ISRN LUTMDN/TMHP-14/5312-SE ISSN 0282-1990 Eleffektbehov i Lund En analys av laststyrningsmöjligheter i Lunds elnät Gunnar Frennesson & Johannes Sporre Examensarbete på Civ.ingenjörsnivå Avdelningen för Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet
Eleffektbehov i Lund En analys av laststyrningsmöjligheter i Lunds elnät Gunnar Frennesson & Johannes Sporre Juni 2014, Lund
Föreliggande examensarbete på civilingenjörsnivå har genomförts vid Avd. för Energihushållning, Inst för Energivetenskaper, Lunds Universitet - LTH samt vid Kraftringen AB i Lund. Handledare på Kraftringen AB: Håkan Skarrie, Alexander Johannesson; handledare på LU-LTH: prof. Jurek Pyrko; examinator på LU-LTH: dr Patrick Lauenburg. Examensarbete på Civilingenjörsnivå ISRN LUTMDN/TMHP-14/5312-SE ISSN 0282-1990 2014 Gunnar Frennesson, Johannes Sporre samt Energivetenskaper Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Universitet - Lunds Tekniska Högskola Box 118, 221 00 Lund www.energy.lth.se
Sammanfattning Eldistributionen i Lunds elnät har tidvis stora variationer i effektbehov. Detta beror på att elkonsumenter ofta har liknande förbrukningsmönster vilket kan ge upphov till så kallade lasttoppar och lastdalar. För att hantera dessa variationer i effektbehov regleras elproduktionen efter befintlig efterfrågan. En annan möjlighet skulle kunna vara att istället reglera elkonsumtionen efter befintlig produktion. Elnätbolag kan vara intresserade av att kunna styra elkonsumtionen eftersom en utjämning av deras totala effektbehov kan medföra en sänkning av elnätbolagets effektabonnemang mot överliggande nät och minska nätförlusterna. En effektutjämning skulle också kunna bidra till ett minskat utbyggnadsbehov av elnätet. För att kunna jämna ut effektbehovet krävs dock kunskap om vad det beror på och vad som kan göras för att påverka det. Framöver kan detta bli ännu viktigare eftersom en ökad mängd elproduktion från exempelvis sol- och vindkraft ställer högre krav på att kunna styra elkonsumtion till tidpunkter då förnybar el produceras. Detta examensarbete har utförts på uppdrag av Kraftringen med syftet att undersöka hur och varför effektbehovet i Lund varierar samt för att utvärdera möjliga effektutjämningsåtgärder. Under arbetets gång har timavlästa mätvärden över kunders effektbehov använts för att ta fram och analysera kundgruppers belastningskurvor. Mätdata har framtagits med hjälp av databasverktygen QlikView och Business for Utilities för att sedan analyseras i Excel. Visual Basic-program har dessutom använts för att sammanställa och strukturera all mätdata. Eftersom det finns en stor differens mellan hur olika kundtyper förbrukar el har även kundbasen delats upp i fyra delar. Dessa är: lägenheter, bostadshus, industri och handel samt effektkunder. Resultaten av analysen visar att Lunds elnät likt många andra svenska elnät har ett starkt temperaturberoende effektbehov. 2013 års högsta effektbehov inträffade den 16 januari vilket var årets näst kallaste dag. På kundgruppsnivå visar det sig att gruppen bostadshus har ett större temperaturberoende än övriga kundgrupper. Detta gör att föreslagna åtgärder inriktar sig på dessa kunders uppvärmningssystem. Lägenhetskunder uppvisar ett stort beteendeberoende men trots att kundgruppen omfattar över 60 procent av kunderna bidrar de endast till cirka 4-10 procent av Lunds totala effektbehov. Föreslagna åtgärder för lägenhetskunder fokuserar därför på indirekta laststyrningsåtgärder som ämnar påverka kundernas vanor. Effektkunderna är raka motsatsen till lägenhetskunder och uppvisar en stor baslast samt upptar ungefär hälften av Lunds effektbehov trots att endast är 261 stycken till antalet. Denna kundgrupps åtgärder bör vara kundspecifika och bygga på antingen energieffektivisering eller ersättningsbaserade avbrottsavtal. I Tabell I på nästkommande sida visas föreslagna åtgärder för de olika kundgrupperna baserade på resultat som nåtts i detta examensarbete.
Tabell I Lägenhetskunder Bostadshus Industri och handel Effektkunder Effektbehovets karaktär Lågt effektbehov, liten variation Hög variation, stort temperaturberoende Stor variation mellan kunder Väldigt högt effektbehov för vissa Föreslagen åtgärd Indirekt laststyrning Direkt laststyrning Energieffektivisering Indirekt laststyrning Indirekt laststyrning Energieffektivisering Exempel Effekttariff, visualisering Laststyrning av värmesystem, effektvakt Information, effekttariff Information, modifierad nättariff Denna tabell presenterar endast ett antal förslag på lämpliga åtgärder. Det är svårt att dra specifika slutsatser gällande olika åtgärders genomslagskraft eller investeringskostnad. Förhoppningen är att detta examensarbete kan ge en uppfattning om hur effektbehoven i stort skiljer sig åt mellan olika kundgrupper och fungera som en bas för vidare analys och arbete inom detta område. Nyckelord: Effektbehov, laststyrning, lasttoppar, nättariff, elnät.
