Ankkurvan utmanar det svenska elsystemet

Solenergin står fortfarande bara för en liten del av den svenska elproduktionen men kan redan nu spela roll för effektbehovet, menar Fredrik Karlsson på Polar Capacity. Solnedgången ger ett kraftigt ökat behov av reglerkraft, vilket återspeglas i den så kallade ”ankkurvan”. Elsystemet kommer relativt snart att behöva hantera en situation där i stort sett ingen annan produktion behövs mitt på dagen, samtidigt behovet ökar med kanske 10 000 MW när solen går ner, påpekar han.

I Sverige har vi stora ambitioner när det gäller att öka användningen av förnybar energi och sol- och vindkraft har blivit allt vanligare och står nu för en betydande del av vår elproduktion. Mer vind och sol i systemet medför mer utsläppsfri produktion, vilket hjälper oss att elektrifiera både transporter och industriprocesser utan negativa effekter för klimatet. Sol och vind producerar också el i stort sett utan rörliga kostnader. De kräver (precis som vattenkraft) inga bränslen, vilket betyder att produktionskostnaden är låg eller till och med obefintlig. Detta är bra både för klimat och elanvändarnas plånböcker.

Det svenska elsystemet har varit känt för sin pålitlighet och hållbarhet. Med en stor andel vattenkraft och en välfungerande nätinfrastruktur, har vi kunnat njuta av ett stabilt energisystem. Men nu hotas denna stabilitet av ett fenomen som sprider sig över världen – ankkurvan. Denna problematik, som uppstår i samband med ökad användning av sol- och vindenergi, kräver aktiva åtgärder för att skydda elsystemet från ansträngningar och dessutom i förlängningen stora kostnader.

 

Ankkurvan, eller ”the duck curve” på engelska, beskriver det karakteristiska utseendet på ett elbehovsdiagram, när solenergi genereras under soliga dagar. Kurvan får sitt namn eftersom den liknar formen på en anka. Under dagtid, när solen är stark och solenergin produceras i överflöd, minskar behovet av konventionella energikällor som vatten- eller kärnkraft. Detta låter positivt ur ett hållbarhetsperspektiv, men det skapar också utmaningar för elsystemet.

Men när ankkurvan blir mer framträdande, uppstår allt oftare situationen där behovet av tillförd energi från andra kraftslag varierar stort under dygnets timmar. Det är dock ett effektproblem snarare än ett energiproblem.

Den här våren har Sverige för kanske första gången upplevt ankkurvan under några soliga försommardagar i maj. Det stora bekymret med ankkurvan är den snabba nedgången av elproduktionen senare på dagen. När kvällen kommer minskar solenergin vilket ger ett kraftigt ökat behov av snabb reglerkraft. Detta leder till stora kast i elpriserna – som kan vara några få ören på dagen för att stiga med 20-30 gånger på kvällen – men det medför också tekniska utmaningar.

Att solenergi kan ha en så stor påverkan på elsystemet och priserna i ett land som Sverige kan tyckas märkligt. Solel står trots allt bara för 1,5 procent av elproduktionen per år (cirka 2 TWh 2022). Traditionellt sett har energisystemet analyserats utifrån ett energiperspektiv, dvs behovet av TWh per år. Energimässigt kommer det att dröja mycket länge innan solen blir ett stort kraftslag i Sverige. Men effektmässigt kommer solelen snart att spela en stor roll – vissa timmar, vissa dagar. Mellan 2016 och 2022 ökade den installerade effekten 17-falt, från 140 MW till nästan 2400 MW. Fortsätter installationerna i samma takt (cirka 50% ökning per år) så kommer Sverige redan inom fyra till fem år att ha 8000 MW nätanslutna solanläggningar. Det motsvarar 75-80 procent av effektbehovet en typisk sommardag – och mer än så under enstaka soliga helgtimmar på sommaren.

Prismässigt betyder det att systemet relativt snart kommer att behöva hantera en situation där i stort sett ingen annan produktion behövs mitt på dagen, samtidigt som andra kraftslag och energilager måste kunna rampa upp kanske 10 000 MW på några timmar när solen går ner. Effektproblemen har hittills analyserats utifrån hur vi kan hanterar effektbehovet den timme på året då behovet är som allra störst, vilket typiskt sett är en riktigt kall vintermorgon. Men att hantera ett snabbt växlande behov av 10 000 MW är ett lika stort effektproblem oavsett om det är en sommarkväll eller en vintermorgon. Infrastruktur och flexibel produktion måste finnas och fungera – om än med sämre lönsamhet beroende på färre årliga drifttimmar.

I ett samhälle där allt fler sektorer elektrifieras, kommer den totala elanvändningen att kanske fördubblas. Precis som vi vissa sommartimmar inte kommer att behöva särskilt mycket annan produktion än sol, så kommer vi vissa vintertimmar inte att ha effekt så det räcker, när behoven är stora samtidigt som det är mörkt och vindstilla. Gemensamt för dessa situationer är att de traditionella, centraliserade lösningarna inte kommer att hantera någon av dessa effektextremer. Kapitalintensiva satsningar på elnät, kärnkraft eller kombikraftverk blir dyrare och dyrare, ju sämre utnyttjandegrad de har.

När energi allt oftare blir billig eller rent av gratis, gäller det att undvika att systemkostnaderna skjuter i höjden. Om de sista 1 000-5 000 MW kapacitet enbart behövs under 800 timmar per år istället för 8 000, så blir kapitalkostnaden 10 gånger högre per timme de används. Det är en företags- såväl som samhällsekonomisk katastrof om vi tänker oss att använda de traditionella verktygen, alltså centraliserade kraftverk och dyra nätinvesteringar. I stället måste effektproblemen i allt större utsträckning hanteras lokalt. Det gäller både när det blåser mycket och solen skiner, och när efterfrågan är hög mörka vinterdagar. Då hamnar fokus på så låga investeringskostnader per MW som möjligt – kombinerat med mycket tillgänglig och flexibel effekt. Det är ett helt nytt sätt att se på systemet. Men det är en oundviklig följd av att vi går från att fokusera på energi till att fokusera på effekt.

Fredrik Karlsson
Strategi & Samhällskontakter, Polar Capacity
fredrik@polarcapacity.se