En sammanfattning av möjligheter för bränslecellssystem att ersätta konventionell teknik som reservkraft i storleken 1-20kW.

Marknaden fo r bra nslecellsbaserade reservkraftssystem i Sverige En sammanfattning av möjligheter för bränslecellssystem att ersätta konventionell teknik som reservkraft i storleken 1-20kW. Göteborg 2013-07-05 Utgåva 1.0

Sammanfattning Målet med denna rapport är att på ett övergripande sätt resonera om och exemplifiera möjliga användningsområden för reservkraftsystem baserat på bränslecellsteknik i Sverige, samt uppskatta marknadspotentialen för olika typer av system eller behov. Syftet är att ge företag och myndigheter möjligheten och en grund för att själva bedöma potentialen för tekniken och dess användningsområden. Tekniken har jämförts med reservkraftslösningar som baseras på blybatterier och/eller dieselgeneratorer för olika applikationer. En schematisk beskrivning av tekniken och tekniklösning har presenterats. Internationella rapporter och källor har studerats för att se hur bränslecellssystem används internationellt för reservkraft och i de fall det finns liknande användningsområden i Sverige har dessa applicerats ur ett svenskt perspektiv. Vätgasbaserade bränslecellssystem är redo för kommersialisering. Ett par tusen liknande system har redan installerats på marknadsmässig basis. Den pågående kommersialiseringen av tekniken har föregåtts av stora demonstrationsprojekt i vilka frågetecken kring teknik, kostnader, livslängd, och säkerhet har rätats ut. Resultatet är klart konkurrenskraftiga reservkraftssystem med en enorm global marknad som förväntas växa, pådrivet av mer extrema väderförhållanden och ett ökat beroende av stabil och pålitlig infrastruktur för kommunikation och elförsörjning. De positiva egenskaperna hos denna typ av system är bland annat: tystgående jämfört med motordrivna generatorer, avgasfri, kan användas i slutna utrymmen, lämpliga då miljön värderas extra, kan konstureras för minimalt underhåll, kan ge lång drifttid gentemot batterier, fjärrövervakning av systemkondition och bränslelager möjlig. De negativa egenskaperna är framförallt: hög kostnad inledningsvis och att vätgashantering kräver en särskild riskbedömning. Baserat på behov och den ekonomiska kalkylen kan olika systemlösningar användas från fall till fall. Ett system baserat på ren vätgas lönar sig generellt sett för kortare tider och medan ett reformeringsbaserat system är lämpligt om reservkraft skall säkerställas mer än ett par dygn. Internationellt sett återkommer några användningsområden ofta för demonstrationer och i kommersiell användning, dessa är framförallt följande: mobilbasstationer, sjukhus, nödbostäder, polis- och brandstationer, mobil elkraft för nödsituationer och bensinstationer. I Sverige finns behov av bränslecellsbaserade reservkraftsystem framförallt vid telecombasstationer, andra kommunikationsnätverk, kylanläggningar, övervakningssystem, tunnlar, styrsystem med kritisk funktion och i miljöer där utsläpp är känsligt. Denna studie är delfinansierad av Västra Götalandsregionens miljönämnd och är en delleverans av projektet ROBUST. Deltagande parter har varit Vätgas Sverige, FOAB & PowerCell. Deltagande parter garanterar inte att all information är fullständig. Eventuella rekommendationer och slutsatser är åsikter från deltagande personer i projektet och nödvändigtvis inte deltagande parter.

Innehållsförteckning Mål och Syfte... 1 Omfattning... 1 Avgränsningar... 1 Metodik... 1 Reservkraft... 2 Reservkraftsystem med bränslecellsteknik och dess konkurrenter... 2 Jämförelse med konkurerande teknik... 4 Vätgas och andra bränsle för bränsleceller... 5 Bedömning av marknaden och nyttan... 6 Omvärldsanalys reservkraft... 6 Bränslen... 7 Marknader... 7 Internationella företag i branschen... 8 Vanliga användningsområden utomlands... 9 Vilka reservkraftssystem och lösningar är applicerbara på den svenska marknaden?... 10 Telecombasstationer eller andra kommunikationsnätverk... 10 Datorhallar, Kylanläggningar, Event... 10 Övervakning... 11 Tunnlar... 11 Byggnader... 11 Styrsystem... 11 Generatorer där utsläpp är känsligt... 11 Överslag över kostnader... 12 Referenser... 13

