UPTEC-ES12028
Examensarbete 30 hpSeptember 2012
Scenarioanalys över Sveriges elproduktion år 2050 Kan Sverige försörja sig med 100 % förnybar
elproduktion?
Ida Adolfsson
Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 – 471 30 03 Telefax: 018 – 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student
Abstract
Scenarioanalys över Sveriges elproduktion år 2050. KanSverige försörja sig med 100 % förnybar elproduktion?Analysis of the Swedish electricity production 2050 -Can Sweden provide 100% domestic renewableelectricity to cover the demand in 2050?Ida Adolfsson
The aim of this report was to investigate if Sweden can have 100 % renewableelectricity production in the year 2050. The conclusion is that it is possible but undercertain conditions. For instance wave power must be in commercial use. When windpower and solar power represent a large percentage of the electric production therewill be a lack of electric power during the winter but during the summer there will bea surplus of electric power. Both the surplus and the lack of electric power need tobe taken into account. Two possible ways to handle this are by demand sidemanagement and to have good transmissions capacity to other countries. Both wayshave their benefits and disadvantages and more studies need to investigate if thoseways can manage the surplus and the lack of electric power.
ISSN: 1650-8300, UPTEC ES12028Examinator: Kjell PernestålÄmnesgranskare: Mikael HöökHandledare: Fredrik Martinsson
IVL
Scenarioanalys över Sveriges elproduktion år
2050 Kan Sverige försörja sig med 100 % förnybar
elproduktion?
Ida Adolfsson
2012-05-25
2
Abstract
The aim of this report was to investigate if Sweden can have 100 % renewable electricity
production in the year 2050. The conclusion is that it is possible but under certain
conditions. For instance wave power must be in commercial use. When wind power and
solar power represent a large percentage of the electric production there will be a lack of
electric power during the winter but during the summer there will be a surplus of electric
power. Both the surplus and the lack of electric power need to be taken into account. Two
possible ways to handle this are by demand side management and to have good
transmissions capacity to other countries. Both ways have their benefits and disadvantages
and more studies need to investigate if those ways can manage the surplus and the lack of
electric power.
3
Sammanfattning
Ett av Sveriges klimatmål är att år 2050 ska Sverige inte ha några netto-emissioner av
växthusgaser. Rapporten Swedish long-term low carbon scenario visar hur väl Sverige kan
uppnå målet. I rapporten antas att Sveriges elförbrukning år 2050 kommer vara 160 TWh
och 75 TWh av dessa var inte specificerad i detalj. Syftet med denna rapport är att
undersöka hur dessa 75 TWh skulle kunna produceras år 2050. De energikällor som har
undersökts är: kärnkraft, vindkraft, solceller, vågkraft, småskalig vattenkraft och
strömkraftverk. Övriga energikällor som vattenkraft och kraftvärme var redan specificerade i
Swedish long-term low carbon scenario och därför har inte studeras djupare.
Syftet med denna rapport har bestått av tre delar, där den första delen är en litteraturstudie
över olika scenariometodiker och utifrån litteraturstudien väljs en metod ut för att kunna
genomföra scenarioanalysen Sveriges elproduktion år 2050. I scenarioanalysen har olika
elproduktionsmixer tagits fram och även studerats vilka krav och möjligheter som behövs för
att ha ett elsystem när elproduktionen är 100 % förnyelsebart. Den sista delen bestod av att
utvärdera programvaran LEAP, Long Energy Alternatives Planing System som användas i
scenarioanalysen.
Det finns olika sätt att klassificera och indela olika typer av scenarier. Ofta används de tre
huvudkategorier prediktiva, explorativa och normativa. (Börjesson, 2006) Varje kategori står
för olika syften och varje kategori har en fråga som ska besvaras. Prediktiva scenarier svarar
på frågan: Vad kommer att hända? Explorativa svarar på frågan: Vad kan hända? Medan
normativa svarar på frågan: Hur ska ett visst mål uppnås?
Sveriges elproduktion år 2050 var ett normativt scenario eftersom målet med
scenarioanalysen var att se om Sverige kan ha en 100 % förnybar elproduktion. Resultatet
visar att det är möjligt men under vissa förutsättningar. En viktig förutsättning är att vågkraft
och strömkraft finns i kommersiellt bruk. Andra förutsättningar är att laststyrning och bra
överföringskapaciteter till andra länder måste finnas. När elproduktionen består till 100 %
förnybart kommer det vara eleffektbrist under vintern men eleffektöverskott under
sommaren för att solceller producerar maximalt samtidigt som elbehovet är som lägst.
Laststyrning innebär att elkonsumenter styr sin elförbrukning från perioder med eleffektbrist
till perioder med eleffektöverskott. Ett annat sätt är att importera eleffekt från
grannländerna när det är eleffektbrist i Sverige och visa versa. Centrala och södra Europas
elbehov är det motsatta till det svenska. De har eleffektbrist under sommaren och
eleffektöverskott under vintern. Genom att förstärka överföringskapaciteten med 1 GW till
andra länder kan alla dagar tillgodoses med hjälp av import år 2050.
LEAP, Long-range energy alternative planning system, är ett simuleringsprogram som
används för scenarioanalyser med ett tidsintervall på 25 till 50 år. LEAP är en programvara
som är väldigt flexibel. Den kan bygga upp nästan alla typer av scenarier. Det är en
användarvänlig programvara och lämpar sig även i utlärningssyfte om energisystemets
4
utveckling. En nackdel är att det blir för flexibelt så att vissa noggrannheter har bort
prioriterade. Till exempel kan inte export eller import vara varierande. En annan teknisk
nackdel med programvaran är att den inte klara av att hantera produktionsvariationer på
timbasis.
Ordlista
Effektbrist Uppstår när elbehovet är större än produktionen Energibrist Uppstår om effektbrist har var under en längre tid LEAP Long Range Energy Alternative Planing System Kausala samband Ett samband som bygger på orsak och verkan förhållanden Normalår Medelårsvärdet för elproduktion
Systemstruktur Beskiver hur systemet är uppbyggt Teknisk potential Andelen energi som en produktionskälla kan producera om alla
möjliga platser byggs ut VSV Vindkraft, solceller och vågkraft Utnyttjandegrad Kvoten mellan producerad energi och maximalt producerad
energi
5
Innehållsförteckning
1 Inledning .................................................................................................................. 7
1.1 Bakgrund _________________________________________________________________ 7
1.2 Mål _____________________________________________________________________ 7
1.3 Metod ___________________________________________________________________ 8
1.4 Antaganden och begränsningar ______________________________________________ 8
2 Litteraturstudie ......................................................................................................... 9
2.1 Scenariometodik ___________________________________________________________ 9
2.1.1 Prediktiva scenarier – Vad kommer att hända? ............................................................................ 9
2.1.2 Explorativa scenarier– Vad kan hända? ...................................................................................... 10
2.1.3 Normativa scenarier- Hur kan ett visst mål uppnås? .................................................................. 10
2.2 Genomförandefaser _______________________________________________________ 11
2.2.1 Inventeringsfasen ........................................................................................................................ 11
2.2.2 Modellering och simulering......................................................................................................... 11
2.2.3 Utvärdering av resultatet ............................................................................................................ 12
2.3 Modelleringsprogram ______________________________________________________ 13
2.3.1 Long range Energy Alternative Planning, LEAP ........................................................................... 13
2.3.2 Markal/Time ................................................................................................................................ 13
2.3.3 MiniCam ...................................................................................................................................... 13
2.4 Exempel på olika scenarier __________________________________________________ 14
2.4.1 World energy outlook 2011,WEO ............................................................................................... 14
2.4.2 Energy technology perspectives, ETP .......................................................................................... 14
2.4.3 Sveriges energiförsörjning år 2030.............................................................................................. 15
2.5 Slutsatser av litteraturstudien _______________________________________________ 15
3 Inventering ............................................................................................................. 17
3.1 Sveriges elsystem idag _____________________________________________________ 17
3.1.1 Sveriges elproduktionsmix .......................................................................................................... 17
3.1.2 Vattenkraft .................................................................................................................................. 18
3.1.3 Kärnkraft ...................................................................................................................................... 19
3.1.4 Vindkraft ...................................................................................................................................... 19
3.1.5 Andra förnybara energikällor ...................................................................................................... 20
3.2 Balansering av elproduktion och elförbrukning _________________________________ 20
3.3 Möjligheter och utmaningar för framtida elsystem ______________________________ 21
3.3.1 Laststyrning ................................................................................................................................. 21
3.3.2 Energilager .................................................................................................................................. 22
3.3.3 Transmissionsledningar ............................................................................................................... 22
4 Scenarioanalys: Sveriges elproduktion år 2050 ........................................................ 23
4.1 Teknisk potential _________________________________________________________ 24
4.2 Utnyttjandegrad __________________________________________________________ 25
6
4.3 Scenarier ________________________________________________________________ 26
4.3.1 Scenario kärnkraft, SK ................................................................................................................. 26
4.3.2 Scenario mitten, SM .................................................................................................................... 27
4.3.3 Scenario förnybart, SF ................................................................................................................. 28
5 Modellering och simulering ..................................................................................... 29
5.1 Simulering _______________________________________________________________ 29
6 Resultat .................................................................................................................. 30
6.1 Huvudscenarierna, HS _____________________________________________________ 30
6.2 Utvärdering av resultaten __________________________________________________ 36
6.2.1 Utnyttjandegraden för vindkraft ökar med 10 %, KA1 ................................................................ 36
6.2.2 Vattenkraften ökar sin utnyttjandegrad med 10 %, KA2 ............................................................ 37
6.2.3 Elbehovet minskar med 10 %, KA3 .............................................................................................. 38
7 Diskussion .............................................................................................................. 39
7.1 Resultat _________________________________________________________________ 39
7.2 Utformningen av Sveriges elförbrukning år 2050 ________________________________ 41
7.3 Utvärdering av simuleringsprogrammet LEAP __________________________________ 42
8 Slutsatser ............................................................................................................... 43
9 Litteraturförteckning .............................................................................................. 45
Bilaga 1 .......................................................................................................................... 49
Bilaga 2 .......................................................................................................................... 51
7
1 Inledning
1.1 Bakgrund Denna rapport bygger vidare på rapporten Swedish long-term low carbon scenario, som IVL,
Svenska Miljöinstitutet, tog fram. Rapporten beskriver hur långt Sverige kan nå för att bli ett
land utan nettoemissioner av växthusgaser. Resultatet visar att Sverige kan nå långt men
nollemissioner kan inte uppnås. Ett annat resultaten visar att år 2050 kommer den totala
elproduktionen vara 160 TWh, jämfört med 147 TWh som producerades år 2010. Det är en
ökning på 7 % jämfört med år 2005 som är basåret för rapporten. Det ökade elbehovet antas
bero på befolkningsökning och att elbilar kommer att utgöra en stor del av bilflottan. I Tabell
1 återfinns år 2050s elproduktionsmix enligt denna rapport.
Tabell 1 Sveriges elproduktion år 2050 från Swedish long- term low carbon scenario
Elproduktion i TWh År 2005 År 2050
Vattenkraft 72 68 Kärnkraft 70 * Vindkraft 0,9 * Vågkraft 0 * Solceller 0 * Kärnkraft, vågkraft, vindkraft och solceller
- 75
Kraftvärme i fjärrvärme 7,3 7 Kraftvärme i industrin 4,6 10 Totalt 157,8 160
Idag producerar vattenkraft 65 TWh (Elåret 2010,2010) ett normalår. Ökningen till 68 TWh
beror på klimatförändringarna, vilket ökar tillrinningen till vattenkraftsdammarna.
Rapporten kvantifierar inte andelen kärnkraft, vindkraft, solceller och vågkraft. Denna
rapport ska studera hur dessa 75 TWh kan produceras. De energikällor som studeras är
vindkraft, solceller, vågkraft och kärnkraft. Kärnkraften utgör idag en viktig roll i Sveriges
elsystem och kärnkraftens framtid är oviss. Förutom att specificera denna elproduktion
kommer även behovet av balansering studeras när elproduktionen består av 100 %
förnybart.
IVL vill ha en utvärdering av energisimuleringsprogrammet Long- range Alternative Energy
Planning System, LEAP, som är utvecklad av Stockholm Environment institut, SEI. (Stockholm
Environment Institute, 2011)
1.2 Mål Det övergripande målet för denna rapport är att ta fram olika scenarier för ett antal möjliga
utvecklingar för Sveriges elproduktion fram till år 2050. All elproduktion ska ha låga
koldioxidsemissioner och ska kunna tillgodose elbehovet för alla dagar under året.
8
Rapporten innehåller även några delmål och dessa är:
Utforma en litteraturstudie över scenarioanalysmetodik för att kunna välja ut en
metod som ska användas i fortsatta analysen.
Utforma tre scenarier utifrån rimliga antaganden angående utvecklingshastigheter
och tekniska potentialer.
Simulera scenarierna med simuleringsprogrammet LEAP och utvärdera scenarierna
och programvaran.
I analysen kommer även behovet av lösningar för effektstyrning av elbehovet att tas upp.
1.3 Metod Rapporten genomfördes i tre delar. Den första delen bestod av en litteraturstudie om
scenarioanalyser. Litteraturstudien handlade om vilka olika metoder som finns inom
scenarioanalys och generella genomförandeprocesser för scenarier som studerar
tidshorisonter på 25 till 50 år.
Den andra delen bestod av att samla in information om dagens och morgondagens elsystem.
