En analys av svensk energipolitik och dess konsekvenser för den framtida elförsörjningen
Svensk elförsörjning står inför stora utmaningar. Samtidigt som det finns en vilja att använda mer el till elfordon, stålverk, datacenter, snabbtåg mm, kommer den tillgängliga produktionskapaciteten att minska.
Vi har tittat på hur allvarligt detta är, vad som kan göras och vilka konsekvenserna blir.
FÖRFATTARE Lars-Åke Andell, Civilingenjör, Täby, Sven Olof Andersson Hederoth, Civilingenjör, Simrishamn
Under de senaste månaderna har massmedia publicerat en mängd artiklar som behandlar den svenska elförsörjningen och hur den kommer att utvecklas. Vi har tittat närmare på denna viktiga resurs, vi har jämfört olika källor, vi har läst rapporter, inte minst Svenska Kraftnäts utmärkta rapport från juni 2018 [Ref 1], och genomfört egna beräkningar. Detta är resultatet.
Svensk elförsörjning idag
För inte så länge sedan karakteriserades svensk elförsörjning av mycket enkla överväganden: El ska finnas i tillräcklig mängd för konsumenter, företag såväl som privatpersoner. El ska vara så billigt som möjligt och el ska levereras med hög säkerhet, d v s strömavbrott ska vara sällsynta och kortvariga. 1960-70-talen såg en mängd hot mot dessa grundprinciper, framförallt var vi under perioder avskurna från den tidens dominerande bränsle, även för elproduktion, oljan.
Oljekriserna gjorde att priserna för råolja steg kraftigt. Elbolagen bestämde sig för att minimera beroendet av olja (och kol) och en mycket ambitiös utbyggnad av kärnkraften sjösattes. Detta gav upphov till det svenska kärnkraftsprogrammet med 12 reaktorer. Redan tidigt blev det tydligt att kärnkraften var omstridd. Säkerheten ifrågasattes, inte minst efter reaktorhaveriet i Three Mile Island, och kärnkraften blev en politisk fråga. Detta utmynnade i 1980 års folkomröstning.
Utgången av denna var otydlig men Riksdagen fattade ändå beslut om att all kärnkraft skulle vara avvecklad innan 2010. Barsebäcksverket stängdes i början av 2000-talet som en eftergift åt dansk folkopinion.
Vid denna tid växte även motståndet mot ny vattenkraft. Miljörörelsen ansåg att alltför stora naturvärden stod på spel och så småningombeslutades även att man skulle bevara de kvarvarande, orörda älvarna. Dagens svenska elproduktion är uppbyggd enligt Tabell 1. Observera att denna tabell redovisar den tillgängliga effekt man kan räkna med under den s k topplasttimmen, d v s den timme under året då Sverige drar som mest el. Detta reducerar t ex vattenkraftens effektreserv eftersom topplasttimman inträffar relativt sent under driftsäsongen och innan snösmältningen satt in och minskar vattennivåerna i vattenmagasinen och därmed också fallhöjden, vilket reducerar det möjliga effektuttaget.
Vindkraften har olyckligtvis också en relativt låg tillgänglighet vid topplasttimman, beroende på att det ofta är vindstilla när väderläget ger mycket låga temperaturer. Topplasttimman infaller också under den mörka perioden och kanske t o m på natten, varför solceller inte kan förväntas bidra alls.
Till de inhemska reserverna, framförallt i form av fossil kraftproduktion, ska läggas eventuell import från våra grannländer. Denna kan falla ut olika beroende på hur den inhemska kraftbalansen ser ut i dessa länder och vilken överföringskapacitet som finns att tillgå.
De senaste vintrarna har varit relativt milda och den svenska konsumtionen har inte överstigit 27’000 MW någon gång de senaste två åren. Erfarenheten visar att kalla år kan medföra ett effektbehov av omkring 28’000 MW, baserat på nuvarande förhållanden vad avser förbrukning [Ref 1].
Det kan också vara värt att påpeka att Sverige har ett elöverskott i genomsnitt över året. Framförallt på sommarhalvåret. Denna paradox gör det mycket svårt att förklara varför elbalansen kan komma att bli ett problem. Sverige har för närvarande ingen brist på elektrisk energi, det handlar om en effektbrist.För denna analys har vi valt att fokusera på tillgänglig effekt som huvudparameter. De allra flesta liknande studier utgår från energi.
