Att bygga ut nätet är enligt Heinrich et al. (2016) en konservativ lösning på ökad PV- penetration och eftersom nätet behöver dimensioneras för den maximala elproduktionen blir det kostsamt. En annan vanlig åtgärd är kontroll av reaktiv effekt, dessa två är båda metoder som tillåter ett högre flöde genom matarkabeln (Heinrich et al., 2016). Lagring och curtailment är andra metoder som båda istället löser problemet genom att minska det momentana flödet. Här tillkommer dock förluster, i lagringen i form av verkningsgrad och i curtailment genom att elproduktionen inte utnyttjas till fullo (Heinrich et al., 2016). En studie i Sverige har utvärderat många alternativa åtgärder och visat på att de har potential att öka acceptansgränsen till upp mot 30 procent men för att öka vidare är det endast batterilagring och curtailment som kan ställa sig mot nätförstärkning (Widén et al., 2017). En fördel med batterilager jämfört med nätförstärkning är att installationsperioden är betydligt kortare och att åtgärden är flexibel på det sätt att den kan placeras där den behövs i stunden men relativt enkelt kan flyttas om nya förutsättningar framkommer (Power circle, 2020). Segundo Sevilla et al. (2018) har även jämfört curtailment, batterilagring och nätförstärkning och visar bland annat på att marginalkostnaden för den förlorade produktionen i curtailment är mindre än marginalkostnaden för en ny transformator. Jämförelsen visade dock på att en kombination av curtailment och batterilagring var optimalt. Detta har visats i flera studier som menar att kombinationen är nödvändig för att inte behöva överdimensionera lagringen (Segundo Sevilla
et al., 2018; Sharma et al., 2020; Cárdenas et al., 2021). Dimensioneringen blir ett tekno-
ekonomiskt problem eftersom mer curtailment innebär billigare investering för lagring men samtidigt blir penetrationen av PV lägre och därför behöver en medelväg hittas (Cárdenas et
al., 2021). Behovet av en kombination har också visats av Wolf et al. (2020) i en svensk kontext
med en PV-penetration på 30 procent.
4.3.1 Nätförstärkning
Förstärkning av elnätet är den vanligaste åtgärden, både traditionellt och i dagsläget (Segundo Sevilla et al., 2018; Wolf, Sandels and Shepero, 2020) men eftersom det är en lösning som kan vara kostsam har alternativa åtgärder börjat undersökas (Widén et al., 2017). Den vanligaste typen av nätförstärkning till följd av ökad PV-penetration är att byta kablar, något som dels kräver materialkostnader men den största utgiften är kopplad till markarbetet (Widén et al., 2017; Wolf, Sandels and Shepero, 2020). Som tidigare nämnts behöver nätägaren byta kablar när spänningsstigningen eller -sänkningen är åtta procent. Här beskriver utvecklingsingenjör Bitowt på TvAB12 att deras egna riktlinjer innebär att de ska byta kabeln vid en
spänningsvariation på sju procent eller vid fem procent om det handlar om en ökning till följd av solpaneler. Gällande kabel- eller transformatorbyte till följd av belastning finns inga tydliga riktlinjer eftersom problemen med spänning, alternativt för lång tid på säkringsutlösning, ofta inträffar först. Som riktmärke börjar TvAB fundera på ett byte vid en belastning på 80 procent.
4.3.2 Batterilagring
Energilagring i form av batterisystem agerar som en last när det finns ett överflöd av energi i nätet och som en energikälla när nätet istället har ett underskott på energi (Saxena et al., 2018). Det största problemet med batterier i dagsläget är att det är kostsamt men priset har länge varit avtagande, en trend som förväntas fortsätta (Hansson and Lakso, 2016; Cole and Frazier, 2020). Enligt konsultbolaget DNV GL:s energirapport förväntas batteriprisen sjunka
med 19 procent vid varje fördubbling av den ackumulerade batterikapaciteten, vilket illustreras i Figur 7 (DNV GL, 2020a). I rapporten presenteras även det genomsnittliga priset per kWh för ett batteri år 2020 vilket var 1 307 SEK, vilket är baserat på 157 USD med växelkurs för 10 maj 2021 (Sveriges Riksbank, 2021). DNV GL skriver främst om litium-jon batterier för elbilar eftersom det är elektrifieringen av fordonsflottan som tros pressa batteriernas kostnad per lagringskapacitet, samtidigt menar de att hela energisystemet kommer få nytta av detta (DNV GL, 2020b).
Figur 7. Förväntad utveckling av batteripris per kWh (DNV GL, 2020a), priset är baserat på $157 med växelkursen USD till SEK den 10/5 2021 (Sveriges Riksbank, 2021).