Abstract Electric grids experience large variations in load demand. This happens because electricity consumers often consume electricity simultaneously, which can give rise to load peaks. These have traditionally been regulated by adjusting electricity production, but another possibility would be to instead regulate electricity consumption. Grid operators are interested in being able to control electricity consumption, since a reduction in their total load demand may lead to lower network losses and a decrease in their power subscriptions towards the upstream network. Doing this however requires knowledge of the load demand of their network, what causes it and what can be done to affect it. In the future this may become even more important as an increasing amount of electricity from e.g. solar and wind power are placing higher demands on being able to shift electricity consumption to times when renewable electricity is produced. This work was performed on behalf of Kraftringen and explores how and why the load demand in Lund changes and evaluates possible counter measures. During the work, hourly customer load data has been used to produce and analyze the customer group load curves. Measurement data were gathered using database tools QlikView and BFU then analyzed in Excel. Visual Basic programs have also been used to compile and organize all data points. Because there is a big difference between how customers consume electricity they have been divided into four groups. These are: apartment, single-family housing, industrial/commercial and power customers. The results of the analysis show that Lund s power grid like many other Swedish power grids is strongly temperature dependent. The highest load demand of 2013 occurred on 16 January, which was the year's second coldest day. When comparing customer groups it became apparent that single family housing customers have greater temperature dependence than others. This suggests measures focused on these customers' heating systems could be effective. Apartment Customers exhibit a large behavioral dependence but despite their large number, they only contribute to a small part of the total load demand. Proposed measures focus on demand side management measures intending to affect customers' habits. Power Customers are the exact opposite of apartment customers and exhibit a large base load while occupying about half of Lund s total load demand even though there are only 261 customers in this group. This groups proposed measures could be customer specific and based on for example energy efficiency or compensation based interruption agreements. Table I on the following page shows the proposed measures for the different customer groups.
Table I Apartments Single-family housing Industrial/ Commercial Power customers Load demand characteristics Low load demand, small variation High variation in load demand, large temperature dependence Large variation between customers High load demand for certain customers Proposed measures Demand side management Demand response Improved energy efficiency, Demand side management Demand side management, Improved energy efficiency Examples Load tariff, visualization Demand response of electric heating systems, load limiter Information, load tariff Information, modified electricity tariff Note that the measures proposed here are only some of the measures which could be applicable. It is difficult to draw specific conclusions regarding the various measures and their impact or cost of investment. The hope is that this work can give an idea of how the load demands differ between customer groups and act as a base for further analysis and work in this area. Keywords: load demand, load management, load peaks, network tariffs, electricity grids.
Förord Detta examensarbete på mastersnivå omfattar 60 högskolepoäng (hp) fördelat på två studenter och har genomförts vid Institutionen för Energivetenskaper på Lunds Tekniska Högskola och på uppdrag av Kraftringen. Vi vill rikta ett tack till våra handledare vid Kraftringen Håkan Skarrie och Alexander Johannesson för deras hjälp, tålamod och uppmuntran. Vi vill även tacka vår handledare Jurek Pyrko för värdefull hjälp under arbetets gång. Gunnar Frennesson och Johannes Sporre Lund, juni 2014