Mål och Syfte Målet med denna rapport är att på ett övergripande sätt resonera om och exemplifiera möjliga användningsområden för reservkraftsystem baserat på bränslecellsteknik i Sverige, samt uppskatta marknadspotentialen för olika typer av system eller behov. Syftet är att ge företag och myndigheter möjligheten och en grund för att själva bedöma potentialen för tekniken och dess användningsområden. Omfattning Tekniken kommer att jämföras med reservkraftslösningar som baseras på blybatterier och/eller dieselgeneratorer för olika applikationer. En schematisk beskrivning av tekniken och tekniklösning kommer att presenteras. Avgränsningar Studien kommer bara avhandla system som är baserade på LT-PEM 1 teknik, samt småskalig elproduktion. Metodik Internationella rapporter och källor kommer att studeras för att se hur bränslecellssystem används internationellt för reservkraft och i de fall det finns liknande användningsområden i Sverige applicera dessa ur ett svenskt perspektiv. För de olika applikationerna kommer några väljas ut baserat på tillgängligheten av data samt möjlig marknadspotential. I största möjliga mån kommer källor att anges, men av sekretesskäl kan detta i vissa fall inte anges. 1 LT-PEM = Low Temperature Polymer Electrolyte Membrane. 1

Reservkraft I denna rapport behandlas enbart system som är av mindre storlek (1-20 kw) och normalt är kopplade parallellt till det lokala elnätet för att driva känslig eller funktionskritisk utrustning vid strömavbrott. Det finns andra typer av reservkraft som agerar på det nationella elnätet, t.ex. genom ökat effektuttag av generatorer i drift (så kallad spinning reserv), eller drifttagning av större reservkraftverk med kort uppstartstid. Dessa typer av reservkraft kräver en annan typ av lösningar och avhandlas där för inte här. Då det svenska elnätet är väldigt stabilt med en hög up-time är det generella behovet lågt för reservkraftsystem, dock finns det funktionskritiska ställen där konsekvensen av ett bortfall av elkraft kan få stora konsekvenser. Där är ett reservkraftsystem en relativt billig lösning för att säkra funktionalitet så som säkerhet, kommunikation, infrastruktur m.m. För reservkraft eller direktel finns både förnyelsebara och icke förnyelsebara lösningar. Tabell 1 visar på hur de olika alternativen fungerar vid olika tillfällen och deras för- och nackdelar. En förbränningsmotorbaserad lösning fungerar, så länge den underhållas regelbundet, oberoende av väder och vind. Dock passar en förbränningsmotor inte in ur ett utsläpps- och miljöpolicyperspektiv. Tabell 1: Olika energiomvandlare för reservkraftsapplikationer Teknik När Fördel Problem Solceller Dagtid + Sol Tyst, gratis drivmedel Vindkraftverk Blåsigt Tyst, gratis drivmedel Kräver lagring av energi för natten Kräver lagring och buffert när vindstilla Batterier Lagring/Buffert Tyst, enkelt Kräver energikälla ICE Generator 2 Resten av tiden Mycket effekt, länge Ej tyst, utsläpp, service Reservkraftsystem med bränslecellsteknik och dess konkurrenter Bränsleceller är elektrokemiska energiomvandlingsenheter som omvandlar kemisk energi lagrad i vätgas till elkraft, värme och vatten, genom en katalytisk reaktion med syre från luften. Processen sker i en bränslecellstack som innehåller gasfördelningskanaler, elektriskt ledande material och packningar runt membran (där reaktionerna sker). Stackens storlek ger ett samband mellan ström och spänning. Runt stacken krävs systemkomponenter så som reglerventiler, sensorer, pumpar, fläktar och kraftelektronik, se Figur 1. Dessa komponenter tillsammans med stacken packas lämpligtvis i en låda för att skydda dem mot omgivningen. 2 ICE = Internal Combustion Engine (Vanlig förbränningsmotor) 2

