Etikettarkiv: vattenkraft

Alla elektroner är inte lika mycket värda

Dags för årets upplaga av detta traditionella inlägg! Jag skulle vilja skriva det närmare årsskiftet, men Svenska Kraftnät (SvK) har tyvärr såhär fördröjd statistik.

Resultat för 2015

Om man kombinerar SvKs timvisa produktionsstatistik per kraftslag för 2015 med Nordpools spotpriser, så ser man att genomsnittsvärdet på el år 2015 var 21.3 öre/kWh. Man kan också räkna ut ett genomsnittligt spotprisvärde per kraftslag genom att vikta spotpriserna med respektive kraftslags produktion per timme.

viktat-spotpris-2015

Vattenkraftens värde var alltså 21.5 öre, kärnkraft 21.2 öre, vindkraft 20.2 öre och solceller 20.1 öre/kWh. Det betyder att värdet för vind och sol år 2015 var 5-6% lägre än genomsnittet. Värmekraft hämtar ett bra spotpris eftersom de kör främst på vintern, samvarierande med fjärrvärmebehovet, medan kärnkraft är inflexibelt och hämtar 99.1% av snittet.

Fallande värde

Jag försöker vara transparent och även redovisa resultat som inte följer mina teser. Jag har förutspått att vindkraften kommer att få ett procentuellt allt sämre viktat spotpris när mängden vindkraft i systemet ökar, pga att vindkraften förstör sitt eget spotpris under de dagar det blåser bra. Man ser sådana effekter, men sedan 2012 har vindkraften legat hyfsat konstant på cirka 5% lägre värde än genomsnittet. Jag håller fast vid min tes om att värdet kommer urholkas med ytterligare penetration (andel vind), men hittills ser jag det inte i siffrorna, trots att vindkraften år 2015 nådde 11% av elen.

Som tröst har jag stöd i litteraturen och i empirin från andra länder. Ett färskt working paper av Lion Hirth visar på befintlig empiri och studier och han har även arbetat fram en modell för hur värdet minskar linjärt med marknadsandelen. Såhär har det sett ut i Tyskland:

hirth-re-value

Hirth konstaterar att värdet på sol och vind vid låga marknadsandelar beror på hur dessa kraftslag samvarierar med konsumtionen (över dygn och säsong). Vid höga marknadsandelar däremot så beror värdet mer på kraftslagens egen varians när de konkurrerar ut sig själva på spotmarknaderna.

I Sverige de senaste fyra åren har värdet av solcells-elen varierat mellan 88% och 108% av genomsnittet. De år då solen har haft högt värde har vintrarna varit milda och reaktorerna gått bra på vintern, så att skillnaden i spotpris över säsong har varit mindre än skillnaderna i spotpris mellan dag och natt. Solen har en penetration i Sverige, enligt SvK (som måhända inte täcker all solproduktion), på endast 0.02%, vilket innebär att solen ännu inte konkurrerar med sig självt. Eftersom Sverige har säsongsmässigt mindre lämplig sol än Tyskland, kommer Sveriges värdeurholkning vara brantare än den tyska ovan.

Import och export

Svensk vindproduktion var cirka 17 TWh och svensk nettoexport cirka 23 TWh år 2015. Jag har inte undersökt vad exportintäkterna egentligen blev, men om man som proxy skapar ett viktat spotpris på samma sätt som för kraftslagen, så blev nettot 4.1 mdr, dvs blott 18 öre/kWh. Jag misstänkte att vi exporterade mycket av vinden och gjorde en scatterplot på det:

import-vind-2015

Misstanken var fel, sambandet är svagt, vi exporterar nästan lika mycket när vi har hög som när vi har låg vindproduktion. Vi exporterar alltså inte vinden för närvarande, iallafall inte i någon avgörande utsträckning. Jag misstänker att en orsak är att när det blåser mycket hos oss, så blåser det mycket hos grannarna och då är de inte intresserade av import.

Vattenkraft

Okej, om inte exporten tar smällen, så borde vattenkraften göra det. Ny scatterplott:

vatten-vind-2015

Ja, mycket riktigt: Vattenkraften får kompensera. Våra 6 GW vindkraft producerar 0-5 GW beroende på vindförhållanden och vattenkraftens trendlinje varierar då med cirka 3 GW. Allteftersom vindkraften växer i Sverige och reaktorer tvingas till nedläggning kommer vattenkraften tvingas variera än mer, tills gränserna uppnås. Det finns en övre kapacitetsgräns på 16-17 GW och så kallade vattendomar reglerar minimi- och maximiflöden för att skydda älvbiotoper, älvbankar mm.

