Elfordon i smarta elnät, del 1

Creative commons license

Den närmsta veckan kommer vi skicka ut nyhetsbrev om kopplingen mellan elfordon och smarta elnät.
skrivet av Martin Borgqvist (RISE)
Utvecklingen av el från förnybara källor och elfordon hör ihop. Delvis för att laddfordonens miljöprestanda ur ett livscykelperspektiv beror på detta, men också eftersom laddfordonen med sina batterier kan påverka framtidens elsystem beroende på hur batterierna används och hur uppladdningen styrs. Detta är ett ämne som vi kommer att titta lite närmare på i ett par nyhetsbrev. I dessa nyhetsbrev kommer det att handla mycket om solel, men i ett svenskt perspektiv är vindel i dagsläget mycket större; år 2015 fanns det ca 6 GW installerad effekt vindenergi och ca 130 MW solel i Sverige [8], [9]. Mängden solel i Sverige har dock ökat mycket mellan 2005 och 2015 [9].
Vi vill även tipsa om konferensen 2nd Vehicle 2 Grid Conference – Electric vehicles for the renewable city, som går i Amsterdam 11-12 Maj (länk).
Förnybar el ökar
Användningen av solenergi och vindenergi ökar i världen, både kapacitetsmässigt (installerad effekt) och som andel av genererad mängd elektricitet. Vilket vi skrivit om i ett nyhetsbrev nyligen. Om utvecklingen fortsätter, så kommer det till slut att vara billigare att generera el med sol än med fossila energislag som kol. Åtminstone i vissa delar av världen. I detta sammanhang kan det vara värt att notera att ca 7 % av Tyskland elgenerering kom från sol år 2016 [1]. Utvecklingen av priset på batteripack för att lagra solel är i detta sammanhang naturligtvis också mycket viktigt.
Förnybar el kommer att bli billigare än fossilbaserad el
SVT Dokumet utifrån sände nyligen en dokumentär om utvecklingen inom förnybar energi (en hel del om solel) [6], vilken kan rekommenderas.
Fossilbaserad elgenerering är resursbaserad och beroende av råvaror (gas, kol, olja) som ökar i pris vid ökad användning. Solenergi är en teknik som just nu fortfarande sjunker i pris med ökat antal producerade enheter, och som framförallt är använder en förnybar resurs (solinstrålning) som har priset noll. Frågan som man bör ställa sig är; Vad kommer att vara dyrast, råvarorna till solceller eller fossila bränslen? I en nyligen släppt rapport [5], visar Grantham Instute vid Imperial College i London och Carbon Tracker att baserat på dagens prisutveckling så kan solel (inklusive energilagring) stå för 23 % av global elgenerering 2040 och 29 % år 2050. I ett sådant scenario existerar inte kol som energikälla för kraftgenerering, och naturgas har en marknadsandel på 1 %.
Utmaningar i elnätet med sol
Även om det sett ur ett produktionsekonomiskt perspektiv ser ljust ut för solel, så finns det naturligtvis utmaningar med ett solbaserat elsystem. Förutom det uppenbara, att solen bara skiner på dagen, så är det inte okomplicerat att integrera stora mängder solel, eller annan variabel generering för den delen, i dagens elsystem. Eftersom genereringen av solel, och även vindel, är intermittent (varierar), är det svårt att balansera generering av el med användning av densamma. I vårt elsystem måste det nämligen alltid råda balans mellan generering och användning av el. I Sverige är det totalt sett dessutom så att elbehovet är som störts på vintern när vi har som minst sol. Med andra ord, vi skulle behöva någon form av säsongslagring av solel i Sverige. Säsongslagring kan vara svårt att lösa med batterier då det har en självurladdning. Ett alternativ är power-to-gas, dvs. att producera vätgas eller t.ex. metan (eller något annat elektrobränsle) med hjälp av el och vatten (och CO2). På konferensen Energirelaterad fordonsforskning 2016 togs detta upp (vilket vi skrivit om tidigare), och det finns studier som visar att det i nuläget kan vara svårt att få ekonomi i vätgasproduktion genom power-to-gas i Sverige med dagens installerade kapacitet av solel och vindel. Detta eftersom det är ganska få timmar per år som vi har ett elöverskott som kan användas för power-to-gas [7].