Figur 1: Principskiss på ett vätgasbaserat bränslecellssystem. H 2 matas till systemet från storage och luft via Filter Utöver själva systemet behövs gaslager samt kommunikation med det system som har reservkraft. Om diesel, eller något annat kolvätebaserat bränsle, används måste det reformeras. En principskiss på hur ett sådant system kan se ut visas i Figur 2. Ett bränslecellssystem behöver ett batteri för uppstart då spänningen från den primära energikällan försvinner. Beroende på vätgaskällan, flaska eller reformering, kommer tiden då batteriet behövs variera från sekunder till en halvtimme. Figur 2: Principskiss på en reformeringsenhet för ett kolvätebränsle till vätgas av bränslecellskvalitet 3

Jämförelse med konkurerande teknik I dagsläget finns ett antal olika alternativ att välja mellan gällande reservkraftsystem, särskilt för effektuttag upptill 5 kw, vilket motsvarar typiska applikationer för projektet Robust. I Tabell 2 åskådliggörs en överblick av fördelarna och nackdelarna med olika tillgängliga tekniker. Utöver funktionella fördelar finns lagkravsändringar för längre driftstider som också påverkar valet av teknikplattform. Den här typen av vätgasbaserade system är redo för kommersialisering. Ett par tusen liknande system har redan installerats på marknadsmässig basis. Den pågående kommersialiseringen av tekniken har föregåtts av stora demonstrationsprojekt i vilka frågetecken kring teknik, kostnader, livslängd, och säkerhet har rätats ut. Resultatet är klart konkurrenskraftiga reservkraftssystem med en enorm global marknad som förväntas växa, pådrivet av mer extrema väderförhållanden och ett ökat beroende av stabil och pålitlig infrastruktur för kommunikation och elförsörjning. Många reservkraftsystem som är installerade i områden med hög up-time har få drifttimmar per år. Batteribaserade system måste även då de inte används underhållsladdas p.g.a. deras självurladdning. De har därmed en begränsad livslängd även då de inte används. Dessutom är livslängden och prestandan hos batterier kraftigt beroende av omgivningstemperaturen. Då batteriernas prestanda faller drastiskt vid låg temperatur och livslängd reduceras vid högre temperaturer bör de stå i luftkonditionerade och uppvärmda utrymmen för att prestera optimalt. Att konditionstesta en batteribank installerad i en applikation är inte omöjligt, men mycket besvärligt i jämförelse med en dieselgenerator eller ett bränslecellssystem där man snabbt kan verifiera det nominella kraftuttaget. Dieselgeneratorer kan nå mycket långa kalenderlivslängder i reservkraftapplikationer då de har en livslängd i drift på ca 5000 timmar, förutsatt att de servas regelbundet även då de inte används. Bränslecellssystem har en annorlunda karaktäristik än batteribanker och dieselgeneratorer då de inte används. Själva bränslecellen har en livslängd på upp till 20 000 timmar i drift (beroende av drivcykel och applikation), men då inga reaktioner (ingen självurladdning och ingen degradering) sker då systemet är avstängt blir livslängden i kalendertid i reservkraftstillämpningar mycket lång. Batteriet som krävs för uppstart av bränslecellsystemet måste naturligtvis alltid vara redo att leverera kraft, men den installerade batterikapaciteten är mycket liten jämfört ett system med endast batterier och därmed kan batterier av högre kvalitet användas. Underhållsladdning av batteriet i bränslecellssystemen kan göras genom att starta upp systemet om det inte är kopplat till kraftnätet. Bränslecellssystem behöver därmed mycket lite underhåll. Ytterligare fördelar med bränslecellssystem är att de enkelt kan startas upp och konditionstestas via fjärranslutning (beroende på kontrollsystem men t.ex. via GSM anslutning). Bränslecellen har samma nominella effekt och livslängd oberoende av omgivningstemperaturen upp till en viss maxtemperatur som varierar mellan olika tillverkare, denna är dock långt mycket högre än temperaturen i de flesta tillämpningarna. Begränsningarna som beror av omgivningstemperaturen för ett bränslecellssystem sätts snarare av temperaturtåligheten hos kringkomponenter som pumpar, fläktar, ventiler etc. Bränslecellssystem kan också startas i mycket kalla miljöer förutsatt att fryståliga kringkomponenter valts. I applikationer där bränslecellstekniken ersätter batteribanker behöver omgivningstemperaturen i utrymmet där reservkraftsystemet är installerat inte regeleras lika hårt vilket ger en lägre driftkostnad för uppvärmning och kylning. 4