Vi anser att en renodlad energibetraktelse blir missvisande eftersom elektrisk energi inte på något enkelt sätt kan lagras. Det överskott i elektrisk energiproduktion som Sverige uppvisar, kan inte sparas till vinterdagarnas behov. Det är då man måste ha tillräckligt med effekt i nätet.
Skillnaden mellan energi och effekt kan göras förståelig om man betraktar ett vattenkraftverk. Energin finns då lagrad i form av vatten i vattenmagasinen. Ju fullare magasinet är, desto mer energi finns lagrad. Effekten är den kraft som utvecklas när den lagrade energin används (dammluckorna öppnas och turbiner och generatorer börjar snurra). Turbinerna och generatorerna har en maximal effekt, det spelar ingen roll hur fulla vattenmagasinen är, det kan inte produceras mer ström.
Skillnaden mellan energi och effekt kan göras förståelig om man betraktar ett vattenkraftverk. Energin finns då lagrad i form av vatten i vattenmagasinen. Ju fullare magasinet är, desto mer energi finns lagrad. Effekten är den kraft som utvecklas när den lagrade energin används (dammluckorna öppnas och turbiner och generatorer börjar snurra).
Turbinerna och generatorerna har en maximal effekt, det spelar ingen roll hur fulla vattenmagasinen är, det kan inte produceras mer ström.
Framtidens förbrukning
Sverige genomgår stora förändringar som styr efterfrågan på elektricitet. Det finns ett politiskt önskemål om att fasa ut kärnkraften så fort som möjligt, stänga av allt som drivs med fossila bränslen och att svensk energiförsörjning ska vara 100% ”hållbar” och ”klimatvänlig” från 2040.
Vi tycker att bakgrunden till dessa mål är utomordentligt svåra att förstå, inte minst eftersom den nuvarande elproduktionsapparaten är utsläppsfri till ca 97%, och har varit så i 40 år. Många av de förändringar som sker eller är planerade kommer att öka CO2-utsläppen från svensk elproduktion. Den ersättningskraft som behövs för att balansera vindkraften kommer delvis att vara fossil. Tillverkningen av såväl vindkraft som solkraft belastas också med utsläpp och detsamma gäller eventuella batterilagringssystem. Detta gäller naturligtvis även kärnkraft, där utsläpp också uppstår vid brytning och förädling av uranbränslet, men utsläppen omräknade i gCO2/producerad kWh blir mindre p g a de mycket större energivolymer som produceras i en sådan anläggning.
Svensk elförbrukning kommer att öka dramatiskt under de närmaste tio åren. Detta beror på en hel rad faktorer: Ökad befolkning, elektrifiering av bilparken, byggnation av snabbtåg, nya industri-
processer inom bl a stålindustrin, datacenter för internationella företag (Amazon, Google, Facebook m fl), elektriska färjor, stora forskningsanläggningar (ESS, Max IV) o s v.
Vi ska analysera i detalj vad dessa faktorer kan medföra för effektbalansen.
Befolkningsökning
Sverige beräknas ha en befolkningsökning om ca en miljon fram till 2030, framförallt p g a invandring. Det motsvarar ca 10% av den nuvarande befolkningen. Dessa människor kommer att konsumera elektricitet och det finns ingen anledning att tro att de inte skulle göra det i samma utsträckning som den nuvarande befolkningen. Därför är det sannolikt att befolkningsökningen kommer att medföra en proportionerlig ökning av effektbehovet. Om effektbehovet under topplasttimman idag är ca 27’000 MW, så kommer den att behöva öka med 2’700 MW för att täcka den större befolkningens behov. Vi anser att dessa datacenter har en mycket begränsad positiv inverkan på det svenska samhället. Att ge sådana globalaföretag skatterabatt, samtidigt som det riskerar den svenska befolkningens tillgång till billig och säker elförsörjning är oförsvarbart och direkt omoraliskt. Det är svårt att inte se det som att svenska folket subventionerar och bidrar till Facebooks, Amazons och Googles vinster.
Elfordon
Den nuvarande regeringen har uttalat en önskan om att alla bilar ska vara eldrivna från 2030. Bensin och diesel har ett energiinnehåll på ca 10kWh/l. Motorn har en verkningsgrad på mellan 30 (bensin) och
40 (diesel) procent. En modern dieselbil drar ca 0.5-0.6 l diesel/mil. Om man utgår ifrån att Sveriges fem miljoner bilar blir elektriska och körs 10’000 km/år i genomsnitt så förbrukar de sammanlagt tre miljarder liter bränsle, vilket motsvarar ca 12 miljarder kWh, vid en termisk verkningsgrad för en förbränningsmotor om 40%. Vi utgår i denna beräkning, för enkelhetens skull, från att batteridrivna bilar har 100% verkningsgrad vilket är optimistiskt, men vi har inga tillförlitliga siffror på detta.