Utifrån den insamlade informationen utformades tre scenarier där alla scenarier kommer att
producera 160 TWh år 2050 och det som skiljde scenarierna åt är var 75 TWh ska
produceras. Resterande 85 TWh står vattenkraften och kraftvärmen1 för. Övriga
produktionskällor som har studeras är vindkraft, solceller, vågkraft, strömkraft, småskalig
vattenkraft och kärnkraft. På grund av bristfällig information antogs att småskalig vattenkraft
och strömkraft följde samma produktionsmönster som vågkraften.
Den sista delen bestod av att simulera utformningen av scenarierna i
simuleringsprogrammet LEAP och även en utvärdering av LEAP genomfördes.
1.4 Antaganden och begränsningar Utformningen av de tre scenarierna grundande sig på antaganden från rapporten Swedish
long-term low carbon scenario och nedanstående antagande syftar till de ospecificerade 75
TWh i rapporten Swedish long-term low carbon scenario.
All produktion ska ske inom Sveriges landsgränser.
Produktionskällorna ska inte släppa ut växthusgaser under elproduktion.
Bioenergi ska inte inkluderas.2
De begränsningar som har gjorts är:
Ekonomiska aspekter på utvecklingen av olika energikällor.3
Elnätet i sig kommer inte medföra några begränsningar.
1 Ett samlingsbegrepp för kraftvärme i industrin och i fjärrvärmenätet.
2 Bioenergi var redan definierad i IVL rapporten Swedish long-term low carbon scenario
3 Till exempel marknadshinder med mera
9
Lagar och regler som begränsar eller gynnar framväxten av olika energikällor.
Ekologiska påverkningar i lokala ekosystem från elproduktionsanläggningar.
Acceptans för olika energikällor.
2 Litteraturstudie
2.1 Scenariometodik Scenarier kan användas i många olika sammanhang. Scenarier kan till exempel beskriva en
hypotetisk framtid eller beskriva hur en önskad vision kan uppnås. (Krüger Nielsen, 2007)
Beroende på syftet med scenariot finns olika kategorier. Dessa kategorier är: prediktiv,
explorativa och normativa. Där varje kategori svara på en fråga. Prediktiva scenarier svara på
frågan: Vad kommer att hända? Explorativa scenarier besvarar: Vad kan hända? Medan
normativa scenarier svara på frågan: Hur kan ett visst mål uppnås? Alla kategorier har
underkategorier och i Figur 1 visas en schematisk bild över dem.
Figur 1 Schematiskbild över kategorierna inom scenariometodik
Förutom kategorierna finns några begrepp som florerar i litteratur om scenarier. Dessa är
systemstruktur, inner- och yttre faktorer. Systemstruktur beskriver hur olika delar av
systemet samverkar och påverkar varandra och hur randvillkor påverkar systemets
utveckling. Innerfaktorer beskriver faktorer som påverkar systemet och som går att styra
över, medan yttre faktorer beskriver det motsatta. Det är faktorer som påverkar systemet
men som inte går att styra över.
2.1.1 Prediktiva scenarier – Vad kommer att hända?
Prediktiva scenarier förutspår vad som kommer att hända i systemet och ofta antas att
rådande systemstruktur är oförändrad under tidsperioden. Tidperioden är ofta kort, upp till
några månader. Ju länge tidsperioden är desto osäkrare blir resultatet. Historiska data och
sannolikhetsberäkningar används ofta vid utformningen av prediktiva scenarier.
10
Prognoser beskriver den troligaste utvecklingen för systemet när systemstrukturen är
oförändrad. Resultat från prognoser kan bestå av högsta och lägsta utfallet. Prognoser
används bland annat vid planeringsarbete. (Börjeson, Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden,
2006)
Prognoser kan vara självuppfyllande. Till exempel på 70-talet prognostiserades att elbehovet
skulle öka, vilket låg till grund för utbyggnaden av kärnkraften. Tillgången på elenergi ökade
kraftigt vilket gjorde att elenergi användes inom fler områden än tidigare som till exempel
eluppvärmning i byggnader. Resultatet blev att elförbrukningen ökade kraftigt i Sverige.
(Gode, Särnholm, Zetterberg, Arnell, & Zetterberg, 2010)
Ifall -scenarier visar om vad som händer i systemet om något förutbestämt sker. Det
förutbestämda kan vara förändringar av inner- och yttre faktorer. Ofta består ifall -
scenarierna av flera olika prognoser där skillnaden mellan prognosen ska vara tydliga.
Skillnaden ska vara ja eller nej för viktiga parametrar och inte vara storleken på vissa värden.
(Börjeson, Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden, 2006)
2.1.2 Explorativa scenarier– Vad kan hända?
Explorativa scenarier används för att visa vad som kan hända och de består ofta av flera olika
scenarier som studerar systems utveckling i många olika perspektiv. Ofta finns det även ett
referensscenario som inte innehåller några förändringar. Det som skiljer explorativa
scenerier från ifall– scenarierna, som tillsynses är liknar varandra, är att explorativa scenarier
studerar systemets utveckling mer strukturellt och djupgående. Tidsperioden är en annan
skillnad. Där explorativa scenarier har en längre tidperiod än ifall - scenarierna.
Externa scenarier beskriver hur systemet kommer att påverkas av yttre faktorer. Externa
scenarier studerar hur okontrollerbara parametrar påverkar systemet. De används ofta i
utformning av strategiska planer. De ger en bild av vad som kan hända och därigenom kan
robusta strategier tas fram.
Strategiska scenarier beskriver olika av ett strategiskt beslut utifrån hur omvärlden kan
förändras. De används bland annat för att få en inblick i hur politiska strategier kommer att
påverkar olika delar av samhället vid olika antaganden, om hur framtiden kommer se ut och
ger inspiration till politiska analytiker och forskargrupper.
2.1.3 Normativa scenarier- Hur kan ett visst mål uppnås?
Normativa scenarier beskriver hur ett specifikt mål kan uppnås. Det som kännetecknar
normativa scenarier är att de utgår från en vision om framtiden, ofta långt fram i tiden. Det
är till de normativa scenarierna att staka ut en väg som leder till den önskade visionen och
målet.
De underkategorier som finns är preserverande- och transformerande scenarier.
Preserverande scenarier beskriver hur målet kan uppnås genom att omstrukturera
11
nuvarande systemstruktur. Transformerande scenarier beskriver vägen till målet, när
rådande systemstruktur blockerar en nödvändig förändring.
Preserverade scenarier beskriver den mest effektiva vägen att uppnå målet och ofta handlar
det om att hitta den mest kostandaseffektiva vägen. Oftast används en optimeringsmodell
eller en kvalitativ modell, se mer i kapitel 2.2.2. Kvalitativa modeller används ofta inom
planering på kommunal nivå.
Transformerande scenarier, exempelvis backcasting, används när rådande
utvecklingstrender inte klarar av att nå målet och det krävs ett trendbrott. Ofta handlar det
om visioner över hur samhällsproblem ska lösas i ett långt tidsperspektiv och vilka
förändringar som krävs för att uppnå målet. Ett problem med transformerande scenarier är
att det ofta blir dyrare i ett kort tidsperspektiv och under tiden fram till slutåret kan nyare
och bättre lösningar vara möjliga. (Börjeson, Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden, 2006)
2.2 Genomförandefaser Att utforma scenarier börjar med att formulera ett syfte och utifrån syftet väljs en av
kategori som har beskrivets ovan. Oberoende av vilken kategori som väljs genomgår all
kategorier tre olika faser. Olika faser tar olika lång tid beroende på vilken kategori som har
valts.
De tre faserna är inventering, modellering och simulering, och utvärdering av resultat.
Nedan ges en mer ingående beskrivning av alla faser.
2.2.1 Inventeringsfasen
Inventeringsfasen består av att samla in information och kunskap om framtiden. Inom
normativa scenarier är inventeringsfasen en viktig del. Ett vanligt sätt är att använda sig av
kvalitativa metoder. Det finns en mängd olika kvalitativa metoder som till exempel
workshops, tankesmedjor och Delphimetoden.
Delphimetoden bygger på att fler individer har lättare att skapa en bättre helhetsbild än en
enskild individ. Det finns många olika varianter av Delphimetoden men grundtanken är att
olika experter får besvara på en specifik fråga. Svaren sammanställs och redovisas. Därefter
får experterna möjlighet att ändra sitt svar. Processen genomförs fram tills alla är nöjda med
svaret. Fördelar med Delphimetoden är att metoden ger ett resultat på kort tid och metoden
används ofta vid komplexa frågor.
2.2.2 Modellering och simulering
Utifrån den insamlade informationen sammanställs allt till en helhet, ett system. Oftast
används matematiska modeller för att bygga upp systemet. Tidserieanalyser, explantoriska
modeller och optimeringsmodeller är exempel på matematiska metoder som oftast används.
Under modelleringsfas väljs hur komplext systemstrukturen ska vara. Antingen grundar sig
utformningen på enkla antaganden som till exempel explorativa metoder för att beskriva
utvecklingen eller så består systemstrukturen av kausala samband mellan variabler. Kausala
12
samband innebär att systemstrukturen bygger på orsakssamband. Det måste alltid finnas
minst en orsak följt av en verkan i systemet, till exempel kommer viljan att köpa minska om
priset går upp. (Börjeson, Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden, 2006) En komplex
systemstruktur ger inte alltid en bättre bild av verkligheten jämfört med en förenklad
systemstruktur och det finns en risk att ju mer komplext systemstrukturen blir desto färre
personer verkligen förstår systemstrukturen. (Krüger Nielsen, 2007)
Modelleringen sker oftast med hjälp av datorer, antingen färdiga programvaror, se mer
kapitel 2.3, eller ”hemmabyggen”. Fördelen med datoriserade modeller är att stora mängder
information kan hanteras på ett enkelt sätt och det är ett bra sätt att förutse framtiden på i
kända system. Det problem som finns vid modellering är att det är svårt och ibland omöjligt,
att modellera mänskligt beteende och stokastiska system, till exempel väder. (Börjeson,
Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden, 2006) Många kritiserar energiscenerier för att de
överser hur sociala och politiska utvecklingar inverka på systemet som ofta har en viktig roll i
hur utvecklingen blir. (Krüger Nielsen, 2007)
I välkända system används ofta tidsserieanalyser och explantoriska modeller för att förutse
framtiden. Tidsserieanalyser bygger på historiska data, vilket gör att tidsserieanalyser
förutser vad som kommer att hända i framtiden om dagens trender gäller.
Optimeringsmodeller är den tredje typen av matematiska samband som ofta används för att
beskriva systemstrukturen. Optimeringsmodeller fungerar genom att hitta det effektivaste
tillvägagångssättet för att nå ett mål. Oftast optimeras systemet mot att hitta den mest
kostnadseffektiva vägen. En nackdel med optimerings modeller är att den utgår från dagens
begränsningar, lösningar och möjligheter. Det kan medföra, i ett långt tidsperspektiv, att
modellen missar viktiga lösningar som kan i dagsläget är dyrare men i ett annat perspektiv är
en bättre lösning för exempelvis miljö- och sociala aspekter.
I normativa scenarier, speciellt för transformerade scenarier, är modelleringen inget ultimat
tillvägagångssätt. Det beror på att i tranformerande scenarier ofta består av stora
förändringar vilket kan innebär att systemstrukturen måste ändras för att uppnå målet. Dock
kan modelleringsmetoder vara en del av utformningen av scenariot. Tidsserieanalyser och
explantoriska beskriver dagens trender och de ger indikationer på hur vägen till målet ska
uppnås.
2.2.3 Utvärdering av resultatet
Efter att modelleringen har gett ett eller flera resultat, ska resultatet utvärderas.
Utvärderingar kan bestå av att ta fram många olika körningar där olika parametrar har
ändras. På så sätt kan man se vilka parametrar som har störst påverkar av resultatet, både
som enskilda parametrar och vilka parametrar som påverkar andra parametrar, det vill säga
orsakssamband. (Börjeson, Höjer, Dreborg, Ekvall, & Finnveden, 2006)
13
2.3 Modelleringsprogram För att skapa olika scenarier kan olika modelleringsprogram användas. Olika programvaror
har olika styrkor och svagheter och beroende på scenariots syfte ska en anpassad
programvara användas. De program som tas upp nedan är programvaror som är anpassade
för energiscenarier och kan utforma scenariot utifrån ett ”top-down” angreppsätt samt har
ett långt tidsperspektiv.
2.3.1 Long range Energy Alternative Planning, LEAP
LEAP är en simulerande programvara som används för scenarioanalyser av energisystemet
och kan kopplas till växthusgasutsläpp. Programvaran är utvecklat av Stockholm Environment
Institute, SEI, för att främst användas i utvecklingsländer.
LEAP används för att analyser ett lands energisystem i ett långt tidsperspektiv, 25 till 50 år.
Tidssteget är ett år men elproduktion och elbehovet kan delas upp från timmar till säsong.
LEAP är en flexibel programvara där användaren har en mängd olika valmöjligheter att bygga
upp sin systemstruktur. Det är allt från grundläggande utformningar som top-down eller
bottom-up, till hur utvecklingshastigheten av olika parametrar ser ut. Andra valmöjligheter
är att det finns optimeringsmöjligheter och med hjälp av LEAP kan konsekvenser av olika
styrmedel studeras.
LEAP har använts av flera olika länder och används främst för att se hur olika vägval kommer
att påverka utsläppen av växthusgaser och energibehovet. Till exempel i Kina har
programvaran använts för att illustrera fördelarna med att energieffektivisera byggnader.