Tabell 2: Jämförelse av olika tekniker för reservkraftssystem i upptill 5kW, Typ av Back Up system (5kW) Låg investeringskostnad Låg underhållskostnad Hög pålitlighet Lång Driftstid Låga föroreningar Lång livslängd Dieselgenerator Ja Nej Ja* Ja Nej Ja VLRA (bly) batterier Ja Nej Ja Nej Nej Nej** Svänghjul Nej Ja Ja Nej Ja Ja Kondensator Ja Ja Ja Nej Ja Ja Bränslecell*** Initialt hög Ja Ja Ja Ja Ja * givet regelbundet underhållsprogram ** ventilstyrt bly/syra batteri med livslängd 5-7 år *** vätgasbaserat Tabell 3: Egenskaper hos ett bränslecellssystem jämfört med traditionell teknik Positiva egenskaper Tystgående jämfört med motordrivna generatorer o Kan användas där buller inte tillåts Avgasfri o Kan användas inomhus o Kan användas i slutna utrymmen o Lämplig då miljön värderas extra Kan konstureras för minimalt underhåll Kan ges lång drifttid gentemot batterier o Val av vätgaslagringsmetod Kan kombineras med sol-, vindkraft och elektrolysör till hybridsystem Fjärrövervakning av systemkondition och bränslelager möjlig Negativa egenskaper Hög kostnad inledningsvis Vätgashantering kräver särskild riskbedömning Vätgas och andra bränsle för bränsleceller Vätgas kan framställas centralt och distribueras via gascylindrar av standardmodell, normalt 50 L flaskor med 200 bar tryck av till exempel Air Liquid eller AGA. Vätgas har ett energiinnehåll på 3 kwh/nm 3 och med ett bränslecellssystem som har en elverkningsgrad på ca 40-60 % ger det att en flaska innehåller ca 5 kwh el. Vätgas kan även framställas lokalt via reformering ett annat bränsle så som naturgas, biogas, metanol samt diesel alternativt genom elektrolys från någon elkälla som vind eller sol. Beroende på hur länge ett system skall vara uppbackat krävs olika mängder vätgas. För en lösning baserad på ren vätgas är kostnader direkt proportionella mot energibehovet. För reformeringssystem 5

är ofta bränslet mycket billigare men kräver en initialinvestering. Om man ser till storleken på bränslelagret kan man jämföra vilken backuptid man får om man ersätter ett standardmässigt 12 flaskors vätgaslager (1.7 m 3 totalvolym) med en dieseltank av samma volym, se Tabell 4. Baserat på behov och den ekonomiska kalkylen kan olika systemlösningar användas från fall till fall. Utan att ge exakta siffror så lönar sig generellt ett system baserat på ren vätgas för kortare tider och ett reformeringsbaserat system om reservkraft skall säkerställas mer än ett par dygn. Tabell 4: Reservkraftstid för olika systemlösningar med 1.7 m 3 bränslelager Reservkraftssystem Typisk Verkningsgrad % Dygn med 3kW medeleffekt Starttid H 2 bränslecellssystem 50 2.5 10-30 sekunder Dieselreformeringsbaserat bränslecellssystem 30 72 10-30 minuter Diesel ICE 20 48 Någon minut Kostnaden för vätgas ligger i Sverige idag relativt hög men detta kommer minska då infrastrukturen för vätgasdistribution utökas. Denna jämförelse baseras bara på volym och tar inte hänsyn till andra aspekter som, investeringskostnad, utsläpp, etc. Bedömning av marknaden och nyttan Omvärldsanalys reservkraft Bränsleceller för reservkraft har blivit allt mer aktuellt i och med att de kraftkritiska applikationerna blir fler samtidigt som naturkatastrofer drabbar infrastruktur allt hårdare. Den dominerande lösningen idag är batterier, och i de fall reservkraft behövs under en längre tid även dieselgeneratorer. Förutom minskad miljöpåverkan ger bränsleceller en del tekniska fördelar; systemen blir mer tillförlitliga och kräver mindre underhåll. Jämfört med batterisystem med lång drifttid är även vikten lägre, vilket gör det möjligt att placera systemen på hustak, där de är mindre utsatta för översvämningsrisk och i kommunikationsapplikationer kan sättas nära takmonterade master för exempelvis mobiltelefoni. Länge har kraven varit låga för backuptid i exempelvis mobiltelefonbasstationer, men efter de amerikanska stormarna Katarina och Sandy har kraven ökats till 8 timmar i USA. Dessa långa backuptider som i regel bara är aktuella vid naturkatastrofer gör bränsleceller mycket attraktiva, eftersom de blir kostnadseffektiva någonstans runt två timmars backuptidskrav. För att uppmuntra bränsleceller i reservkraftsapplikationer är således krav på backuptid en mycket viktig åtgärd. 6