Batterilagring medför, förutom lösningar till de utmaningar som denna studie undersöker, även andra lösningar på elnätsrelaterade problem. Energilagring på större skala kan bidra med stödtjänster så som frekvensreglering mot Svenska kraftnät, vilket har potential att förkorta återbetalningstiden med 30 procent (Power circle, 2020). Ytterligare en samhällsnytta med batterier är att de kan lösa kapacitetsbrist inom en kort tidsram vilket innebär att exempelvis elektrifieringen inte behöver vänta på att nätet byggs ut (Power circle, 2020). Om fler hushåll införskaffar elbilar kan lagringen också åtgärda problem med spänningsfall (Wolf, Sandels and Shepero, 2020). Gällande elbilar finns det potential att bilens batteri också kan agera batteri till PV-systemet om en så kallad tvåvägsladdning, även känt som vehicle to grid, implementeras i batteriet (Kvandal, 2021).
Det är svårt för elnätsbolagen att själva äga batterierna på grund av de lagar som är tillämpade idag (Wolf, Sandels and Shepero, 2020). Det har även visats att batterier är som mest energieffektiva i anslutning till det distribuerade PV-systemet (Fitzgerald et al., 2015; Heinrich
et al., 2016; Segundo Sevilla et al., 2018). Centraliserade batterier har dock visat sig vara mer
kostnadseffektiva ur ett större perspektiv, men även här noteras det att distribuerad lagring är mer flexibel och effektiv sett till energi (Nag, Haddad and El-Shahat, 2017; Leithon, Werner and Koivunen, 2020). Samtidigt har investeringskostnaden konstaterats vara ett hinder för privatpersoner, varför Segundo Sevilla et al. (2018) också diskuterar andelsbatterier, där ägandeskapet delas av flera bostäder, som en potentiellt effektiv lösning.
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Pr is per e nerg ie nhe t [SEK /k W h] År
Batteripris
Batterier har både en energi- och effektkapacitet och dessa är inte linjärt beroende av varandra utan förhållandet varierar mellan batterityper (World Energy Council, 2016). Litium-jon batterier som ofta används med PV-system är mer dimensionerade för att kunna ta emot och skicka ut en hög momentan effekt medan andra typer av batterier, exempelvis blybatterier eller batterier för långtidslagring, har högre energikapacitet (Solar Choice, 2016). Ration mellan energikapacitet och effektkapacitet för den typ av batterier som tar emot och ger ifrån energi med en daglig frekvens varierar mellan 1–10 (Fuchs et al., 2012; World Energy Council, 2016) och för litium-jon batterier antas ration ofta ännu lägre (Larsson and Börjesson, 2016; World Energy Council, 2016). Tabell 6 nedan presenterar ett urval batterier som ofta används i detta syfte. Priser i tabellen är hämtade från återförsäljaren Solproffsets hemsida i maj 2021 (Solproffset, 2021) och övrig data från respektive batteris produktblad.
Tabell 6. Egenskaper och priser för fem olika typer av batterier.
Batteri Effektkapacitet [kW] Energikapacitet [kWh] Effekt till energi-ratio Pris inkl. moms [SEK] LG RESU 7H1 3,5 7 2 63 099 LG RESU 10H1 5 9,8 1,96 68 099
TESLA Powerwall2 5 13,5 2,7 n/a
BYD HVS 5.13 5,12 5,12 1 38 499
BYD HVS 10.23 10,2 10,2 1 69 899
1 https://www.europe-solarstore.com/download/lgchem/LG_Chem_RESU_datasheet.pdf
2 https://www.tesla.com/sites/default/files/pdfs/powerwall/Powerwall_2_AC_Datasheet_EN_NA.pdf 3 https://www.europe-solarstore.com/download/byd/BYD-Battery-Box-Premium-HVS-datasheet.pdf
Gällande batteriers livslängd skriver branchorganisationen Powercircle att den tekniska livslängden för ett batteri förväntas vara mellan 10 till 20 år men att sifforna ännu är osäkra eftersom tekniken fortfarande är förhållandevis ny (Hansson and Lakso, 2016). Cole & Frazier (2020) använder livslängden 15 år i sina beräkningar för batterier och visar på att 15 år är den mest frekvent omnämnda livslängden för batterier. De konstaterar dock att batteriets livslängd påverkas av antalet cykler som batteriet genomgår och att livslängden därför varierar beroende på hur det används.
4.3.3 Curtailment
Curtailment innebär att reducera inmatningen av effekt, trots att mer hade kunnat produceras,
och görs antingen för att balansera tillgång och efterfrågan eller på grund av begränsningar i elnätet (e.g. Bird et al., 2014). Exempelvis stängs växelriktaren av vid överspänning och orsakar därmed nödvändig, men oönskad, curtailment (Sharma et al., 2020). Detta löser de problem som kan uppstå på nätet men det är en suboptimerad lösning och en mer kontrollerad form av curtailment är fördelaktig (Singh, Elrayyah and Wanik, 2020), vilket kan göras på flera olika sätt (Segundo Sevilla et al., 2018; Gebbran et al., 2021). Generellt kan metoderna grupperas som dynamiska och statiska och eftersom simuleringen i denna studie är momentan kommer den curtailment-metod som används vara statisk. Detta innebär att PV-systemen har en bestämd maximal inmatning som understiger deras faktiska potential (Segundo Sevilla et