Dagens elnät är centraliserat, dvs. generering sker i princip i ett fåtal större anläggningar från vilka el distribueras ut i samhället där den används. Elnätet är designat för att mata konsumenterna, men inte för att konsumenterna skall mata tillbaka. Solel är däremot ofta decentraliserad, dvs. finns lite här och var i samhället. Dessa saker gör att det kan uppstå problem, framförallt överspänningar, på vissa håll i elnätet om många konsumenter samtidigt vill leverera ut el. Ungefär som om många samtidigt skall ladda sina elfordon.
”Smarta-nät” – det är här elfordonen kommer in
Det finns olika sätt att hantera elnätsproblem, t.ex. genom att göra förstärkningar och genom att bygga ut överföringskapaciteten. Detta innebär investeringar för nätägaren och i slutändan en ökad nätavgift för kunderna. Ett alternativ till investeringar i nätet är att skaffa sig mer kontroll över effektuttaget, dvs. försöka styra lasterna i nätet. Det är här elfordonen kommer in. Det finns lite olika begrepp inom detta område:
– ”Smarta nät” är ett samlingsnamn som kan betyda lite olika saker, men i princip så handlar det om teknik som förenar energigenrering, energianvändning med kommunikationsteknologi och som möjliggör mer förnybart i elnätet.
– Efterfrågeflexibilitet definieras av Energimarknadsinspektionen (Ei) som ”en frivillig ändring av efterfrågad elektricitet från elnätet under kortare eller längre perioder till följd av någon typ av incitament” [3].
– Laststyrning (Demand response på engelska) innebär att ”elnätsföretaget efter överenskommelse med kunden styr delar av kundens elanvändning för att optimera utnyttjandet nätet” enligt Ei [3].
– Demand Side Management är ett samlingsbegrepp som också förekommer och förutom efterfrågeflexibilitet och laststyrning så innefattar det även egenproduktion av energi samt energieffektivisering och besparingar.
Ovanstående är frågor som undersöks i Sverige och internationellt, Ei har nyligen genomfört ett regeringsuppdrag som handlar om efterfrågeflexibilitet [3].
Elfordon som står parkerade längre stunder vid laddplatser skulle kunna vara flexibla i när och hur de laddas och därmed ingå i system för laststyrning och efterfrågeflexibilitet. Detta kommer vi att skriva mer om i kommande nyhetsbrev.
Egna kommentarer
Precis som för batterier så finns det för solceller diskussioner om deras miljöpåverkan. Det går åt energi för att producera solceller, vilket orsakar utsläpp som beror av energiproduktionen. Idag producerar Kina mycket solceller, vilket bidragit till det kraftiga prisfallet på dessa, med hjälp av sin elmix som innehåller mycket kol. På samma sätt produceras de flesta fordonsbatterierna i Asien.
Vi bygger morgondagens energisystem med hjälp av dagens, det är en nödvändighet annars kan vi inte ställa om. Sett ur ett utsläppsperspektiv så hade det varit bättre att producera solceller och batterier där elen är renare, i t.ex. Sverige eller på andra håll i Europa. Men det är inte elmixen som styr var produktionen sker. På sikt kommer solceller och batterier som idag produceras med hjälp av kolel, istället att produceras med hjälp av förnybart. Men bara om vi fortsätter energiomställningen.
Källor
[1] ENERGY CHARTS. Frauenhofer ISE. Hemsida. Länk.
[2] EU Energy in figures – statistical pocketbook 2016. Länk.
[3] Åtgärder för ökad efterfrågeflexibilitet i det svenska elsystemet. Energimarknadsinspektionen, R2016:15. December, 2016. Länk.
[4] PM Nilsson: Skarp varning för fossila företag. Ledare i Dagens industri. 7 Februari, 2017. Länk.
[5] Expect the Unexpected – The Disruptive Power of Low-carbon Technology. Grantham Institute, Imperial College London. Februari, 2017. Länk.
[6] Det våras för solen. SVT Dokument utifrån. Dokumentär, SVT Play. Tillgänglig till 1 mars 2017. Länk.
[7] Energirelaterad fordonsforskning 2016. Vätgas från el ur ett kraftnätsperspektiv. Presentation av Lennart Söder Professor Elektriska Energisystem, KTH Länk.
[8] Vindkraft i Sverige. Energimyndigheten. 26 Oktober, 2016. Länk.
[9] National Survey Report of PV Power Applications in Sweden 2015. Energimyndigheten. 2015. Länk.