Om den energiförbrukningen är jämt fördelad över årets timmar motsvarar det ett effektbehov om ca 1’400 MW. Det är emellertid sannolikt att man kan styra laddningen av elbilarna till ”off peak”-perioder, varvid effektbehovet minskar något. Därtill kommer den tunga trafiken, lastbilar och bussar. Det är f n inte känt vilka ambitioner och möjligheter det kommer att finnas för att göra dessa elektriska men man får räkna med att de kommer att behöva effekt som gott och väl balanserar ut den eventuella reduktionen p g a tidsstyrd laddning.
Vi antar därför att en elektrisk fordonsflotta kommer att behöva ca 1’500 MW extra effekt.
Datacenter
Regeringen har bedrivit en aktiv kampanj för att locka hit datacenter, bl a har man erbjudit företag en lägre elskatt, genom att de nu definieras som ”basindustri”. Google, Amazon och Facebook har alla nappat på detta erbjudande och ser som en extra fördel att kylning kan ske utan större energiåtgång i det kalla svenska klimatet. Detta används i dessa företags marknadsföring för s k ”Greenwash”. Det är mycket svårt att uppskatta effektbehovet vid dessa anläggningar. En försiktig upp-skattning [Ref 3] ger vid handen att effektbehovet kan vara lika stort som för den ökande befolkningen. Vi sätter en siffra om 2’000 MW för detta.
Snabbtåg
Regeringen har aviserat att man nu ska börja bygga nya stambanor avpassade för höghastighetståg. Dessa kommer att drivas elektriskt. Det är mycket svårt att uppskatta hur stor elkonsumtionen kommer att öka p g a snabbtågen. Detaljerad kännedom om antal tågsätt, hastighet mm saknas. Dessutom ter sig tidsplanen mycket osäker och vi bedömer det som osannolikt att man skulle ha mer än en symbolisk sträcka färdig innan 2035. Vi har därför valt att inte belasta beräk-ningarna med denna komponent. Vi nöjer oss med att konstatera att när de nya snabbtågen ska tas i drift, kommer det inte att finnas tillräckligt med el för att de ska kunna köras med full hastighet, om än alls.
Stålindustrin
Stora projekt för att elektrifiera stålindustrin pågår. Enligt Aftonbladet [ref 3] kommer det att medföra en ökad effektförbrukning om ca 1’500 MW vid full utbyggnad.
Övrigt
På flera håll i landet introduceras ny teknik för att minska beroendet av fossila bränslen. Bl a har vissa färjor mellan Helsingborg och Helsingør elektrifierats. Dessa behöver åtminstone 10 MW vid laddning. Det kan förväntas att flera sådana projekt kommer. I Skåne kommer härnäst två stora forskningsanläggningar, ESS och Max IV, att tas i drift. Dessa anläggningar med acceleratorer kommer att behöva stora mängder elektricitet. Sverige vill också vara ett föregångsland vad gäller digitalisering mm. Det medför också att elförbrukningen ökar, i hemmen och på arbetsplatser.Vi bedömer att dessa och andra projekt av olika karaktär kommer att öka effektbehovet med ca 500 MW.
Förbrukningsstyrning
Det har föreslagits att man skulle kunna låta vissa högbelastande elförbrukare fjärrstyras så att de inte förbrukar el under de perioder när effektbrist uppträder. Detta är säkert en möjlighet. Frågan är bara vilka verksamheter i samhället som man kan tillåta stå stilla under ett par timmar eller t o m ett par dagar.
Med en stor mängd elbilar kan man självfallet förhindra att de laddas under just sådan tid vilket eventuellt skulle accepteras. Emellertid ska man komma ihåg att detta scenario inträffar på extremt kalla vinternätter då det samtidigt är extra viktigt för elbilsförare att ha ett fullt batteri på morgonen för att t ex kunna värma kupén. Dessutom har batterierna lägre kapacitet vid låga temperaturer, vilket ytterligare ökar behovet av att kunna ladda fullt. Det behövs också en omfattande teknisk utveckling för att möjliggöra sådan fjärrstyrning. Denna är på väg men inte har fått ett kommersiellt genombrott än.