Innehåll 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 2 1.3 Problemformulering... 2 1.4 Metod... 2 1.5 Avgränsningar... 2 2 Teori... 3 2.1 Elhandel i Sverige... 3 2.1.1 Skillnaden mellan effekt och energi... 3 2.2 Elnätet... 3 2.2.1 Lund... 3 2.3 Ellagen... 4 2.3.1 Föreslagna lagändringsförslag... 4 2.4 Nätbolag... 5 2.4.1 Skyldigheter... 5 2.4.2 Rättigheter... 5 2.4.3 Nättariff... 5 2.5 Faktorer som påverkar effektbehovet... 6 2.5.1 Temperatur... 6 2.5.2 Klimat och väder... 7 2.5.3 Beteendemönster... 7 2.5.4 Kundgruppstillhörighet... 8 2.6 Metoder för att beskriva effektbehov och möjliggöra jämförelser... 8 2.6.1 Belastningskurva... 8 2.6.2 Varaktighetskurva... 8 2.6.3 Lastfaktor och utnyttjningstid... 9 2.7 Laststyrning... 9 2.7.1 Konsumenter... 9 2.7.2 Elhandelsbolag... 10 2.7.3 Elnätsbolag... 10 2.7.4 Elproducenter... 10 2.7.5 Statlig stamnätsförvaltare... 10 2.7.6 Samhället... 10
2.7.7 Negativa aspekter... 10 2.7.8 Direkt laststyrning... 11 2.7.9 Indirekt laststyrning... 13 2.8 Energieffektivisering... 17 2.8.1 Möjligheter... 17 2.8.2 Energieffektivisering för nätbolag... 18 2.8.3 Värmepumpar som energieffektiviseringsåtgärd... 19 2.8.4 Information som energieffektiviseringsåtgärd... 20 2.8.5 Hushållsapparater som energieffektiviseringsåtgärd... 20 3 Mätdata... 21 3.1 Förutsättningar i Lunds elnät... 21 3.1.1 Verktyg... 21 3.1.2 Svårigheter och begränsningar... 22 3.2 Metodik för hantering av mätdata... 22 3.2.1 Lunds totala effektbehov... 22 3.2.2 Uppdelning av effektbehov... 22 3.2.3 Klimat och väder... 23 3.2.4 Uppdelning av kundgrupper... 23 3.2.5 Kundens förutsättningar... 24 3.2.6 Ekonomisk analys... 24 4 Resultat och analys... 25 4.1 Lunds totala effektbehov... 25 4.2 Uppdelning av effektbehov... 26 4.3 Temperaturberoende... 27 4.4 Uppdelning i kundgrupper... 30 4.5 Kundgruppernas effektbehov... 33 4.6 Uppdelning beteende, värme och baslast... 36 4.7 Kundens förutsättningar... 37 4.8 Ekonomiska aspekter... 38 5 Diskussion... 41 5.1 Lunds elnät i stort... 41 5.2 Kundgrupper... 41 5.2.1 Lägenheter... 41 5.2.2 Bostadshus... 42
5.2.3 Industri och handel... 43 5.2.4 Effektkunder... 43 5.2.5 Värmepumpskunder... 44 5.2.6 Ekonomiska aspekter... 45 5.3 Värdering av antaganden och felkällor... 45 5.4 Förslag för vidare arbete... 46 6 Slutsatser... 47 Referenser... 48 Bilaga A. Programkod för reparation av mätdata... 51 Bilaga B. Programkod för sortering av mätdata... 53 Bilaga C. Varaktighetsdiagram över utomhustemperatur i Lund... 54
Ordlista Baskraft: Den del av elproduktionen som utgör grunden i elförsörjningen. Består i Sverige främst av kärnkraft och vattenkraft (E.ON 2014). Baslast: En sammanlagrad effektmängd som kontinuerligt kan anses belasta elnätet (Pyrko 2004). Dimensionerande utomhustemperatur: Ett nyckeltal som anger den lägsta medeltemperaturen under ett definierat antal dygn i en ort (Boverket 2012). Effektsammanlagring: Ett antagande om att det totala effektbehovet kommer att vara lägre än delbelastningarnas summerade maximieffekter. Detta på grund av delbelastningarnas tidsdifferentierade effektbehov (Pyrko 2004). Elhandelsbolag: försäljare av el till elkonsument. Elhandlaren köper el antingen från den nordiska elbörsen (Nord Pool Spot) eller direkt från en elproducent (E.ON 2014). Intermittent elproduktion: Intermittent = ryckvis, stötvis återkommande (Svenska Akademin 2011). Elproduktion från källor som endast tidvis producerar el. Denna typ av elproduktion kommer ofta från förnyelsebara källor som sol- eller vindkraft som påverkas av utomstående faktorer (Energymyndigheten 2013). Intäktsram: Avgör mängden intäkter som elnätsbolag får ta ut av sina kunder under en enskild tillsynsperiod (Ellagen: Konsumenträtt 2014). Lasttopp: Högsta effektuttaget över ett bestämt tidsintervall (Energikontoret i Mälardalen 2011). Nätområde: Ett sammankopplat eldistributionsnät som är anslutet till angränsande nät. Området kan vara ett lokal-, regional eller stamnät (Pyrko 2004). Nätkoncessionsområde: Ett område där ett nätbolag har ensamrätt att distribuera el till anslutna kunder. Detta område kan inkludera flera nätområden (Ek och Hallgren 2012). Nättariff: Avgifter och andra villkor som rör anslutning och överföring av el till en ledning eller ett ledningsnät (Ellagen: Konsumenträtt 2014). Återvändande last: Den lasttopp som kan uppstå kort efter att laststyrning eller ett strömavbrott har inträffat. Uppstår som en reaktion på den tid av lågt effektbehov som varit (Pyrko 2004).
