ELKRISEN

Larmet: Solenergi för fyra elsystem på kö – fossilgas måste balansera

Solenergi med en maxkapacitet motsvarande 50 kärnkraftsreaktorer står i kö för att installeras på elnätet, trots larm om balanseringsproblem redan idag. Samtidigt slås rekord i negativa elpriser och du får ta smällen, varnar elprisanalytikern Johan Sigvardsson. ”Någonstans kommer pengarna ifrån", säger han till TN.

För att förstå vilka problem solceller skapar för elsystemet behöver vi titta på hur elsystem fungerar.

Elektricitet måste konsumeras i exakt samma sekund som den produceras vilket betyder att varje gång du slår på spisen eller tänder en lampa så behöver ett kraftverk någonstans i det europeiska elsystemet öka sin produktion och vice versa när du sedan stänger av spisen.

Frekvensen kan förstås öka eller falla lite under eller över riktvärdet 50 hertz innan problem uppstår så sådana mikroskopiska förändringar har inte så stor betydelse men i grunden är det så det fungerar.

När det finns mycket väderberoende produktion i systemet så måste elektricitet alltså tappas ur, så kallad nedreglering, annars skadas eller kollapsar elsystemet. Detta kan ske genom att man drar ned produktion, stänger av anläggningar eller ökar konsumtionen. Detta är naturligtvis inte önskvärt om det betyder ökade personalkostnader, onödigt materialslitage eller för att man slösar bort potentiell energi exempelvis genom att skicka vatten genom dammluckor i stället för att låta dem passera turbiner eller att ett vindkraftverk eller solpaneler behöver stänga av trots att väderförutsättningarna egentligen medger produktion, så kallat ”curtailing”.

Rekord i negativa elpriser

Om aktörerna av olika orsaker inte kan eller vill stänga av sina anläggningar när det finns för mycket el i systemet så blir elpriserna i stället negativa vilket är marknadens eget sätt att säga att något nu är galet och att aktörerna måste dra ned. Ingen vill ju betala för att producera sin elektricitet.

Negativa elpriser kan uppstå till exempel för att man får bidrag som gör att man kan buda in sin produktion till negativa elpriser och ändå tjäna pengar, att man inte byggt sin anläggning så att den går att stänga av, att man är kontrakterad att producera eller att man helt enkelt inte finner lönsamhet i att stänga av bara för några enskilda timmar.

– Särskilt så här års när solen lyser och det är väldigt låg förbrukning i landet så får solenergin på nätet väldigt stor effekt. Extra tydligt blir det på helgen när förbrukningen är ännu lägre. Det kan ju vara positivt för en konsument som har timprisavtal men det skadar incitamenten att investera i ny kraftproduktion, säger Johan Sigvardsson, elprisanalytiker hos Bixia.

Osmickrande rekord i negativa elpriser

Negativa elpriser är ett relativt nytt fenomen i Europa men har slagit rekord på rekord de senaste åren. Tidigare har de främst varit förknippade med vindkraft men tendenserna för solenergins påverkan började synas i Sverige redan i fjol och i år har de kommit med besked, vilket Tidningen Näringslivet har uppmärksammat i flera artiklar.

Nu var det dags igen för ett nytt rekord. Under årets första fem månader har Sverige enligt en färsk undersökning från Bixia haft 668 timmar med negativt elpris, att jämföra med 310 timmar samma period i fjol – och den trenden lär fortsätta, noterar Johan Sigvardsson.

– Det beror nästan uteslutande på att den förnybara energin i Europa har byggts ut så pass kraftigt de senaste åren. Det har byggts mycket vindkraft men framför allt solkraft, säger han till Tidningen Näringslivet.

Kraftiga bidrag på kontinenten

En stor orsak är att Tyskland och Nederländerna haft mycket generösa bidragssystem vilket gjort att solenergin exploderat, särskilt eftersom privatpersoner också försöker undfly höga elpriser genom att öka den produktion man själv kan installera. För även om elpriserna är väldigt låga mitt i den stekande solen så är de exempelvis i Tyskland bland de högsta i Europa. De ökar nämligen kraftigt när solen sedan faller och på vintern när den producerar väldigt lite.

Enligt Johan Sigvardsson har länderna haft statliga subventioner som gör att solcellerna inte går med förlust även om de producerar el till kraftigt negativa elpriser.

