5. Planera för noll

Skalbarhet till nollutsläpp

Förutom frågan om skalbarhet i takt, behöver omställningen också handla om skalbarhet till noll. Frågan ”hur sänker vi utsläppen något?” har ofta helt andra svar än frågan ”hur planerar vi för nollutsläpp?”.

Etanolbilar är ett bra exempel: planerar vi bara för en mindre sänkning, räcker det kanske att byta ut fordonsflottan mot etanolbilar och köra på som vanligt. Planerar vi för en sänkning som håller tvågradersmålet, kommer förslagen snarare handla om elbilar och framförallt att redan idag börja bygga strukturer som gör så mycket som möjligt av biltrafiken överflödig.

Vind- och solel är inte ett jämnt flöde, utan går hela tiden upp och ner med vädret. Tyskland har t ex visat sig ha en vecka då och då där både vindkraftverken eller solpanelerna producerar mindre än 10 procent av sin maxkapacitet. De måste därför planera för vad de ska rycka in med istället. De svar de hittat är i huvudsak kol och fossilgas.

ReglerförmågaEnergislagen kan delas upp i tre grupper:

Reglerförmåga: De som har reglerförmåga kan anpassa sig till läget – producera för fullt när det behövs och spara bränsle annars. Fossilgasverk och vattenkraft kan slås på och av så snabbt att de har god reglerförmåga också i det kortaste intervallerna.

Baskraft: Kärnkraftsverk ger typiskt sett ett stabilt flöde av elektricitet. Det går att köra kärnkraft på standby, så att de får reglerförmåga, men det ger lägre flöden.

Intermittent: Vind- och solkraft levererar mycket vid rätt väderlek och inte alls när det är som sämst. Flödet varierar både under en dag och under året.

Att bygga ett energisystem där allt det fossila kan fasas ut handlar inte bara om att ersätta TWh för TWh med bättre energi, utan också om att bygga stabila flöden. Ju mer intermittent el som ska balanseras, desto mer reglerförmåga behövs det.

Livscykelanalyserna behöver därför kompletteras: det vi behöver jämföra är olika varianter av stabila energimixar. Vind uppbackat av vatten är en energimix i toppklass, sett till utsläppen. Vind uppbackat av fossilgas kommer däremot ge ohållbara utsläpp.

Ett av de problem vi står inför är att det är svårt att hitta bra, skalbara energikällor på den reglerbara sidan. Typiskt sett reglerar världen idag sin elproduktion med fossila bränslen. Ska vi planera för att stänga det, måste vi därför redan idag fråga oss hur mycket annan reglerförmåga vi tror att vi kan skaffa oss.

Låt oss fokusera på de där veckorna utan vind och sol – hur mycket kapacitet har vi för att balansera dem?

1. Vattenkraft och biomassa

Matematiken kring vad som kan reglera vad är knepig, eftersom det handlar om risker: hur stor är risken att vinden mojnar så mycket att vattnet i dammarna inte räcker? Det handlar bl a om hur stora risker för trassel i elförsörjningen vi är beredda att ta.

För att ändå ge en fingervisning: en av de mer optimistiska uppskattningar som ofta nämns är att Sveriges vattenkraft, som producerar omkring 70 TWh om året, kan matcha en produktion på 60 TWh vindkraft.

Världen har däremot mycket mindre vattenkraft per person: den står bara för 2,3 procent av energin. Bioenergi och sopor står för 10 procent, men de kommer vi typiskt sett behöva till annat än reglerande elproduktion. Sol- och vindkraften ligger idag på 0,3 procent, så det finns utrymme kvar att bygga. Samtidigt: vattenkraft och biomassa räcker bara en bit.

2. Lagring av energi

Skulle vi ha tillgång till någon slags storskaliga batterier som kunde lagra stora mängder elektricitet effektivt, skulle frågan om reservkapacitet vara ett icke-problem. Då hade vi kunnat lagra elen från soliga och blåsiga dagar och använda när den behövdes som mest.

Det har forskats på såna lösningar sedan länge, men vi är mycket långt från ett genombrott. De framsteg som görs är typiskt sett i en mycket mindre skala. Ett av problemen är att det är svårt att koncentrera så mycket energi på en plats utan att lösningen i princip är en stor bomb.