2.3.2 Markal/Time
Markal/Time är utvecklad av International Energy Agency, IEA. Där
huvudanvändningsområdet är att studera hur indata förändras över tiden, ofta för energi-
och miljösystem i ett global eller regionalt system. Tidsaspekten är ofta mellan 25 till 50 år.
Det årliga elbehovet kan om så önskas ställa in på säsong-, veck- och timbasis. Alla typer av
produktionsanläggningar finns med som till exempel termiska och förnybara anläggningar.
Markal/Time är en optimerande programvara som tar fram det bästa resultatet utifrån valda
parametrar. Resultatet kan begränsas av både politiska och fysiska begränsningar.
Markal/Time har använts i framtidsstudier som till exempel för att studera kärnkraftens roll i
framtiden. Europakommissionen använde Markal/Time i sina rapporter om hur EU ska klara
av en stor andel av förnybar elproduktion.
2.3.3 MiniCam
MiniCam är en snabb och flexibel programvara som används i extrema långa tidperioder och
vid stora förändringar i antingen globalt eller regionalt för energi- eller jordbrukssystem. För
att behärska MiniCam väl, behövs månader av träning. MiniCam simulerar ekonomisk
aktivitet, energibehov och utsläpp av växthusgaser i tidssteg på 15 år. Olika typer av
marknader som till exempel olja, gas, kol och biomassa kan inkluderas. Även olika kostnader
14
för de olika energisystemen kan tas med. Ett stort fokusområde är olika energiteknik som till
exempel produktionskällor. Dock finns inte fjärrvärme, batterier och pumpkraft med. Ett
annat fokusområde är hur det uppbyggda systemet påverkar den globala uppvärmningen.
MiniCam har används för att utvärdera hur uran- och oljeförbrukningen kommer att
påverkas i framtid. (Connolly, 2009)
2.4 Exempel på olika scenarier Det finns många kända rapporter som innehåller olika scenarier för framtiden. Nedan finns
ett antal energiscenariorapporter beskrivna. Rapporternas författare går sällan ut med vilken
metodik de använder. Därför har det utgåtts ifrån deras beskrivningar för att säga något om
vilken typ av metodik de har använt.
2.4.1 World energy outlook 2011,WEO
Varje udda år ger IEA ut rapporten World Energy Outlook, WEO. Rapporten består av en
analys över de globala energimarknaderna idag och 25 år framåt. Analysen bygger på de
senaste data, politiska utvecklingen och erfarenhet från tidigare WEO-rapporter. WEO
innehåller även det globala energibehovet och tillgångar utifrån olika scenarier. Varje
scenario är uppdelat i länder, bränsle och sektorer.
WEO 2011 är uppdelat i tre huvudscenarier. New policies scenario är det scenariot som
ligger i fokus. Den innehåller olika politiska åtgärder. Dessa politiska åtgärder syftar till att
minska utsläppen av växthusgaser. Dock kommer inte åtgärderna att klara av, att upp nå två
gradersmålet. Målet handlar om att koldioxidhalten i atmosfären inte får överskrida 450
ppm. Olika versioner av new policies finns med. Till exempel studeras vad som kommer att
hända om utbyggnaden av kärnkraften minskar som en påföljd av händelserna i Fukushima.
Det andra huvudscenariot är 450 scenario. Detta scenario utgår från det internationella två
gradersmålet. Det sista scenariot är current policies scenario. Det bygger på att inga nya
politiska åtagande kommer att tillkomma efter år 2011. Detta scenario visar hur dagens
politiska åtgärder kommer att påverka i framtiden. (IEA, World energy outlook 2010, 2010)
De olika huvudscenarierna använder sig av olika metodiker. Current policies har en prediktiv
karaktär för att den studera hur dagens politiska åtaganden kommer utvecklas under de
närmaste 25 år. I New policies antas att politiska åtgärder kommer att införas vilket gör att
IEA har använt sig av en explorativ metod.
2.4.2 Energy technology perspectives, ETP
IEA, ger vartannat år ut rapporten Energy technology perspective, ETP. Rapporten innehåller
olika energiscenarier över världen år 2050. Fokus ligger på hur nya teknik ska användas i
olika sektorer och på olika platser. Grundtanken med rapporten är att ge en bild över hur
utsläppen av växthusgaser kan minska samtidigt som energisäkerheten stärks även då
behovet av energi i utvecklingsländer ökar.
15
Rapporten består av två huvudscenarier. Det ena scenariot är ett referensscenario som
bygger på WEOs referensscenario. Den innehåller inga nya politiska åtagande inom energi
och klimat. Den andra delen kallas för BLUE MAP case och består av flera olika varianter.
Målet för samtliga scenarier i BLUE MAP case är att minska utsläppen av växthusgaser med
50 % jämfört med år 2005 och att hitta det mest kostnadseffektiva förslaget med befintlig
och ny teknik, som har låga koldioxidutsläpp. Andra aspekter som är en del av målet är
energisäkerhet och att hitta andra värdegrunder för ekonomisktillväxt som till exempel att
hälsan förbättras när luftföroreningarna minskar. Energisäkerhet innebär bland annat att
minska behovet av fossila bränslen. (IEA, Energy technology perspectives 2011, 2011)
ETP 2010 använder sig av två typer av scenariometodiker. Referensscenariot bygger på
prognoser och genom att titta på det historiska behovet kan framtida behov fås fram med
antagandet att inga nya förändringar kommer att ske. Det andra scenariot är av normativ
karaktär. Målet är klart och väl specificerat och utifrån vissa antaganden tas olika möjliga
vägar fram för att nå målet. IEA använder sig av transformeringsscenarier för att de vill visa
hur en förändring kan ske men då måste den rådande strukturer förändras.
2.4.3 Sveriges energiförsörjning år 2030
Energimyndigheten ger vart annat år ut rapporten Sveriges energiförsörjning 2030. Syfte
med rapporten är att ge en bild över Sveriges energisystem idag fram till år 2030. Genom att
studera dagens styrmedel och antaganden om bland annat ekonomisk utveckling och
oljepriser tas en prognos fram. Energimyndigheten ser prognosen som en konsekvensanalys
för gällande styrmedel och antaganden. Prognosen bygger på basåret 2007 och visar hur
Sveriges energitillförsel och energiförbrukning kommer se ut för olika sektorer. I Sveriges
energiförsörjning år 2030 finns ett huvudscenario och två alternativa scenarier. Det ena
alternativa scenariot bygger på att den ekonomiska tillväxten är högre och den andra antar
att priset på fossila bränslen är högre än i huvudscenariot. (Energimyndigheten, Sveriges
energiförbrukning 2030, 2010)
Sveriges energiförsörjning 2030 är ett prediktivt scenario för att rapporten vill visa att hur
dagens trender kommer att påverka framtiden.
2.5 Slutsatser av litteraturstudien Alla scenarier börjar med en frågeställning och utifrån frågeställningens syfte väljs en
scenariokategori ut. I Tabell 2 finns en sammanställning på scenariokategorierna och vilken
fråga som korrelerar till vilken scenariokategori.
Utgångspunkten för denna rapport är att undersöka om Sverige kan ha 100 % förnyelsebar
elproduktion år 2050. Frågeställningens syfte har en normativ karaktär för att den utgår från
en vision om framtiden. Däremot är det inte lika tydligt om det är ett preserverande eller ett
transformerande scenario.
16
En viktig del i transformerande scenarion är att ett trendbrott måste ske för att uppnå målet.
Under de senaste åren har förnyelsebar elproduktion ökat vilket indikerar att det inte
behövs ett trendbrott för att uppnå 100 % förnybar elproduktion. Dock kräver ett 100 %
förnybar elproduktion att kärnkraften avvecklas och idag är trenden den motsatta. Idag
genomförs stora satsningar på kärnkraften genom effekthöjning vilket indikerar att
kärnkraften inte ska läggas ned. Preserverade scenarier använder ofta optimering för att
hitta den effektivaste vägen för att uppnå målet, något som inte har används.
Vid utformningen av Sveriges elproduktion år 2050 användes en blandning av ett
preserverande scenario och ett transformeranade scenario för att det både krävs trendbrott
och omfördelning av resurser för att ha 100 % förnybar elproduktion år 2050.
17
Tabell 2 Sammanställning över scenariokategorierna och exempel på kända scenarier
Tid Syfte Verktyg/modell Exempel
Prediktiva – Vad kommer att hända?
Prognoser Kort Om gällande utveckling fortgår
Tidsserier Explanatorisk Optimering
Energimyndighetens prognosrapport WEO, ETP
Ifall Kort Ett spann av olika händelser Explanatorisk Optimering
Explorativa - Vad kan hända?
Externa Långt Hur yttre faktorer påverkar systemet
Explanatorisk Optimering
WEO
Strategiska Långt Studerar konsekvenser av strategiska beslut
Explanatorisk Optimering
Normativa- Hur ska ett visst mål uppnås?
Transformering Långt Trendbrott krävs för att uppnå målet
Olika typer av Backcastning
WEO, ETP
Preservering Långt Kräver omstrukturering för att uppnå målet
Optimering
3 Inventering
3.1 Sveriges elsystem idag
3.1.1 Sveriges elproduktionsmix
Sveriges elproduktion är uppbyggd på fyra hörnstenar. Den första byggstenen är baskraften
som utgör ungefär 90 % av totala elproduktionen. Kärnkraft, kraftvärme och en del av
vattenkraften utgör baskraften. Kraftvärme är både elproduktion från fjärrvärmesystem och
elproduktion från industrin, till exempel producerar pappersbruk elektrisk effekt från ånga
som används vid torkning. Den andra byggstenen är balanskraft som utgörs av
vattenkraften. Genom att nederbörden samlas upp i stora dammar kan vattenkraften
producera när det behövs för att utjämna skillnaden mellan elproduktion och elbehov, och
på så sätt kan frekvensen i elnätet hållas på en önskad nivå. Vindkraft, solceller och vågkraft,
i denna rapport förkortas med VSV4, är den tredje hörnstenen. Den utgörs idag främst av
vindkraft. Vid årsskiftet 2010 och 2011 utgjorde vindkraften ungefär 4 % av totala
elproduktionen. Den sista hörnstenen av Sveriges elsystem är infrastruktur, elnätet. Ett
välfungerande och stabilt elnät gör det möjligt att transmittera elektrisk effekt från
kraftanläggningar till kunder. Nästan all vattenkraft är belägen i norra Sverige medan
elbehovet är som störst i södra Sverige. (Lindholm, 2011)
4 VSV är inte ett vedertaget uttryck men har används i denna rapport
18
3.1.2 Vattenkraft
Under ett normalår producerar vattenkraften 65 TWh, men den årliga
vattenkraftsproduktionen varierar upp till 30 TWh mellan det torraste torråret och det
blötaste blötåret. (Åhrling-Rundström, 2011)
Vattenkraften är utbyggd i nästan alla älvar i Sverige. Endast fyra älvar är skyddade enligt
svensk lag och dessa älvar är Torne älv, Pite älv, Kalix älv och Vindelälven.
(Energimyndigheten, Energikunskap, 2011).
Nästan all vattenkraft kan ses som reglerbar för att det i de övre delarna av älvarna finns
stora vattenmagasin som styr vattenflödet till vattenkraftverk som är belägna nedströms i
älven och de har inte samma möjlighet att magasinera vatten(Dahlbäck, 2011). Dock är
älvsystemen komplexa och det är många olika faktorer som påverkar hur mycket elektrisk
effekt ett vattenkraftverk kan producera. I Figur 2 visas en del av Ljusnas älvsystem. Förutom
det enskilda vattenkraftverkets krav på dammsäkerhet måste ett samspel mellan
närliggande vattenkraftverk ske så att inte närliggande dammar sinar eller svämmar över.
(Forsell, 2011)
Figur 2 Bild över en del av älvsystemet Ljusnan. Källa (Vattenreglering, 2009)
Förutom tekniska begränsningar, som till exempel dammsäkerhet måste även
vattendomarna följas. Vattendomarna beskriver bland annat ett intervall på hur mycket
vatten som ett vattenkraftverk måste transportera nedströms. Det finns en tendens till att
det tillåtna intervallet minskar vid omprövning av nya vattendomar. Det beror på nya EU-
direktiv som vill främja den biologiska mångfalden. Redan idag finns det vattenkraftverk som
producerar maximalt. (Rundström, 2011)
19
3.1.3 Kärnkraft
Idag producerar kärnkraften mellan 40 och 50 % av Sveriges elproduktion. På tre platser i
Sverige finns tio reaktorer som tillsammans årligen producerar i genomsnitt 64 TWh. Under
åren 2009 och 2010 var den årliga produktionen betydligt lägre, 50 respektive 56 TWh vilket
beror på tekniska problem för kärnkraftanläggningarna. Utnyttjandegraden har sjunkit de
senaste åren. I början på 2000-talet låg utnyttjandegraden på 85 % och år 2010 var
utnyttjandegraden nere på 70 %. (Energimyndigheten, 2010) Just nu genomförs
ombyggnads- och moderniseringsprogram på flera kärnkraftsblock. Programmen ska öka
säkerheten och förbättra utnyttjandegraden. Genom dessa förbättringar förlängs livslängden
från nuvarande 40 år till 50 till 60 år. (Jönsson, 2011)
Från första januari 2011 genomfördes en lagändring som innebär att kärnkraftsanläggningar
kan genomföra ett generationsskifte. Maximalt får tio kärnkraftsreaktorer bytas ut mot nya
kärnkraftreaktorer och inga nya kärnkraftverk får byggas på nya områden.