1 Inledning Eldistributionen i Lunds elnät upplever stora variationer i effektbehov. Detta beror på att elkonsumenter tenderar att förbruka el samtidigt och bilda så kallade lasttoppar. Detta kan i sin tur vara ett problem då el måste förbrukas i samma takt som den produceras. Balansen mellan produktion och konsumtion har traditionellt sett kontrollerats genom att reglera elproduktionen (Nylén 2011). En annan lösning skulle kunna vara att kontrollera elkonsumtionen efter produktionen. Mängden förnybar elproduktion från exempelvis vind- och solkraft ökar i många länder, däribland Sverige. Detta medför att elnäten upplever en ökad mängd intermittent elproduktion som kan leda till stora variationer i elproduktionen som är svåra att förutse. Ett varierande effektbehov kombinerat med en allt mer oberäknelig elproduktion medför ett växande behov av att effektivt kunna påverka konsumenternas elförbrukning. Att undersöka effektvariationer och möjligheten att påverka dessa är således av stort intresse för elnätsbolag. 1.1 Bakgrund Kraftringen Energi AB är en kommunägd energikoncern som ägs gemensamt av Lunds, Eslövs, Hörbys och Lommas kommun. Koncernen erbjuder tjänster inom bland annat eldistribution, elförsäljning, fjärrvärme, fiber, gasdistribution och gasförsäljning. Idag har koncernen cirka 400 anställda som tillsammans arbetar för att försörja cirka 115 000 elnätskunder, 158 000 elhandelskunder och 8 000 fjärrvärmekunder. Kraftringen har även en viss egen energiproduktion i form av cirka 200 GWh el, 1 100 GWh fjärrvärme och 60 GWh fjärrkyla årligen. De är vid tiden då detta examensarbete skrivs även inblandade i ett antal större projekt, däribland Örtoftaverket, koncernens nya biokraftvärmeverk, EVITA-ledningen samt forskningsanläggningarna MAX IV och ESS. Likt många energiföretag är Kraftringen intresserade av energieffektivisering och att ha en grön profil. För ett elnätbolag är en viktig komponent i detta att ha en jämn belastning i sina elnät. En jämnare belastning leder till bland annat lägre nätförluster och ett minskat utbyggnadsbehov. Att uppnå detta kräver dock kunskap om hur effektbehovet ser ut i deras nät och generellt sett finns det idag en brist på den kunskapen och kunskap kring vilka åtgärder som finns tillgängliga för att åtgärda detta (Abaravičius 2007). Det är svårt att avgöra varför kunskapsnivån är låg men ett möjligt hinder är de investeringar som kan krävas för att analysera och åtgärda lasttoppar. Energimarknadsinspektionen har av denna anledning föreslagit förändringar i ellagen som ger elnätsbolag större ekonomiska incitament att fokusera på effektivitetsåtgärder i sina elnät. Förändringarna ska kunna påverka hur nätföretagens intäktsramar utformas och skapa möjligheter för nätbolag att på ett kostnadseffektivt sätt jämna ut belastningen i sina elnät. Förhoppningen är att en bättre analys av effektbehovet och eventuella åtgärder kan; minska förlusterna i elnäten, minska utbyggnadsbehov och dessutom göra elnäten mer flexibla och mottagliga för förnyelsebar elproduktion (Ek och Hallgren 2012). 1
1.2 Syfte Syftet med detta examensarbete är att ge Kraftringen en bättre bild över hur effektbehovet ser ut i Lunds elnät och hur dess karaktär påverkas av faktorer så som väder, temperatur och olika kundgruppers beteendemönster. Målet är att kunna analysera effektbehovet och utvärdera hjälpmedel för att sänka eventuella lasttoppar. Bland dessa ingår bland annat nättariffer, avtal och laststyrningsmöjligheter. 1.3 Problemformulering Hur varierar effektbehovet i Lunds elnät? Vilka faktorer påverkar effektbehovet? Vilka kundgrupper bidrar mest respektive minst till att skapa eventuella lasttoppar? Vilka tekniska, ekonomiska och informativa styrmedel finns tillgängliga som kan påverka elkonsumenterna i Lunds elnät att utjämna sitt effektbehov och hur kan dessa styrmedel påverka Kraftringen och dess kunder? Hur påverkar en ökande andel värmepumpar effektbehovet i Lund och eventuella trappstegseffekter som kan uppstå vid låga utomhustemperaturer. 1.4 Metod Arbetsgången som använts illustreras i Figur 1 nedan. Litteraturstudie Undersökning mätdata Utvärdering av styrmedel Resultat & Analys Figur 1: Metodik 1. Forskningsartiklar och rapporter från en rad svenska och internationella källor kommer behandlas. Bland dessa källor ingår Energimarknadsinspektionen (Ei), Elforsk och LTH:s institution för energivetenskaper. 2. En kvantitativ undersökningsmetod kommer att användas och mätdata tillgänglig från Kraftringen kommer att undersökas och analyseras. Fokus kommer läggas på olika kundgruppers effektbehov i Lunds elnät. En vidare beskrivning av hur behandlingen av mätdata utförs sker i Kapitel 3.2. 3. Efter att mätdata analyserats kommer möjliga styrmedel utvärderas utifrån deras påverkan på olika kundgrupper och deras betydelse för effektbehovet i Lunds elnät. 1.5 Avgränsningar Arbetet är utfört på uppdrag av Kraftringen i Lund och har därför avgränsats till Lunds elnät och dess kunder. All mätdata som använts under examensarbetet har tillhandahållits av Kraftringen och SMHI. De mätdata som använts kommer från mätningar under 2013. Eftersom målet var att få en övergripande bild över effektbehov i hela Lund har fokus lagts på större kundgrupper och inte på enskild kundnivå. 2
