ELKRISEN

Uträkning: 60 ”Globen-batterier” krävs för att ersätta kärnkraften

Batterier som ersätter kärnkraft? Kan det vara något? För att visa på de enorma utmaningarna med en sådan lösning har TN räknat på volymerna som skulle krävas för att klara en mörk och vindstilla period på två veckor. ”Det är väl ingen som föreslår att ersätta planerbar kraft med batterier?”, säger Bengt J. Olsson som modellerar elsystem.

I den allmänna debatten talas det inte sällan om batterier som lösningen på behovet av planerbar el. Experter har i Tidningen Näringslivet återkommande och bestämt avfärdat batterier som storskalig lagring men bland allmänheten verkar många ändå se den lösningen som intressant, eftersom vi fått väldigt många mejl och önskningar om att skriva om just detta.

Därför har vi valt att titta på hur mycket batterier som hypotetiskt skulle krävas för att ersätta kärnkraften. Det handlar alltså inte om att någon planerar att bygga ”Globen-batterier” utan detta är ett visuellt exempel av volym.

Batterier har många fördelar, förklarar Per Everhill, ansvarig för Public Affairs hos Tekniska Verken, som sysslar med olika former av förnybar elproduktion samt lagringslösningar inklusive batterier.

– Batterier gör i dag stor nytta i det svenska elsystemet för att hantera balansutmaningar, exempelvis frekvenshållningen på mycket kort sikt. Det handlar om sekundnivå. Batterier kan också göra nytta i lokalnät för att balansera väderberoende elproduktion, till exempel momentan balansering av solel. Dessutom kan de bidra till ökad resiliens för enskilda användare, exempelvis möjliggöra tillgång till el i sommarstugor utan elnätsanslutning eller som kortsiktig back-up för känslig verksamhet, exempelvis inom IT, säger han till TN.

”Orealistisk lösning för storskalig lagring”

Men som ersättning för planerbar el är det inte rimligt, menar han.

– Batterier har sämre förmåga att hantera större effektbehov över tid. De batterier som installeras i Sverige i dag kan som mest lagra några enstaka megawattimmar när de är fulladdade. Lokalnätet för en medelstor svensk stad kräver kanske momentant några hundra megawatt effekt under kalla vinterdagar. I en sådan situation skulle dagens största batterier räcka någon enstaka minut samtidigt som de sedan skulle behöva laddas upp igen från elnätet. Detta gör dem till en orealistisk lösning för storskalig lagring, fortsätter Per Everhill.

Efter diverse mejl om Kaliforniens elsystem gjorde Tidningen Näringslivet för ett tag sedan en mycket simpel uträkning baserat på Teslas gridscale batterilager, ”Megapack”. Uträkningen kom fram till att batterier för att lagra motsvarande en svensk topplasttimme skulle kosta ungefär 100 miljarder kronor. Detta alltså enbart för att köpa batterierna och utan att räkna med kostnaden för den elproduktion som först ska ladda dem samt kostnader för markyta, anläggning, underhåll med mera.

Detta motsvarar alltså ungefär kostnaden för en fullstor kärnkraftsreaktor och batterierna beräknas enligt batteriföretagen själva hålla i ungefär 20 år medan Svenska kraftnät i sitt planerbara scenario räknar med livstidsförlängning till 80 år på samtliga av de svenska i drift varande reaktorerna.

Hur länge nya kärnkraftsreaktorer kan tänkas hålla vet ingen i nuläget.

En annan som räknat på batteriers kostnad är Per Fahlén, professor emeritus i energi och miljö från Chalmers. Han är också medlem i Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademin och mottagare av International Energy Agencys senaste Von Rittinger-medalj 2023.

– När vi har dunkelflaute, som kan vara minst en vecka, måste hela det effektbehov som inte klaras av den planerbara kärn- och vattenkraften täckas av annan planerbar kraft inom landet, och/eller lagring och/eller bortkopplade laster. Vi kan i dagsläget inte räkna med att kunna importera i ett sådant läge.

– Batterier är ekonomiskt totalt orealistiskt, vi talar om investering på många tusen miljarder för en veckas behov. Batterierna måste dessutom förnyas kanske var tionde år. Gasturbiner är väl det som går snabbast att bygga och de kan behållas som reservkraft när vi fått en ny kärnkraftsbas, säger han till Tidningen Näringslivet.

Men kostnaden är förstås bara en faktor när det handlar om batterier. En annan intressant del är just den enorma volymen som krävs och den mängd metaller och mineraler som dessa innehåller.

– Batteriboomen i Sverige handlar mest om effekt och kommer att plana ut och avstanna vid en maximal energilagringskapacitet som bestäms av lönsamheten, säger elkraftsingenjören Klas Roudén, tidigare vakthavande ingenjör i Svenska kraftnäts kontrollrum till TN.

20 containrar för 40 megawattimmar

För denna simpla beräkning har vi valt en ny batteripark i Sverige med totalt 20 containerstora batterier som tillsammans har kapacitet att lagra 40 megawattimmar.