Bränslen Det finns tre olika bränslen som används till störst del för bränsleceller i reservkraftssektorn, dessa är trycksatt vätgas, metanol och diesel. Vätgas och metanol är de som används mest, men diesel har betydande fördelar när det gäller bränsletillgång. Vätgas är den vanligaste industrigasen i världen, tillgången är därför relativt god, med undantag för utvecklingsländer där det kan vara förenat med höga kostnader att transportera vätgas till de aktuella platserna. Den trycksatta vätgasen levereras i regel i stålflaskor som väger ungefär 75 kg styck. Ofta levereras de i sexpack från lastbilar. Det finns även kolfibertuber som väger ungefär en tredjedel jämfört med en stålflaska av samma storlek och klarar tryck runt 350 bar vilket ökar energiinnehållet, dessa har utvecklats speciellt för applikationer där vätgas används i bränsleceller och är betydligt dyrare än ståltuber. Det gravimetriska och volymetriska energiinnehållet i trycksatt vätgas är relativt lågt, vilket gör att långväga transporter blir kostsamma om vätgasåtgången är hög. Om flaskorna däremot bara ska stå på platsen en längre tid med låg användning kan det vara lönsamt, eftersom gasen kan användas direkt i bränslecellen utan reformering. Detta gör även att komplexitetgraden i systemet blir lägsta möjliga, vilket ökar tillförlitligheten. Vätgas släpper inte ut någon koldioxid vid förbränning och använd i en bränslecell är det enda utsläppet vattenånga, men kan framställas både från fossila bränslen och med elektricitet och från andra förnyelsebara energislag. Naturgas används i många av de amerikanska systemen. De är kopplade direkt till naturgasnätet och är därför inte autonoma. Naturgasnätet är utbyggt till stor grad och dessutom nergrävt, tillskillnad från elnätet i USA som ofta går ovan jord ända fram till kunderna, vilket för gas ger ökad driftsäkerhet vid stormar, dock inte för jordbävningar då även gasnäten ofta drabbas. Eftersom metanol är ett flytande bränsle med högt energiinnehåll är det betydligt billigare att transportera stora mängder av det. Metanol kan framställas både förnyelsebart och från fossila bränslen, och är relativt enkelt att reformera till ren vätgas eftersom det inte innehåller svavel och andra föroreningar. Reformeringsanläggningen ökar dock kostnaderna för systemet och det lämpar sig därför bättre för system som används någorlunda regelbundet. Då diesel är ett mycket använt bränsle finns det tillgängligt över hela världen. Problem finns med stöld av bränslet vilket minskar tillförlitligheten i dessa system. Marknader I Danmark används bränsleceller för reservkraft i kommunikationssystemet TETRA, som även används i Sverige. Totalt ska ungefär 400 stationer byggas, varav minst 150 stycken finns på plats idag. Systemen levereras av Dantherm, använder trycksatt vätgas, och ska klara 30 timmars backuptid utan falskbyte, men en hel vecka garanteras om flaskorna byts. Dantherm är ett bolag som ägs till stora delar av bränslecellsstacktillverkaren Ballard, det är även deras stackar som integreras i Dantherms system. TETRA är ett krypterat kommunikationssystem som används av räddningstjänst, ambulans, polis och militär. I Sverige använder systemen dieselgeneratorer, men sådana finns inte på plats för samtliga system. I USA finns ett stort antal system för reservkraft med bränsleceller installerat i telecomnätet. De flesta är för reservkraft åt mobilbasstationer; idag finns över 3000 sådana bränslecellssystem 7