2 Teori I detta kapitel kommer grundläggande teori att behandlas. Denna information utgör senare grunden vid bearbetning och analys av mätdata. 2.1 Elhandel i Sverige 1996 avreglerades den svenska elmarknaden med syftet att skapa ett bättre utnyttjande av resurser, att öka leveranssäkerheten och låta konkurrens säkerställa lägsta möjliga priser. Avregleringen medförde att alla elkunder fick frihet att själva bestämma vem de ville köpa sin el ifrån medan nätverksamheten behölls som ett naturligt monopol reglerat av ellagen (Bollen 2010). Ett krav för att den enskilda kunden skulle få byta elbolag var dock att denne hade en elmätare som kunde avläsas timme för timme på distans. Detta medförde att det inte var så många privatpersoner som bytte elbolag då elmätaren var för dyr. 1999 infördes möjligheten för elleverantörer att använda så kallade schablonprofiler och på så sätt inte behöva ha distansavlästa elvärden. Idag ligger ansvaret för elmätaren på elnätsbolagen men det var först efter mätarreformen 2009 som det blev obligatoriskt för alla nätbolag att månadsvis avläsa kundernas elförbrukning. Detta innebar i praktiken att ett krav på fjärravläsning infördes (Kjellman 2004). 2.1.1 Skillnaden mellan effekt och energi Det är många kunder idag som inte förstår skillnaden mellan effekt och energi och det försvårar i många fall arbetet med att minska lasttoppar och att få förståelse för effektförsörjningsproblemet. Eftersom skillnaden mellan dessa är central för arbetet framförs därför följande definition: Effekt redovisas i watt (W) vilket är en enhet som definieras som energi per sekund, dvs. momentan energi. Energi redovisas i sin tur i kilowattimmar (kwh) och är den sammanlagda momentana energin över en viss tidsperiod. (Pyrko 2004). 2.2 Elnätet Sveriges elnät kan delas in i tre olika nivåer, stamnät, regionnät och lokalnät. Stamnätet, som är ett nationellt högspänningsnät, transporterar el från bland annat vattenkraftverken i norr till majoriteten av Sveriges elkonsumenter i söder. Det ägs av Svenska Kraftnät och har en spänning på antingen 400 eller 220 kv. Fördelen med att använda en så pass hög spänning är att detta minskar mängden förluster i elnätet och möjliggör således transport av stora mängder el. Under stamnätet ligger regionnätet som har en spänning mellan 20 och 130 kv. Regionnätet har som sin primära uppgift att transportera stora mängder el från stamnätets transformatorstationer till lokalnäten men har även vissa stora slutkunder direkt anslutna till sig. Regionnäten i Sverige ägs av några få elnätsbolag där de tre största är E.ON Elnät Sverige, Fortum Distribution och Vattenfall Eldistribution. Det sista steget i kedjan är lokalnätet där elen transformeras ned ytterligare och levereras till slutkund. I Sverige ägs de lokala elnäten av cirka 170 elnätsbolag där varje bolag har monopol på eldistributionen inom sitt eller sina nätkoncessionsområden. Denna monopolställning övervakas av Energimarknadsinspektionen. (Tapper 2012) 2.2.1 Lund Lunds lokala elnät matas via två inmatningspunkter från överliggande regionnät. Inmatningspunkterna kallas för Värpingemottagningen (VPE) och Östra mottagningen (ÖM). För de båda inmatningspunkterna har Kraftringen avtal med regionnätägaren E.ON angående en maximalt tillåten effektnivå. VPE hade 2013 ett effektabonnemang på 112 MW och ÖM ett på 42 MW. 3
Effektnivån beräknas efter det förväntade behovet men kan regleras inför nästkommande avtalsperiod om expansion av nätet eller byggnation av effektkrävande installationer sker. Det är viktigt att göra en bra bedömning angående den kommande periodens effektbehov eftersom ett överskridande av de tillåtna nivåerna medför höga straffavgifter från regionnätägaren, något som Kraftringen vid enstaka tillfällen under de senaste åren fått erfara. I anslutning till inmatningspunkterna finns fördelningsstationer som antingen transformerar ned spänningen för vidare distribution eller leder elen vidare oförändrad till en annan station. Mellan dessa mottagningsstationer finns en tredje station som kallas för Södra mottagningen (SM) och en fjärde mottagning som kallas för Västra mottagningen (VM). Dessa stationer fungerar på samma sätt som de andra två men saknar en direkt anslutning till E.ON:s regionnät och förses med el från VPE eller ÖM. Alla fyra stationerna är sammankopplade med 130 kv ledning vilket gör att de kan assistera varandra vid tillfälliga avbrott i eldistributionen. Generellt sett transformeras spänningen ned i transformatorstationer i flera steg. Först från 130 kv till 10 kv för att sedan transformeras ned ytterligare innan den förs vidare till slutkund. Lund är indelat i tre områden som alla primärt matas från varsin av dessa stationer. Det bör dock nämnas att vissa byggnader som anses vara särskilt viktiga kan förses med el från fler än en fördelningsstation, exempelvis universitetssjukhuset vars elförsörjning måste säkerställas. 