Det verktyg vi faktiskt har är, återigen, vattenkraftsdammar. En del av dem kan pumpa upp vatten när tillgången på elektricitet är god och släppa tillbaka det genom turbinerna när vi behöver elektricitet som mest. De geografiska förutsättningarna för att bygga sådana dammar är däremot begränsade.

3. Överkapacitet

Technofixlösningen är gratis solpaneler som vi kan rulla ut i överflöd. Bygger vi tio gånger mer än vi behöver är inte ens den sämsta veckan särskilt katastrofal. Problemet med det är att vi inte är där: den sol- och vindkraft vi faktiskt har tar tid att bygga och är dessutom tillräckligt utsläppsdrivande för att det inte ska vara försvarbart med stora mängder överkapacitet.

Trots att Tyskland bara får 3-4 procent av sin elektricitet från solpaneler, har de redan en situation där en extra solig dag ger dem mer solel än de kan använda. Det betyder att en hel del av den el solpanelerna ska producera för att vara värda att bygga – ekonomiskt och ekologiskt – går till spillo. På elmarknaden syns det i att elpriserna tillfälligt blir negativa.

Ett land som börjat slå i det taket får ut mindre och mindre behövd el per producerad solpanel. Är solpanelerna gratis är det inte ett problem, men de vi faktiskt har idag driver både utsläpp och gruvbrytning.

4. Bygga ut elnäten

En annan angreppsvinkel– som Tyskland arbetar på – är att bygga ut så mycket högspänningsledningar att en del av topparna i elproduktionen i ett område kan ledas iväg nånstans där den faktiskt behövs. Överhuvudtaget håller Europa på att bygga ihop sina elnät mer och mer. Hur effektivt det är hänger bland annat på hur stor samvariationen i solsken och vindstyrka är mellan olika områden.

Det finns många fördelar med att bygga ut elnäten, men det tar tid och resurser. En del elektricitet förloras på vägen. Att bygga och underhålla stora högspänningsledningar är förstås utsläppsdrivande, även om det antagligen är relativt små siffror i sammanhanget. Det finns också all anledning att räkna med lokala protester.

5. Anpassa elanvändningen

En av de mekanismer vi har redan idag för att hantera bristsituationer på elektricitet är att priset höjs. Som privatpersoner reagerar vi inte på det på någon daglig basis, men elintensiva industrier kan däremot fatta högst medvetna beslut om att stoppa produktionen ett tag. Beroende på vad de har för elavtal kan de antingen tvingas till det av höga priser eller ges ett förmånligt erbjudande av sitt elbolag.

En intressant tanke är att till exempel kylskåp också ska anpassa sig till läget i elnätet, eftersom de kan förskjuta sin elförbrukning med några timmar fram och tillbaka utan större problem. Det är ett bra spår att utveckla, men det betyder ganska lite för den där potentiella veckan utan elektricitet.

Slutsats

Det finns en hel del konstruktiva spår att utveckla, men vi är långt från en situation där det kommer poppa upp en enkel lösning på hela reglerfrågan. Det är ingen slump att Tyskland bygger upp nya kolkraftverk samtidigt med vind och sol. De räknar med att behöva dem som reservkraft:

”It might appear paradoxical at first glance: even though the share of renewables is continuing to rise, we will continue to need almost as many conventional power stations as before. After all, when there is no wind, or it is cloudy, conventional power stations need to jump in and cover the bulk of energy consumption, so that the electricity supply can be maintained securely. The fluctuations in the feed-in of electricity from renewable energy facilities have to be constantly offset in order to safeguard system stability. At present, only flexible conventional power stations can do this.”

Tysklands förbundsministerie för ekonomi och energi

Notera också att Tyskland i konsekvens med det inte planerar för nollutsläpp i elproduktionen. Går allt enligt plan kommer de fortfarande år 2050 att ha 20 procent fossila bränslen kvar. Det skulle betyda 2-5 gånger så höga utsläpp per TWh som Sverige har idag.

Hur mycket vind och sol ska vi bygga?