installerade. Av dessa har MetroPCS störst antal med nästan 2000 system med 10-15 kw bränsleceller i Kalifornien och 350 stycken i södra Florida. De har köpt sina system från Altergy vilka utlovar 8-24 timmars backuptid med trycksatt vätgas i stål eller kompositbehållare som kan fyllas på plats. Anledningen till att Metro PCS använder bränsleceller är att de har ungefär 4 gånger mer trafik över sina stationer än genomsnittet av operatörer, vilket gör att effektbehovet är högt. Om de skulle använda batterier skulle systemen väga runt 4 ton vilket är problematiskt vid installationer på tak som är vanligt för Metro PCS. Snittkostnaden för drift av systemen har varit 571 USD/år där den största delen är vätgasleveranser. För diesel är den motsvarande kostnaden 1024 USD/år. I snitt har de haft strömavbrott ungefär 10-20 timmar per år, vilket gör att drifttiden på systemet egentligen inte är en viktig faktor. IdaTech har system både med metanol och trycksatt vätgas. De framhåller att underhållskostnaderna är mycket låga. Bränslecellsystemen med metanol är kopplade till ett batteri som förser applikationen med el de första 2-3 minuterna innan reformeringen är redo. Systemen är mest lönsamma i applikationer där strömavbrott uppstår under 100-1000 timmar per år. Det finns även flera stora amerikanska företag, framförallt datacenters som ebay, där primärkraften kommer från natur- eller biogasdrivna bränsleceller och där elnätet används som reservkraft. I Kina och Indien är elnäten delvis opålitliga och otillräckligt utbyggda samtidigt som kundbasen för mobiltelefoni ökar snabbt. Både Dantherm, CommScope, ReliOn och IdaTech har projekt i dessa länder med flera system installerade. En stor drivkraft är att minska bränslekostnaderna, bara i Indien beräknas 1.8 miljarder liter diesel per år användas för mobilbasstationer. Utvecklingsländer och andra platser med bristfälligt elnät såsom Indonesien, Jamaica, Mexiko, Sydafrika, Turkiet och Bahamas är också en intressant marknad där flera system finns på plats. På Östtimor byggs ett 3G-nät upp som använder 100 % förnyelsebar energi för reservkraft, bestående av vind, sol och metanoldrivna bränsleceller. Utöver de bränslealternativ som beskrivits ovan finns möjligheten att framställa vätgas på plats och lagra den där, antingen med el från ett bristfälligt elnät eller helt autonomt från vind och sol. Även vattnet kan återanvändas eller samlas in från regn vilket minimerar underhållet ytterligare. Företaget ACTA har levererat tre testsystem med elektrolysör för detta till Australien, som använder Ballardstackar i bränslecellsdelen. Systemet integreras av M-field och återbetalningstiden uppges vara 5 år. Kostnaden uppges vara 30-40 000 EUR för ett system. Internationella företag i branschen Dessa är några av de mest omtalade företagen i reservkraftsbranschen: ReliOn Trycksatt vätgas IdaTech Både metanol och trycksatt vätgas, har nyligen blivit en del av Ballard. Altergy Trycksatt vätgas Ballard/Dantherm/M-field/ElectraGen Ballardstackar som integreras i olika system Både metanol och trycksatt vätgas Hydrogenics Samarbetar med operatören CommScope Trycksatt vätgas 8

Vanliga användningsområden utomlands Några användningsområden återkommer ofta för demonstrationer och i kommersiell användning, dessa är framförallt följande: Mobilbasstationer som beskrivet ovan finns behov både i välfungerande storstäder och i utvecklingsländer på landsbygden. Sjukhus Under de amerikanska stormarna har sjukhus fått evakuera tusentals patienter när dieselgeneratorer och kringsystem havererat. Bränslepumpssystem har varit ett problem eftersom diesellager är på markplan och generatorerna högt upp för att undvika översvämning av dem. Nödbostäder (Emergency shelters) Vid evakuering behövs elkraft för att kunna uppnå sanitära förhållanden och kommunikationer. Polis- och brandstationer i stort behov av reservkraft. Mobil elkraft för nödsituationer Toyota har bland annat presenterat en bränslecellsbuss för naturkatastrofer som exempelvis kan förse en gymnastiksal med el under 5 dygn med de tankar den använder. Honda har ett projekt igång för att kunna använda sin bränslecellsbil FCX Clarity för att förse enskilda hus med el vid strömavbrott. Bensinstationer Flera bensinstationer i USA hade problem med elförsörjningen vilket resulterade i bränslebrist. 9

