100% Förnybart - vad innebär det för elsystemet? Helena Nielsen, Strategy & Market Intelligence

Agenda 1 Metod och antaganden 2 Kontext 3 Utmaningar i ett 100% förnybart elsystem 4 Lösningar 5 Slutsatser 2

EMPS och Nordic 32 modellerna har använts för systemanalys EMPS (EFI's Multi-area Power market Simulator) En marknadssimulator som optimerar vattenkraftssystem (baserat på vattenvärdesmetoden) Nordic 32 Modell för att studera kraftsystems stabilitet (transient- och spänningsstabilitet, samt dynamiska egenskaper på lång sikt) 3

Antaganden Kärnkraft: fasas ut enligt idag förväntad livslängd, sista reaktor ~2045 Vattenkraft: effekt, energi och reglerförmåga enligt dagens nivåer Vind och sol: framförallt vind ökar betydligt Övrig värmekraft: gaseldad KVV ersätts med biokraft Förbrukning: enligt dagens nivå ~135 TWh och 27 GW men mer flexibel Energibalans: överkapacitet minskar Kapacitetsbalans: tillförlitlig kapacitet (effekt) minskar Importkapacitet: Sveriges importkapacitet ökar 50% och Nordens 200% 4

Sveriges elsystem är uppbyggt för att hantera en stor efterfrågan på vintern och för att ta vara på stora vattenflöden på sommaren 25 Produktionsprofil 2014 (månadsmedelvärden) 20 Inflöde vatten Vattenkraft GWh/h 15 Vattenmagasin / lager Kärnkraft Övr.värmekraft 10 Solkraft Vindkraft 5 Förbrukning 0 Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec 6

Ett förnybart system behöver byggas upp för att fortsatt kunna hantera kalla vintrar och ta vara på stora vattenflöden 25 Produktionsprofil 2050 (månadsmedelvärden) 20 Inflöde vatten DR GWh/h 15 Vattenmagasin / lager Vattenkraft Övr.kraftvärme värmekraft 10 Solkraft Vindkraft 5 Förbrukning 0 Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec 7

Fysisk reglerförmåga för vattenkraften har utformats för att hantera dagens förbrukningsvariationer på ca 6 GW Residuallast i Februari 2015 Residuallast = efterfrågan vind- & solproduktion 6 GW variation idag 9

I ett förnybart system kan variationer på några dygn bli 4 gånger större vilket blir en stor utmaning för produktionsplanering Residuallast i Februari 2015 och 2050 Residuallast = efterfrågan vind- & solproduktion 6 GW variation idag Upp till 20 GW variation 2050 Flexibla lösningar behövs för att hantera ramper 4 gånger större Risk för spill av både vind och vatten 10

Variabel produktion påverkar flexibilitetsbehovet i alla tidsskalor dygn till säsongsvariationer blir de stora utmaningarna Variationer att hantera Variation inom timmen Variation mellan timmar Dygnsvariationer Årsvariationer Säsongsvariationer Utmaningar Inertia Utmaningar på dagsbasis Frekvensstabilitet Spänningsstabilitet Spänningsökning Nätbegränsning Prognosfel Utmaningar varje 10-årsvinter eller torrår? Energitillgång ms s min timmar veckor säsong år Systemtjänster Inertia Primär- Sekundär- Tertiärreglering Störningsreserv Strategisk reserv Behovet av flexibilitet ökar i alla tidsskalor Planerbar flexibel produktion som är tillgänglig på Day-Ahead kan minska Behov att se över hur systemet säkerställer tillräcklig kapacitet för reglering, toppeffekt, och energi finns 11

Nya utmaningar uppstår för att upprätthålla leveranssäkerheten Kraftsystemsstabilitet Frekvensstabilitet Rotorvinkelstabilitet Spänningsstabilitet Momentan balans mellan producerad och konsumerad el Balans mellan mekanisk energi i turbiner och den producerade elen i generatorer Förmågan att upprätthålla stabil spänning efter störningar 12

Bygga bort flaskhalsar transmission är potentiellt den största utmaningen för att upprätthålla systemets leveranssäkerhet Svårighetsgrad och kostnad Leveranssäkerhet Transmissionskapacitet Inertia Risk för flaskhals i snitt 2 Utbyggnad av transmissionskapacitet riskerar halka efter 3-6 GW i back-up kan behövas Önskvärd nivå på leveranssäkerhet behöver fastställas Behovet av svängmassa och ersättningsmodell behöver definieras Många teknologier för mekanisk eller syntetisk svängmassa finns Reaktiv effekt Bortfallet av reaktiv effekt i södra Sverige Många teknologier för kompenserande utrustning finns Balanstjänster Behovet av balanstjänster kommer att öka Långsiktiga investeringssignaler behövs 13