Medan 40 megawattimmar förstås är en betydande mängd elektricitet måste vi sätta det hela i sammanhang för att förstå poängen.

Vid Sveriges största kärnkraftsreaktor Oskarshamn 3 snurrar 1 200 ton metall prick 25 varv i sekunden, alltså nästan i ljudets hastighet på vingarna i turbinen, för att producera så mycket som 1 450 megawatt effekt.

Om man för kuriosans skull räknar om det till hästkrafter blir det ungefär 1,9 miljoner hästkrafter eller 19 miljoner ”människokrafter”.

På ett dygn genererar reaktorn 34 800 megawattimmar.

Det behövs med andra ord 870 stycken batteriparker av räkneexemplets storlek för att kunna lagra energi motsvarande ett dygn av Oskarshamn 3:s elproduktion. Med 20 containerstora batterier per park blir det totalt 17 400 containrar.

Om batterier som ersättning för planerbar elproduktion skulle bli en lösning i framtiden så borde de rimligen spridas ut men för att förstå hur mycket batterikraft det handlar om kan vi för sakens skull stapla dem på varandra i stället.

En vanlig sjöcontainer på 20 fot har en ungefärlig volym på 33 kubikmeter vilket ger oss en total volym på 574 200 kubikmeter.

Globenbatteri motsvarar en reaktor ett dygn

Den svenska ikoniska idrottsarenan och hemmaarena för Sveriges ishockeylandslag, Globen, eller Avicii Arena som den numera heter, rymmer totalt cirka 605 000 kubikmeter vilket innebär att dessa containrar då skulle fylla arenan till 95 procent.

Nu kräver batterierna då egentligen mer plats eftersom de inte staplas på varandra men förenklat kan man alltså säga att det krävs motsvarande ett batteri av storleken Globen för att lagra den energi som kärnkraftsreaktorn Oskarshamn 3 dagligen producerar.

Oskarshamn 3 är förvisso Sveriges största enskilda produktionsenhet i elsystemet men det är också bara en av de stora producenterna. Totalt finns sex kärnkraftsreaktorer i Sverige och det spelar en viktig roll för det svenska elsystemet särskilt när det är riktigt kallt ute på vintern och solen inte lyser. Ibland är det dessutom då ofta vindstilla.

Om vi går till Sveriges kallaste dag under 2024 så uppmättes enligt SMHI totalt -44,6 grader i Vittangi vilket blev århundrades kallast uppmätta dag. Under den dagen producerade den samlade kärnkraften ungefär 6 300 megawatt hela dygnet vilket motsvarar ett behov av ungefär fyra Globen-batterier.

Kallt, mörkt och vindstilla

Givetvis är dock inte en dygnsproduktion något att hänga i granen om man tänker sig ett system där endast väderberoende kraftslag producerar. Det är nämligen inte ovanligt med dunkelflautes i samband med kalla högtryck under vintern.

Dessa kan vara ganska länge. I en artikel i Tidningen Näringslivet tidigare i år modellerade Bengt J. Olsson exempelvis ett sådant scenario baserat på faktiskt produktionsstatistik från Svenska kraftnät från 2023.

En ihärdig två veckors dunkelflaute med låg vind- och solproduktion drar in över Sverige den 3 december 2023 och den slutar först den 16 december. Under hela denna period går Svenska kraftnäts hypotetiska förnybara elektrifieringsscenario på maximport av fossil kraft från kontinenten tillsammans med maxproduktion i vattenkraften men systemet klarar ändå inte av att möta efterfrågan utan det blir i stället roterande nedsläckning.

Under denna period har systemet alltså inte möjlighet att ladda några batterier utan behöver energin från alla produktionsanläggningar som kan erbjuda el. Under denna period producerade kärnkraften mellan 6 000 – 7 000 megawatt dygnet runt.

Om vi skippar elektrifieringsscenarion och bara räknar på att ersätta nuvarande kärnkraft med batterier krävs då motsvarande ungefär 60 stycken batterier av Globens storlek för att hantera denna dunkelflaute, och de ser ut att behöva bytas vart 20:e år.

Bengt J. Olsson menar att batteriscenariot blir mycket spekulativt och snarare blir någon form av halmgubbe-argument.

– Det är väl egentligen ingen som föreslår att man ska ersätta planerbar kraft med batterier? Batterierna kommer alltid att klara högst några timmars reservkraft. Det kan å andra sidan vara tillräckligt för att få igång andra reservkällor på ett ordnat sätt.

Men, han konstaterar också att han gillar ”intressanta sifferlekar”.

– Jag brukar säga att en terawattimme kan vara ett ”typbehov” av lagring i ett framtida systemet med mycket förnybart här i Norden. Sen kan man relatera olika lagringstekniker till det, säger han.

Kalifornien – inget bra exempel

Om man blickar utåt finns framför allt ett land i världen, Kalifornien, som har betydande mängder batterier i elsystemet. Landet har dock väldigt höga elpriser trots att man har vattenkraft och inhemsk billig fossilgas där den sistnämnda står för den stora delen av balanseringen.