Vilka reservkraftssystem och lösningar är applicerbara på den svenska marknaden? Precis som internationellt beror behovet av reservkraft på hur kritisk är funktionen är. Valet av teknisk lösning är beroende av hur länge reservkraften behöver vara tillgänglig samt ekonomisk inverstering, underhåll och drift, samt det miljömässiga perspektivet. I Tabell 5 visas en översikt över antalet reservkraftverk hos Telia och Svenska kraftnät idag. Tabell 5 Översikt av antal reservkraftsanläggningar hos stora svenska aktörer idag Typ av utrustning Effektbehov Antal idag Utspänning Fast nät små enheter 1 kw ~8000 48 VDC Mobilbasstationer 3 kw ~4000 48 VDC Energilager idag Batterilager ca 4h med möjlighet att koppla in mobilt dieselaggregat Batterilager ca 2h med möjlighet att koppla in mobilt dieselaggregat Telia Små stationära RAKEL etc. 12-13 kw ~500 ~50% 48 VDC/ ~50% 230 VAC Dieselgenerator med liten batterireserv för att överbrygga starten. Svenska kraftnät Större stationer, "core-siter" 50-500 kw ~200 ~50% 48 VDC/ ~50% 230 VAC Dieselgenerator med liten batterireserv för att överbrygga starten. I vissa fall även gasturbin. Ställverk 4-15 kw 50 110 VDC Blybatterier, 12 h. Telecombasstationer eller andra kommunikationsnätverk I Sverige finns olika nivåer på exempelvis mobila nätverk från enskilda master till större noder, var av den senare är mer kritisk att den fungerar. Exempelvis under stormen Gudrun hade många hushåll i Småland kunnat ha haft tillgång till telefonkommunikation ifall vissa basstationer varit utrustade med reservkraftssystem. Andra kritiska kommunikationsnätverk är exempelvis tetranätet för blåljusmyndigheterna. I Danmark är stora delar av deras tetranät uppbackat av bränslecellssystem. Delar i det vanliga telenätet som hänger ihop med räddningstjänsten är SOS alarm. För deras centraler och system är back-up viktigt. Bränsleceller har tidigare provats av svenska Telia Sonera där slutsatsen var att bränslecellssystem fungerar för applikationen. Datorhallar, Kylanläggningar, Event Det finns många mindre och större datakommunikationscentraler runt om i landet, där användningen av UPS-system varierar. Dessa datorhallar eller rum kyls oftast till en konstant temperatur för att datorerna inte skall överhettas. Batterier klarar oftast bara att ge effekt till 10

funktionen av datorerna och inte för klimatanläggningen. Bränslecellssystemen har här potential att klara av både drift av datorerna och klimatanläggningen för större anläggningar än batterier. Övervakning Exempel på övervakningssystem är övervakning av kommunikationslänkar vid mobilmaster, vägkameror och vattennivålarm i sjöar. Ofta är dessa övervakningssystem placerade så att det är mycket kostsamt att dra fram elledningar till dessa platser. Även om nätström finns tillgänglig är kravet på avbrottsfri funktion sådant att backup är nödvändig. 1-3 kw och 1-72 timmars backup har efterfrågats. Tunnlar I tunnlar är backup av belysning och ventilation mycket viktig då tunnlar ska konstrueras så att utrymning kan ske, eller så att platser som erbjuder skydd mot brand finns. Effektkravet för belysning och friskluftstillförsel bedöms vara lämplig för bränsleceller medan total rökgasventilering kräver relativt hög effekt och skulle kräva större system än vad denna rapport omfattar. Byggnader I länder med frekventa jordbävningar installeras ofta backupsystem per byggnad för att erhålla nödvändig elbackup vid nödsituationer. Sydkorea inför 2014 lag på 5 kw backup i samtliga nybyggda större byggnader. Styrsystem Styrsystem med kritisk funktion finns i bland annat hamnars och i tågstationers dockningshjälpsystem. Bränsleceller passar bra i dessa effektomräden vilka oftast är runt 3 kw. Generatorer där utsläpp är känsligt Bränslecellssystem som drivs av trycksatt vätgas har endast vattenånga som utsläpp. Bränslecellssystem som drivs av diesel eller andra kolvätebaserade bränslen släpper ut vattenånga och koldioxid, men inga giftiga föroeningar förutsatt att uppstartsförloppet är optimerat mot nollutsläpp. Systemen är därmed lämpliga för miljöer som är känsliga med avseende på luftkvalitet, såsom inomhusmiljöer, gruvor, skyddsrum, naturkänsliga områden, PR-sammanhang, tätbebyggda områden, samt vid olyckor. Gruvindustrin kan vara intressant ur bränslecellsperspektiv då de har mycket höga ventilationskostnader. Kraven på ventilering av gruvor kommer av mängden installerad motoreffekt och det innebär att det krävs ganska stora system som installeras på fordonen för att få maximal nytta av bränslecellsteknikens fördelar, men det finns även andra tillämpningar i gruvor där system av storleksordningen diskuterad här (< 20 kw) skulle vara intressanta. De räddningsceller som måste finnas i gruvorna behöver kraftförsörjning. Dessa system tas naturligtvis inte i drift särskilt ofta, men det är kritiskt att de alltid fungerar. 11