2.3 Ellagen Ellagen bestämmer hur hantering av bl. a elhandel och elnätsverksamhet skall gå till. Den baseras på 1902 års ellag men har sedan dess uppdaterats för att kunna tillämpas efter förändrade förhållanden, exempelvis i anslutning till elmarknadens avreglering under nittiotalet (Ellagen: Konsumenträtt 2014). I dess befintliga form utfärdades ellagen år 1997 och är uppdelad i 13 kapitel som hanterar allt från nättariffer till skadeståndsbestämmelser. För detta examensarbete är framför allt ellagens fem första kapitel mest relevanta. De är som följer: 1 kap. Inledande bestämmelser 2 kap. Nätkoncession m.m. 3 kap. Nätverksamhet m.m. 4 kap. Nättariffer 5 kap. Nätkoncessionshavarens intäkter från nätverksamheten Det första kapitlet ger en mängd nyttiga definitioner medan de följande fyra kapitlen mer är riktade till nätbolag och bestämmelser som är centrala för deras verksamhet. 2.3.1 Föreslagna lagändringsförslag Energimarknadsinspektionen vill främja en effektivare drift av elnätsverksamheten. Av den anledningen har de på uppdrag av regeringen utvärderat och föreslagit ett antal förändringar bl. a av 4 kap. 1 och 5 kap. 7 a i ellagen där paragrafernas formulering ska ändras (Ek och Hallgren 2012). I 4 kap. 1 föreslås en ändring från nättariffer ska vara objektiva och icke-diskriminerande till en formulering som ger större incitament till effektiviseringsåtgärder i elnäten: 4
nättariffer ska vara objektiva, icke-diskriminerande och vara utformade så att de bidrar till ett effektivt utnyttjande av kapaciteten i elnätet. Till 5 kap. 7 a föreslås följande tillägg: När intäktsramen bestäms ska hänsyn tas till i vilken utsträckning nätverksamheten bedrivs på ett sätt som är förenligt med eller bidrar till ett effektivt utnyttjande av elnätet. En sådan bedömning kan medföra en ökning eller minskning av vad som anses vara en rimlig avkastning på kapitalbasen. Det är inte fastställt vad effektivt utnyttjande av kapaciteten i elnätet konkret innebär. Det kan innebära effektiviseringar sett till både en minskad energianvändning, minskat effektbehov eller en reduktion av lasttoppar. Det är inte heller fastställt var detta ska tillämpas eller hur det ska uppnås då det finns möjligheter att påverka nätkunderna på flera sätt, bl. a. med förändrade tariffer eller diverse tekniska lösningar. Syftet är att frigöra kapacitet i elnäten och få en högre flexibilitet till att exempelvis ansluta mer förnybar elproduktion (Öhling 2013). 2.4 Nätbolag Nätbolag kan ansvara för ett eller flera nätkoncessionsområden och är inom dessa den enda aktören som har rätt att bedriva elnätsverksamhet. Nätbolagets huvuduppgift är att hantera eldistribution, byggnation och underhåll av elnätsinfrastrukturen. Den monopolställning som nätbolag innehar medför skyldigheter men också vissa rättigheter (Ek och Hallgren 2012). 2.4.1 Skyldigheter Elnätsbolagens kunder är p.g.a. sin säkringsstorlek eller sitt effektabonnemang berättigade till ett visst effektutnyttjande och har även rätt att nyttja den vid varje tillfälle. Nätbolag är därför skyldiga att på kort och lång sikt planera sin verksamhet så att de fortsatt kan möta det efterfrågade effektbehovet (Ek och Hallgren 2012). Nätbolag är skyldiga att mäta sina kunders elförbrukning och leverera denna till kundens elhandelsbolag. De är dessutom skyldiga att täcka de nätförluster som uppstår i samband med överföringen från anslutningspunkten till överliggande nät och slutkund (Ellagen: Konsumenträtt 2014). På grund av den monopolställning som nätbolag har är de skyldiga att reglera sina intäkter efter en förutbestämd intäktsram (Ellagen: Konsumenträtt 2014). Denna ram reglerar över fyraårsperioder hur stora intäkter ett nätbolag har rätt till. Intäktsramens utformas så att den ska täcka skäliga kostnader för att bedriva nätverksamhet under tillsynsperioden och ge en rimlig avkastning på det kapital (kapitalbas) som krävs för att bedriva verksamheten (Ek och Hallgren 2012). Kostnadernas skälighet varierar exempelvis med kvalitet i nätverksamheten beroende på bland annat avbrott i leveranser (Ek och Hallgren 2012). 2.4.2 Rättigheter Nätbolag har rätt att debitera en avgift från elkunder som är anslutna till bolagets elnät. De har även rätt att själv bestämma hur deras nättariffer skall utformas så länge de håller sig inom de ramar som beskrivs av ellagen (Ek och Hallgren 2012). 2.4.3 Nättariff Med nättariff menas avgifter samt övriga villkor för överföring av el och anslutning till ledning eller ledningsnät (Ek och Hallgren 2012). Nätkunder betalar först en engångsavgift för anslutning till nätet 5