(Energimyndigheten, Energiläget 2010, 2010)
3.1.4 Vindkraft
Vindkraft är en förnyelsebar energikälla som har en varierande produktion. I Figur 3 visar hur
den totala vindkraftsproduktionen varierade år 2010. Även om vindkraftverk endast
producerar när det blåser, kan ett vindkraftverk styra elproduktionen till exempel att vinkla
bladen. (Anjar, Dalberg, & Uppsäll, 2011)
Figur 3 Vindkraftsproduktionen för varje timme år 2010. Källa Svenska kraftnät
Vindkraft har ökat kraftigt de senaste åren. Mellan åren 2010 och 2011 ökade vindkraften
med 74 %, från 3,5 TWh till 6,1 TWh. År 2011 producerade vindkraften samma mängd
elenergi som ett kärnkraftblock. Enligt Svensk vindenergi kommer vindkraften fortsätta att
öka och under år 2012 beräknas vindkraften producera 8 TWh. (Lundström, 2012)
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1 000,0
1 200,0
1 400,0
1 600,0
1
38
2
76
3
11
44
1
52
5
19
06
2
28
7
26
68
3
04
9
34
30
3
81
1
41
92
4
57
3
49
54
5
33
5
57
16
6
09
7
64
78
6
85
9
72
40
7
62
1
80
02
8
38
3
MW
h/h
Sveriges vindkraftsproduktion år 2010
20
3.1.5 Andra förnybara energikällor
Solceller finns uppkopplade till elnätet men i små mängder. År 2009 fanns det elva
anläggningar i Sverige som totalt producerade 212 MWh. (Energimyndigheten, Energiläget
2010, 2010).
Idag finns det ingen kommersiell vågkraft men viljan är stor att det ska bli en kommande
energikälla. De problem som fortfarande finns kvar är bland annat att vågkraftsverk ska klara
av extrema stormar och hantering av ojämn elproduktion. Sverige har globalt sett dåliga
vågförhållanden men med anpassad teknik har vågkraften en fysisk potential på 45 TWh.
(Marklund, 2009)
EU definierar vattenkraftverk som småskaligt om den installerade effekten är mindre än 10
MW. Enligt Svensk Vattenkraftförening producerar småskalig vattenkraft årligen ungefär 4,3
TWh.
Strömkraftverk finns inte än i kommersiellt bruk men enligt Uppsala Universitet kan
strömkraftverk producera årligen upp till 5 TWh. Fördelen med strömkraftverk jämfört med
vattenkraftverk är att strömkraftverk roterar med en lägre hastighet vilket troligen medför
en mindre miljöpåverkan för till exempel fiskar. (Bergendorff, 2009)
Biobränsle hanteras inte här eftersom det redan var specificerat och ingick i
elproduktionsmixen i rapporten Swedish long-term low carbon energy scenario.
3.2 Balansering av elproduktion och elförbrukning All elektrisk effekt som produceras måste förbrukas vid samma tidpunkt. För att förhindra
att elnätet ska kollapsa finns en mängd olika tillvägagångssätt. I första hand görs prognoser
över elförbrukningen för att kunna planera produktionen. Planeringsarbetet sker från en
vecka till en dag innan produktionstimmen. Om planeringsarbetet skulle missvisa, det vill
säga att produktionen är större eller mindre än elbehovet, finns strategier för att lösa
problemet. (Dahlbäck, 2011)
Det första som händer om det uppstår en skillnad mellan produktion och konsumtion är att
frekvensen antigen stiger eller sjunker. Det finns en tröghet i elsystemet i form av roterande
massor i synkrongeneratorer som aktiveras på några sekunder. Det kallas för primärreglering
och det är vattenkraften som står för primärregleringen.
Om primärregleringen inte skulle klara av att balansera förhållandet mellan produktion och
förbrukning aktiveras sekundärregleringen. Sekundärregleringen ska vara driftklar och
producera maximalt på en kvart. Även här används vattenkraft men även gasturbiner kan
förekomma. (Andersson & Elofsson, 2009)
Förutom primär och sekundär reglering finns reservkraft som används för att snabbt kunna
ersätta produktionsbortfall som till exempel ett kärnkraftsblock eller en
transmissionsledning. (Dahlbäck, 2011)
21
3.3 Möjligheter och utmaningar för framtida elsystem VSV producerar elektrisk effekt utefter vad naturen ger och det gör att deras elproduktion
varierar mer och är mer oförsägbar än exempelvis kärnkraft. (Erik Ela, 2011) En studie över
Tysklands vindkraftsproduktion visade att det är lättare att prognostisera
vindkraftproduktion över större ytor och fler vindkraftparker än enskilda vindkraftverk.
Studien visade även att standardfelet var ungefär 5,7 % av installerad effekt en dag innan
och 2,6 % två timmar innan produktionstimmen.
Behovet av driftreserver ökar när vindkraften ökar i elsystemet. Statistiska studier visar att
det största behovet av reglering är mellan en till sex timmar. Behovet av primärreglering är
för närvarande ingen stor utmaning. Dock kan det uppstå problem i små elnät med stora
andelar vindkraft i framtiden. Med hjälp av statistiska metoder har det ökade behovet av
korttidsreglering tagits fram och resultatet varierar mellan olika studier. Om vindkraften står
för 10 % av totala elproduktionen varierar regleringsbehovet mellan 1 till 15 % av installerad
effekt för vindkraft. Motsvarande siffror är 4 till 18 % om vindkraften står för 20 % av den
totala elproduktionen. Det ökade behovet av reglering, behöver inte betyda nya
investeringar. När vindkraften utgör en stor andel av den totala elproduktionen, är den
största utmaningen att hantera hög elproduktion samtidigt som elförbrukning är låg, till
exempel under blåsiga nätter. Under nätter har ofta andra produktionskällor en lägre
produktionsnivå och kan öka sin produktion om vindkraftsproduktionen skulle minska.
Om andra förnybara energikällor som vågkraft och solceller tillkommer till elsystemet
kommer med stor sannolikhet deras totala elproduktionsvariation minska. (Söder, 2009)
Ofta skiner solen vindstilla dagar medan det är molnigt när det blåser som mest. (Widén,
2011)
Hur stor andel av förnybar elproduktion som ett elsystem klarar av att balansera beror på
hur flexibelt elsystemet är. Elsystemet kan vara flexibelt på många olika sätt. Till exempel
genom att ha bra överföringskapaciteter till närliggande elsystem och att ha möjligheten att
kunna styra både elproduktion och elbehovet. Genom att förbättra och förstärka ovan
nämnda flexibilitet kan elsystemet bli bättre på att hantera produktionsvariationer. (Söder,
2009)
3.3.1 Laststyrning
Laststyrningens grundtanke är att slutanvändaren ska minska sin förbrukning under
tidpunkter då det är eleffektbrist och öka sin förbrukning när det är eleffektöverskott.
Genom kontinuerlig information om elpriset ger det indikationer på när det är mest lönsamt
att till exempel starta diskmaskinen.
Exakt hur informationen om elpriset ska synliggöras är inte fastställt än men idéer finns att
det till exempel ska finnas elprismätare i bostaden och mer programmerade lösningar. En idé
är att tvättmaskinen startar när elpriset är tillräckligt lågt. (Larsson & Ståhl, 2009) Andra
idéer är att kompresson i kylskåpet är avstängd under de timmar som elbehovet är som
22
högst. Idag sker laststyrning i viss mån i industrin och planer finns att införa laststyrning för
hushållssektorn. (Tröste, Kuwahata, & Ackermann, 2011)
Tillverkare av produkter som visualiserar elpriset hävdar att genom manuella åtgärder kan
slutanvändarna minska sin elförbrukning med 10 till 20 %. Dessa siffror är troligen i överkant
för en längre tidsperiod. Sollentuna Energi har under de senaste fyra åren haft effekttariffer,
en variant av laststyrning. Deras kunder betalar inte för sin energiförbrukning utan för sin
effektförbrukning. Det innebär att de kunder som har en jämnare effektförbrukning får en
lägre elkostnad medan de kunder som har en mer varierande effektförbrukning får en högre
elkostnad. Efter en kortare utvärdering av effekttarifferna hade det totala effektbehovet
minskat med 5 %. (Nylén, 2011)
3.3.2 Energilager
Elenergi har många fördelar men en stor nackdel är att den inte kan lagras utan måste
omvandlas till en annan energiform för att kunna lagras. Idag finns det en mängd olika
varianter av energilager som används i olika situationer i elsystemet.
Pumpkraft står för 99 % av världens energilagringskapacitet. Komprimering och lagring av
luft där den näst största energilagringskällan i världen. Batterier av olika slag och svänghjul
finns på marknaden idag men i liten skala.
Pumpkraft består av två vattendammar som är belägna på olika höjder. Under perioder med
eleffektöverskott pumpas vatten från den lägre dammen till den högre och viceversa under
perioder med eleffektbrist. En stor nackdel med pumpkraft är den kräver specifika miljöer
för att kunna byggas upp och kräver stora investeringskostnader. (Östergård, 2011)
En möjlig energilagring i framtiden är elbilar. I IVLs rapport antogs att en stor del av bilflottan kommer bestå av elbilar. Med rätt utrustningen kan elbilar både transmittera eleffekt från och till elnätet. Elbilar har en stor möjlighet att balansera elnätet då ungefär 80 % av bilflottan är parkerad även under rusningstrafik. I rapporten Plug-in Hybrid Electric Vehicles as Control Power visas att endast 183 000 elbilar kan ersätta
dagens behov av primär- och sekundärreglering. (Andersson & Elofsson, 2009)
3.3.3 Transmissionsledningar
I norra Sverige är elproduktionen högre än vad elbehovet är medan södra Sverige har
motsatta förhållanden. En stor del av den producerade eleffekten i norra Sverige
transmitteras ner till södra Sverige i stamnätet. Stamnätet i sig har
överföringsbegränsningar.
Från första november år 2011 infördes fyra elområden i Sverige, där varje elområde har sitt
elpris. Elområdena är indelade efter stamnätets överföringsbegränsningar. Syftet med
elområdena är att lyfta fram var i stamnätet överföringskapaciteten behöver förbättras och
att ge en indikation var elproduktionen bör öka. (Jäderberg, 2011)
23
Sveriges elnät är ihopkopplat med stora delar av norra Europa. Sverige har
transmissionsledningar till Norge, Finland, Danmark, Tyskland och Polen. Sammanlagt har
Sverige en överföringskapacitet på 9200 MW till andra länder och Sverige kan importera
9000 MW. (Organisation for the Nordic Transmission System Operators, 2011)
Centrala och södra Europas elbehov är som störst under sommaren medan Sveriges elbehov
är som högst under vintern. Genom att ha bra överföringskapacitet till olika länder med olika
elbehov kan export och import vara en del i balanseringen mellan produktion och
förbrukning. (Tröste, Kuwahata, & Ackermann, 2011)
4 Scenarioanalys: Sveriges elproduktion år 2050 Scenarioanalysen Sveriges elproduktion år 2050 genomfördes i tre olika etapper. Dessa
etapper beskrivs nedan:
Utforma rimliga årliga elproduktionsmixer för scenarier år 2050.
Ta fram dagens och anta morgondagens utnyttjandegrader för alla energikällor.
Ta fram de installerade effekterna för alla energikällor för år 2050 med hjälp av
utnyttjandegraderna och de årliga behoven av elproduktion.
Utformningen av elproduktionsmixerna bygger på utvecklingshastigheter, tekniska
potentialer och ett förhållande mellan två olika produktionskällor. Alla elproduktionsmixerna
kommer totalt producera 160 TWh år 2050.
24
4.1 Teknisk potential Potentialer för produktionskällor är ett vitt begrepp. I Figur 4 illustrerar olika typer av
potentialer.
Figur 4 Visar olika typer av potential. (Blomqvist, Nyberg, Simonsson, Sköldberg, & Unger, 2008)
I denna rapport har endast den tekniska potentialen studerats för att få en uppfattning om
hur mycket som kan byggas ut för varje produktionskälla. Den tekniska potentialen används
som en begränsning vid utformningen av elproduktionsmixerna. Ingen av
produktionskällorna antas producera mer år 2050 än vad den tekniska potentialen är. Nedan
finns en kort genomgång över teknisk potential för förnybart som ingår
elproduktionsmixerna och i Tabell 3 finns en sammanställning av de tekniska potentialerna
för VSV.
En rapport från Elforsk visar att den tekniska potentialen för vindkraft är 510 TWh på land
och 46 TWh till havs. Rapporten bygger på en grundlig genomgång av de potentiella ytorna
för vindkraftparker i Sverige. Dessa potentiella ytor tas fram utifrån prioriteringar som till
exempel att vindkraftsparken måste befinna sig 200 meter från regional- och
transmissionsledningar samt bortser från tätbebyggda områden. (Blomqvist, Nyberg,
Simonsson, Sköldberg, & Unger, 2008)
På 50-talet fanns det ungefär 4000 småskaliga vattenkraftverk och med en restaurering och
utbyggnad skulle småskalig vattenkraft kunna producera 7 TWh. (Svensk
vattenkraftförening)
I Sverige finns det ungefär 400 miljoner kvadratmeter tak och fasad som har en högre
solinstrålning än 70 % av den maximala solinstrålningen. De tak som räknas med är plana,
25
svagt lutande och de flesta av de starkt lutande taken. De starkt lutande taken som inte tas
med är tak som lutar mot nordöst till nordväst. Med en systemverkningsgrad på 10 % ger det
en årlig elproduktion på 40 TWh. (Kjellsson, 2000)
Vågkraft och strömkraft finns inte i kommersiellt bruk och är därför betydligt svårare att
hitta tillförlitlig data för. Vågkraften antas ha en fysisk potential på 45 TWh (Marklund, 2009)
och enligt forskare vid Uppsala Universitet kan strömkraftverk producera upp till 5 TWh.
