100% Förnybart Hur tar vi oss mot ett 100% förnybart elsystem? Tomas Björnsson, Vice President Strategy & Market Intelligence
The Context: The Swedish energy agreement (June 2016) Renewables Nuclear Hydro Other Target of 100% renewable production by 2040 El-certificate system prolonged until 2030 + 18 TWh Connection charges for offshore wind abolished Facilitation of smallscale production and services for energy efficiency, storage and sales of power Capacity tax abolished in two steps starting 2017 Adjusted KAF fee for nuclear No political phaseout of nuclear - future of nuclear to be driven by market The operator is responsible for the cost related to storage of used fuel and waste, without subsidies Extended responsibility in case of radiological accidents to 1200 MEUR Real estate tax reduced to same level as other power plants (from 2.8% to 0.5% over a four year period starting 2017) Expansion of hydro power should in first hand occur trough capacity increases in existing plants. Nationalälvarna still protected. Sweden should live up to water regulation from EU (water framework directive) but environmental reassessment of hydro power and dams should be simplified Sweden should have zero net emission of GHG by 2045 (implying further electrification) Increased energy tax, 4,2 öre/kwh to compensate for other reduced taxes Transmission capacity to be increased - within Sweden & to neighbouring countries. Sweden continues as net exporter. Quality of supply, incl. e.g. need for system services & strategic reserves to be monitored Set energy efficiency target Demand flexibility and peak capacity emphasized issues Implementation group to be formed control stations every 4 years Longer term, discussion on future market design needed
GWh/h Sveriges elsystem är uppbyggt för att hantera en stor efterfrågan på vintern och stora vattenflöden på sommaren 25 Produktionsprofil 2014 (månadsmedelvärden) 20 Inflöde vatten Vattenkraft 15 Vattenmagasin / lager Kärnkraft Övr.värmekraft 10 Solkraft Vindkraft 5 Förbrukning 0 Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec 3
GWh/h Ett förnybart system behöver byggas upp för att fortsatt kunna hantera stora vattenflöden och kalla vintrar 25 Produktionsprofil 2050 (månadsmedelvärden) 20 Inflöde vatten DR 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 4
Ett 100% förnybart system innebär att ca 1/3 av dagens kapacitet och cirka hälften av dagens elproduktion (energi) skall ersättas Installerad och tillförlitlig Kapacitet 2014, GW Elproduktion Energi 2014, TWh 40 150 35 140 130 Sveriges elanvändning 135 30 25 Sveriges effektbehov en extrem vinter 27 120 110 100 90 20 80 70 15 60 50 10 40 30 5 20 10 0 Installerad kapacitet Tillförlitlig kapacitet 0 Elproduktion Gasturbiner Kondens Kärnkraft Sol Vind Mottryck Vattenkraft
Men peak-konsumtion inträffar endast en handfull timmar under året aktiva kunder och efterfråge-flexibilitet måste spela en viktig roll! Number of hours with high consumption > X GW Normal demand 10-year winter 1 344 1 199 1 590 724 846 0 8 0 94 4 199 40 295 148 431 387 >27 >26 >25 >24 >23 >22 >21 >20 6 Confidentiality - High (C3)
Dagens kraftsystem är reglerar dygnsvariationer på ca 6 GW Residuallast i Februari 2015 Residuallast = efterfrågan vind- & solproduktion 6 GW variation idag 7
Variationer i ett förnybart system upp till 4 gånger större stor (men överkomlig) utmaning för produktionsplanering Residuallast i Februari 2015 och 2050 Residuallast = efterfrågan vind- & solproduktion 6 GW variation idag Upp till 20 GW variation 2050 8
Många byggstenar kan bidra för att balansera systemet - på sikt behöver uthållighet och nivå för leveranssäkerhet adresseras Effekt-toppar Flexibilitet Uthållighet Extrema toppar i konsumtion Snabba ramper krävs Lång period av effektbrist Batterier / lagring Efterfrågeflexibilitet Vattenkraft Kraftvärme Ny teknik (t.ex. power-to-gas) Transmission
Potentiella byggstenar i ett 100% förnybart system Vattenkraften är central - bibehåll kapacitet, effekt och reglerbarhet Vind och sol bidrar med energi (men endast begränsad tillförlitlig kapacitet) Bygg ut förnybar (biomassa) kraftvärme-produktion som bidrar med tillförlitlig kapacitet Realtids-signaler måste nå kunder - skapa incitament för aktiva kunder, flexibel efterfrågestyrning och att minska effekttoppar Skapa transparens och fakta på bordet kring leveranssäkerhet nordisk undersökning Omfattande förstärkning av transmissionsnätet Regionalt samarbete - integrerad marknad för effektiv resursanvändning
TACK!
