Återigen framstår det tämligen klart att en kombination av kärnkraft, sol, vind och lagring är betydligt mer optimalt än ett rent förnybart system, både egenskapsmässigt och ekonomiskt, menar Bengt J Olsson. Han har analyserat tankesmedjan RethinkX:s förslag om att göra Tysklands elsystem förnybart.
”Sol, vind och …batterier… är det bästa som jag vet, det är mina drömmar vävda av. ”
Tankarna förleds lätt till en gammal låt av Ted Gärdestad när man läser tankesmedjan RethinkX:s förslag om att göra Tysklands elsystem fritt från koldioxid, och dessutom självförsörjande, genom överproduktion av billig vind och solkraft, och med batterier som backup när vädret inte levererar el. Ett så kallat SWB (sol/vind/batteri) system.
Rent SWB system
Förslaget[i] går i korthet ut på att man med 210 GW solkraft och 180 GW vindkraft, balanserat av ett 6.2 TWh (!) batterilager ska bli självförsörjande på el, 500 TWh per år. Dessutom få 130 extra TWh som författarna kallar ”super power” men på normal svenska brukar kallas ”överskottsel” som ”vaskas” om man inte kan använda den. Ingen import eller export tillåts alltså i denna modell.
Detta till en kostnad av 367 miljarder USD. En nedbrytning av kostnaderna enligt RethinkX metoddokument visar på att 40% av kostnaden är för utbyggd sol/vindkraft och 60% för batterilagret. Batterilagerkostnaden är projicerad till 35 USD per kWh (jämför ett hembatteri som idag kanske ligger på 1.000 USD per kW), vilket ter sig tämligen optimistiskt.
För att få en känsla för hur mycket 6.2 TWh batterier är, så kan man föreställa sig att hela Forsmark 1’s produktion av el (1 GW) kontinuerligt används för att ladda detta lager. Då skulle det ta 8.5 månader att gå från tomt till fullt lager. Det är alltså en enorm mängd batterier. En ny rapport från ett av de stora analysbolagen[ii] prognosticerar att den totala kumulativt installerade batterilagermängden i hela världen 2030 kommer att vara 500 GW / 1.34 TWh. Så att Tyskland skulle kunna ha 200 GW / 6.2 TWh batterilager i detta tidsperspektiv verkar inte särskilt rimligt. Ett överslag på genomsnittlig kostnad per kWh från referensen ovan blir ca 250 USD per kWh, dvs ca 7 ggr dyrare än RethinkX:s ansats.
Simulering med en balansmodell (beskriven till exempel i denna SO artikel[iii], men betydligt utvecklad sen dess[iv]) visar att 6.2 TWh inte heller är tillräckligt. Givet att man har en vind och solkraftproduktion som i Danmark 2020-2021 fast skalad till de 630 TWh som behövs enligt RethinkX, så kommer låg vind (och naturligt lite sol) runt nyåret mellan 2020 och 2021 medföra att ca 40 TWh batterier behövs för att inte få ett underskott. 40 TWh batterier är givetvis orimligt i kubik. Det är mer än vad hela Sveriges vattenmagasin kan lagra.
Figur 1: Vänster: Elproduktion enligt simuleringen. Orange är vindkraft, ljusgrön solkraft, grå är batteri laddning/urladdning. Lila är konsumtion och blå är summan av levererad effekt. Om blå inte sammanfaller med lila kurvan har vi över eller underskott. Höger: Laddningsstatus hos batterilagret. Under sommaren med mycket elöverskott är lagret fullt, men under vintermånaderna så går det tomt ett flertal gånger.
Det simulerade underskottet med 6.2 TWh batterilager blir inte jättestort i energi räknat, ungefär 18 TWh. Man skulle kunna tänka att 18 TWh, utav 500 TWh, det kan man väl lätt importera? Men det blir problemtiskt på grund av de stora effektvariationerna. Det maximala effektunderskottet på vintern, när batterilagret var tomt, var hela 69 GW! Så det är den importkapacitet som krävs med SWB systemet för att det inte ska bli black-out någonstans i landet.
Figur 2: Uppförstoring av några dar runt nyåret 2020-2021. Svag vind och lite sol gör snabbt slut på den lilla mängden energi som finns lagrad i batterierna. Med tomma batterier och ingen annan tillgång till effekt får vi ett energiunderskott (röda rutan) på ungefär 6 TWh dessa dagar (~ 50 GW x 5.5 dar). Effektbristen maxar ut 1:a Januari, kl 16:00 med 69 GW!