(Bergendorff, 2009)
Tabell 3 Teknisk potential för förnyelsebart.
Vindkraft Solceller Vågkraft* Strömkraftverk Småskalig vattenkraft
Teknisk potential (TWh)
556 40 45 5 7
* Potentialen för vågkraften är den fysiska potentialen
4.2 Utnyttjandegrad Utnyttjandegraden beskriver förhållandet mellan producerad energi och maximala
producerade energin under ett bestämt tidsintervall, ofta ett år, det vill säga kvoten mellan
producerad energi och installerad effekt multiplicerad med tidsintervallet.
Utnyttjandegraden för förnyelsebara energikällor är betydligt lägre än för termiska
anläggningar som till exempel kärnkraft. Utnyttjandegrad ska inte blandas ihop med
tillgänglighet. Tillgängligheten beskriver hur många timmar på året som en produktionskälla
kan producera medan utnyttjandegraden beskriver hur många timmar på året
produktionskällan faktiskt producerar. ( Stockholm Environment Institute, 2011) År 2010 var
utnyttjandegraden för vindkraft 18 % medan kärnkraften hade 70 % vilket var lägre än
normalårsvärde på ca 85 %. (Hammers, 2010) När VSV är på en större geografisk yta kommer
varaktigheten att öka, det vill säga antal timmar med produktion ökar och utjämnar
produktionstopparna. Dock kommer inte utnyttjandegraden att stiga.
Utformningen av utnyttjandegraden för kärnkraft, vindkraft, vattenkraft och kraftvärme är
alla baserad på data från Svenska Kraftnäts hemsida. På grund av att varken solceller och
vågkraft finns med i Svenska Kraftnäts statistik har andra tillvägagångssätt använts.
Utnyttjandegraden för solceller är baserad på solinstrålningsdata från Norrköping medan
vågkraften är baserad på teoretiska värden för ett vågkraftverk utanför Horns rev. Alla
utnyttjandegrader för år 2010 och 2050 finns i bilaga 2.
Vindkraft och kraftvärmens utnyttjandegrad bygger på produktionsdata år 2010 medan
kärnkraften bygger på produktionsdata från år 2006. År 2006 var den årliga
utnyttjandegraden för kärnkraften ungefär 85 %. Kraftvärmens utnyttjandegrad bygger
endast på elproduktion från fjärrvärme systemet för att data från elproduktion i industrin
inte hittades. Vattenkraften kan variera väldigt mycket mellan olika år beroende på tillgång
26
till vatten. Därför användes ett medelvärde som är baserat på vattenkraftens
produktionsdata under de senaste fem åren.
Från simuleringsprogrammet METEONORM hämtades solinstrålningsdata på en
kvadratmeter i Norrköping. Norrköping är beläget ungefär i mitten av den sydligaste
tredjedelen av Sverige och där bor ungefär 80 % av Sveriges befolkning. Nästan alla solceller
antas integreras på byggnader vilket gör Norrköping till en bra mätstation. Med
solinstrålningsdata och solcellers medelsystemverkningsgrad på 10 % (Edoff, 2011) togs
utnyttjningsgraden fram.
Vågkraftens utnyttjandegrad är baserad på rapporten Wave power base load poperties. I
rapporten fanns den teoretiska utnyttjandegraden för ett vågkraftsvek utanför Horns rev
mellan åren 2002 och 2003 på månadsbasis. (Andersson M. , 2008) Ett medelvärde för åren
togs fram.
År 2050 antas att utnyttjandegraden ökar till 30 % för vindkraften och för solceller ökar
utnyttjargraden till 20 %. Utnyttjandegraden för vindkraft ökar för att tekniken blir bättre
anpassad till sin omgivning, till exempel ökar utnyttjargraden om tornet blir högre för att
medelvinden ökar. Produktionsvariationerna för vindkraft och solceller är dock de samma
för att utspridningen av dem antas vara på samma ställe som idag. Vågkraftens
utnyttjandegrad antas vara konstant. Även vattenkraftens utnyttjandegrad kommer stiga
marginellt vilket beror på klimatförändringarna som gör att tillrinningen till
vattenkraftsdammarna ökar. Kärnkraft och kraftvärme antas ha samma utnyttjandegrad
mellan åren 2010 och 2050.
4.3 Scenarier Scenarioanalysen Sveriges elproduktion år 2050 består av tre scenarier. Alla scenarier har en
total elproduktion på 160 TWh år 2050. Det som skiljer scenarierna åt är mängden kärnkraft.
Scenario kärnkraft innehåller ungefär dagens kärnkraftsproduktion och ska ses som ett
referensscenario. I scenario förnybart består elproduktionsmixen endast av förnybara
elproduktionskällor år 2050. Det sista scenariot är Scenario mitten som bland annat består
av ungefär halva dagens produktion av kärnkraft. Nedan kommer en mer ingående
beskrivning av de tre scenarierna.
4.3.1 Scenario kärnkraft, SK
Kärnkraftsägare i Sverige antas satsa stora summor på att bygga nya kärnkraftverk och att
effekthöja sina gamla anläggningar under de närmaste 40 åren. Totalt sett med både
effekthöjningar och nya anläggningar antas att kärnkraften producerar 60 TWh år 2050. De
resterande 15 TWh av de 75 TWh ospecificerade kommer vindkraften att stå för. Vindkraften
kommer att öka med i genomsnitt 0,4 TWh/år, vilket kan jämföras med en ökning på 2,5
TWh/år som vindkraften ökade mellan åren 2010 och 2011. I Tabell 4 finns
elproduktionsmixen och installerad effekt för scenario SK. I bilaga 1 finns alla
utvecklingshastigheter för alla produktionskällor för åren 2010 till 2050 för SK.
27
Tabell 4 Sveriges elproduktion och installerad effekt år 2050 för scenario kärnkraft
Scenario SK Vattenkraft kraftvärme Kärnkraft Vindkraft
Installerad effekt år 2050 (MW)
16200 4800 8200 3500
Elproduktion år 2050 (TWh)
68 17 60 15
4.3.2 Scenario mitten, SM
Mitten scenariot, SM, består av ungefär hälften förnybart och hälften kärnkraft.
Kärnkraftsägarna antas rusta upp de yngsta kärnkraftverken genom effekthöjningar och
bygga nya kärnkraftreaktorer. I Tabell 6 återfinns vilka kärnkraftsblock som tas ur drift fram
till år 2050. Genom effekthöjningar, utbyggnad och avveckling kommer kärnkraften
producera 30 TWh år 2050 i detta scenario.
Resterande 45 TWh kommer bestå av solceller och vindkraft. Förhållandet mellan vindkraft
och solceller bygger på två artiklar, oberoende av varandra, som kommer fram till att om
vindkraften är 70 % och solceller är 30 %, kommer skillnaden mellan den gemensamma
produktionen och elbehovet vara som minst. (Widén, 2011), (Hand & Denholm, 2011)
Solceller kan under några timmar producera från noll till maximalt på morgonen och vice
versa på kvällen. Vindkraften variera under längre tidsperioder. (Widén, 2011) I Tabell 5 finns
information om installerad effekt och elproduktion år 2050 för SM och i Bilaga 1 finns
utvecklingshastigheter för alla produktionskällor mellan år 2010 till år 2050.
Tabell 5 Sveriges elproduktion och installerad effekt år 2050 för scenario mitten
Scenario SM, år 2050
Vattenkraft Kraftvärme Kärnkraft Vindkraft Solceller
Installerad effekt (MW)
16200 4800 4300 9800 7700
Elproduktion (TWh)
68 17 30 31,5 13,5
Tabell 6 När och vilket kärnkraftblock som avvecklas för SM
Avvecklings år 2020 2030 2038 2046 2050
Avvecklande effekt (MW)
1111 854 978 866 990
Vilket kärnkraftsblock som avvecklas
O1 och O2 R1 F1 R2 F2
28
4.3.3 Scenario förnybart, SF
Scenario förnybart, SF, bygger på att år 2050 kommer all kärnkraft vara avvecklad. De yngsta
kärnkraftverken kommer att genomföra effekthöjningar men inget nytt kärnkraftverk
kommer att byggas, vilket gör att alla kärnkraftverk passerar sitt ”bäst-före-datum” innan år
2050. Det yngsta kärnkraftverket är från 1985 och med effekthöjning kan livslängden
förlängas till 60 år som beskrevs i 4.1.3. Det innebär att det yngsta kärnkraftsblocket
passerat sitt ”bäst-före-datum” år 2045.
Elproduktionsmixen år 2050 kommer till stor del bestå av vindkraft. I Tabell 7 finns den
totala elproduktionsmixen för SF.
Förhållandet mellan vindkrafts- och solcellsproduktion bygger på samma antagande som i
SM. Vindkraften kommer att öka med 1,1 TWh/år och ökningen kan jämföras med
produktionsökningen på 2,6 TWh som var mellan åren 2010 och 2011.
För solceller kommer det behövas en kraftig utbyggnad. Från nästan noll till 19,5 TWh. Det
ger en produktionsökning på 0,5 TWh/år. Tyskland har en stor andel solceller och på 20 år
har de ökat deras produktion från 1 TWh till nästan 12 TWh. Mellan år 2009 till 2010 ökade
Tyskland sin solcellsproduktion med 5 TWh. (Development of renewable energy sources in
Germany, 2011). I Tyskland bor det ungefär tio gånger fler människor än i Sverige och
solinstrålningen är nästan lika stor. Ett rimligt antagande är därför att Sverige kan öka sin
produktion med en tiondel av Tysklands ökning. Det ger en ökning på 0,5 TWh vilket är
precis vad som krävs för att uppnå 19,5 TWh år 2050.
Resterande 10 TWh kommer att består av en kombination av småskalig vattenkraft, vågkraft
och strömkraft. Exakta förhållanden mellan dessa är svårt att bedöma men med rätt politiska
åtgärder är det inte ett orimligt antagande.
Tabell 7 Sveriges elproduktion och installerad effekt år 2050 för scenario förnybart
Scenario SF år 2050
Vattenkraft Kraftvärme Vindkraft Solceller Vågkraft5
Installerad effekt (MW)
16200 4800 17000 11000 2300
Elproduktion (TWh)
68 17 45,5 19,5 10
Tabell 8 När och vilket kärnkraftblocks som avvecklas för SF.
Avvecklings år 2015 2020 2025 2030 2034 2038 2042 2046 2050
Avvecklad effekt (MW)
1111 866 854 978 866 990 1048 1200 1170
Vilket kärnkraftsblock som avvecklas
O1 och O1
R2 R1 F1 R2 F2 R4 O3 F3
5 Ett samlingsnamn för vågkraft, strömkraft och småskalig vattenkraft
29
5 Modellering och simulering
5.1 Simulering Modelleringsverktyget LEAP har använts som modelleringsverktyg. För en övergripande
beskrivning av LEAP se 2.3.1. Modellen av Sveriges elproduktion är baserat på dagsvärden.
Ambitionen var att använda timdata men programmet klarade inte av att hantera den
mängden data.
LEAP matades in med installerad effekt för åren 2010 och de framtagna installerade
effekterna för år 2050. Utbyggnadstakten för alla produktionskällor, förutom kärnkraften,
antas vara linjär från år 2010 till 2050. Kärnkraften antas avvecklas i etapper, där en etapp är
ett kärnkraftsblock. Förutom de förutbestämda elproduktionsmixerna programmeras även
gasturbiner in. Gasturbinerna programmeras på ett sådant sätt att de endast producerar
elektrisk effekt när de resterande produktionskällorna inte klara av att tillgodose elbehovet.
Gasturbinerna ska ses som reservkraft, dagar då elbehovet inte kan tillgodoses.
För varje tidssteg räknar LEAP fram hur mycket av den installerade effekt som är tillgänglig
genom att multiplicera installerad effekt med utnyttjandegraden vid det aktuella tidsteget.
Utifrån en prioriteringsordning räknar LEAP fram behovet av produktion för varje energikälla
så att elbehovet tillgodoses. All vattenkraft kommer att användas som balanskraft, vilket
innebär att vattenkraften kommer producera när övriga energikällor (ej gasturbiner) inte
klarar av att tillgodose elbehovet. Ingen import- eller exportnivå antas ske och det beror på
att LEAP endast klarar av att ha en konstant import- eller exportnivå för varje tidssteg. Det
betyder att elbehovet ökar eller minskar med motsvarande mängd som exporten eller
importen antas vara.
Elbehovets variation över året bygger på samma variation som år 2010 och elbehovets
variation antas vara likadan fram till år 2050. I Figur 5 finns elbehovet i procent av det högsta
dags elbehovet för år 2010. Elbehovets variation bygger på data från Svenska Kraftnäts
hemsida.
30
Figur 5 Elbehovet under ett år. Procent av maxlasten.
6 Resultat Resultatet är uppdelat i två delar, där den första delen består av ett huvudscenario, HS, som
består av antaganden från kapitel 4 och den andra delen består av en känslighetsanalys där
viktiga parametra har ändrats i simuleringen.
6.1 Huvudscenarierna, HS I Tabell 9 Simuleringsresultatet för alla scenarier.återfinns simuleringsresultatet för alla
scenariers elproduktion för slutåret 2050.
Tabell 9 Simuleringsresultatet för alla scenarier.
