Nya krafter, nya nätverk: om framväxt, spridning och konsekvenser av alternativa elsystemarkitekturer

Snabbt sjunkande kostnader för småskalig förnybar elproduktion, energilager och informationsteknik gör att elsystemen kan stå inför en radikal förändring.

I ett framtidsscenario får ”smarta nät” en central plats för att balansera produktion och konsumtion. I ett annat minskar nätets betydelse och lokal lagring skapar en grogrund för ”nätavhopp”. I ett tredje scenario växer näten istället till kontinentala eller globala ”supernät”. I världen sker experiment stödda av olika aktörsgrupper som kan leda utvecklingen i alla dessa riktningar. Framtiden är oviss.

Målet för detta projekt är att identifiera möjliga och troliga utvecklingsvägar för elsystemets arkitektur, kritiska faktorer som påverkar utvecklingens riktning och vilka faktorer som kan påverkas av vem och hur olika aktörer kan behöva anpassa sig. I tre doktorandprojekt följer vi den globala framväxten av nya systemkonfigurationer, utforskar tekniska, ekonomiska och miljömässiga konsekvenser, och studerar effekter av de svenska pilotprojekten kring smarta nät.


ForskningsresultatVisa/dölj innehåll

Snabbt sjunkande kostnader för ny teknik som småskalig förnybar elproduktion, energilager, informationsteknik och teknik för högspänd likström utmanar det etablerade elsystemet och öppnar nya utvecklingsvägar. Projektets syfte var att följa denna omställning och identifiera kritiska faktorer för utvecklingen samt hur olika aktörer påverkar och påverkas av utvecklingens riktning. Projektet genomfördes i form av tre doktorandprojekt på Chalmers tekniska högskola och Linköpings universitet. Projektet ingick i Forskarskola Energisystem. I delprojekten användes kvantitativa teknoekonomiska optimeringsmodeller, kvalitativa teknologiska innovationssystemmodeller och en STS-ansats.

I projektet har vi identifierat flera parallella utvecklingstendenser som pekar i delvis motsägelsefulla riktningar: från framväxten av system baserade på oberoende prosumenter, till prosumenter sammankopplade i mindre eller större smarta nät, system där städer utvecklar ett större oberoende från resten av nätet och nät optimerade på en kontinental eller global skala. En avgörande fråga handlar om på vilken systemnivå man försöker balansera utbud och efterfrågan genom systemintegration, och hur man gör detta. De nya tekniska möjligheterna och nya utsikter för ekonomisk optimering på olika systemnivåer gör att aktörers skilda och ibland motstående intressen får en allt större betydelse för åt vilket håll utvecklingen kan tippa. Utvecklingens riktning blir lika mycket en fråga om kultur och politik som om teknik. Makten över systemet står på spel.

I denna osäkra situation pågår många processer där både nya och gamla aktörer söker kunskap och försöker konsolidera sina positioner eller vinna ny terräng. I våra studier av experiment i Sverige, USA och Australien ser vi hur etablerade aktörer försöker försvara sina positioner medan nya aktörer kämpar för att etablera alternativa strukturer. En central fråga handlar om hur experiment designas, vilka politiska diskurser som styr, vilka aktörer som tillåts delta och vilket lärande som uppstår eller uteblir. En annan fråga rör hur nya entreprenörer kan dra nytta av resurser utanför (eller innanför) det lokala elsystemets rigida strukturer för att bygga nya typer av system.

Resultatet av detta projekt är inte ett entydigt svar på i vilken riktning elsystemen går i världen, Europa eller Sverige. Vi tror dock att projektet bidrar med empiriska resultat som visar på viktiga drivkrafter och motkrafter för utveckling i olika riktningar. Projekten har även genererat nya modeller för att kvantitativt utvärdera optimering på olika systemnivåer, nya kvalitativa innovationssystemmodeller för att analysera framväxten av alternativa teknologiska system och ett nytt perspektiv på vilken roll experiment som demonstrationsprojekt spelar, och kan spela, i omställningsprocesser.