Slutsats

Även om vindkraften kan byggas hyggligt billigt, så är den inte lika mycket värd och ersätter kärnkraft som har ungefär samma livslängd som de nya vindkraftverken. Solceller kan inte byggas billigt och dess produktion är ännu mindre värd. Utbyggnaden av dessa kraftslag förblir samhällsekonomiskt vansinne.

Tänk globalt, agera lokalt?

En extra kärnkraftsreaktor i Sverige medför undanträngning av MER än motsvarande fossilkraft i Europa. Däremot tränger en svensk vindsnurra MINDRE än motsvarande mängd fossilkraft.

Visst låter det knäppt? Energi som energi, eller hur? Låt mig förklara! Om vi bygger en extra reaktor i Sverige så skapar vi en viss mängd export-el som tränger undan motsvarande mängd fossil el i övriga Europa. Så långt är det självklart. Men export-elen är inte vilken el som helst, utan reglerkraft. Den vattenkraft som nyss tvingades agera jämn baskraft åt oss, har omvandlats till fri reglerkraft åt kontinenten! Eftersom utbyggnaden av intermittenta förnybara kraftkällor som vind och sol begränsas av tillgången till balanserande reglerkraft, så innebär det att vår styrbara vattenkraft inte bara tränger undan fossilkraft utan också möjliggör nya vindsnurror därnere. Det skapar alltså en viss hävstångseffekt. Dessutom ger det oss goda exportintäkter när vi kan exportera mycket då kontinentens priser är höga.

Ovanstående resonemang är givetvis förenklat. Det förutsätter tillräckligt med kablage till kontinenten, exempelvis, och är giltigt bara till den gräns som definieras av turbinmängd och de vattendomar som reglerar flödena i våra älvar. Men ändå!

Nå, om vi bygger en extra vindsnurra, då? Jodå, vi tränger på sätt och vis undan kolkraft nere på kontinenten i motsvarande mängd då vår export ökar. Men eftersom vi har en hel del vindsnurror är vi inte så flexibla, utan får lättare att exportera när det blåser bra och svårare när det inte blåser. Vi äter alltså själva upp reglerkraften som tysken lika gärna kunde använt till att möjliggöra egna vindsnurror! Så vi vann inte så mycket fossil-undanträngning som vi hade hoppats. Däremot förlorar vi genom att subventionera egen vind för export, minska vår exportflexibilitet och vår möjlighet att exportera när priset är som högst. För mer förståelse för hur intermittent kraft äter reglerkraft och påverkar effektbalans, se min gamla simulering av sol+vind eller den här simulatorn.

Det resonemanget är också lite förenklat. Bland annat har svensk vindkraft och dansk/tysk vindkraft skapligt låg korrelation, vilket betyder att varje snurra här inte till 100% omöjliggör en snurra där. Geografisk spridning hjälper lite (men bara lite). Sammantaget är det ändå så att våra poolade vattenkrafts- och naturgasresurser i Europa begränsar mängden intermittent kraft vi kan integrera.

Det brukar sägas att Sverige har ovanligt bra förutsättningar att skapa en 100% förnybar elproduktion och det stämmer förstås. Vi har tur med riklig vattenkraft vilket är precis vad som behövs för att matcha nyckfull vind och sol. Men varför ska vi balansera vind och sol här hemma?

Om vi lägger ner kärnkraften i Sverige och ersätter med vind och sol så har vi uppnått den gröna våta drömmen om att vara en förebild på förnybart-området. Men vi har inte minskat CO2-utsläppen här hemma och inte hjälpt till ett skit i omvärlden. Tvärtom har vi slutat hjälpa till och istället slutit oss inåt. Vi kastar bort den kärnkraft som i 40 år utgjort en viktig del av europeisk fossilfri generering, skapar istället baskraft av vår värdefulla reglerkraft genom att blanda med egen vind och säger sen åt tysken och dansken ”Lycka till med er omställning, vi tvår våra händer. Fråga Norge om ni behöver hjälp, de har fortfarande lite vattenkraft över.” Så blir det med en rödgrön regering. Miljöpartiet är glasklart med att de vill att svenskt ”elöverskott” ska användas till att stänga reaktorer.

