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