Kärnkraft + SWB system
Ett alternativ istället för att bygga ut mer vind/solkraft och batterilager vore att behålla dagens nivå av sol och vindkraft och istället bygga 45 GW kärnkraft som baskraft och ett vätgaslager om 55 TWh med 60 GW elektrolysörer och 40 GW kombikraftverk för vätgas. Då skulle också Tyskland bli självförsörjande på nivån 500 TWh konsumtion.
Kostnad för detta system är uppskattningsvis 260 miljarder USD. Alltså 30% mindre än RethinkX uppskattning som troligen är 5-10 ggr för låg pga för lite batterier och för låg kostnad för dessa. Notera att varken RethinkX eller min uppskattning innehåller kostnader för nätutbyggnader. Men med all säkerhet blir denna mycket dyrare med ett rent SWB system som har en större mängd distribuerad produktion.
Figur 3: Vänster: Elproduktion för ett kombinerat kärnkraft + SWB system. Notera skillnaden i effektvariationer mot det rena SWB systemet. Detta system levererar också under de kallaste månaderna utan stöttning. Till en uppskattad kostnad 30% lägre än RethinkX’s rena SWB system. Notera också att ett, om än stort, mer realistiskt vätgaslager system används istället för batterier.
Detta mixade alternativ ter sig också mycket stabilare med naturlig svängmassa och med en effektleverans som matchar konsumtionen jämfört med det rena SWB systemet som leverar effektspikar på upp till 200 GW över konsumtionen.
Återigen framstår det tämligen klart att en kombination av kärnkraft, sol, vind och lagring är betydligt mer optimalt än ett rent SWB system, både egenskapsmässigt och ekonomiskt.
***
En mer utförlig analys finns på https://adelsfors.se/2023/05/29/rethinking-rethinkx-for-germany-2030/
[i] https://bit.ly/DeSWBPrimer
[ii] https://finance.yahoo.com/news/global-battery-energy-storage-market-164500749.html
[iii] https://second-opinion.se/orimligt-stora-lager-vatgas-for-att-jamna-ut/
[iv] https://adelsfors.se/2023/04/12/power-to-products-scenario-for-finland-2035/
10 Kommentarer
10 Kommentarer
Ingemar Eriksson
18 juni, 2023: 2:52 e m4e april var det en artikel ”Mer el från kraftvärme möjligt.” Det har också senare varit en artikel om periodvis för mycket vindkraft i systemet och oviljan att reglera ner vindkraft.
Det som anförs ovan måste beaktas. Jag tänker mig att lägga till några synpunkter som jag har:
Satsa på att hålla sopförbränning i drift hela tiden i SE3 och SE4. Man kan dra ner effekten vid låga el-värmebehov men panna och turbin bör hållas igång för att snabbt kunna producera el. Den koldioxid som frigörs vid förbränning av sopor kan samlas in och användas för tillverkning av ”e-bränslen”. På så sätt blir sopeldningen utsläppsfria i det läget även om ”samma” CO2 sen släpps ut från fordon.
Bygg ändå ut vindkraft i SE3 och SE4 och haven för att få in mer el så att resursen finns. Om det blir för hög produktion så ska elen användas för värmeproduktion som då minskar förbrukning av sopor och trä som bränslen, alltså är en koldioxidsänkande åtgärd. Här måste då vindkraften få ett minimipris på kanske 20 öre/kWh netto på den elen vilket skulle sätta ett minimipris på el, vilket faktiskt behövs. Det är helt osunt med gratis el.
Vindkraften bör inte på ha kvar ursprungsgarantisystemet med ett fiktivt batteri där man kan lagra strömmen ett år. Det är denna funktion som gör att vindkraftverken vägrar reglera ner för dom kan ”lagra” sitt överskott på el och sälja till kunder som vill ”köpa förnybart” trots att dessa kunder oftast får el producerat på annat sätt.
Kärnkraften är en svår grej. Det är lätt för den intresserade att bilda sig en uppfattning om vad svensk kärnkraft kostar i produktion, utan vinst för ägarna, genom att begrunda bolagen årsredovisningar. Detta är dock siffror som starkt påverkas av möjligheten att sälja el från kraftverken. Måste stora nedregleringar göras förstörs kärnkraftens ekonomi och det var det regeringen lyckades åstadkomma mellan 2010-2020 med en hänsynslös utbyggnad av vindkraft samtidigt som kärnkraftens första utgift var att betala en ”termisk effektskatt”, i princip en fastighetsskatt på installerad effekt.
