Power generation and stability of the Swedish electricity system 2045

Sammanfattning: På grund av energiomställningen, Sveriges mål om att ha en fossilfri elproduktion 2040 samt målet om nettonollutsläpp av växthusgaser 2045 förväntas en omfattande utbyggnad av förnybara energikällor ske. I denna rapport har därför elbehovet, potentialen för elproduktion, möjliga framtida systemproblem samt lösningar undersökts. Efter en omfattande litteraturstudie har det framkommit att elbehovet kommer att öka till det dubbla i Sverige och den största delen av detta ökade behov förväntas komma från vätgasproduktion för tillverkning av fossilfritt stål. Då antal parter som styr investerinsbesluten för de mest energikrävande projekten är få, råder stor osäkerhet kring hur stor denna ökning faktiskt kommer att bli. I det högsta fallet kan elbehovet uppgå till 370 TWh. Med antagandet att elektrifieringstakten i samhället är hög tillsammands med insikten att Sverige har ambitiösa energi- och klimatmål är det sannolikt att det inhemska elbehovet kommer ligga i närheten av 286 TWh. Utöver det förväntas effektbehovet och därmed effektbehovet under topplasttimmen öka markant. Det kommer med stor sannolikhet ligga i intervallet 42 - 49 GW. När det gäller utbyggnad av vattenkraft verkar det osannolikt med nybyggnation. Kärnkraftens potential och produktion i framtiden kommer bero på ett antal lagar om konstruktion av nya reaktorer, huruvida befintlig kärnkrafts livstid förlängs bortom 60 år samt möjligheten att hantera avfallet. Vindkraften spås bli det dominerande kraftslaget med en årsproduktion på upp till 157 TWh men där det finns ett antal flaskhalsar i form av ansökningsprocessen samt intressekonflikter med andra intressenter som påverkar utbyggnadstakten. Solkraftens potential bedöms vara god trots att Sverige har låg solpotential jämfört med många andra länder, detta då solkraften har få intressekonflikter med andra intressenter. Kraftvärmen kan öka sin elproduktion i det fall då antalet produktionstimmar ökar och värmekraften tar tillvara på spillvärmen. Denna potential är dock beroende av behovet av fjärrvärme, något som kan äventyras av ökande medeltemperaturer och energieffektivare byggnader. Om kärnkraften fasas ut eller då drifttiden inte förlängs kommer systemets svängmassa och tröghet att minska, vilket kan leda till snabbare frekvensavvikelser och potentiella systemfel. I fallet då kärnkraft inte fasas ut kommer en ökad andel av solproduktion leda till stabilitetsproblem under sommaren. Detta särskilt då det är låg elförbrukning under dagen samtidigt som solkraften producerar som mest och kärnkraften är tagen ur drift för revision under en period på sommaren. Som en lösning har syntetisk svängmassa föreslagits. I korta drag innebär vindkraften, som vanligtvis inte bidrar med svängmassa, kan göra det under en kort stund genom att använda den upplagrade energin. Detta skulle tillåta vindkraft att temporärt öka sin produktion vid produktionsbortfall, vilket bidrar till systemets stabilitet. Det framgår av rapporten att detta kan täcka Sveriges behov av snabb frekvensreglering (FFR) under en kort tid och med förutsättningen att det blåser. Det framkommer också att flexibilitet kommer vara avgörande för att inte effektunderskottet ska bli för stort. Detta blir också viktigt för att efterfölja den norm enligt vilken Sverige ska täcka sitt behov med produktion och import under 99.989% av tiden, dvs 0.99 timmar per år. Vid användning av efterfrågeflexibilitet, produktionsflexibilitet och energilager kommer antalet timmar med underskott att vara godtagbart. Med antagandet att alla flexibilitetsresurser används täcks effektbehovet endast inte under 0.5 timmar per år. Slutligen har energilagring också undersökts. Det har framkommit att pumpkraftverkspotentialen är begränsad av geografin och den höga kostnaden. Batterier lämpar sig bäst för korta variationer medan vätgaslagring bör användas för säsongslagring av elektricitet. Dessutom bör den totala effektiviteten för omvandling av vätgas (under 50%) beaktas, särskilt givet det faktum att effektiviteten för omvandlingen minskar ytterligare då elektrolysen kräver konstant spänning - vilket, till en del, går emot premissen att generera vätgas från den överskottsel som tillkommer till följd av utbyggnad av variabla energikällor.