En kombination av sol, vind och batterier tillsammans med kontinuerliga och koldioxidsnåla tekniker som kärnkraft, bioenergi, vattenkraft med stora dammar samt naturgas med CCS är den minst kostsamma vägen till en koldioxidfri elproduktion, enligt den nyligen publicerade studien “The Role of Firm Low-Carbon Electricity Resources in Deep Decarbonization of Power Generation”. 

Om kontinuerliga elkällor inkluderas i en koldioxidfri elmix så kan kostnaden minska med 10 till 62 procent, jämfört med om endast sol, vind och batterilagring används för att nå en koldioxidfri elmix. Detta är relevant för länder som idag baserar sin elproduktion till stor del på kol och naturgas, som exempelvis Tyskland.

– Ett elsystem som använder kontinuerliga koldioxidsnåla resurser i kombination med sol, vind och lagring kan nå nollutsläpp med en liten ökning av kostnaderna, även utifrån ett pessimistiskt antagande om kostnaden för dessa koldioxidfria resurser, säger Jesse Jenkins, en av forskarna bakom studien, i ett pressmeddelande från Massachusetts Institute of Technology.

Det krävs betydligt mer än en kapacitet på en megawatt från variabel förnybar el och lagring för att ersätta samma kapacitet från kontinuerliga elkällor, om samma tillförlitlighet och utsläppsminskning ska uppnås. Det behöver finnas en stor sol- och vindkapacitet, tillsammans med lagring, för att kunna flytta utbudet av el från perioder med god tillgång till sol och vind till perioder med sämre tillgång.

I ett scenario där en koldioxidfri elproduktion nås utan kontinuerliga elkällor krävs det en installerad generering och lagringskapacitet som är fem till åtta gånger större än toppefterfrågan på el, om kontinuerliga elkällor däremot finns tillgängliga så är motsvarande siffra 1,3– 2,6. Ett annat exempel från studien är att det i ett scenario där det finns kontinuerliga elkällor krävs en installerad kraftkapacitet på 48 GW i ett i studien utvalt geografiskt system, om varierande förnybar el ska stå för hela produktionen behövs det däremot finnas en kapacitet på 130 GW exklusive lagring.

I ett system med mycket varierande förnybar el kommer det att behövas ellagring för att ta hand om det överskott som skapas när det är goda förutsättningar för sol- och vindel, men det är inte kostnadseffektivt att bygga så mycket ellager.

– Energilagring har, som alla tekniker, en avtagande marginalnytta. Det betyder att ju mer lagring som tillförs ett system, desto mindre frekvent kommer den ökade lagringskapaciteten att användas och desto mindre värde kommer den ökade lagringskapaciteten att tillföra. Denna effekt kan förbättras genom att utveckla väldigt billig lagringsteknologi som passar för icke-frekvent användning, men utmaningen kan inte elimineras, skriver Nestor A Sepulveda, en av forskarna bakom studien, i en kommentar till Second Opinion.

Att sträva efter att bli koldioxidfri med hjälp av i huvudsak sol, vind och batterier är, enligt Jerkins, som att slå vad, med planeten som insats, om att vi kommer nå väldigt låga kostnader för dessa resurser.

Istället bör vi utveckla ett brett spektrum av koldioxidfria alternativ, enligt Sepulveda.

Nestor A Sepulveda

– Om vi inte börjar nu kan sannolikheten att nå nollutsläpp minska betydligt.

Forskarna föreslår även en ny klassificering av energiresurser.

– Den gamla klassificeringen (baskraft, reglerkraft och toppkraft) är baserad på hur de olika resurserna används, utifrån kostnad och frekvens, för att möta efterfrågan på el. Denna klassificering är inte meningsfull för system där efterfrågan aktivt deltar i systembalanseringen och där egenskaperna hos varje resurs bestämmer hur systemet fungerar. Vi föreslår därför en klassificering baserad på egenskaperna hos de olika resurserna, snarare än på efterfrågan som resurserna tillgodoser, skriver Sepulveda till Second Opinion.

Istället föreslår de klassificeringen “bränsle-besparande” resurser som inkluderar sol, vind och vattenkraft utan dammar, “snabb-strömmande” resurser som inkluderar batterilagring och “kontinuerliga” resurser som kärnkraft, vattenkraft med stora dammar, biogas och geoenergi.

Studien baseras på en undersökning av nästan 1 000 scenarier som innehåller olika antaganden om tillgången på och kostnaden för koldioxidsnåla tekniker, geografisk variation i tillgången på förnybara resurser och även olika antaganden om politik.