– I Tyskland och Nederländerna går staten in och täcker mellanskillnaden så det finns inga incitament att stänga av sina paneler vid negativa elpriser. Priset kan vara minus 6 kronor per kilowattimme men solcellerna tjänar ändå på att producera, säger Johan Sigvardsson och tillägger:

– Det är inte ovanligt att priset är minus 60 öre per kilowattimme.

Då skulle man väl kunna säga att Tyskland och Nederländerna förstör för alla andra länder med deras subventioner då?

– Ja, så skulle man väl kunna säga. Men de försöker ju väldigt hårt med att få bort den fossila kraften från produktionsmixen.

Maxkapaciteten högre än konsumtionen

Även om solceller är små och väldigt volatila i sin produktion så är de nu oerhört många till antalet och har därför en mycket hög maxkapacitet vid perfekta väderförutsättningar, vilket kan ställa till med stora bekymmer om de kopplas direkt mot nätet. Solen blir som ett gigantiskt kraftverk skulle man kunna säga.

Maxkapaciteten för installerad solenergi i Tyskland är enligt Electricitymap i dagsläget 81 gigawatt (81 kärnkraftsreaktorer) och i Nederländerna är den 23 gigawatt. I båda länderna är denna maxkapaciteten högre än förbrukningen sommartid och en form av paradox i Tysklands-fallet är att stora delar av kolkraften och även i viss mån fossilgasen tycks behövas för att balansera elsystemet ändå.

Den drar förvisso ned produktionen en aning under de mest soliga timmarna men många anläggningar fortsätter ändå att köra och när solen sedan går ned rampar kolkraften och fossilgasen upp i en enda stor fossil röra. Solen lyser nämligen inte på kvällen och inte heller är det någon omfattande produktion på vintern. Dessutom är det väldigt stor skillnad mellan solens produktion på morgonen och mitt på dagen, men mer om det längre ned i artikeln.

Exportkablarna fylls

Därutöver fylls exportkablarna till andra länder och trenden förstärks ofta med ytterligare solenergi i dessa länder så man får dela på ansvaret att nedreglera i det europeiska elsystemet, det vill säga stänga av annan elproduktion för att lämna plats i nätet för solenergin.

– Jo, så är det ju förstås men det finns nog andra som är bättre på att svara på hur nedregleringsbuden ser ut än jag, säger Johan Sigvardsson.

I Sverige som redan har ett i det närmaste fossilfritt elsystem så blir det till stor del vattenkraften med lägre livscykelutsläpp av växthusgaser än solenergin som i den mån de kan får stänga av och spara vatten men en hel del vatten kan också gå förlorat och spillas eftersom vattenkraften har vattendomar att förhålla sig till och dessutom finns vattenkraften i norr med flaskhalsbegränsningar i stamnätet.

Så även andra källor får försöka stänga av i den mån man kan. Tidningen Näringslivet rapporterade nyligen om ett exempel hur hela det danska elsystemet fick slut på nedregleringsbud och det var nära att de tog slut även i Sverige. Man var alltså nära nödbromsen, och dyrt blev det.

Nästa svar hade varit att systemoperatörerna i Danmark (Energinet) och i Sverige (Svenska kraftnät), tvingats gå in och manuellt stänga av producenter för att skydda elsystemet från kollaps och då kan även förbrukare i samma områden bli strömlösa.

Delar av vindkraften, framför allt lite äldre turbiner, tycks också ha svårt att stänga av även vid rejält negativa elpriser och både Svenska kraftnät och Energinet har gång på gång flaggat för att vindkraft och solenergi måste komma in med fler nedregleringsbud på marknaden.

Solenergi för fyra gånger elsystemet på gång

I Sverige har vi ännu ganska lite solenergi men den växer så det knakar.

I en debattartikel i Second Opinion nyligen berättar Lars Hedström, vice vd på Solkompaniet och Harald Överholm, vd och grundare för Alight, att solenergi motsvarande en maxkapacitet på 50 gigawatt (50 fullstora kärnkraftsreaktorer)) står på kö och väntar på anslutningar och tillstånd för att installeras på det svenska elnätet. Minst 30 gigawatt av denna produktion har finansieringen klar och hela denna produktion skulle kunna finnas uppkopplad på nätet före 2030, skriver debattörerna.