En simulering av sol+vind

I Sverige 2013 producerade kärnkraften 44% av elen, vinden 7% och solen 0.003%. Många vill ersätta kärnkraften enligt den gamla 80-talsdängan. ”Vad ska väck? Barsebäck! Vad ska in? Sol och vind!”

Så låt oss simulera. Om kärnkraften på 44% stängs ner, och vinden får producera (ytterligare) 22% och solen 22%, hur ser det ut då? Lätt, bara att skala upp vinden med en faktor 3.2 och solen med en faktor 8094. Såhär skulle det bli, jämfört med kärnkraften och med totalförbrukningen:

solvind1

Vi ser att kärnkraften snällt håller sig kring 5-8 GW och sköter bränslebyte och underhåll på sommaren. Resten står vattenkraften för. Summan av sol+vind däremot går mellan 0-35 GW, och överstiger ofta förbrukningen kraftigt.

Som sagt, vattenkraften får stå för differensen, så låt oss titta på hur vattenkraften får jobba med sol+vind jämfört med hur den får jobba idag med kärnkraft.

solvind2

Problemet här är dubbelt. Vattenkraften måste med kärnkraft leverera max 15 GW, men med sol+vind uppåt 23 GW. Men vad värre är måste vattenkraften ibland stå helt still och helst gå baklänges för att man inte ska tvingas kasta bort kraft. Att exportera är inte så lätt när andra länder rimligen har samma problem med överskott på sommaren. Vattenkraften kan inte anpassas till detta utan stora miljökonsekvenser eftersom det skulle skapa omväxlande översvämningar och tomma flodbäddar, med allt vad det innebär för kringboende och ekosystem.

Jaha, men lagring då? En del av problemet beror på att solcellerna producerar mycket mitt på dagen. Anta att vi har batteribackup som klarar av att utjämna över dygnet. Då blir det såhär:

solvind3

Betydligt bättre, men fortfarande är svängningarna för sol+vind enormt mycket högre än för kärnkraften. Det funkar alltså inte heller, men låt oss låtsas att det gör det. Hur mycket lagring behövs till dygnslagringen? Om vi zoomar differensen (utan lagring) för en sommarvecka, så ser vi följande:

solvind4

Mellan tummen och pekfingret visar ovanstående graf att cirka 100 GWh lagring kan vara lagom för att jämna ut produktionen på dygnsbasis i vårt scenario. Om vi täcker detta med litium-jon-batterier så krävs cirka 700,000 ton batterier till en kostnad av, lågt räknat, cirka 160 miljarder kronor, eller 16 mdr/år om vi antar 10 års livslängd.

Kostnadsbilden i övrigt, då? Här ersätts kärnkraften av cirka 12 GW vindkraft och 36 GW solceller. För enkelhetens skull, låt oss säga att båda sorterna har en livslängd på 24 år. Då krävs det att vi bygger 0.5 GW vindkraft och 1.5 GW solceller varje år. Med en kapitalkostnad på ca $2/W för dessa energislag, så blir kostnaden cirka 26 miljarder kronor/år. Lägg på batterikostnad och vi har totalt 42 miljarder/år.

Jämför med kärnkraften, som för samma energileverans kräver 9 GW kapacitet för sisådär 50 kronor/W med en livslängd på 60 år, för en årlig kostnad på 9e9*50/60 = 7.5 miljarder kronor/år.

Vad är de grönas mest troliga invändning mot detta resonemang? Antagligen att man vill spara en massa el också, inte bara ersätta kärnkraft med sol och vind. Fair enough, vår elintensiva industri ska flytta till skurkstater och kolkraftsländer som Tyskland. Det är en lösning om vi bara vill två våra händer.

Minns också att hela resonemanget bygger på Sveriges fantastiska vattenkraftsresurser. Vi behöver bara 44% sol+vind (plus befintliga 7% vind) för att fortsätta vara CO2-snåla. Vår kapacitet att integrera väderberoende kraft är alltså betydligt större än andra länders. Ändå är det som synes ingen särskilt bra idé.