12 oktober 2022

Om mindre än 20 år ska Sveriges hela elproduktion komma från förnybara källor. Problemet är att sol- och vindkraft ger ett ojämnt energiflöde beroende på väder och vind. Men ett flexibelt energisystem där fjärrvärmesystem, elsystem och industri samverkar för att balansera energiåtgången kan bidra till att målet uppnås, visar forskning från Linköpings universitet.

Bild på två kvinnor. Genom att ställa om till flexibla energisystem där fjärrvärmesystem, elsystem och industri samverkar kan problemet med ojämnt energiflöde från vindkraft delvis lösas enligt Maria Johansson och Danica Djuric Ilic, forskare vid Linköpings universitet. Teiksma Buseva

Enligt Energiöverenskommelsen, som trädde i kraft 2016 efter beslut i riksdagen, ska all svensk elproduktion vara helt förnybar redan år 2040. Det innebär en utbyggnad av framför allt vindkraft och till viss del solenergi.

Problemet är att vindkraft inte ger samma stadiga energiflöde som fossila källor. Blåser det mycket får systemet överskottsenergi som behöver exporteras, och blåser det lite är förhållandet omvänt och el behöver importeras. I dagsläget kan den variationen i viss mån regleras med vattenkraft för att ge stabilitet i energisystemet. Men med en ökad andel vind- och solkraft behöver systemet balanseras på annat sätt också. I och med att slutkonsumenten förväntar sig en pålitlig tillgång på elenergi oavsett väder och vind är det en utmaning.

Ekonomisk drivkraft

Genom att ställa om till flexibla energisystem där fjärrvärmesystem, elsystem och industri samverkar kan problemet delvis lösas. Driften av värmepumpar och kraftvärmeverk i fjärrvärmesektorn kan styras så att de hjälper till att balansera elsystemet. Även inom industrisektorn, som står för cirka 37 procent av den totala elförbrukningen, ligger potential för en dellösning av problemen.

– Inom industrin går många processer på max och man jobbar med ”lean production” vilket gör det svårare att vara flexibel. Men samtidigt är den största drivkraften ekonomisk. Bild på en kvinna. I bakgrund ser man vindkraftverk.Maria Johansson, universitetslektor vid Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling. Foto Teiksma Buseva Om det går att minska kostnaden genom att vara flexibel utan att det går ut över produktionen skulle en omställning vara möjlig, säger Maria Johansson, universitetslektor vid Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, IEI, vid Linköpings universitet.

Forskarna har utgått från ett framtidsscenario där mängden vindkraft ökar från dagens 28 TWh till 55 TWh och mängden kärnkraft är noll. I det scenariot skulle Sverige behöva öka importen av el med 21 TWh. Även exporten skulle öka så att den överstiger den befintliga kapaciteten i kablarna som sammankopplar Sverige med grannländerna, med andra ord – det kommer att uppstå överskottsel. Med hjälp av datorsimuleringar kunde forskarna se att om man kombinerar alla system för att jobba flexibelt skulle mängden överskottsel minska med 74 procent och importen skulle minska med 36 procent. Dessutom skulle elsystemet bli mer stabilt.

– Det handlar om att skifta användningen i tid. Man behöver öka flexibiliteten på behovssidan eftersom det finns mindre flexibilitet på produktionssidan. Sen finns viss möjlighet att kolla på energilagring i till exempel fjärrvärmesystemet men det är föremål för framtida forskning, säger Danica Djuric Ilic, universitetslektor på IEI.

Inventera energianvändning

Forskarna jämför konceptet med hur privatpersoner kör sin disk- och tvättmaskin när det är ett billigare elpris på grund av hög vindelproduktion och lågt elbehov i systemet. Porträtt på en kvinna . I bakgrunden ser man vindkraftverketDanica Djuric Ilic Foto Teiksma Buseva Det bidrar till lägre toppar av elanvändning när elen är dyr, det vill säga när vindelproduktionen är låg och elbehovet i systemet är högt. Om samma princip kunde införas inom industrin så att elanvändningen bättre matchar tillgången på vind- och solel i nätet skulle balansen i elsystemet förbättras och andelen förnybar energi skulle kunna öka. Men det kräver storskalig samordning. Forskarna genomförde också intervjuer med energibolag och industriföretag för att undersöka hinder, drivkrafter och incitament när det gäller användarflexibilitet.

– Industrierna behöver inventera sin energianvändning för att se vilka processer som kan vara flexibla utan att det går ut över produktionen. Trovärdiga flexibilitetsmarknader skulle kunna vara en lösningarna där man köper och säljer flexibilitet. För det behövs också smarta system som styr och samordnar elanvändningen, samt system som bättre kan förutsäga kraftproduktionen från vind och sol som ju hänger ihop med vädret, säger Maria Johansson.

Fakta: Enligt SCB uppgår den totala elförbrukningen i Sverige till 165 TWh år 2021. Av det kommer cirka 71 TWh från vattenkraft och 28 TWh från vind- och solkraft. Tillsammans utgör de förnybara källorna alltså strax över 60 procent av all elkraftsproduktion.

Rapporten: Flexibelt energisystem genom samverkan mellan fjärrvärmesystem, elsystem och industri, Maria Johansson, Danica Djuric, Igor Cruz 2022.

Kontakt

Forskningsområde

Organisation

Senaste nytt från LiU

Person intervjuas och pratar om sin avhandling

Sigrid blev dubbeldoktor - vid 26 års ålder

En lång men också väldigt rolig resa, så beskriver Sigrid Nilsson sin tid som forskarstuderande vid Forskarlinjen. För nu har hon disputerat och kan därmed både blicka framåt och bakåt på sin forskning.

Porträtt av professor Gustav Tinghög.

Forskare överskattar sin egen hederlighet

Den genomsnittlige forskaren tycker sig vara bättre än kollegorna på att följa god forskningssed. De tycker även att det egna forskningsfältet är bättre än andra. Det visar en studie som forskare vid Linköpings universitet gjort.

Deras projekt måste hålla för en rymdfärd

Swedish space corporation gav LiU-studenterna drömuppdraget: Utveckla en trycksäker apparat. Som innehåller ett experiment. Och som ska skjutas ut i rymden.