Som jämförelse kan nämnas att Svenska kraftnäts driftgäng i veckans rapport räknar med en förbrukning på under 12 gigawatt i hela det svenska elsystemet i slutet av veckan. I antågande är också en industrisemester när det svenska elsystemet har lägre förbrukning.

– Man undrar ju förstås om all den här solenergiproduktionen kommer bli realitet. För om det ska räknas hem sådana affärer, om man tittar på storskaliga solparker så går det ju inte att räkna hem en sådan affär i dag utan det krävs i så fall andra incitament att titta på. Det är nog svårt att skapa PPA-avtal (långsiktiga elhandelsavtal) med en köpare när köparen kan se vad elen brukar kosta på nätet de här timmarna. Varför skulle man vilja betala 60 öre per kilowattimme i PPA-avtal när man kan köpa den på en börs långt billigare?

Varför fortsätter det att byggas solenergi då, med tanke på de negativa elpriserna?

– Ja, någonstans kommer väl pengarna ifrån. Det kan ju vara allt från banker och pensionsfonder som vill vara med och förnya och bidra till en grön omställning helt enkelt. Det finns ju också mycket kapital på marknaden som vill in i energisektorn.

Är det mycket europeiskt kapital?

– Ja, det är mycket europeiskt kapital. Vindkraften har ju mycket utländskt ägande till exempel.

I Sverige finns flera ekonomiska stöd, bland annat en skattereduktion för att mata ut solenergi från hustak på nätet som uppgår till 60 öre per kilowattimme, så kallad ”mikroproduktion av förnybar el” och det finns även skatteavdrag för installation av anläggningar samt lagring. Näringsfastigheterna har ett litet annat upplägg på avdrag.

Ankkurvan – solenergins största problem

Samtidigt har vi i Sverige redan nu fått en tydlig så kallad ankkurva som är både importerad och förstärks med inhemsk solenergi.

– Tittar man de närmaste åren så kommer den effekten att bli minst lika påtaglig för varje år som går i närtid och eftersom både vindkraft och solenergi byggs ut i väldigt snabb takt så är det nog ett fenomen som kommer att tillta eller öka här de närmaste åren.

Ankkurvan, eller ”Canyon-kurvan” som den lite skämtsamt kallats i Europa eftersom den blivit ännu djupare här, är solenergins största problem och begreppet myntades av Kaliforniens systemoperatör CAISO för mer än ett decennium sedan eftersom kurvan som den skapar med lite fantasi kan liknas vid en sittande anka. Landet brottas med ankkurvan än i dag och det är i huvudsak fossilgas som den bekämpas med, även om man också försöker med batterier. Elpriserna i Kalifornien är också väldigt dyra.

Batterier i Sverige bedöms dock inte som någon storskalig lagringslösning och orsaken till det är att de är väldigt dyra på systemnivå. Lagringskapacitets motsvarande en svensk topplasttimme (när förbrukningen är som absolut högst) skulle baserat på en snabb uträkning med Teslas megapack kosta 94 miljarder kronor för en timme. Det är oklart hur länge batterierna håller men en timme av batterilagring är alltså i linje med en ny storskalig kärnkraftsreaktor som kan producera storskalig energi dygnet runt, året runt i 80 år, kanske längre än så, och då är inte produktionen som först ska ladda batteriet medräknad.

Förstås väldigt simpelt räknat, bara som exempel. Oavsett stödtjänster och skatteavdrag så är det alltid någon som betalar kalaset, antingen nu eller senare.

Stor skillnad mellan Kalifornien och Europa

Det finns dessutom en väldigt stor skillnad mellan Kalifornien och Europa. Kaliforniens är ett varmt land, med störst förbrukning varma sommardagar mitt på dagen, eftersom befolkningen då använder luftkonditionering när solen lyser som starkast. Detta gör solenergi väldigt intressant i Kalifornien eftersom ett elsystem alltid måste dimensioneras efter den högsta förbrukningen. Har man den högsta förbrukningen när solen lyser starkt är solceller mycket logiskt.

I norra delarna av Europa är det tvärtom. Solen skiner svagt på vintern och här i Sverige kryper den när det är som mörkast och kallast knappt över horisonten. Det är också då vårt elsystem har som högst förbrukning på grund av uppvärmning vilket är varför elsystemet behöver dimensioneras för att klara denna period.