Attraktiva möjligheter i att hjälpa kunder med smarta energival
Vattenfall expanderar inom elektriska transporter
El Fossila bränslen Biobränsle Elektrifiering kan eliminera klimatpåverkan från olika tillverkningsprocesser Idag I framtiden(2030-2045) 59 5 14 68 9 4 Järn & stål: grönt väte i stället för kol 25 Cement: Elektrisk uppvärmning och biobränslen/oxyfuel + CCS 55 5 29 Raffinaderier: Grönt väte i stället för naturgas vid tillverkning av biodiesel och -bensin Energi (TWh) CO2 (Mt) Energ i (TWh) CO2 (Mt)
Vattenfall vill spela en viktig roll i omställningen Kundfokus Tillväxt inom förnybart driver Energy you want decentralisering Värme som affärsmöjlighet Partnerskap Högeffektiv klimatsmart storskalig produktion Effektiv och flexibel organisation Från ett traditionellt kraftbolag...till att fånga möjligheterna i omställningen Storskalig central produktion Fokus på elbörsen 50% fossil produktion
Intern transmission behöver förstärkas samtidigt som Sveriges importkapacitet kan behöva öka med 50% (Nordens med 200%) Befintlig Ny Intern transmissionskapacitet måste förstärkas för att få tillgång vattenkraftens potential Mer import-/exportkapacitet behövs för ett resurseffektivt system 16
Nya utmaningar uppstår för upprätthållandet av systemets driftsäkerhet Nätstabilitet Definition: Ett kraftsystems stabilitet beror på hur robust det är vid hantering av störningar utan att få elavbrott 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 17
Variabel produktion påverkar flexibilitetsbehovet i alla tidsskalor dygn till säsongsvariationer blir de stora utmaningarna Variationer att hantera Variation inom timmen Variation mellan timmar Säsongsvariationer Dygnsvariationer Årsvariationer 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 18
Marknader Nät Efterfråga Lager Produktion 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 Säsongsvariationer Dygnsvariationer Årsvariationer Vattenkraft Vattenkraft Vattenkraft Vattenkraft Vattenkraft 1 OCGT KVV OCGT KVV OCGT KVV KVV Upp och ner reglering (-) Vind (-) Vind 2 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 Hushålls DR Servicesektor DR Hushålls DR Servicesektor DR Energieffektivisering Flytta i tid eller anpassa lastprofil 4 5 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 19
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 20
SEK/MWh 3 Efterfrågeflexibilitet kan bidra till flera olika utmaningar men under begränsade tidsperioder Industriell efterfrågeflexibilitet 7000 6000 5000 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 21
Svårighetsgrad och kostnad Att bygga bort flaskhalsar transmission är potentiellt den största utmaningen för att upprätthålla systemets driftsäkerhet Transmissions -kapacitet Risk för flaskhals i snitt 2 Tillståndsprocesser tar längre tid än förnybart risk för utbyggnad av transmissionskapacitet halkar efter 3-6 GW i back-up kan behövas Önskvärd nivå på leveranssäkerhet behöver fastställas Inertia Behovet av svängmassa och ersättningsmodell behöver definieras Många teknologier kan bistå med mekanisk eller syntetisk svängmassa Reaktiv effekt Bortfallet av reaktiv effekt i södra Sverige Reglering eller installation av kompenserande utrustning är lösningar Leveranssäkerhet Balanstjänster Behovet av balanstjänster kommer att öka Långsiktiga investeringssignaler behövs 22