En god tumregeln på de flesta håll i världen är antagligen att vi ska se till att de som tillverkar vindkraftverk och solpaneler har fullt upp. Världen har ju knappt börjat bygga vind- och solkraft, och små mängder är relativt enkelt för energisystemen att hantera.

Det går också att argumentera för att vi kan utmana gränserna en del i de länder som kommer vara sist med att fasa ut sitt fossila, med förhoppningen att teknikutvecklingen ska ha tagit steg framåt innan det är dags för dem att stänga de sista fossilgasanläggningarna.

Däremot är det farligt att planera för att världens energisystem ska domineras av sol- och vindkraft. Vi är mycket långt från att ha den sortens förmåga att balansera ett energisystem. Risken är stor att vi fastnar i ett läge där det är svårare och svårare att göra sig kvitt fossila kraftverk.

Det som gör det särskilt försåtligt är att problemen med regleringsbehovet kommer smygande. Så länge de flesta fossila kraftverk står kvar är det inget större problem att balansera här och nu. Det är också enkelt att rationalisera: vi kör fossilgas som backup så länge, tills vi hittar en klimatsmart lösning i framtiden.

Sol och vind påminner därför om etanolbilarna. De är bra verktyg för att undvika utsläpp här och nu. De kommer spela viktiga roller också i ett stabilt, hållbart samhälle. Däremot vore det farligt att slå in på en väg som förutsätter att de är skalbara hur långt som helst: vi riskerar att inte komma hela vägen fram.

Det går att få ihop ekvationen:

  • sol och vind inom det utrymme som går att balansera
  • kärnkraft som baskraft

Bygger vi ut alla de tre energislagen, har vi alla verktyg vi behöver för att planera för nollutsläpp.

 


Det här inlägget är del 5 av serien 7 slutsatser om klimat & kärnkraft. Läs nästa del!

16 thoughts on “5. Planera för noll

  1. Florian: Hela vägen fram till hållbara utsläppsnivåer, nära noll. Alternativt att vi binder tillräckligt med kol för att faktiskt nå noll eller negativa utsläpp på totalen.

  2. En sak du inte tar upp är hur mycket plats olika saker tar. solkraft tex är en extremt arealkrävande syselsättning. Kolla in ”without hot air” för lite bra siffror (http://www.withouthotair.com/) För även detta begränsar vilket maxuttag man kan ha på olika energikällor.

    Sen en liten rättning. Det finns ett flertal olika typer av kärnkraftverk som kan agera reglerkraft. Frankrike tex kör sådana och många av de nya typerna har den kapaciteten. även de svenska kraftverken KAN hantera lastbalansering om än med något mindre effektivitet. se http://omvarldsbevakning.byggtjanst.se/Global/Byline/SU123118%20K%C3%A4rnkraft%20som%20reglerkraft.pdf och http://www.elforsk.se/Rapporter/?rid=12_08_

    • Jo, du har nog rätt, skulle egentligen gärna kika närmare på yta och kapacitet. Det som gör det lite knepigt är att det verkar vara ett lokalt problem snarare än ett globalt, i meningen att det är på befolkningstäta platser som Storbritannien som det blir en flaskhals.

      Nämnde helt kort standby-möjligheten ovan, men mitt intryck hittills (utan att ha nån djupare koll) är att effektivitetsförlusterna verkar göra att det är en undantagslösning. Men Elforsk-rapporten verkar intressant, tack!

  3. Du skriver:

    ”För att ändå ge en fingervisning: en av de mer optimistiska uppskattningar som ofta nämns är att Sveriges vattenkraft, som producerar omkring 70 TWh om året, kan matcha en produktion på 30 TWh vindkraft.”

    Jag läser på http://www.vindkraftsbranschen.se/start/vindkraft/fragor-och-svar-om-vindkraft/:

    ”Svenska Kraftnät bedömer att det utökade reglerbehovet uppgår till 4 300-5 300 MW vid en utbyggnad av 30 TWh vindkraft [2]. ett utökat reglerbehov är emellertid inte detsamma som att det behöver byggas ny reglerkraft utan är i stället en signal om att den befintliga produktionen kan komma att behöva användas till att reglera mer. Man bör också ha i minnet att variationerna i konsumtion är mycket större än vad variationerna i vindkraftsproduktion är. Därför finns det goda förutsättningar för att i framtiden kunna utjämna skillnaden mellan produktion och konsumtion genom energilager och/eller flexibel förbrukning.