Elproduktion år 2050 (TWh)
Gasturbiner Vattenkraft Sol Våg Vind Kraftvärme Kärnkraft
SK 6,4 61,9 - - 15 17,1 59,6 SM 9,7 56,8 13,5 - 31,2 17,1 31,6 SF 13,8 55,1 19,5 9,6 44,8 17,1 -
Gasturbinerna är inte med i de förutsagda elproduktionsmixerna utan gasturbinerna är
simulerade att endast producera när de förutsagda elproduktionsmixerna inte klarar av att
tillgodose elbehovet. Gasturbiner kan ses som import och skulle även hypotetiskt kunna
bytas ut mot någon annan energikälla. SK har det lägsta årliga behovet av gasturbiner medan
SF har det högsta.
I Tabell 9 återfinns skillnaden mellan den förutsagda elproduktionsmixen och det simulerade
resultatet.
0
20
40
60
80
100
120
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t av
max
last
Dagar
Elbehovskurva i procent av maxlast
31
Tabell 10 Differens mellan de simulerade resultaten och de förutsagda elproduktionsmixerna
Dif. mellan simulering och förutsagda
Gasturbiner Vattenkraft Solceller Våg Vind Kraftvärme Kärnkraft
SK – 6,4 6,1 - - 0 – 0,1 0,4 SM – 9,7 11,2 0 - 0,3 – 0,1 – 1,6 SF – 13,8 12,9 0 0,4 0,7 – 0,1 -
Den största skillnaden kan ses för vattenkraften och gasturbinerna för alla scenarier.
Vattenkraften i simuleringsresultatet producerar mindre än de förutsagda
elproduktionsmixerna vilket innebär att vattenkraften troligtviss måste spilla vatten. SF har
både det högsta behovet av gasturbiner och den lägsta vattenkraftsproduktionen. Skillnaden
mellan övriga energikällor är marginella för alla scenarier.
I Figur 6 till Figur 8 åskådliggörs den totala elproduktionen för varje år fram till slutåret 2050.
För SF och SM avvecklas kärnkraften i etapper, där en etapp motsvarar ett kärnkraftsblock.
Figur 6 SK: Elproduktionen mellan åren 2010 till 2050
32
Figur 7 SM: Elproduktionen mellan åren 2010 till 2050. Kärnkraften avvecklas cirka vart tionde år och då avvecklas ett kärnkraftsblock.
Figur 8 SF: Sveriges elproduktion mellan år 2010 till 2050. Kärnkraften avvecklas vart femte år och då avvecklas ett kärnkraftsblock.
Året efter att ett kärnkraftblock har avvecklas ökar behovet av gasturbin något, för både SF
och SM men två år efter avvecklingen och framtill nästa avvecklingsår minskar
gasturbinsproduktionen. Det beror på att andelen VSV ökar varje år och kan ersätta en del av
den elenergin som kärnkraftsblocket producerade.
I Figur 9 till Figur 11 finns elproduktion för alla energikällor och dagar för år 2050. Behovet av
gasturbiner är inte alla dagar utan det är främst under vinterhalvåret som behovet finns för
alla scenarier.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
20
10
20
13
20
16
20
19
20
22
20
25
20
28
20
31
20
34
20
37
20
40
20
43
20
46
20
49
TWh
SM: Sverige elproduktion mellan åren 2010 till 2050
Gasturbiner
Vatten
Solceller
Vind
Kraftvärme
Kärnkraft
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
20
10
20
13
20
16
20
19
20
22
20
25
20
28
20
31
20
34
20
37
20
40
20
43
20
46
20
49
TWh
SF: Sverige elproduktion för åren 2010 till 2050
Gasturbiner
Vatten
Vind
Våg
Solceller
Kraftvärme
Kärnkraft
33
Figur 9 SK: Sveriges elproduktion år 2050
Figur 10 SM: Sveriges elproduktion år 2050
0
5
10
15
20
25
30
1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/D
ygn
SK: Elproduktion för år 2050
Gasturbiner
Vatten
Vind
Kraftvärme
Kärnkraft
0
5
10
15
20
25
30
1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/D
ygn
SM: Elproduktion för år 2050
Gasturbiner
Vatten
Solceller
Vind
Kraftvärme
Kärnkraft
34
Figur 11 SF: Sveriges elproduktion år 2050
För SF och SM är behovet av gasturbiner nästa alla dagar fram till mitten på april. Ända fram
till slutet på november är behovet av gasturbiner begränsat för både SF och SM. Nästan alla
dagar från slutet av november till sista december producerar gasturbiner för alla scenarier.
SKs behov av gasturbiner är något annorlunda. Gasturbinerna producerar från slutet av
november fram till årsskiftet och juli och augusti ökar behovet av gasturbiner något. Denna
ökning finns inte i samma utsträckning som i SF och SM.
Behovet av vattenkraft är mindre i både SM och SF än i SK. Det beror på att vattenkraften är
simulerad att endast producera när resterande förutsagda energikällor inte kan tillgodose
elbehovet. Vattenkraftverken i SF och SM kommer spilla mer vatten än SK för att
vattenkraftsproduktionen är lägre för SF och SM.
Gasturbinerna varierar betydligt mellan olika dagar. I Tabell 11 finns det högsta dagsvärdet
från gasturbinsproduktionen och vilket datum det var, för alla scenarier.
Tabell 11 Högsta gasturbinsproduktion för ett dygn år 2050
SK SM SF
Datum 20/12 20/12 29/12 Högsta gasturbins- produktion (GWh/Dygn)
6,5
8,5
10,1
LEAP simulerar så att elbehovet alltid tillgodoses. För de dagar då de förutsagda
elproduktionsmixerna inte klarar av att tillgodose elbehovet, produceras el från gasturbiner.
Det finns även de dagar då elbehovet är lägre än vad som kan produceras. I Figur 12 till Figur
14 finns den möjliga elproduktionen och elbehovet för år 2050. Den möjliga elproduktionen
är om alla produktionskällor, förutom gasturbinerna, producerar maximlat alla dagar på året.
0
5
10
15
20
25
30
1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/d
ygn
SF: Elproduktion för år 2050
Gasturbiner
Vattenkraft
Vågkraft
Solceller
Vindkraft
Kraftvärme
35
Figur 12 SK: Möjlig elproduktionen och elbehovet år 2050.
Figur 13 SM: Möjlig elproduktion och elbehovet år 2050.
0
5
10
15
20
25
30
1
27
53
79
10
5
13
1
15
7
18
3
20
9
23
5
26
1
28
7
31
3
33
9
GW
h/D
ag
SK: Möjlig elproduktion och elbehovet år 2050
Elproduktion utan gas
Elbehov
0
5
10
15
20
25
30
1
27
53
79
10
5
13
1
15
7
18
3
20
9
23
5
26
1
28
7
31
3
33
9
GW
h/d
ygn
SM: Möjlig elproduktion och elbehovet år 2050
Elproduktion utan gas
Elbehov
36
Figur 14 SF: Möjlig elproduktion och elbehovet år 2050.
De dagar som den möjliga elproduktion är större än elbehovet är de dagar som export kan
ske. Den möjliga elproduktionen i SF korrelerar relativt väl med elbehovets variation. SK
består till stor del av kärnkraft och kraftvärme och dessas utnyttjandegrader följer
elbehovets variationer, se bilaga 2. För både SF och SM uppstår det överskott av elenergi
under sommaren. Det beror på att solceller producerar maximalt under denna tidsperiod
samtidigt som elbehovet är som lägst. Visserligen är utnyttjandegraderna för vindkraft och
vågkraft låga under denna period men den sammanlagda elproduktionen blir stor.
6.2 Utvärdering av resultaten Utgångspunkten för rapporten var att undersöka om Sveriges elproduktion kan vara 100 %
förnyelsebar år 2050. Därför har endast utvärderingen av resultatet i form av en
känslighetsanalys genomförts för SF. SK och SM har per definition inte 100 % förnybart.
6.2.1 Utnyttjandegraden för vindkraft ökar med 10 %, KA1
En osäkerhet i utformningen av SF är den årliga utnyttjandegraden för vindkraft.
Utnyttjandegraden för resterande förnybara energikällor var minst lika stor om inte större,
men vindkraft valdes ut för att den utgör en stor del av den totala elproduktionsmixen.
Vindkraftens utnyttjandegrad antas öka med 10 % alla dagar samtidigt som den installerade
effekten är oförändrad. Den årliga elproduktionen för år 2050 och differensen jämfört med
HS finns i Tabell 12
Tabell 12 Vindkraftens utnyttjandegrad har ökat med 10 % med samma installerade effekt och skillnad med huvudscenariot
KA1 Gas Vatten Sol Våg Vind Kraftvärme Kärnkraft
SF 12,1 52,8 19,5 9,6 48,9 17,1 - Dif med HS
– 1,7 – 2,3 0 0 4,1 0 -
0
5
10
15
20
25
30
35
1
27
53
79
10
5
13
1
15
7
18
3
20
9
23
5
26
1
28
7
31
3
33
9
GW
h/D
ygn
SF: Möjlig elproduktion utan gasturbiner och elbehovet år 2050
Elproduktion utan gas
elbehov
37
I Figur 165 finns hur elproduktionen ser ut år 2050.
Figur 15 KA1: Sveriges elproduktion när vindkraftens utnyttjandegrad har ökat med 10 % med samma installerade effekt.
6.2.2 Vattenkraften ökar sin utnyttjandegrad med 10 %, KA2
Vattenkraften kan variera med 30 TWh mellan torraste torrår och blötaste blötår och därför
antas att vattenkraftens utnyttjandegrad ökar med 10 % på årsbasis.
Nedan finns tabell 13 som visar känslighetsanalys två, KA2, årliga elproduktionen för år 2050
och differensen till HS:
Tabell 13 Vattenkraftens utnyttjandegrad ökat med 10 % och skillnaden med huvudscenariot
KA2 Gas Vatten Sol Våg Vind Kraftvärme Kärnkraft
SF 10,6 58,3 19,5 9,6 44,8 17,1 - Dif med HS
– 3,2 3,2 0 0 0 0 -
0
5
10
15
20
25
30 1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/D
ygn
KA1: Vindkraftens utnyttjandegrad ökar med 10 %
Gasturbiner
Vatten
Våg
Solceller
Vind
Kraftvärme
38
I figur 16 finns elproduktionen för år 2050 när vattenkraften ökade med 10 %.
Figur 16 KA2: Sveriges elproduktion år 2050 när vattenkraftens utnyttjandegrad ökat med 10 %.
6.2.3 Elbehovet minskar med 10 %, KA3
Behovet av gasturbiner kan minska om elbehovet minskar. I KA3 minkar elbehovet från 160
TWh till 144 TWh år 2050. Det är en minskning med 10 % jämfört med HS. Elbehovets
variation är den samma som i HS. I tabell 15 återfinns den årliga elproduktionen för KA3.
Tabell 14 KA3: Det totala elbehovet minskar med 10 % och skillnaden med huvudscenariot
KA3 Gas Vatten Sol Våg Vind Kraftvärme
SF (TWh) 6,3 47,3 19,5 9,5 44,3 17,1
Dif med HS
– 7,6 – 7,8 0 – 0,1 – 0,5 0
0
5
10
15
20
25
30 1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/D
ygn
KA2: Vattenkraftens utnyttjanedgrad ökar med 10 %
Gasturbiner
Vatten
Våg
Solceller
Vind
Kraftvärme
39
Behovet av gasturbiner och vattenkraftsproduktionen minskar mest medan resterande
produktionskällor producerar ungefär som i HS.
I Figur 19 visas Sveriges elproduktion år 2050 om elbehovet har minskat med 10 %.
7 Diskussion Diskussionen är uppdelad i tre delar. I den första delen diskuteras simuleringsresultatet och i
den andra delen diskuteras allmänna antaganden och utformning av Sveriges elproduktion år
2050. Till sist görs en kortare utvärdering av LEAP.
7.1 Resultat Det är inga stora skillnader mellan de förutsagda elproduktionsmixerna och det simulerade
resultatet förutom för vattenkraften, se Tabell 9. Det beror på att i LEAP producerar
vattenkraften endast när övriga produktionskällor inte klarar av att tillgodose elbehovet. I
verkligheten utgör inte vattenkraftproduktion balanskraft som simuleringen antyder.
Anledningen till att all vattenkraften utgör balanskraft i simuleringarna är att vattenkraften
är den enda produktionskällan som kan styra sin elproduktion. Visserligen kan vindkraften
styra sin produktion till en viss del men den kan inte producera eleffekt när det inte blåser.
Dock klarar inte vattenkraften av att producera tillräckligt under årets kallaste månader för
alla scenarier. Under dessa perioder behövs gasturbinerna.
Dagens överföringskapacitet till Sverige från andra grannländer är 9 GW och det är endast SF
som har ett högre effektbehov från gasturbinerna än dagens överföringskapacitet, se Tabell
11. Skillnaden är 1 GW.
På grund av att LEAP inte kan ha en varierande export visar Figur 12 till Figur 14 vilka dagar
Sverige kan exportera till andra länder, för alla scenarier. SKs elproduktion följer relativ väl
0
5
10
15
20
25
30
1
22
43
64
85
10
6
12
7
14
8
16
9
19
0
21
1
23
2
25
3
27
4
29
5
31
6
33
7
35
8
GW
h/D
ygn
KA3: Elproduktion år 2050
Gasturbiner
Vatten
Våg
Solceller
Vind
Kraftvärme
Figur 17 KA3: Sveriges elproduktion år 2050 när elbehovet har minskat med 10 %
40
elbehovet och det beror på att kärnkraft och kraftvärme minskar sin produktion under
sommaren. Under sommaren genomförs underhåll av kärnkraftverken. Elproduktionen i
fjärrvärmesystem är lägre under sommaren för att värmebehovet som styr elproduktionen,
är lägre under sommaren. För SF skiljer elproduktionen sig något, se Figur 14.