Att låta tåg stå stilla under kalla vinterkvällar och nätter förefaller inte görbart. Stålverk kan inte avbryta produktionen hur som helst etc. Vi vill inte förringa potentialen i detta. Det handlar troligen om ”många bäckar små” men det förefaller ändå avlägset. En mer genomträngande förändring i hushållen kommer att ta längre tid
än den tidsperiod denna rapport omfattar.
Vi har ingen detaljerad information om hur förbrukningsstyrning skulle fungera och vilket bidrag det skulle kunna ge men det är mindre sannolikt att det skulle kunna ge mer än ett marginellt bidrag.
Sammanfattning
Sverige kommer att behöva ett effekttillskott om ca 8’200 MW.
Det motsvarar 5.5 reaktorer av Olkiluoto-31-typ eller 7 reaktorer
av Forsmark-3-storlek.
Framtidens produktion
De dominerande energikällorna för elproduktion kommer att kraftigt minska i kapacitet de kommande 10-15 åren. Dels har regeringen beslutat (energiöverenskommelsen 2016) att stänga av Ringhals-2 2019 och Ringhals-1 2020, dels kommer all svensk kärnkraft att falla för åldersstrecket inom 10-20 år. Ny storskalig elproduktion är inte planerad och det är orealistiskt att anta att ”förnybar” elproduktion kommer att kunna ge ett effektbidrag som ersätter kärnkraften inom de tidsramar som vi arbetar med i denna rapport. Så länge det inte finns något effektivt sätt att lagra energi har man fortsatt problemet med att när det inte blåser, blir produktionen noll. Detsamma gäller för solenergi. Solcellerna har av naturliga skäl en relativt begränsad inverkan på kraftbalansen på vintern och särskilt på natten. Därför tar vi inte med vindkraft eller andra intermittenta energikällor i beräkningen. Det betyder inte att de inte levererar ett energibidrag, men för att förhindra en effektkris är de irrelevanta.
Vi utgår från att alla andra resurser, vattenkraft, värmekraftverk, gasturbiner mm inte påverkas. Regeringen har nyligen höjt skatten för värmekraftproduktion till en sådan nivå att produktionen blir
olönsam. Detta kommer att medföra en betydande reduktion i produktionskapacitet och har stora konsekvenser för näringslivet. I skrivande stund bedömer vi att konsekvenserna är så grava och uppmärksamheten så stor att regeringen tvingas tänka om. Därför låter vi värmekraftproduktionen kvarstå oförändrad.
Skulle det visa sig att regeringen håller fast vid den nya skatten så kommer effekttillgången i Sverige reduceras ytterligare. Vi har ingen detaljerad information om hur stor del av elproduktionkapaciteten vid värmekraftanläggninga som i så fall försvinner men det är inget orimligt antagande att det är i storleksordningen
2-3´000 MW.
Att bygga nya kärn- eller vattenkraftverk kommer att ta mycket lång tid. Framförallt tillstånds- och
miljöprövningsprocessen kommer att vara tidskrävande. Dessutom finns i Sverige numera ingen eller mycket liten erfarenhet av den typen av storskaliga projekt, vilket också kommer att spela in. De flesta som tidigare genomförde projekten i Sverige är inte längre yrkesverksamma. En bidragande orsak till kunskapstappet menar vi kan ledas tillbaka till det ”kunskapsförbud” som infördes av den då sittande socialdemokratiska regeringen 1987. I lagen (1984:3) om kärnteknisk verksamhet fanns en 6 § som från 1 februari 1987 löd: "Ingen får utarbeta konstruktionsritningar, beräkna kostnader, beställa utrustning eller vidta andra sådana förberedande åtgärder i syfte att inom landet uppföra en kärnkraftsreaktor." [ref 2]. Denna paragraf upphävdes 2006.
Denna politiska kortsiktighet har medfört att universitetskurser inom kärnteknik, om de nu överhuvudtaget finns, lockar få studenter.
Den enda utvägen på kort sikt är en massiv satsning på naturgaskraftverk. Men de har den stora nackdelen att Sverige inte har tillräcklig tillgång till det europeiska naturgasnätet och därför är det osäkert varifrån gasen ska komma. Dessutom blir sådan el dyr. Mycket dyr.
Vi bedömer att den ovan redovisade framtida produktionskapaciteten visserligen representerar ett ”worst case”, men absolut inte osannolikt. När man dimensionerar något så fundamentalt som ett lands energiförsörjning måste man ha tillräckliga marginaler för att uppnå säkerhet. Det är emellertid svårt att föreställa sig ett scenario som nämnvärt förbättrar situationen.