och sedan en nätavgift kopplad till sin elförbrukning. Nätavgiften består oftast av en fast avgift kopplad till abonnemangstypen, en rörlig överföringsavgift och/eller en rörlig avgift baserad på effektbehov. För privatkunder motsvarar nätavgiften ungefär 20 procent av kundens totala elkostnad (Ek och Hallgren 2012). Den fasta avgiften kallas vanligtvis för en säkringsavgift eller abonnemangsavgift och erbjuds i ett antal olika säkringsnivåer, exempelvis 16, 25 eller 35 A, där amperetalet motsvarar storleken på kundens huvudsäkring. Överföringsavgiften innebär att kunden betalar för varje kilowattimme el som nätbolaget levererat till kunden. För en genomsnittlig villa står säkringsavgiften respektive den rörliga avgiften vardera för ungefär hälften av den totala nätavgiften (Ek och Hallgren 2012). På grund av den monopolställning som nätbolag har är nättariffer reglerade och det finns ett antal regler gällande dess utformning. Bland annat ska nättariffer vara objektiva och icke-diskriminerande för att försäkra att vissa kunder inte behandlas olika baserat på exempelvis kundens elhandelsbolag (Ek och Hallgren 2012). 2.5 Faktorer som påverkar effektbehovet Det finns en mängd olika faktorer som påverkar effektbehovet, på kundnivå eller för ett helt lokalnät. Enkelheten med vilken dessa faktorer kan kopplas till effektbehovet skiljer sig dock åt. Dels eftersom tillgången på mätdata varierar mellan olika faktorer men även eftersom variationen mellan hur olika kunder påverkas kan vara väldigt stor. Ett antal relevanta faktorer som har beaktats under detta examensarbete presenteras i kommande stycken. 2.5.1 Temperatur Sveriges effektbehov är starkt kopplad till utomhustemperatur och ett antal studier visar att sambandet mellan temperatur och effektbehov är så gott som linjärt (Pyrko 2004). Sett till hela landets effektbehov uppskattas det stiga med cirka 350 400 MW per grad temperatursänkning (Abaravičius 2007). Anledningen till att utomhustemperaturen har en så stor påverkan på effektbehovet i Sverige är att det finns en betydande mängd fastigheter som värms upp med el. Det anges att 20 till 25 procent av den totala uppvärmningen sker via någon form av eluppvärmning och att 80 procent av småhusbeståndet sköter sin uppvärmning med hjälp av el (Abrahamsson m.fl 2012). Det som oftast inträffar i Sverige är alltså att effektbehovet ökar när utomhustemperaturen sjunker. På sommaren kan dock det motsatta förhållandet gälla då en ökad mängd luftkonditionering kan ge upphov till ett omvänt utomhustemperaturberoende (Heinemann m.fl 1966). Detta omvända temperaturberoende är dock inte så vanligt i svenska förhållanden utan ses snarare på platser med ett lite varmare klimat. Det kan alltså konstateras att det finns klara samband mellan effektbehov och utomhustemperaturen. Utöver detta faktum är dessutom temperatur en enkel faktor att använda då mätdata finns lättillgänglig för många orter. Temperaturdata behöver dock inte jämföras direkt mot uppmätta temperaturer på andra platser utan kan med fördel sammanställas till så kallade graddagar, ett vanligt förekommande verktyg vid energistatistikberäkningar. 6
Graddagar Graddagar beräknas genom att dygnsmedeltemperaturen jämförs med en referenstemperatur som baseras på historisk data. Differenserna mellan dessa båda temperaturer summeras över antingen ett år eller en månad. Denna summa kan sedan jämföras med värden för andra orter eller mot normalår, som baseras på tidigare nämnda referenstemperatur (SMHI 2012). Graddagar förenklar möjligheten att jämföra energibehov på olika orter och mellan olika tidsperioder. Amerikanska studier visar att totala uppvärmningsbehov med relativt stor säkerhet kan estimeras genom att endast använda detta mått (Huang m.fl 1986). Genom att ta hänsyn till skillnader i temperatur blir det med graddagar möjligt att jämföra energibehov från år till år utan att resultaten påverkas negativt av avvikande varma eller kalla perioder. Detta kallas normalårskorrigering. I Sverige kan graddagsdata erhållas från SMHI men måttet är välanvänt även i internationella jämförelser. 