Elproduktionen under sommaren är nästan alla dagar större än elbehovet och de flesta
dagar är skillnaden mellan elbehovet och elproduktionen stor. Det beror på att solceller
under sommaren producerar som mest, se bilaga 2, samtidigt som elbehovet är som lägst.
Visserligen producerar inte vindkraften och vågkraften maximalt under sommaren men den
sammanlagda elproduktionen blir högre än elbehovet.
Vid mitten av juli till mitten av augusti ökar behovet av gasturbiner främst för SK, se Figur 9.
Vid mitten av denna period under cirka 10 dagar har vindkraften en relativt lägre
utnyttjandegrad, vilket medför att behovet av gasturbiner ökar. I SF är inte behovet av
gasturbiner inte lika stort under samma tidsperiod. Denna period visar att om
elproduktionsmixen består av VSV kan de komplettera varandra. Solceller har en
utnyttjandegrad som är högre än sitt medelvärde samtidigt som vindkraften minskar. Ett
problem som inte synliggörs i simuleringen är att det kan uppstå eleffektbrist under nätterna
under denna period. Det beror på att simuleringen består av dagsvärden och då tas det inte
med att solcellerna inte producerar under natten.
I scenarioanalysen Sveriges elproduktion år 2050 har det varit mest problematiskt att
simulera vattenkraftens utnyttjandegrad. En jämförelse mellan vattenkraftsproduktion för
SK och SF visar att i SF varierar elproduktionen mer. Huruvida vattenkraften klarar av att
hantera de produktionssvängningar som krävs i SF är svårt att bedöma. Redan idag varierar
vattenkraften, se Figur B2:622 men hur mycket mer vattenkraften klarar av att variera
mellan olika dagar beror på många olika faktorer, se mer i kapitel 3.1.2. Denna fråga kräver
fördjupade studier för att bland annat undersöka om vattenkraften kan öka produktionen
under vintern, så att behovet av gasturbiner minskar och samtidigt minska produktionen
under sommaren utan att dammsäkerheten brister.
En annan möjlighet att minska behovet av gasturbiner är att elbehovet minskar. Det sker
antingen om det totala elbehovet minskar eller om elbehovets variation minskar. Om totala
elbehovet minskar innebär det att elbehovets variation är densamma men elbehovets
topplaster blir lägre. I KA3 undersöktes om det totala elbehovet minskar med 10 %. Resultat
visar att elproduktion från både vattenkraften och gasturbinerna minskar.
Produktionsminskning från vattenkraften sker på sommaren medan det för gasturbinerna
sker under vintern.
Smarta elnät är en variant på hur elbehovets variation kan minskas. Genom att flytta
elbehov när det är elbrist till perioder med elöverskott kommer behovet av gasturbiner att
minska. Figur 11, visar att det är eleffektöverskott på sommaren medan elbrist uppstår
under vintern. Exakt vilken last som kan förflyttas fram tre månader är svårt att förutsäga.
41
Dock är det största behovet av balansering med stora andelar förnyelsebart endast några
timmar (se 3.3) vilket denna rapport inte kan studera för att dagsvärden har används.
Ur ett energiperspektiv kan Sverige tillgodose sitt netto elenergibehov, om vågkraften är i
kommersiellt bruk fram till år 2050. De förutsagda elproduktionsmixerna bygger på troliga
antaganden, på årsbasis, vilket innebär att elbehovet kan tillgodoses år 2050. Ändå kan inte
elbehovet tillgodoses under vintern. Ett sätt att hantera eleffektöverskottet under
sommaren är smarta elnät. Ett annat sätt är att förbättra och förstärka
transmissionsledningar till resten av Europa. Centrala och södra Europas elbehov är som
högst under sommaren och SF har den bästa förutsättningen att balansera centrala och
södra Europas elbehov under sommartid.
7.2 Utformningen av Sveriges elförbrukning år 2050 I ett elsystem med 100 % förnybar elproduktion krävs det andra energikällor än vindkraft
och solceller för att tillgodose elbehovet. Begränsningen beror på att vindkraft och solceller
inte kan byggas ut tillräckligt snabbt för att ha en elproduktion på 75 TWh till år 2050. Därför
har det antagits att vågkraft ska producera 10 TWh elektriskt energi. Vågkraften i denna
rapport är ett samlingsnamn för småskalig vattenkraft, strömkraftverk och vågkraft. Idag
finns endast småskalig vattenkraft i kommersiellt bruk. Huruvida vågkraften och
strömkraftverk hinner lösa de problem som kvarstår, se 3.1.5, innan de kan vara en del av
Sveriges elproduktion är svårt att säga men 40 år är inte en lång tid i dessa sammanhang.
Utformningen av Sveriges elproduktion år 2050 består tillstor del av att ta fram dagens och
morgondagens utnyttjandegrader. Utnyttjandegradernas variation utgör en viktig del av
resultatet. Det syns Tabell 12. Genom att öka utnyttjandegraden för vindkraften med 10 %
ökade vindkraftsproduktionen med 4 TWh. Hur produktionsvariation över tiden kommer se
ut år 2050 är svårt att förutspå för att de beror på många olika parametrar speciellt för VSV.
Det kan till exempel bero på utspridningen av anläggningar och klimatförändringarnas
inverkan på produktionen.
Vindkraften är en relativ ny produktionskälla som fortfarande utgör en marginell del av
elproduktionsmixen. Det försvårar utformningen av utnyttjandegraden för vindkraften.
Produktionsvariationen bygger endast på data från år 2010. Risker som finns är att
vindklimat år 2010 kan skiljas sig markant mot det normal.
Produktionsvariationen för solceller och vågkraft är mer osäker än för vindkraften. Solceller
bygger endast på solinstrålning i Norrköping vilket blir något missvisande för att den totala
variationen över hela landet inte tas med. Vågkraften finns fortfarande inte i kommersiellt
bruk vilket försvårade utformningen av utnyttjandegraden avsevärt. Den är baserad på
månadsvärden mellan två år, där produktionen varierar mellan åren.
42
Kärnkraften utgör baskraften i Sveriges elsystem vilket medför att kärnkraftens inte har stor
varierande produktion och därför underlättar utformningen av utnyttjandegraden. Dock kan
pågående och kommande effekthöjningar påverka produktionen i framtiden.
Kraftvärmen består av produktion för fjärrvärmesystem och från industrin men
utformningen av utnyttjandegraden består endast av elproduktion för fjärrvärme systemet.
År 2050 kommer elproduktion från industrin att vara störst, se Tabell 1. Elproduktion från
fjärrvärmesystem styrs av värmebehovet till bostäder något som elproduktion från industrin
inte gör. Troligen borde produktionsvariationen för kraftvärme vara mer jämnare när
elproduktion från industrin är den dominerande delen.
Fördelen med att använda utnyttjandegraden är att det är ett enkelt sätt ta fram troliga
produktionsvariationer som bygger på historiska data. För termiska anläggningar är det
relativt enkelt att få fram trovärdiga utnyttjandegrader, för VSV är det svårare. De
producerar vad klimatet tillåter vilket gör att produktionen kan variera mycket mellan åren
något som inte tas med i simuleringen. Ett sätt att hantera variationen är att använda
medelvärden, så kallade normalår, som användes för vattenkraften. Problemen uppstår när
det handlar om relativ nya och icke kommersiella produktionskällor som solceller och
vågkraft.
7.3 Utvärdering av simuleringsprogrammet LEAP LEAP är en programvara vars ambition är att vara flexibel för att kunna användas för många
olika syften som grundar sig i frågor som handlar om energisystem eller växthusgasutsläpp.
LEAP erbjuder en mängd olika scenariometoder som till exempel ”bottom-up” och ”top-
down” och det är upp till programmeraren att utforma scenariostrukturen och välja vilken
noggrannhet som ska användas. En stor fördel med LEAP är hur utformningen av
systemstruktur går till. Det är lätt att få en överblick över hur olika parametrar hänger ihop
och att se hur flöden transporteras i systemet. Förutom val över systemstruktur finns många
olika matematiska funktioner som till exempel kan beskriva utvecklingshastigheter.
En annan grundtanke med LEAP är att användas i utlärningssyfte för att lära ut hur
energisystemet fungerar och hur olika vägval påverkar framtida energisystem. Därför är
LEAP väldigt användarvänligt och det går fort att lära sig grunderna om programmet.
Ett problem med LEAP uppstår när huvudfokus ligger på flexibilitet eftersom några
strukturella noggrannheter måste väljas bort. Till exempel kan endast import programmeras
som ett fixt värde vilket medför att under perioder med elbrist kommer elbristen att öka. Ett
mer verklighetstroget system skulle exportera under perioder med eleffektöverskott och
importera när det är elbrist. Anledningen till att exporten endast kan vara fixt beror på att
LEAP är programmerad att tillgodose elbehovet i första hand och det är elbehovet som styr
hur mycket elproduktionen ska producera.
43
Under simulering av scenarioanalysen Sveriges elproduktion år 2050 uppkom ett tekniskt
problem med programvaran. Programvaran klarade inte av att hantera timvärden för
utnyttjandegraderna. Om utnyttjandegraderna var fixa men elbehovet varierade med
timvärde var det inga problem att få fram ett resultat. Dock om både elbehovet och
utnyttjandegraderna varierar med timvärden, arbetade LEAP väldigt långsamt och till slut
kraschade programmet. Vid användning av dagsvärden för både elbehovet och
utnyttjandegraden uppstod inga problem men programmet arbetade något långsammare.
Sammanfattningsvis är LEAPs styrkor att det är väldigt flexibelt och LEAP kräver inte mycket
information för att bygga upp ett energisystem i grova drag. Problemet är om man vill ha ett
mer detaljerat och noggrannare energisystem kan det uppstå problem med
informationshantering och att vissa valmöjligheter som inte finns.
8 Slutsatser I ett elsystem med 100 % förnybar elproduktion, speciellt med stora andelar vindkraft och
solceller, kommer elproduktionen att variera och för att både klara av att hantera variationer
i elbehovet och VSV elproduktions krävs ett mer flexibelt elsystem. Huruvida ett elsystem
klarar av att hantera fluktuationer beror till en viss del på hur lång tid innan man vet med
stor sannolikhet hur elproduktionen kommer att variera. Det underlättar planeringsarbetet
för att det ger bättre förutsättningar att hantera exempelvis stormiga nätter med mycket
vindkraftproduktion och ett lågt elbehov.
Lösningar på att hantera variationer i elnätet är många. Ett sätt är att elproducenterna själv
står för flexibiliteten, som det är idag. Vattenkraften fortsätter att stå för balanseringen.
Dock finns det ett gasturbinsbehov i alla tre scenarier och det indikerar att dagens
produktionsmönster för vattenkraften inte klara av morgondagens krav. Huruvida
vattenkraften klarar av att hantera morgondagens krav beror på många olika faktorer, se
3.1.2.
En annan lösning är att elbehovet kan styra bort sitt elbehov från perioder med elbrist så
kallad laststyrning. Laststyrningen finns än så länge inte i kommersiellt bruk och därför är det
svårt att säga hur stor del av lasten som är styrbar och hur väl den svenska befolkningen är
villiga att ändra sitt beteende efter elproduktions variation.
Elenergi från 100 % förnybart sett på ett år kommer inte vara något problem, om vågkraften
är i kommersiellt bruk. Sverige har ett bra vindklimat med stora ytor att placera ut
vindkraftparker på. Den enda nackdelen är att elnätet kräver att allt som produceras måste
förbrukas vid samma tidpunkt, vilket gör att elenergi måste sparas i någon form. Energilager
finns än så länge inte i några stora kapaciteter i Sverige. Pumpkraft är den vanligaste
energilagringsformen men att bygga nya pumpkraftanläggningar innebär stora
investeringskostnader och stora förändringar i miljön. I framtiden kan elbilar bidra som
energilagring. Genom att koppla upp elbilarna till elnätet kan elbilarnas batterier laddas ur
44
eller laddas upp beroende på vad elnätet kräver. Dock finns en osäkerhet hur det skulle
fungera och hur stor kapacitet det kan ge.
En variant av energilager är export och import. Om överföringskapaciteten förbättras med 1
GW kan import från övriga Europa ersätta behovet av gasturbiner alla dagar av året 2050.
Genom att ha bra överföringskapaciteter till centrala och södra Europa kan elproduktion från
Europa balansera upp elnätet i Sverige under vintern, medan under sommaren kan Sverige
transmittera elöverskott till central och södra Europa som har elbrist under samma period.
Med 100 % förnybar elproduktion kommer Sverige behöva importera alla dagar från januari
till mitten på april. I ett energisäkerhetsperspektiv är det inte säkert för Sveriges
elförbrukning att under en sådan lång tidsperiod vara helt beroende av Europa.
Sammanfattningsvis kan Sverige ha ett 100 % förnyelsebart elproduktion förutsatt att
vågkraften finns i kommersiellt bruk och att synen och förhållningssättet till elsystemet
förändras. Med 100 % förnybar elproduktion kommer produktion variera mer än idag vilket
kräver en högre flexibilitet än idag. Ett elsystem kan vara flexibelt på flera olika sätt.
Antingen förbättras elproduktionens förmåga att styra sin produktion, exempelvis kan ett
vindkraftsverk vinkla sina blad, eller att slutanvändarna styr sitt elbehov med hjälp av
information om elpriset. Ett tredje alternativ är import och export blir en allt viktigare roll i
balanseringen av Sveriges elnät.