Förbrukningen i ett elsystem ligger ganska jämnt sett över en dag men varierar lite upp och ner med människornas beteendemönster, vilket blir tydligt under sommaren. Först är förbrukningen lite högre när människor kliver upp på morgonen och sätter på sina elektriska apparater samtidigt men då är solcellernas produktion ganska låg.

Sedan minskar förbrukningen under dagen och då producerar solcellerna som mest, när vi behöver mindre elektricitet. Därefter ökar förbrukningen ganska snabbt när människor kommer hem från jobbet och sätter på sina spisar för att laga mat – men då håller produktionen i solenergin på att minska i takt med att solen går ned.

Vändningen det största problemet

Den största utmaningen är också just denna vändning och den kallas för ankkurvans hals. Eftersom exakt balans mellan produktion och konsumtion behöver råda i elsystemet i varje sekund så behöver elsystemet mycket snabbt rampa andra produktionskällor när produktionen i solenergin går ned. Har man mycket solenergi på nätet så blir upprampningsfasen oerhört brant. Det kan röra sig om motsvarande flera kärnkraftsreaktorer i kapacitet på tre timmar när solen brant faller i produktion.

Denna rampning måste göras av flexibla källor. Vattenkraft kan användas för uppgiften i den mån den finns tillgänglig, men som Tidningen Näringslivet tidigare visat har reglerförmågan i vattenkraften av olika orsaker redan slagit i taket i Sverige och det finns perioder, exempelvis under vårflod och isbildning när reglerkapaciteten är extra låg.

Det finns däremot en annan storskalig produktionskälla som är mycket effektiv till ändamålet, nämligen gasturbiner. Om en gasturbin kopplas tillsammans med batteri kan anläggningen starta så snabbt som på 200 millisekunder, och den kan ta gasen ur röret i önskad mängd. Det blir alltså inte spill på samma sätt som i vattenkraften.

Gasturbinerna kan liknas vid en sportbil eftersom den accelererar mycket snabbt. Mycket bra teknisk, tyvärr främst fossil. Turbinerna kan lätt byggas för att använda även andra bränslen men biobaserade bränslen är förstås mycket dyrare och finns i begränsade mängder. Att elda vätgas i turbin som planerbar el brukar benämnas energivandalism och ses som ett icke alternativ.

Säkerhetsrisker med gasen

Dessutom finns stora säkerhetsrisker med att förlita sig för mycket på kombinationen väderberoende kraft och fossilgas eftersom gasen levereras ”just in time”, vilket bland annat Texas fick erfara i samband med katastrofen 2021 som resulterade i ett mycket stort ekonomiskt och mänskligt lidande.

Givet nuläget är det däremot enligt många experter fullt logiskt för Sverige, trots riskerna med infrastrukturen, att skaffa nya stora gasturbiner och de bör ligga längs gasstamnätet på västkusten. Magnus Genrup, professor i elkraftsteknik vid Lunds universitet var tydlig i en artikel i Tidningen Näringslivet nyligen.

– Man kan kalla dem vad man vill men gasturbinerna måste upp, sa han.

– Och gasturbinerna behövs ännu mer om vi dessutom ska bygga ut mer av de väderberoende kraftslagen. Då kommer nya gasturbiner att vara en förutsättning. Så enkelt är det.

Svenska kraftnät verkar vilja ha gas

Även systemoperatören Svenska kraftnät tycks vilja ha gasturbiner, även om man inte uttrycker det i klartext.

– Gasturbiner är ett alternativ eftersom de kan startas snabbt. Från nyttosynpunkt är det en fördel att resurserna kan ha fler användningsområden än att bara gå in på en eventuell effektmarknad, konstaterade den strategiska driftschefen Erik Ek.

Den senaste tiden har man börjat diskutera möjligheterna till en så kallad effektmarknad, eller kapacitetsmarknad som de också kallas. En kapacitetsmarknad är inget nytt fenomen utan används i många länder som har mycket väderberoende kraft. De fungerar så att producenterna säljer in sin kapacitet att leverera och systemoperatören kan sedan ropa in producenten vid behov. Det kan vara till exempel när solen går ned eller när vinden inte blåser.

Kapacitetsmarknaden är också gaskraftens heliga graal och ett europeiskt exempel är Irland, där landet balanserar vindkraft med fossilgas. I skrivande stund utnyttjar vindkraften 24 procent av installerad kapacitet och fossilgasen täcker upp med 40 procent av installerad kapacitet.