    Enligt en studie från KTH är den befintliga vattenkraften tillräcklig för att balansera en vindkraftutbyggnad i norra Sverige på upp till 30 TWh.[3]

    Ytterligare studier från KTH visar på möjligheten att integrera upp till 60 TWh vind- och solkraft, motsvarande ca 40 procent av den totala elanvändningen, med befintlig vattenkraft som reglerkälla.”

    Om man använder nuvarande vattenkraft och anpassar den för att i större grad fungera som reglerkraft kan man bygga ut vindkraften än mer än de 30TWh du nämner. Ska man tolka det så?

    • Jo, det är mycket möjligt att det går att gå längre! Vindkraftsbolagen är säkert mest intresserad av de optimistiska studierna, men jag har inte sett några tunga motargument mot själva möjligheten hittills. Däremot skulle en sån strategi behöva ta höjd för risken att det visar sig mer problematiskt än vi trodde.

      Kika också på det Johan D skriver nedan – det finns samtidigt en avtagande nytta med vindkraften att försöka hålla ett öga på. Det finns också en poäng med att inte förbruka hela reglerförmågan här hemma, utan ha kapacitet kvar nog i vattenkraften att också kunna stödja Danmark och Tyskland.

  4. Bra inlägg. Bra att du belyser överproduktion och inte bara underproduktion. Överproduktionen är det som gör att de förnyelsebara källorna kommer att ”fastna” vid en viss penetration.

    En annan grej som är lustig i debatten är att man tror att flera källor tillsammans ska underlätta omställningen. Man säger ofta att en kombination av sol och vind ska appliceras. Tyvärr gör solel bara att ekonomin för vind blir sämre (och för kärnkraft också för den delen).

    Med dagens vindkraft skulle redan det modesta planeringsmålet på 25 TWh innebära ca 12.5 GW installerad effekt vilket skulle göra att vi med 9.5 GW kärnkraft överskrider det totala behovet väldigt många timmar.

    • Tack! Insåg när jag skrev det att jag gärna skulle läsa lite mer om det där, för att kunna få en bild just av hur mycket vindkraft vi vill ha i Sverige. Bland annat har jag ingen riktig känsla än för hur vattenkraftens lagringskapacitet används över olika år. Det verkar som ett härke att försöka modellera den avtagande nyttan av vindkraft, men det lär väl vara nån som gör sånt nånstans?

      • Jag tyckte följande av Lion Hirth var intressant. Den formaliserade mina tankar som jag tänker på det. Nedan är en sammanfattning med länk till rapporten.

        The Energy collective: The Optimal Share of Intermittent Renewables

        Där uppskattas den optimala mängden sol och vind givet en kostnadsreduktion på 60% respektive 30% för norra Europa. Inte oväntat är denna för sol 0% men för vind finns det visst en givet vissa antaganden.

        På andra bilden visas hur värdet för vindel minskar med dess andel. Två kurvor ges. En mid-term och en long term. För 30% vind på nätet sjunker värdet för denna till 65% i långtid (ett tag efter 2030 enligt Schalk) och 50% i korttid.

        När Söder och elkraftsnissarna pratar kostnader är det den del som Hirth benämner ”balancing cost” vilket enligt honom endast är en liten del av totala kostnaderna.

        ps.
        Nordpool vattenreservdiagram

  5. Tack för lästipset Johan! Tror jag kikat lite på Hirst förut. ”Balancing costs” är nog bara osäkerhetsfaktorn, medan ”profile costs” är den del av intermittensproblemet som skulle finnas kvar även om vi alltid kände till vädret i förväg. Har åtminstone stött på den poängen tidigare.

  6. Ping: Hur kan klimatet bli en fråga som mobiliserar? | Jakten på berättelsen

  7. Ping: IPCC vet vad de talar om | Vänsterteknik

  8. Ping: 6. Sverige behöver dela med sig | Vänsterteknik

  9. Ping: Kina bygger mycket av allt | Vänsterteknik

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s