskraft, kondenskraft, gasturbiner) och vindkraft. Effektbalansen beskriver elsystemets momentana förmåga att balansera tillförsel och efterfrågan på el. De olika kraftverkens installerade effekt är naturligtvis inte alltid tillgänglig. Service, översyn och reparationer av kärnreaktorer och turbiner, isproblem i vattendammar och otillräckliga vindförhållanden är exempel på orsaker. Erfarenhetsmässigt kan man dock beräkna hur stor del av den maximala effekten som alltid finns tillgänglig i olika kraftverk. För att undvika effektbrist, exempelvis under kalla vinterdagar, har Svenska Kraftnät enligt lag ansvar för att upphandla en viss fastställd effektreserv. Effektreserven ska vara ett komplement till den övriga produktionskapacitet som finns på elmarknaden. Svenska Kraftnät, som har det yttersta ansvaret för att det alltid är balans mellan elproduktion och elförbrukning i Sverige, gör varje år prognoser för kommande vinters effektbalans. I planeringen för att tillgodose detta elbehov med de elproduktionsanläggningar som beräknas vara i drift under prognosperioden räknar Svenska Kraftnät med att kärnkraft, vattenkraft och värmekraft har en tillgänglighetsfaktor på 90 % av den installerade effekten, d.v.s. de står för baselen. För vindkraft tillämpas en tillgänglighetsfaktor på endast 6 %, vilket baseras på att man utgår från det minsta effektvärdet för vindkraften under 90 % av årets alla timmar (75 MW) dividerat med den totalt installerade vindkrafteffekten ( MW); se fig. 2. (Not: Egentligen är tillgänglighetsfaktorn 85 % för vattenkraften, eftersom 5 % reserveras för den erforderliga frekvensregleringen.) Sammanfattningsvis kan konstateras att vindkraftens variationer under 2009 (Figur 2) måste balanseras främst med hjälp av vattenkraften. Vid en utbyggnad av den intermittenta elenergin till 25 TWh enligt Energiutskottets 2050 scenario kommer dagens installerade vattenkraft och nuvarande elnät inte att räcka till för att kunna kompensera och ta emot den intermittenta elenergin fullt ut (Figur 3). Den installerade effekten 2050 har uppskattats till 13,5 GW för en mix av de intermittenta energislagen vind, våg och sol. Scenariet förutsätter att elnäten byggs ut och görs smartare samt att förstärkta lagringsmöjligheter utvecklas. Den säkert tillgängliga effekten kommer att räcka för belastningstoppar exempelvis vintertid med en elförbrukning på dagens nivå (Figur 4). Skulle elanvändningen öka jämfört med nuläget bör installation av ny kompenserande kraft aktualiseras. 2

3 Figur 1. Dygnets typiska elförbrukning i Sverige. Elförbrukning för det dygn som hade den högsta elförbrukning år 2010 (22 dec) respektive typdygn vinter och sommar. (Källa: Svenska Kraftnät och Svensk Energi) Figur 2. Svensk vindkraftproduktion under Den installerade vindkrafteffekten var MW i början av år 2009 och MW i slutet av året. (Källa: Svenska Kraftnät) Figurens blå kurva visar hur vindkraftproduktionen varierade under årets 8760 timmar (från 1 januari till 31 december). Den röda kurvan visar hur mycket el som i genomsnitt producerades under varje enskild timme sorterat i storleksordning. Den installerade vindeleffekten var i början av år GW och i slutet på år ,5 GW vilket motsvarar ca 4 procent av under året totalt installerad eleffekt (35,3 GW). 3

4 Figur 3. Installerad eleffekt och säkert tillgänglig effekt i Sverige år (Källa: Energiutskottets scenario för år 2050) Bilden ger effektvärden baserade på Energiutskottets elenergiscenario för år Den intermittenta effekten har ökat påtagligt jämfört med dagens situation. Scenariet förutsätter vissa effektökningar också för de andra kraftslagen samt förstärkning av kraftledningsnätet för att ökningen av intermittent elenergi ska kunna absorberas. Samma effekttillgänglighetsfaktorer som idag har använts för alla kraftslagen. Intermittenta elkraftens andel i installerad effekt utgör hela 29 % (6 %) men den säkert tillgängliga effekten uppgår bara till 2,7 % (0,4 %). Inom parentes 2010 års andelsvärden. Figur 4. Installerad eleffekt och effektbalans i Sverige år 2050 enligt Energiutskottets scenario. Det framgår av bilden att den säkert tillgängliga effekten räcker för att säkra en eltillförsel på dagens nivå även kalla vinterdagar eftersom effekten uppgår till 31 GW. (Källa: Energiutskottets scenario för år 2050) 4

5 Figur 5. Sveriges effektbalans 5-10 januari 2010 uttryckt i MWh/h. (Källa: Svenska Kraftnät) Det understa fältet i bilden visar bidraget från kärnkraften och det näst understa fältet bidraget från värmekraftverken. De är båda konstanta över tiden. Nästa fält underifrån är vattenkraften som kan regleras snabbt allteftersom elbehovet varierar. Nästa smala strimma representerar bidraget från vindkraften medan det översta fältet visar importen av el. Den översta linjen anger den totala elanvändningen under de sex dagar som omfattas och visar hur efterfrågan varierar mellan dag och natt. Tabell: Installerad och säkert tillgänglig eleffekt (Källa: Energimyndigheten och Svenska Kraftnät samt Energiutskottet 2050 scenario) 5

6 Referenser Svenska Kraftnät Dnr 2010/897: Kraftbalansen på den svenska elmarknaden vintrarna 2010/2011 0ch 2011/ Energimyndigheten: Energiläget 2011 ET 2011:42 Kungl. Vetenskapsakademien, Energiutskottet: Varför högst 10 TWh vindkraft i Sverige? Kungl. Vetenskapsakademien, Energiutskottet: Energy resourses and their utilization in a 40- year perspective up to Kungl. Vetenskapsakademiens Energiutskott Sven Kullander (ordf.) Professor emeritus i högenergifysik Lennart Bengtsson Professor i dynamisk meteorologi Georgia Destouni Professor i hydrologi, hydrogeologi och vattenresurser Harry Frank Professor i innovationsteknik för energi Bertil Fredholm Professor i farmakologi David G. Gee Professor i orogen dynamik Karl Grandin Professor, civilingenjör Claes-Göran Granqvist Professor i fasta tillståndets fysik Ingmar Grenthe Professor emeritus i oorganisk kemi Dick Hedberg Fil.dr Olle Inganäs Professor i biomolekylär och organisk elektronik Peter Jagers Professor i matematisk statistik Kerstin Johannesson Professor i marin ekologi Rickard Lundin Professor i rymdfysik Karl-Gustaf Löfgren Professor i nationalekonomi Karl-Göran Mäler Professor emeritus i nationalekonomi Kerstin Niblaeus Tekn.Dr./F.d. Generaldirektör för Europeiska Unionens råd Bengt Nordén Professor i fysikalisk kemi Torbjörn Norin Professor emeritus i organisk kemi Eva Olsson Professor i experimentell fysik Elisabeth Rachlew Professor i fysik Villy Sundström Professor i kemisk fysik Ann-Mari Svennerholm Professor i infektion och immunitet Christer Svensson Professor i elektroniska komponenter Björn von Sydow Universitetslektor/F.d. talman 6