PublikationerVisa/dölj innehåll

Doktorsavhandling

Verena Heinich (2021). Decentralization in energy systems - Low-carbon technologies and sector coupling on the household, community and city scales

Fredrik Envall (2021). Experimenting for change?: The politics of accomplishing environmental governance through smart energy pilot projects

Kristina Hojcková (2020). Emerging networks of power: Exploring socio-technical pathways towards future electricity systems based on renewable energy technologies

Vetenskapliga publikationer

Andersson, J., Hojcková, K., Sandén B. (2020) Clarifying the focus and improving the rigour of sustainability transitions research on emerging technologies. IST 2020 Conference paper.

Duvignau, R., V. Heinisch, L. Göransson, V. Gulisano, and M. Papatriantafilou. “Small-Scale Communities Are Sufficient for Cost- and Data-Efficient Peer-to-Peer Energy Sharing,” e-Energy 2020 - Proceedings of the 11th ACM International Conference on Future Energy Systems, 35–46, 2020. https://doi.org/10.1145/3396851.3397741.

Heinisch, Verena, Mikael Odenberger, Lisa Göransson, and Filip Johnsson (2019a). “Prosumers in the Electricity System—Household vs. System Optimization of the Operation of Residential Photovoltaic Battery Systems.” Frontiers in Energy Research 6. https://doi.org/10.3389/fenrg.2018.00145.

Heinisch, Verena, Mikael Odenberger, Lisa Göransson, and Filip Johnsson (2019b). “Organizing Prosumers into Electricity Trading Communities: Costs to Attain Electricity Transfer Limitations and Self‐sufficiency Goals.” International Journal of Energy Research, July 25, er.4720. https://doi.org/10.1002/er.4720.

Heinisch, Verena, Lisa Göransson, Mikael Odenberger, and Filip Johansson (2019c). “Interconnection of the Electricity and Heating Sectors to Support the Energy Transition in Cities.” International Journal of Sustainable Energy Planning and Management 24 (October 11, 2019). https://doi.org/10.5278/ijsepm.3328.

Heinisch, Verena, Lisa Göransson, Rasmus Erlandsson, Henrik Hodel, Filip Johnsson, Mikael Odenberger (2020). “Smart electric vehicle charging strategies for sectoral coupling in a city energy system", submitted for publication (2020)

Heinisch, Verena, Lisa Göransson, Mikael Odenberger, and Filip Johansson (2021). ”The impact of electricity transfer capacity between city and regional scales on energy system decarbonization” (preliminary title), to be submitted for publication.

Heinisch, Verena (2021). Title to be decided. PhD thesis, Energy technology, Space, Earth and the Environment, Chalmers University of Technology. To be published in April 2021.

Hojčková, K., Sandén, B., & Ahlborg, H. (2017). Three electricity futures: Monitoring the emergence of alternative system architectures. Futures 98:72-89. https://doi.org/10.1016/j.futures.2017.12.004

Hojčková, K., Ahlborg H., Morrison G., Sandén B. (2020a) Entrepreneurial use of context for technological system creation and expansion: The case of blockchain-based peer-to-peer electricity trading. Research Policy 49:104046. https://doi.org/10.1016/j.respol.2020.104046

Hojčková, K., Ahlborg H., Sandén B. (2020b) Building a global Supergrid: A sociotechnical analysis. Manuscript submitted to Renewable & Sustainable Energy Reviews.

Hojckova, K. (2020b). The challenge of peer-to-peer electricity trading pilots: Review of innovation systemic problems in the US and Australia. Manuscript submitted to Energies’ special issue on Smart Local Energy Systems.

Wilkinson, S. J, Hojckova, K., Eon, C., Morrison, G., Sandén B. (2020). Is peer-to-peer electricity trading empowering users? Evidence on motivations and roles in a prosumer business model trial in Australia. Energy Research and Social Science 66:101500. https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101500

 

Personer i projektetVisa/dölj innehåll

Projektledare

Björn Sandén, professor, Chalmers

Övriga projektdeltagare

  • Harald Rohracher, professor, LiU
  • Mikael Odenberger, biträdande professor, Chalmers
  • Helene Ahlborg, docent, halmers
  • Dick Magnusson, universitetslektor, LiU
  • Lisa Göransson, forskarassistent, Chalmers
  • Verena Heinisch, Chalmers
  • Kristina Hojckova (har disputerat)
  • Fredrik Envall (har disputerat)

Projekt partners

  • Chalmers
  • Linköpings universitet

Läs mer om FoESVisa/dölj innehåll

Taggar Visa/dölj innehåll