Olika lösningar bidrar till olika utmaningar, men skiljer sig i hur snabbt de kan starta, varaktighet, och hur ofta de behövs Variation inom timmen Variation mellan timmar Dygnsvariationer Säsongsvariationer Årsvariationer 1 Produktion Vattenkraft OCGT (-) Vind Vattenkraft KVV OCGT (-) Vind Vattenkraft KVV OCGT Vattenkraft KVV Vattenkraft KVV Upp och ner reglering 2 Lager Pumpkraft Power-to-heat Batterier Pumpkraft Power-to-heat Batterier Pumpkraft Power-to-heat Batterier Flytta laster/ produktion i tid eller till annan användning Industriell DR Industriell DR Industriell DR 3 Efterfråga Hushålls DR Servicesektor DR Hushålls DR Servicesektor DR Energieffektivisering Flytta i tid eller anpassa lastprofil 4 5 Marknader Nät Import/Export Balansmarknad och Intradag Import/Export Intradag och Day Ahead marknader Import/Export Day Ahead marknad Import/Export Terminsmarknad Import/Export Terminsmarknad Förutsättning / ramverk för att skapa ett effektivt utnyttjande av de övriga 15

1 Prioritera lösningar som bidrar vid flerdygns- till säsongsvariationer Bidrag till balansering 2012-2014 Medelbidrag till att balansera residuallastens variationer Bidrag till balansering i ett förnybart system Medelbidrag till att balansera residuallastens variationer 16

2 Vattenkraften och värmesystem bistår med värdefull flexibilitet och lagringsmöjligheter Sveriges totala lager i vattenmagasin: 33 TWh (4.7 miljarder Teslabatterier) Suorvadammen energiinnehåll: 6.4 TWh (900 miljoner Teslabatterier) Fjärrvärmesystem i Sverige: 30 GWh (4 miljoner Teslabatterier) Batterier kan avlasta vattenkraften vid kort och snabb reglering så att vattenkraftens lagringsförmåga används till de större energibehoven under längre tidsperioder 17

3 Efterfrågeflexibilitet kan bidra till flera olika utmaningar men under begränsade tidsperioder Industriell efterfrågeflexibilitet 7000 6000 5000 SEK/MWh 4000 3000 2000 1h 4h 12h 1000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 MW Efterfrågeflexibilitet kan ha potential upp till 4-5 GW Variationer i spotpris ger inte tillräckliga incitament för att uppnå fulla potential 18

4 Intern transmission behöver förstärkas samtidigt som Sveriges importkapacitet behöver öka med 50% och Nordens med 200% Befintlig Ny Intern transmissionskapacitet måste förstärkas för tillgång till vattenkraftens potential Mer import-/exportkapacitet behövs för ett resurseffektivt system 19

5 En strategisk reserv är en bra säkerhetsåtgärd men bör inte vara marknadsstörande Tillgänglig kapacitet* Tillgänglig kapacitet inkl. importkapacitet 40 40 35 35 30 Efterfrågeflexibilitet 30 +8 25-6 27 24 25 27 GW 20-3 GW 20 20-40% tillgänglighet? 15 15 10 10 5 5 0 0 2015 2050 2015 2050 0 GW -6GW +10GW +8GW Import kap rest Import kap Nordisk Vind Kärnkraft Gasturbiner Kondens Mottryck Vattenkraft Vi kan få ett kapacitetsunderskott på ca 6 GW under en 10-årsvinter Lösningar är en kombination av tillförlitlig produktion, efterfrågeflexibilitet, lager, import/export, och en reserv, men först måste nivå för leveranssäkerhet bestämmas! 20 *Tillgänglig produktion vid en förbrukningstopp enligt SvK

För en resurseffektiv övergång till ett förnybart system krävs långsiktiga styrsignaler och det måste få ta tid? Sveriges naturresurser är en viktig förutsättning, samtidigt som en övergång till ett förnybart system är ett paradigmskifte vilket kommer skapa flera nya utmaningar Om vi ska gå mot ett förnybart system, låt det ta tid! Oberoende av vilket vägval vi gör så är viktiga slutsatser; - Vattenkraften är central - Viktigt att definiera vilken grad av leveranssäkerhet vi vill ha och vilka roller olika aktörer ska ha - Låt systembehovet styra investeringar - Fortsätt att förstärka transmissionsnätet - Skapa regionalt samarbete - Belöna systemviktiga tjänster - Skapa incitament för kunden att involvera sig Vägval - ska vi ha ett marknadsstyrt eller reglerat system? 22