Kärnkraften är heller inte utfasad även om man försöker och landet importerar inte minst kolkraft från grannar.

Dessutom har landet länge haft problem med roterande nedsläckning och använder sig av saker som ”flex alerts” för att få befolkningen att dra ner konsumtionen i elsystemet när värmeböljor drar in och människor vill använda luftkonditionering. Detta för att undvika att använda roterande nedsläckning.

Inget att ta efter menar den amerikanska experten och författaren till boken ”Shorting the grid”, Meredith Angwin, som är uppvuxen i Kalifornien och beskriver delstatens elsystem i TN som ett fragilt vinglas som kan gå sönder om man bara tippar det lite.

Batterier hjälper gasturbiner

Dessutom, menar hon, används batterierna också för att effektivare driva gasturbinerna så att rampningen inte behöver vara lika aggressiv. En gasturbin drar mer bränsle om den behöver accelerera väldigt snabbt så med batterier underlättas driften av gasturbinerna. Kalifornien är inte på väg att ersätta planerbar el med batterier och det är inte så det ska uppfattas, menar hon.

Tvärtom har man stora problem att fasa ut fossilgasen som man bränner för att generera elektricitet.

Danska experten Paul-Frederik Bach som varit med inne i Kaliforniens kontrollrum vid roterande nedsläckningar har också beskrivit landets elsystem som en ständig brottningsmatch med överproduktion av solenergi och den efterföljande ankkurvan.

Den stora mängden solenergi i Kalifornien har triggats fram genom ekonomiska subventioner i ena änden och politisk tvång genom exekutiva order om installation av förnybar energi i andra änden.

”Utmaningen i Sverige är säsongsvariationer”

Per Everhill hos Tekniska Verken vill påpeka att det svenska elsystemet skiljer sig från andra länders.

– För det svenska elsystemet är utmaningen också kanske främst våra säsongsvariationer snarare än dygnsvariationer. Där skiljer vi oss också ifrån till exempel Kalifornien där elanvändningen i princip bara varierar över dygnet. Vi behöver betydligt mer eleffekt vintertid än sommartid, bland annat på grund av vårt värmebehov.

Vintertid har vi inte heller tillgång till solenergi som annars lämpar sig väl för lagring då vi tidvis sommartid har överskott på el förklarar han.

– I dag kan den svenska vattenkraften som mest lagra ungefär 35 terawattimmar i dammar och sjöar. Det motsvarar några miljarder av de hemmabatterier som kan lagra några kilowattimmar som vi nu ser blir allt vanligare bland solelsproducerande villaägare. För att lösa elsystemets utmaningar på samhällsnivå i Norden behöver vi mer storskalig energilagring, exempelvis den vi har i vår vattenkraft, i bioenergi eller gas, konstaterar Per Everhill.

Måste tänka på stamnätets maxöverföring

Klas Roudén noterar att det gamla rekordkonsumtionen i det svenska elsystemet från vintern 1987 fortfarande står sig med en topplast (förbrukning) på ungefär 27 000 megawatt men att den kanske i ett framtidsscenario bör räknas upp till 30 000 megawatt även om man bortser från diverse energislukande elkonsumenter och tar ett mer modest elektrifieringsscenario.

Vattenkraften bör beräknas kunna skicka ungefär maximalt 10 000 megawatt söderöver efter Nord-Syd-projektets höjning i snitt 2, förklarar han.

– Ingen kärnkraft alls och svinkyla I Nordeuropa med vindkraftstilje, vilket inte ger någon import alls. Genast uppstår då frågorna, vad gör man när batterierna är tömda? Det är vindstilla så de kan inte laddas.

– Och vid torrår för vattenkraften. Säg med en reduktion med 2 000 megawatt och ingen hjälp från Norge på grund av samma torrår. Då måste det finnas ytterligare 4 000 megawattimmar batterikapacitet för att klara två timmars topplast.

Det hypotetiska scenariot skulle väldigt snabbt sluta i maxkörning i Karlshamnsverket samt alla gasturbiner i landet. Det skulle däremot inte räcka på långa vägar utan resultera i hopplös manuell förbrukningsfrånkoppling av stora delar av landet mitt i smällkalla vintern, menar han.

Eftersom alla inte kan elda med ved i landet vore det förstås ett hypotetiskt katastrofscenario som inte får ske.

Som Per Fahlén ser det, är det enorma materialbehovet med batterier totalt orealistiskt. Många av de strategiska metallerna domineras också av Kina, vilket TN tidigare skrivit om.

– Det lager som tar i särklass minst plats är energin som är lagrad i kärnbränslet.

– I samband med Energiewende i Tyskland uppskattade den välrenommerade ekonomiprofessorn Hans Werner Sinn att ersättning av en reaktor med vindkraft och batterier skulle kosta lika mycket som 30 nya reaktorer och då räknade han inte med tillhörande nätkostnader, att förnya batterierna samt verkningsgradsförluster.