Överslag över kostnader Kostnadsberäkningar visar på en relativt hög kostnad initialt för tillverkning av ett fåtal enheter. Priset på de första enheterna till kund bör läggas runt 300 000 SEK. Vid tillverkning i 1000-tal sjunker styckkostnad snabbt vilket skulle möjliggöra ett utpris till distributör runt 110 000 SEK. Ytterligare kostnadsreduktion kan uppnås när bränslecellbranschen i övrigt tar fart med fler och billigare komponenter framtagna för denna typ av system. Även det kostsamma katalytiska membranet i bränslecellen förväntas bli billigare. Detta väntas ske 2015 i samband med att ett större antal bränslecellsfordon kommer ut på marknaden. En försiktig gissning för den svenska marknaden är att det bör gå att sälja 10 system 2014 och 100 system 2015. Omsättningen skulle därmed bli 3 000 000 SEK respektive 20 000 000 SEK. Om hybridsystem för elgenerering bestående av solpaneler, elektrolysör, vätgastank samt bränslecell når popularitet är inte 1000 system i årstakt orimligt. Kunder bedöms vara fritidshus i avlägsna områden, försvarsanläggningar, bostadsbaracker mm. Totalkostnad för ett sådant system bör kunna ligga runt 250 000 SEK. Detta skulle ge möjlighet till att 100-talet arbetstillfällen skulle kunna skapas. 12

Referenser Dantherm Power A/S - A fuel cell system integrater of backup power and microchp http://www.elforsk.se/pagefiles/2182/20110616%20material%20till%20bränsleceller%20kth%20v0 3%20PDF.pdf Webinar - Fuel Cells and Telecom: Reports from the Field http://vimeo.com/33307985 Acta Announces Shipment of Fuel Cell Back-Up Power System with onboard Hydrogen Generation http://fuelcellsworks.com/news/2012/10/01/acta-announces-shipment-of-fuel-cell-back-up-powersystem-with-onboard-hydrogen-generation/ Fuel Cell Today - The Industry Review 2012 http://www.fuelcelltoday.com/analysis/industry-review/2012/the-industry-review-2012 Fuel Cell Today - Extreme Weather and Fuel Cell Backup Power: http://www.fuelcelltoday.com/analysis/analyst-views/2012/12-11-07-extreme-weather-and-fuelcell-backup-power When the Grid Fails: Fuel cells power critical infrastructure in disasters: http://www.fuelcells.org/wp-content/uploads/2013/04/fuel-cells-in-storms.pdf Altergy s Freedom Power Fuel Cell Systems To Power Telecom Sites in India: http://fuelcellsworks.com/news/2012/08/28/altergys-freedom-power-fuel-cell-systems-to-powertelecom-sites-in-india Technology Installation Review, Federal Energy Management Program Telia Sonera FuelCellToday.com, 12 september 2012, Vätgas Sverige http://www.vatgas.se/fakta/stationaera-tillaempningar/28-vaetgas-i-stationaera-tillaempningar 13