Jag bedömer att Olkiluoto 3 som ”stand-alone” kostar runt 65 öre/kWh om dom får köra full effekt. Sen är frågan om TVO redovisar sina kkv separat eller 2 gamla och en ny i paket. Tror inte det går bygga ny kärnkraft som producerar för billigare än 70 öre/kWh vid kontinuerlig drift.
Samtidigt är det svårt tro att en sammanlagd systemkostnad för vindkraftverk + vätgasfabrik + vätgaseldad generator, med den tillgänglighet och verkningsgrad systemet skulle medge, blir billigare.
Det finns också stordriftsfördelar med att ha stor produktion på en plats med kärnkraft. Det är mycket med strålskydd, omgivningskontroll och annat krångel som blir dyrt om produktionen är för liten.
Jag välkomnar Vattenfalls tankar att förlänga kärnkraftens livslängd i Sverige men tänk på att några nya ”1000 MW” ändå bör byggas för att lösa problem som uppstått då 4000 MW kärnkraft lagts ner.
Kraftledningsnätet i Sverige borde vara starkt nog efter att SvK beslutade modifieringar genomförts. Om tillgången på existerande planerbar kraft utnyttjas enligt ovan och överskotten på vindkraft elimineras genom nedreglering eller intermittent förbrukning (värme, vätgastillverkning). Nya vindkraft verk och nya stora elförbrukare bör läggas nära varandra. SvK bör på sin hemsida ”kontrollrummet” också redovisa balansen inom respektive elområde, delvis för att pedagogiskt få en uppfattning om vindkraftens tillgänglighet, både i realtid och över tid.
Om ovanstående genomförs och det ändå inte räcker till måste först exporten och sen Sveriges förbrukning sänkas om det inte går att importera till rimligt pris. ”Tyskland med stark Euro får inte suga ur den billiga elen ur Sverige.”
Det finns en insikt i att ”alla kraftslag behövs” men det handlar också om att faktiskt betala för ny planerbar effekt, att inte försöka åka snålskjuts på ”elöverskottet” och att erbjuda vanligt folk att betala fasta priser på el som ligger i häradet kanske 80 öre/kWh plus skatter för att slippa priser på 500 öre när man behöver elen och sen erbjudas betala 20 öre när man har lågförbukning.
Sammanfattat: Utnyttja befintlig kapacitet i landet genom att ändra byråkrati och skatteregler.
SvaraLägg ner ursprungsgarantisystemet men inför ett minimipris på vindkraft som som går direkt till uppvärmning vid överskott och spar då koldioxidutsläpp genom minskad eldning.
Johnny Huss@Ingemar Eriksson
27 juni, 2023: 7:35 f mHej ♂️
Nyfiken. Vad baserar du ditt ”tror” på nedan?
Nyfiken bl.a. för att befintlig svensk kärnkrafts produktionskostnad är ca 22 öre/kWh.
Är det något specifikt du hittat som gör att nya kärnkraftverks produktionskostnad drar iväg?
”Tror inte det går bygga ny kärnkraft som producerar för billigare än 70 öre/kWh vid kontinuerlig drift.”
SvaraIngemar Eriksson@Johnny Huss
29 juni, 2023: 12:27 e mMan kan läsa i svenska kärnkraftverkens årsberättelser att, som du skriver Forsmark, är ca 20 öre/kWh i omkostnader, 2 öre/kWh i kapitalet. Detta vid i stort sett full tillgänglighet och låga räntor 2021.
SvaraDet här med 70 öre kommer från lite spekulationer runt OL3 med även de 20 öre i omkostnader men en kapitalkostnad på 120 miljarder inklusive byggräntor, en siffra som väl måste släppas från TVO samt ett modernare ränteläge.
En mera korrekt analys kan får i Energiforsk rapport 2021:714 där man i tabell 12 diskuterar priserna 49-64 öre/kWh för nybyggd kärnkraft med 6% kalkylränta.
Och kärnkraftens pris beror starkt på att man får köra sin fulla tillgänglighet. Nästan all kostnad på ett kärnkraftverk är fast och det var därför termiska effektskatten, som också var en fast utgift, blev så oerhört belastande för kärnkraften.