2.5.2 Klimat och väder Klimatfaktorer utöver utomhustemperatur kan även påverka fastigheters elbehov. Ökad solinstrålning, vindhastighet eller nederbörd kan alla ge upphov till en ökad elförbrukning. Det är dock svårare att uppskatta hur stor påverkan dessa faktorer har då sambandet till effektbehovet inte är linjärt, vilket var fallet vid temperaturberoende, och eftersom mätdata är svårare att tillgå (Pyrko 2004). Skillnader mellan olika fastigheter på grund av exempelvis utformning eller placering kan därutöver påverka tillämpbarheten. Som ett exempel kan en studie som utförts gällande effektbehov för småhus nämnas. Den visar att effektbehovet ökar med ungefär en procent per sekundmeter ökad vindhastighet, upp till 15 m/s (SWECO 2011). För att lösa dessa problem mer generellt finns det andra verktyg som kan användas när dessa väderfaktorer ska tas i beaktning eller uppskattningar ska göras för en hel stad. Ett exempel på dessa är det av SMHI framtagna måttet energiindex. Energiindex Energiindex är ett verktyg där fler faktorer än temperatur tas i beaktning. För att ännu bättre ta hänsyn till yttre förhållanden som påverkar uppvärmningsbehov inkluderar energiindex även siffror från sol- och vinddata. Energiindex finns tillgängligt för en mängd olika orter och kan erbjudas både på månads- eller dygnsbasis. Till egna verksamheter kan SMHI erbjuda mer specificerad data som anpassas efter fastigheten men det finns även så kallade ortsindex som baseras på ett genomsnittligt typhus. Energiindex kan användas för att bedöma uppvärmningsbehovet för en ort jämfört mot normalvärden som baseras på historiska data från en 30-årsperiod (SMHI 2012). En nackdel med energiindex är att det kan vara svårare att jämföra energiprestanda med andra länder som inte tillämpar denna metod eller har nödvändig data tillgänglig. I dessa fall kan graddagar vara mer lämpligt att använda. 2.5.3 Beteendemönster Beteendemönster har en stor påverkan på hur mycket energi en kund använder och det finns stora skillnader mellan utåt sett identiska kunder (Bartusch 2011). Jurek Pyrko beskriver hur bostadsrättsföreningar kan uppleva stora skillnader i kundbeteende. En småhuskund kan förbruka tre gånger så mycket energi som en annan kund boende i en identisk bostad, helt beroende på skillnader i beteende och vanor (Pyrko 2004). En rapport utgiven av Lunds Universitet 2009 sammanfattar även resultat från ett antal undersökningar som bedömt hur beteende kan påverka energianvändningen i hem. De visar bland annat att 25 procent av tvättmaskiners elförbrukning beror på beteende och att 18-26 procent av energin som går åt för att täcka ett hushålls värmebehov är beteenderelaterat (Lindén m.fl 2009). 7
2.5.4 Kundgruppstillhörighet Den sista faktorn som har studerats är kundgruppstillhörighet. Det finns stora skillnader i effektbehov mellan olika grupper där exempelvis en verkstadsindustri har ett helt annat effektbehov än lägenhets- eller detaljhandelskunder, både sett till effektnivå och beteendemönster. Det är av den anledningen viktigt att kategorisera kunder i passande grupper då vissa kunder p.g.a. deras behov är mer lämpade för specifika åtgärder än andra. 2.6 Metoder för att beskriva effektbehov och möjliggöra jämförelser Det finns stora skillnader mellan olika kunders elförbrukning. En del kunder förbrukar mycket el under kortare perioder d.v.s. de har ett högt momentant effektbehov medan andra har en jämnare förbrukning. Att tydligt kunna visualisera olika kunders effektbehov är bra både för nätbolag och för kunderna själva. Nedan visas ett antal metoder som är vanligt förekommande för att illustrera olika kunders effektbehov. 2.6.1 Belastningskurva En belastningskurva används för att beskriva en kunds effektbehov över en viss tidsperiod, exempelvis ett dygn eller en vecka (Pyrko 2004). I Figur 2 nedan visas en belastningskurva över ett dygn för en fiktiv kund. I detta fall upplever kunden ett förhöjt effektbehov främst kring morgon och kvällstid med ett toppbehov på 2,2 kw. Viktigt att notera är att endast genomsnittligt effektbehov per timme visas. Staplarna kan inte beskriva hur effektbehovet varierar under timmen. Betraktaren vet alltså inte om kunden haft en jämn belastning under en timme eller om effektbehovet varierat kraftigt. Detta problem kan förmildras genom att utföra tätare mätningar men att mäta en gång i timmen är fortfarande ett vanligt tillvägagångssätt. 2,5 kw 2,0 kw 1,5 kw 1,0 kw 0,5 kw 0,0 kw Figur 2: Belastningskurva för fiktiv kund 2.6.2 Varaktighetskurva En varaktighetskurva utnyttjar samma information som används för att skapa en belastningskurva, skillnaden ligger i hur informationen presenteras. I varaktighetskurvan presenteras effektbehovet sorterad från högsta till lägsta uppmätta värde (Pyrko 2004). I Figur 3 på följande sida visas effektförbrukningen för samma fiktiva kund som tidigare och det tydliggörs att effektbehovet 8