Premium

Hur många pumpkraftverk behöver Sverige 2045?

Nedlagd gruva. Foto: Istock
Nedlagd gruva. Foto: Istock
I Australien planeras ett pumpkraftverk som ska använda två dagbrott från tidigare guldbrytning. Foto: Genex Power
I Australien planeras ett pumpkraftverk som ska använda två dagbrott från tidigare guldbrytning. Foto: Genex Power
Den specialutformade turbinen kan också fungera som pump. Då får generatorn gå som motor. Foto: Berit Djuse
Den specialutformade turbinen kan också fungera som pump. Då får generatorn gå som motor. Foto: Berit Djuse
Illustration från Mine Storage av pumpkraft.
Illustration från Mine Storage av pumpkraft.
Alexandra Sederholm och Sophie Ågren. Foto: Privat
Alexandra Sederholm och Sophie Ågren. Foto: Privat
Anna Wolf, tf vd Power Circle. Foto: Power Circle
Anna Wolf, tf vd Power Circle. Foto: Power Circle

Hur många pumpkraftverk i gamla gruvor krävs i framtiden för att täcka de tillfällen när Sverige inte producerar tillräckligt med el? Svaret ges i en ny studie: 28 pumpkraftverk räcker under ett medelår. Men i värstascenariot behövs drygt 1 800 anläggningar.

Publicerad

Två svenska företag jobbar på att konvertera gamla gruvor till energilager med hjälp av pumpkraft. Visionen är att fylla befintliga bergrum med vatten som sedan pumpas upp till ett magasin vid markytan när elen är billig.

När elen är dyr kan vattnet släppas tillbaka till det nedre bergrummet och passera en turbin på vägen för att producera el.

De två företagen är Mine Storage och Pumped Hydro Storage. Det senare köptes upp av Sustainable Energy Solutions, Sens, förra året och verkar numera under det namnet.

Inget av företagen har ännu konverterat någon gruva till energilager, men båda försöker hitta lämpliga svenska platser. Till viss del riktar de sig mot överlappande geografiska områden. Mine Storage intresserar sig mycket för Bergslagen medan Sens bland annat fokuserar på Filipstad i Värmland.

Hur mycket pumpkraft behövs 2045 i svenska elsystemet?

Uppsalastudenterna Alexandra Sederholm och Sophie Ågren har i sitt exjobb på civilingenjörsprogrammet i energisystem beräknat hur mycket pumpkraft som skulle behövas i gamla gruvor år 2045. Exjobbet har gjorts i samarbete med Mine Storage och elkraftsbranschens intresseorganisation Power Circle.

Studenterna skapade en datormodell för pumpkraft i gruvor för att se hur väl tekniken fungerar för att täcka långvariga elunderskott. Datormodellen utgick från ett scenario för år 2045 som Svenska kraftnät använde i sin långsiktiga marknadsanalys förra året. Scenariot innebär en kraftigt ökad elanvändning och ett antagande om att kärnkraften har avvecklats medan sol- och vindkraft har byggts ut rejält (se faktaruta).

Därefter lät exjobbarna datormodellen beräkna hur många pumpkraftverk i gruvor som skulle behövas för att täcka de underskott på el som uppstår i Sverige, dels under ett medelår, dels under ett värstaår med stora underskott.

Värstaåret speglar det verkliga året 2009, som gav upphov till stora elunderskott och få timmar med överskott.

För att förenkla analysen utgår modellen från att Sverige varken importerar eller exporterar el och att det inte finns några flaskhalsar i stamnätet.

Pumpkraftverk om 100 MW

Måttet på ett pumpkraftverk var i modellen en anläggning som kan lagra 1 090 MWh, ge en maxeffekt om 100 MW och har en fallhöjd om 400 meter.

När det i simuleringen rådde överskott på el i elsystemet styrdes pumpkraftverken till att pumpa upp vatten i det övre magasinet. Men vid underskott började de släppa ned vatten genom turbinen för att producera el först efter åtta timmar, på grund av antagandet att batterier och andra lösningar tar hand om de första timmarna.

Resultatet visar att 28 pumpkraftverk skulle behövas för att täcka de långa underskotten, som totalt omfattar 0,21 TWh, under ett medelår.

– Pumpkraft skulle verkligen kunna påverka och hjälpa till, säger Alexandra Sederholm.

Men under värstaåret 2009 hade inte ens 1 834 av de modellerade pumpkraftverken räckt.

De skulle bara täcka 78 procent av elbehovet i de långa underskotten, som totalt var 10,9 TWh när de första åtta timmarna hade räknats bort.

”Det beror på att den övre reservoaren inte var maximalt fylld inför varje nytt underskottstillfälle,” konstateras studenterna i rapporten. Eftersom året 2009 innehöll många underskott och få överskottstimmar hade kraftverken svårt att återhämta sig mellan underskotten.