Väderberoende kraft behöver flexibla källor

Nu är vi möjligen också inne på en av huvudorsakerna till att det så ofta i världen är just en strid mellan kärnkraft och förnybara kraftkällor i debatten och inte en strid mellan fossilfria och fossila kraftslag.

Kärnkraften är mycket effektiv på att tränga undan fossila bränslen ur elsystemet vilket länder som Frankrike och Sverige visade redan på 70 och 80-talet. I vårt fall gick vi från en av världens största oljekonsumenter per capita i elsystemet till en av världens främsta kärnkraftskonsumenter på ungefär ett decennium. Kärnkraften är med sina livscykelutsläpp på 5 gram växthusgaser per kilowattimme också det mest klimatvänliga kraftslaget av alla, enligt Electricitymap som sammanställer data för växthusgasutsläpp för stora delar av världens elsystem i realtid.

Kärnkraft ger effektiv klimatpolitik

Eftersom kärnkraften producerar i jämn takt dygnet runt, året runt med undantag för revision under sommaren en gång per år samt mer ovanliga driftstekniska stopp så är den mycket effektiv på att trycka undan fossila kraftkällor ur systemet och ansluta nya industrier och förbrukare.

Om man jämför grannländerna Frankrike och Tysklands elsystem 2023 så har kärnkraftslandet Frankrike 45 gram växthusgasutsläpp per kilowattimme i livscykelutsläpp medan Tyskland har 425, och då har tyskarna spenderat enorma pengar under mycket lång tid för att försöka ställa om till ett förnybart elsystem samtidigt som kolkraften rullat på medan Frankrike har haft låga utsläpp hela tiden.

Kärnkraftens stora nackdel är just att den inte på samma sätt som vattenkraften och fossila kraftverk, särskilt gasturbiner, kan reglera snabbt, även om SMR-teknik och nyare reaktorer kan förbättra detta.

För nuvarande kärnkraft lönar det sig däremot oftast att fortsätta producera oavsett väder och vind, och det retar förstås gallfeber på de väderberoende kraftslagen som föredrar flexibilitet både på konsumtion- och produktionssidan så att det finns plats i nätet när så önskas. Någonstans finns förstås däremot en gräns, där kärnkraften kanske bestämmer sig för att dra ned, eller att producera vätgas i stället för elektricitet. Och tekniska strul kan förstås hända.

Utmaningar att drifta systemet

I en artikel i Tidningen Näringslivet har Karlshamnsverket tidigare varnat för situationer där de ropats in för att det blivit utmaningar med att drifta systemet när vattenkraften av olika orsaker dragit ned, eller inte kunnat reglera som önskat på grund av exempelvis vårflod och isbildning.

Ser du någon risk för att vi får ett elsystem för sommaren och ett elsystem för vintern?

– Samtidigt är det ju så att vindkraft och solceller kompletterar varandra bra. De har ju näst intill helt motsatta produktionskurvor där vindkraften producerar mer på vintern medan solcellerna producerar mer på sommaren, säger Johan Sigvardsson.

Samtidigt har du ju så kallade dunkelflautes, kalla högtryck under vintern, där både sol- och vindkraft producerar i princip noll under flera dagar samtidigt som konsumtionen är som högst på grund av kylan?

– Ja, i sådana situationer är det väl import som behövs då.

Tidningen Näringslivet har tidigare visat hur Bengt J. Olsson modellerat Svenska kraftnäts förnybara elektrifieringsscenario baserat på riktigt statistik från 2023. Systemet bygger på fossil import (om det finns någon sådan) för allt vad kablarna bär och roterande nedsläckning under sådana situationer. Priset för att ersätta det med något förnybart som kan leverera under dessa förutsättningar blir förstås väldigt dyrt.

Ser du något problem med att driva elsystemet om exempelvis kärnkraften och andra kraftslag som är viktiga för balansen skulle bestämma sig för att stänga ned när elpriserna blir kraftigt negativa eller att producera vätgas sommartid för att hoppa igång igen på hösten?

– Det är fullt möjligt att det skulle kunna bli så lite längre fram i tiden, men jag tror inte att vi har riktigt den utmaningen ännu i alla fall, för det är ett så pass robust system men om man tittar framåt 2030 så kanske sådana situationer skulle kunna uppstå, säger Johan Sigvardsson.