45
9 Litteraturförteckning ABB. (den 13 Mars 2012). Smarta elnät. Hämtat från ABB:
http://www.abb.se/cawp/seabb361/b823cb445895db5fc12575a5003b1edb.aspx,%20ABB
den 21 Mras 2012
Amelin, M., Englund, C., & Fagerberg, A. (2009). Balansering av vindkraft och vattenkraft i
norra Sverige. Stockholm: Elforsk 09:88.
American Wind energy association, A. (2008). Electrical components for the wind industry.
Washington, USA.
Andersson, M. (2008). Wave Power Base Load Properties A study on wave power base load
properties and wind and wave power co-production. Uppsala: Uppsala universitet.
Andersson, S.-L., & Elofsson, A. (2009). Plug-in Hybrid electric Vehicles as control powe, Case
studies of Sweden and Germany. Göteborg och Zürich: Chalmer och ETH Zürich.
Anjar, B., Dalberg, M., & Uppsäll, M. (2011). Feasibility study of thermal condition monitoring
and condition monitoring and in wind turbines-Elforskrapport 11:19. Stockholm: Elforsk .
Bergendorff, J. (den 9 September 2009). Strömkraftverk planeras i Dalälven. Hämtat från
Sveriges radio: http://sverigesradio.se/sida/artikel.aspx?programid=3345&artikel=3086021
den 21 Mars 2012
Bil Sweden, B. (den 7 Mars 2011). Bil Sverige. Hämtat från
http://www.bilsweden.se/ny_statistik/fordonsbestand den 13 Januari 2012
Blomqvist, P., Nyberg, M., Simonsson, D., Sköldberg, H., & Unger, T. (2008). Vindkraft i
framtiden, Möjlig utveckling i Sverige till 2020. Stockholm: Elforsk.
Börjeson, L., Höjer, M., Dreborg, K.-H., Ekvall, T., & Finnveden, G. (2006). Scenario types and
techniques: Towards a user's guide. Futures , 723-739.
Connolly, D. (2009, July 25). A review of computer tools for analysing the integration of
renewable energy. Article history .
Dahlbäck, N. (2010). Utvecklingsbehov inom reglerkraftsområdet ur ett
vattenkraftperspektiv. Stockholm: Elforsk.
Dalhbäck, N. (den 15 December 2011). (I. Adolfsson, Intervjuare)
Development of renewable energy sources in Germany. (December 2011).
Bundesministerium für Umwelt. Hämtat från Development of renewable energy sources in
Germany 2010:
http://www.bmu.de/files/english/pdf/application/pdf/ee_in_deutschland_graf_tab_en.pdf
den 21 Mars 2012
46
Dreborg, K. (den 9 28 1996). Essence of backcasting. Futures .
Edoff, M. (den 16 December 2011). (I. adolfsson, Intervjuare)
Elforsk. (2003). Hämtat från http://www.vattenkraftmiljo.nu/Dokument/hammar.pdf
energi, S. (2010). Elåret 2010. Stockholm: Svensk energi.
Energimyndigheten. (den 29 november 2011). Energikunskap. Hämtat från Vattenkraft:
http://energikunskap.se/sv/FAKTABASEN/Vad-ar-energi/Energibarare/Fornybar-
energi/Vatten/Vattenkraft/ den 5 December 2011
Energimyndigheten. (2010). Energiläget 2010. Eskilstuna: Energimyndigheten.
Energimyndigheten. (2011). Energiläget i siffror 2011 . Hämtat från
http://www.energimyndigheten.se/Global/Statistik/Energiläget/Energiläget%20i%20siffror%
202011.pdf den 14 December 2011
Energimyndigheten. (2003). Energimyndigheten informerar. Hämtat från
Energimyndigheten:
http://webbshop.cm.se/System/TemplateView.aspx?p=Energimyndigheten&view=default&i
d=049e60f4d5134dcd846cc13a29bbf6e3 den 8 12 2011
Energimyndigheten. (2010). Sveriges energiförbrukning 2030. Stockholm: 2010.
Erik Ela, M. M. (2011). Operating Reserves and Variable Generation. Colorado: NRRL .
EU-kommutionen. (2011). Färdplanför ett konkurenskraftigt utsläppssnålt samhälle 2050.
Bryssel: 2011.
Gode, J., Särnholm, E., Zetterberg, L., Arnell, J., & Zetterberg, T. (2010). Swedish long-term
carbon scenario, Exploratory study on opportunities and barriers. Stockholm: IVL.
Göransson, L., & Johansson, F. (2009). Dispatch modeling of a regional power generation
system – Integrating wind power. Renewable Energy , 1040-1049.
Hammers, K. (2010). Kärnkraften nu och i framtiden. Eskilstuna: Energimyndigheten.
Hand, M., & Denholm, P. (2011). Grid
flexibilityandstoragerequiredtoachieveveryhighpenetration of variablerenewableelectricity.
Energy Policy .
Holttinen, H. (2004). The impact of lagre scale wind power production on the Nordic
electricity. Helsingfors: Vtt Processes.
Hulle, F. V. (2009). Integrating Wind Developing Europe’s power market for the large-scale
integration of wind power. Trade Wind.
47
IEA. (2011). Energy technology perspectives 2011. Paris: 2011.
IEA. (2010). World energy outlook 2010. Paris: 2010.
Jäderberg, M. (den 7 November 2011). Svenska kraftnät. Hämtat från Elområden:
http://svk.se/Energimarknaden/El/Elomraden/ den 21 Mars 2012
Jönsson, M. (den 09 Augusti 2011). Kärnkraftproduktion. Hämtat från Svensk energi:
http://www.svenskenergi.se/sv/Om-el/Karnkraft/Produktion/ den 6 Februari 2012
Kjellsson, E. (2000). Potentialstudier för byggnadsintergrerad solceller i Sverige . Lund: Lund
tekniska högskola.
Krüger Nielsen, S. (2007). Energy scenarios: a review of methods, uses and suggestions for
improvement. Global Energiy issues , 302-319.
Larsson, Ö., & Ståhl, B. (2009). Smart ledning - Drivkrafter och förutsättningar för utveckling
av avancerade elnät. Stockholm: Vinnova.
Lindholm, K. (den 23 December 2011). Svensk energi. Hämtat från Elproduktion:
http://www.svenskenergi.se/sv/Om-el/Elproduktion/ den 5 Mars 2012
Lundström, A. H. (den 9 Januari 2012). Pressmedelande. Hämtat från Svensk vindenergi :
http://www.vindkraftsbranschen.se/blog/pressmeddelanden/vindkraften-okade-med-74-
procent-under-2011/ den 19 Januari 2012
M. Höjer, L.-G. M. (den 32 7 2000). Determinism and backcasting in future studies. Futures .
Manwell, J., McGowan, J., & Rogers, A. (2009). Wind energy explained:Theory, design and
application. Great Britain: John Wiley & Sons Ltd.
Marklund, G. L. (2009). Var ligger horisonten? Stora potential men stora utmaningar för
vågkraft . Stockholm: Vinnova.
Nylén, P.-O. (2011). Möjligheter och hinder för laststyrning- Fokus på privatkunder med
eluppvärmning. Stockholm: Elforsk 11:70.
Organisation for the Nordic Transmission System Operators. (den 10 Oktober 2011).
Maximum NTC. Hämtat från Svk: http://svk.se/PageFiles/42221/111010-Max-NTC-karta.pdf
den 21 Mars 2012
Rundström, G. Å. (den 14 December 2011). (I. Adolfsson, Intervjuare)
Salamon, I. (den 7 Juli 2010). Neodym-Magnetens kung. Illustrerad vetenskap .
SolElprogrammet. (2009). Solelprogrammet. Hämtat från
http://www.solelprogrammet.se/Om-solcellstekniken1/Solel-for-arkitekter/Hur-fungerar-
solcellen1/ den 6 12 2011
48
Stockholm Environment Institute. (2011). LEAP, User Guide for Version 2011. Somerville:
Stockholm Environment Institute.
Svensk vattenkraftförening. (u.d.). Svensk vattenkraftförening. Hämtat från Vattenkraft:
http://www.svenskvattenkraft.se/doc.asp?M=100000571&D=600002031&L=SE den 5
December 2011
Söder, L. (2009). IEA Task 25 – Design and Operation of Power Systems with large amounts of
Wind Power. Stockholm: Elforsk.
Söderholm, Patrik; med fler. (2011, July 29). Governing the transition to low-carbon
futures:A critical of energy scenarios for 2050. Futures .
Tröste, E., Kuwahata, R., & Ackermann, T. (2011). Battle of the Grids. Amsterdam: Green
Peace.
Vattenreglering. (den 31 December 2009). Avrinningsområden. Hämtat från Vattenreglering:
http://www.vattenreglering.se/vrf/hemsida/bilder.nsf/WviewSysimages/2009-12-
31UVFschematisk-bild-enkel.pdf/$file/2009-12-31UVFschematisk-bild-enkel.pdf den 23 Mars
2012
Widén, J. (den Volym 2 April 2011). Correlations Between Large-Scale Solar and Wind Power
in a Future Scenario for Sweden. IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY , ss. 177-
184.
Åhrling-Rundström, G. (den 11 Augusti 2011). Svensk energi. Hämtat från Nordisk
elproduktion påverkas av ”våtår” eller ”torrår”: http://www.svenskenergi.se/sv/Om-
el/Vattenkraft/Betydelsen-av-vatar-och-torrar/ den 5 Mars 2012
Östergård, R. (2011). Flywheel energy storage a conceptual study. Uppsala: Uppsala
universitet.
49
Bilaga 1 I Figur till Figur 3 visar hur den installerade effekt för varje produktionskälla förändras
mellan år 2010 till 2050 för alla scenarier. Kärnkraften antas avvecklas i etapper, där en
etapp motsvara ett kärnkraftsblock.
Figur B1:1 SK: Installerad effekt för alla produktionskällor mellan åren 2010 till 2050
Figur B2:2 SM: Installerad effekt för alla produktionskällor mellan åren 2010 till 2050
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
10
20
13
20
16
20
19
20
22
20
25
20
28
20
31
20
34
20
37
20
40
20
43
20
46
20
49
GW
SK: Installerad effekt mellan åren 2010 till 2050
Vattenkraft
Vindkraft
Kraftvärme
Kärnkraft
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
10
20
13
20
16
20
19
20
22
20
25
20
28
20
31
20
34
20
37
20
40
20
43
20
46
20
49
GW
SM: Installerad effekt mellan åren 2010 till 2050
Vattenkraft
Solceller
Vindkraft
Kraftvärme
Kärnkraft
50
Figur B1:3 SF: Installerad effekt för alla produktionskällor mellan åren 2010 till 2050
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
10
20
13
20
16
20
19
20
22
20
25
20
28
20
31
20
34
20
37
20
40
20
43
20
46
20
49
GW
SF: Installerad effekt mellan åren 2010 och 2050
Vattenkraft
Solceller
Vågkraft
Vindkraft
Kraftvärme
Kärnkraft
51
Bilaga 2 Vindkraftens utnyttjandegrad för åren 2010 och för 2050 finns i Figur och Figur B2:218.
Produktionsvariationen är den samma mellan åren. Dock stiger utnyttjandegraden för
vindkraft från 18 % till 30 % år 2050. Ökningen beror bland annat på att tornen blir högre
vilket gör att vindkraftsturbinen får en högre medelvind.
Figur B2:1 Vindkraftens utnyttjandegrad för år 2010
Figur B2:218 Vindkraftens utnyttjandegrad år 2050
Solceller utnyttjandegrad är 10 % år 2010 och den antas stiga till 20 % för att
systemverkningsgraden blir bättre i framtiden. I Figur B2:319B2:3 och Figur B2:420B3:4 finns
utnyttjandegraden för åren 2010 och 2050.
0
10
20
30
40
50
60
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegraden för vindkraft år 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Vindkrafts utnyttjandegrad år 2050
52
Figur B2:319 Solcellers utnyttjandegrad år 2010
Figur B2:420 Solcellers utnyttjandegrad år 2050
Vågkraftens utnyttjandegrad antas vara konstant för varje månad på grund av bristfällig
data. I Figur B2:521B2:5 finns utnyttjandegrad för vågkraften.
0
5
10
15
20
25
30
35
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegrad för solceller år 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegrad för solceller år 2050
53
Figur B2:521 Vågkraftens utnyttjandegrad
I Figur B2:622B2:6 finns vattenkraftens utnyttjandegrad.
Figur B2:622 Vattenkraftens utnyttjandegrad
I Figur B2:723 Kärnkraftens utnyttjandegrad finns kärnkraftens utnyttjandegrad. Kärnkraften
antas ha en konstant utnyttjandegrad mellan åren 2010 till 2050.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegraden för vågkraft
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegrad för vattenkraft
54
Figur B2:723 Kärnkraftens utnyttjandegrad
I Figur B2:8 utnyttjandegraden för kraftvärme. Kraftvärme produktionen kommer både från
fjärrvärme anläggningar och från industrin men utnyttjandegraden bygger endast på
produktion från fjärrvärmeanläggningar. Det beror på att bristfällig data.
Figur B2:8 Kraftvärmens utnyttjandegrad
0
20
40
60
80
100
120
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegraden för kärnkrafen
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
17
33
49
65
81
97
11
3
12
9
14
5
16
1
17
7
19
3
20
9
22
5
24
1
25
7
27
3
28
9
30
5
32
1
33
7
35
3
Pro
cen
t
Utnyttjandegrad för kraftvärme