Power Circle: Energilager räcker inte för värstaåret

Det är Power Circle som har tagit initiativ till exjobbet. Anna Wolf, tillförordnad vd på organisationen, har varit handledare. Hon tycker att resultatet belyser svårigheten att skapa lösningar för extrema situationer som uppstår sällan.

– Man kan antagligen inte bygga energilager så att de räcker för värstaåret. Du får så mycket högre behov då under så få år, säger hon.

Samtidigt understryker Anna Wolf att analysen inte tar hänsyn till import och export av el. I verkligheten har Sverige hittills alltid haft tillgång till elimport vid tillfällen av inhemskt underskott.

– De verkliga utmaningarna är förmodligen inte lika stora, säger hon.

För att klara även värstaåren tror Anna Wolf att Sverige behöver öka sin förmåga till import och export, öka sin elproduktion samt effektreserven och handla upp ökad flexibilitet hos både elproducenter och elanvändare.

– Det kanske är mer samhällsekonomiskt mer effektivt än att bygga jättestora anläggningar som nästan aldrig behövs, säger hon.

Blir pumpkraft viktigt om kärnkraften finns kvar?

Resultatet av exjobbet gäller för ett scenario där Sverige enbart har att förlita sig på förnybar elkraft. Men Mine Storage ville bredda analysen till ett scenario som också inkluderar kärnkraft.

Därför fick Alexandra Sederholm och Sophie Ågren i uppdrag av företaget att utföra ytterligare en studie utifrån ett annat av Svenska kraftnäts scenarier. Även detta scenario utgår från ökad elproduktion och elanvändning, men både kärnkraft och förnybar el från sol och vind har byggts ut till 2045 (se faktaruta).

Alla problem löstes inte med kärnkraft. Det kommer fortfarande att uppstå situationer när det är svårt att klara av alla underskott.

Rapporten är inte offentlig, men Ny Teknik har fått tillgång till en del av resultatet. Simuleringarna visade att det behövs en hel del pumpkraftverk även om kärnkraften finns kvar.

Under ett medelår krävs 53 pumpkraftverk i gruvor för att täcka energibehovet vid det största enskilda underskottstillfället. Under värstaåret behövs 887 pumpkraftverk.

Resultaten överraskade exjobbarna.

– Det blev inte lika toppen som man kanske hade tänkt. Alla problem löstes inte med kärnkraft. Det kommer fortfarande att uppstå situationer när det är svårt att klara av alla underskott, säger Alexandra Sederholm.

Thomas Johansson, vd på Mine Storage, tror att resultatet bland annat beror på att scenariot där kärnkraften finns kvar år 2045 totalt sett har något mindre elproduktion än scenariot med enbart förnybar elproduktion.

– För det första så används inte kärnkraft för att kompensera för obalanser mellan elproduktion och elkonsumtion. För det andra så har kärnkraftsscenariot mindre total installerad elproduktion än förnybartscenariot, så det blir ett snävare case, säger han.

Testade med snabbare igångsättning av pumpkraft

Studenterna gjorde även en simulering som innebar att pumpkraften styrdes till att släppa ner vatten efter fyra timmars elunderskott, samt beräknade hur många pumpkraftverk som skulle behövas om de bara skulle behöva täcka 80 procent av energibehovet vid varje enskilt underskottstillfälle.

Den simuleringen visade att ett pumpkraftverk räcker under ett medelår i scenariot med enbart förnybar el, men nio anläggningar krävs i scenariot med utbyggd kärnkraft. För värstaåret krävs 52 respektive 41 pumpkraftverk.

Uppföljningsstudien gjordes under sommaren och både Alexandra Sederholm och Sophie Ågren har nu börjat arbeta. Alexandra Sederholm går traineeprogrammet på Vattenfall Eldistribution och Sophie Ågren är dataanalytiker på Svenska kraftnät.

Källa: Mine Storage
Källa: Mine Storage

De två olika scenarierna

Elektrifiering förnybart:

Kärnkraft år 2045: 0.

Vindkraft hav år 2045: 113 TWh.

Vindkraft land år 2045: 98 TWh.

Solkraft år 2045: 18 TWh.

Vattenkraft år 2045: 66 TWh.

Total elproduktion år 2045: 304 TWh.

Total elanvändning år 2045: 286 TWh.

 

Elektrifiering planerbart:

Kärnkraft år 2045: 55 TWh.

Vindkraft hav år 2045: 39 TWh.

Vindkraft land år 2045: 85 TWh.

Solkraft år 2045: 11 TWh.

Vattenkraft år 2045: 68 TWh.

Total elproduktion år 2045: 269 TWh.

Total elanvändning år 2045: 266 TWh.

Källa: Långsiktig marknadsanalys 2021, Svenska kraftnät.