Så ska elnätet försörja fem miljoner elbilar

2018-01-29 06:00  

Kan elsystemet stå pall för den väntade boomen med elfordon? Det är främst det lokala elnätet som kan få problem, enligt experter. Hoppet står till smart styrning.

En kall vinterdag i Sverige. Du kör upp elbilen på uppfarten efter jobbet, kliver ur och stoppar in laddaren i uttaget på bilen. Pulsar genom snön och når husets uppvärmda insida. Du sätter i gång med matlagningen till barnen och hoppas att bilens batteri ska hinna laddas tillräckligt innan det är dags att skjutsa dem till kvällens idrottsaktiviteter.

Tänk dig sedan att en miljon svenskar gör samma sak den där smällkalla januaridagen. Ett storskaligt införande av elbilar kommer att ställa nya krav på vad vårt elnät måste klara av.

Mängden el som behöver produceras utgör dock inte det stora hindret, enligt flera forskare. Ett enkelt räkneexempel förklarar varför.

Det finns i dag cirka fem miljoner personbilar som körs i snitt drygt 1 200 mil per år. Om alla antas vara elbilar och energiförbrukningen sätts till 2 kWh per mil innebär det 12,2 TWh per år. Det motsvarar 8 procent av Sveriges totala elproduktion år 2016 och var därmed något större än nettoexporten av el som uppgick till 11,7 TWh.

– Troligen är det inte elanvändningen, det vill säga den totala energin per år, som är avgörande för elbilar på nationell nivå, utan det är effektbehovet som kan ställa till det, säger Joakim Munkhammar som leder Electric Transport Group vid Uppsala universitet.

Läs mer: Biljättarnas kamp – om ladduttaget

David Steen, doktor i elektroteknik på Chalmers, håller med och utvecklar problemet.

– Om alla närmare fem miljoner bilar skulle laddas med 2 kW var så skulle det resultera i en topp- effekt på över 9 GW vilket nästan är en tredjedel av den installerade effekten i dagens elnät. Frågan är hur stor planerbar produktion man kommer att ha i framtidens elnät, frågar han sig och syftar på osäkerheten kring kärnkraften (se faktaruta).

Samtidigt betonar han att det inte är troligt att alla bilar kommer att laddas samtidigt och att det går att lösa med smart styrning.

En finsk forskargrupp vid forskningsinstitutet VTT undersökte hur fem miljoner elbilar (en miljon batteribilar och fyra miljoner laddhybrider) i Norden skulle påverka effektbehovet. Resultatet blev en ökning med som mest 6 procent (3,8 GW) utan smart styrning.

Med smart styrning behöver det ökade effektbehovet bara bli 1 GW, motsvarande ett kärnkraftverk (se grafik). Rapporten har några år på nacken men visar att effektbehovet ligger inom rimliga nivåer.

Eva Rydegran, pressansvarig på branschorganisationen Energi-företagen, meddelar att deras medlemmars inställning är att de har ett robust och väldimensionerat elnät som kan hantera massiv elbilsutbredning. Samtidigt bekräftar hon det som både Joakim Munkhammar och David Steen påpekar: elsystemets utmaning ligger främst i delar av de lokala näten.

Om ett helt villaområde samtidigt ansluter sina elbilar så riskerar det att överlasta säkringarna i nätstationen eller att transformatorns kapacitet inte räcker till.

Läs mer: Trenden 2018: Bilarna lär sig förstå föraren

Ola Carlson, biträdande professor i elektroteknik på Chalmers, konstaterar att ett lokalt elsystem inte klarar av snabb laddning av många elfordon samtidigt. Men han pekar också på att normal laddning med smart styrning är vägen framåt.

– Budskapet bör vara att det finns enkla lösningar. I specialfall kan man installera batterier som tar ner behovet av höga säkringar och nya kablar, säger han.

Sett till hela energisystemet är förstås kärnkraftsfrågan en viktig faktor i ekvationen. Kärnkraften bidrar med planerbar baskraft och står i dag för omkring 40 procent av elproduktionen.

Fysikerna Bengt Pershagen och Jacob Weitman menade på Expressen Debatt i december att en elbilsrevolution i kombination med 100 procent förnybar elproduktion är ett rent önsketänkande.

Svaret på var elen ska komma ifrån om kärnkraften avvecklas brukar bli kraftigt utbyggd vindkraft. Problemet med vindkraft är att den inte är planerbar.

En som undersökt hur ett storskaligt införande av elfordon ska rimma med en elproduktion som når upp till EU:s klimatmål är Maria Taljegård på Chalmers tekniska högskola.

Beroende på vilken elbilsutbredning som sker har hon beräknat hur investeringarna i elnät och kraftverk behöver se ut i Skandinavien och Tyskland mellan 2020 och 2050. Kärnkraften är av politiska skäl utesluten som möjlig investering. De olika scenarierna innehåller allt från 60 procents elektrifiering av personbilar år 2050 till fullständig elektrifiering av hela fordonsflottan samma år.

Slutsatsen är att det ökade elbehovet från elfordonen kan mötas med en kraftig utbyggnad av vindkraft samt kolkraft med koldioxidlagring. Biobränslen och solenergi finns också med, men mer på marginalen.

En nyckelkomponent i de lösningar som modellerats fram är elvägar, där fordon laddas under färd. Det bidrar till att laddningen av elfordon sprids ut över dygnet.

Läs mer: Ny studie: Lönsamt med elbil som taxi

En annan nyckelkomponent är att fordonens batterier kan kopplas upp mot elsystemet när de inte används, så kallad vehicle to grid, V2G. Särskilt V2G kan minska investeringarna i utökad maximal effektkapacitet med upp till 90 procent.

– Om man på ett smart sätt integrerar elbilarna blir det ingen större påverkan på elsystemet i form av ökade utsläpp eller stora investeringar i ny kapacitet. Elbilarna hjälper elsystemet, säger Maria Taljegård.

Det totala energibehovet i Skandinavien 2050 ökar med ungefär 25 procent vid direkt elektrifiering – elvägar och batterifordon – jämfört med i dag.

Om man i stället använder indirekt elektrifiering med hjälp av exempelvis vätgas, så ökar behovet med ungefär 100 procent, men med fördelen att vätgas enklare kan lagras.                       

Klimatmål inom transport och elproduktion

I och med energiöverenskommelsen har Sverige beslutat sig för ett mål om 100 procent förnybar elproduktion år 2040, samtidigt som man inte har satt något slutdatum för den icke förnybara kärnkraften.

Det svenska målet för transportsektorn är en 70-procentig minskning av koldioxidutsläppen år 2030 jämfört med 2010.

EU:s motsvarande klimatmål för transportsystemet är att minska utsläppen med 65 procent till år 2050 jämfört med 1990.

Experterna i artikeln

Maria Taljegård, forskare Chalmers Tekniska högskola vid avdelningen för energiteknik. Hon har nyligen färdigställt sin licentiatavhandling The impact of an electrification of road transportation on the electricity system of Scandinavia.

Ola Carlson, biträdande professor i förnybar elproduktion vid Chalmers.

Joakim Munkhammar, leder Electric Transport Group vid Uppsala universitet.

David Steen, doktor i elektroteknik på Chalmers.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Aktuellt inom

Debatt