Cark Erik Magnusson
9 juni, 2023: 2:46 e mTänk om den långa period av högtryck som vi nu genomlever i norra Europa istället hade inträffat på vintern, utan vare sig sol eller vind. Inte så kul, lite farligt rentav som elsystemet ser ut nu. För övrigt kan det väl vara på plats att påpeka att Ted Gärdestads ursprungliga text var ”Sol, vin och ….
SvaraLite tänkvärt att Sveriges elpolitik verkar dionysisk!
Att högtryck har mycket längre varaktighet än volativa lågtryck framgår med all önskvärd tydlighet av skalan på en klassisk aneroidbarometer: Medelvärdet är 1013 hPa men trycket varierar mellan 940 och 1050 hPa.
Lars-Göran Johansson
8 juni, 2023: 10:56 f mEtt litet tankeexperiment. Obs jag påstår inte att det är realistiskt! Men hur många elbilar av t ex Volkswagens ID.5 (mellanklassbil?) skulle det behövas för att kunna lagra 6,2 TWh? Enligt VW´s hemsida är batterierna på 77 kWh. 6 200 000 000/77 = 80 519 481 elbilar.
Eftersom det bor 84 miljoner invånare i Tyskland så skulle det alltså, väldigt teoretiskt sett, räcka med ungefär en elbil per invånare. Även om just detta exempel är orealistiskt, bilarna skall ju också köras, så visar det ändå på att det kan finnas en ganska stor framtida marknad om man kan styra många små batterier så att de tillsammans uppträder som ett enda stort batteri.
SvaraBjörn ST Wiklund
8 juni, 2023: 7:38 f mSverige hade hydro och kärnkraft….. varför stoppa in intermittenta och energisvaga kraftslag…. vind blåser ibland, sol levererar soliga dagar på sommaren, skulle vi behöva mer lagring… Juktan et. al. för vind är dyrt osv….. hokus pokus…..
SvaraNils Lindholm@Björn ST Wiklund
10 juni, 2023: 11:33 f mBjörn ST Wiklund 8 juni, 2023 kl. 7:38
SvaraNjaee, Sverige har inte hydro, vi kanske kan klämma ut 20 tusen MW efter massiv utbyggnad, detta i 2 omgångar om 30-40TWh typ 1 -2 tusen timmar på full effekt, uppladdningen är tillrinningen, vårsmältningen och höstregnet ,inte vind-överskottet , det är en fördröjning
Johan Montelius
8 juni, 2023: 5:51 f mVarför komplicera saker?
Det bästa alternativet är naturligtvis att bygga ett system som består enbart av kärnkraft och vattenkraft. Det behövs ingen sol eller vind – dess enda syfte är att blidka politiska intressen och ge statliga bidrag till företag som annars inte skulle klara sig.
SvaraUWb@Johan Montelius
9 juni, 2023: 6:15 e mLägg in några kraftvärmeverk så blir det som tidigare och du har helt rätt. På några kvadratkilometer ytterligare skulle hela behovet av ny elproduktion kunna rymmas och rätt placerade skulle behovet av utbyggnad av ledningsnätet minimeras.
Hela debatten om snabbt och billigt utelämnar en hel den av systemaspekten och därmed de sanna kostnaderna för ett grönt – eller snarare antigrönt – elsystem som fortfarande många eftersträvar.
Min spaning inför framtiden är att det går långsamt, men fler och fler börjar inse att den nuvarande strategin är felaktig.
Jag jobbar mycket mot Tyskland och försiktigt uttryckt kokar det, speciellt bland de välutbildade och det är inte förvånande att Die Grünen sjunker som en sten och AFD (Alternativ Für Deutchlland) ökar – de är ungefär som en mer extrem variant av SD.
Lyssna på Peter Zeihen – tankeväckande om bland annat Tyskland, om är ibland lite väl vinklat.
SvaraJohan Montelius@UWb
15 juni, 2023: 5:16 f m”Lägg in några kraftvärmeverk så blir det som tidigare ..”
Även kraftvärmeverk och rena värmeverk kommer naturligtvis att vara kärndrivna i framtiden. Det finns ingen anledning till att samla pinnar på marken när alternativet är ett verk som är laddat och klart och tuggar på i tjugo år utan bränslebyte. Sopförbränning är nog det enda alternativet som kommer överleva.
Svara