Tack vare att arbetet utf¨orts p˚a en ¨oversiktlig stadsniv˚a samtidigt som simuleringar gav inblickar i trender kring specifika l˚agsp¨anningsn¨ats reaktion p˚a utbredning av laddbara fordon kan diverse v¨ardefulla insikter g¨oras. Prognostisering och modellering av last- profiler konkretiserade vilket utfall elektrifieringstrenden kan t¨ankas ha i Link¨oping. Vidare gav simuleringsresultat ¨oversiktlig information om vilka transformatorer och l˚agsp¨anningsn¨at som potentiellt har st¨orst utmaningar vid omst¨allning till laddbara fordon. Vidare f¨oljer n˚agra fallstudie-specifika noteringar och rekommendationer samt ¨
ovriga resonemang utanf¨or arbetets fokusomr˚ade.
I det explorativa scenariot, likv¨al den demonstrativa laststyrningen, uppdagas f¨ors¨orj- ningsproblematik d˚a elektrifieringen av transportsektorn okontrollerat skulle bidra till en 45 procentig ¨okning av Link¨opings h¨ogsta effektuttag. Vid en s˚adan situation har Teknis- ka verken n˚agra valm¨ojligheter med olika generella utmaningar som f¨oljd. Ut¨okning av abonnemanget mot ¨overliggande n¨at ¨ar m¨ojligt. Det kan dock anses ol¨onsamt d˚a lokal el- produktion f¨orv¨antas ¨oka till f¨oljd av h¨oga ambitioner om sol- och vindkraft delar av ˚aret d˚a samh¨allets elanv¨andning ocks˚a ¨ar relativ l˚ag. Vidare, om angr¨ansande eln¨at upplever liknande elektrifieringstrend eller etablering av effektkr¨avande industri, som en server- hall, finns risken att ¨overliggande n¨at upplever kapacitetsbrist likt region Uppsala. F¨or att vara f¨orberedd anses det viktigt att ta del av utvecklingen av flexibilitetsmarknader och andra l¨osningar som f¨oljer av utmaningarna p˚a andra h˚all i Sverige. En paradoxal risk f¨orekommer ¨aven vid ¨okad elanv¨andning fr˚an ¨overliggande n¨at vintertid eftersom marginalelen antas komma fr˚an fossila kraftk¨allor i Europa, speciellt d˚a svensk k¨arnkraft planeras att fasas ut fram¨over. Detta resonemang b¨or vara i ˚atanke ¨aven i st¨orre sam- manhang ¨an fallstudien och p˚avisar ˚aterigen komplexiteten i en h˚allbar omst¨allning av
transportsektorn.
Hur stor p˚averkan biodrivmedel kommer ha p˚a elektrifieringstrendens utfall ¨ar, som n¨amnt i avsnitt 2.5.2, sv˚art att f¨orutse mer s˚a ¨an att elektrifieringstrenden just nu ¨ar explosionsartad. I Link¨opings omnejd f¨orekommer produktion av b˚ade komprimerad och flytande biogas samt etanol och det finns goda m¨ojligheter att tanka andra biodriv- medel. F¨or att m¨ojligg¨ora en konkurrenskraftig marknad f¨or biodrivmedel i framtiden rekommenderas Tekniska verken fortsatt delta i forskningsprojekt och samarbeten som fr¨amjar nya innovationer f¨or biobr¨anslen och utbredning av flytande biogas. Detta arbete ledde till antagande som helt utesl¨ot elektrifiering av tung transport men kunde ¨and˚a p˚avisa stora ¨okningar av effektbehov till f¨oljd av elektrifiering av personbilar och bussar. Ett resonemang skulle kunna vara att f¨ors¨oka motverka omfattande elektrifiering om m¨ojlighet finns och ist¨allet nyttja biobr¨anslen i st¨orre utstr¨ackning f¨or att n˚a milj¨om˚alen utan konsekvenser p˚a eln¨atet. Likt det st¨orre perspektivet om f¨ors¨orjning ovan.
Avrundat p˚avisade det explorativa scenariot att det lokala l˚agsp¨anningsn¨aten i Link¨oping vid okontrollerad eller icke-laststyrd laddning inte klarar av en acceptabel f¨ors¨orjning och distribution av elektricitet, vilket var f¨orv¨antat. Att praktiskt l¨osa de problem som upp- stod skulle f¨or fallf¨oretaget inneb¨ara flertalet f¨orst¨arkningar och utbyggnader hos en tredjedel av alla transformatorstationer i enbart villaomr˚aden som enskilt uppskattas kosta hundratusentals kronor. D˚a detta i praktiken inte ¨ar genomf¨orbart, och dessutom inte p˚a en tio˚arsperiod, rekommenderas det d¨arf¨or att tillta medel i form av laststyr- ning, “smarta-n¨at”-l¨osningar, flexibilitetsmarknader och fokusering p˚a biobr¨anslen om m¨ojligt finns ifall elektrifieringstrenden s˚av¨al som n¨armar sig niv˚aer likt det explorativa scenariot. Pragmatiskt var den uppskattade trenden redan fr˚an b¨orjan orealistisk men kan likt andra trender, typ etanol p˚a 2000-talet eller HVO p˚a 2010-talet, ¨oka ov¨antat mycket. Ytterligare en faktor som arbetet inte n¨amnt hittills ¨ar den p˚ag˚aende globa- la Covid-19 epidemin vilket, om n˚agot, f¨orsenar de uppskattade trenderna med n˚agra ˚ar. Oavsett vilket b¨or Tekniska verken f¨orbereda sig d˚a m˚anga nya styrmedel och lagar fram¨over gynnar en snabb elbilspenetration och att inledningsvis fokusera p˚a de utma- ningar som uppkom under det f¨oruts¨agande scenariot innan fullskalig implementering av ¨
8
Slutsats
Syftet med arbetet var att p˚a en ¨overgripande skala utv¨ardera Link¨opings l˚agsp¨anningsn¨at inf¨or en h¨ogre andel elektriska fordon. Arbetets fr˚agest¨allningar anses besvarade, i pre- senterad ordning, med f¨oljande slutsatser f¨oljt av en allm¨an rekommendation gentemot fallf¨oretaget.
I fallstudiens kontext anses utfallsomr˚adet f¨or elektrifieringen av transportsektorn f¨or 2030 vara n¨armast likt det f¨oruts¨agande scenariot. Det vill s¨aga omkring 12 % ladd- ningsbara personbilar, elektrifierade bussar i t¨atortstrafiken och ytterst f˚a elektrifiera- de tunga fordon. G¨allande ¨agandef¨ordelningen anses det troligt att vissa typomr˚aden, framf¨orallt villaomr˚aden med pendlingsavst˚and till t¨atorten och h¨og medelinkomst, i h¨ogre grad adopterar elbilar med kraftfulla laddboxar och d¨arigenom hamna mellan de b˚ada scenarierna i termer av antal elektriska fordon samt h¨og laddeffekt.
Utifr˚an ovanst˚aende dras slutsatsen, tillsammans med simuleringsresultaten, att konse- kvenser i form av ¨okad belastning i transformatorer och matarkablar samt sp¨anningsfall riskerar att uppst˚a distribuerat ¨over hela stadens eln¨at, men framf¨orallt i villaomr˚aden. Trenderna i resultatet visar att n¨at i villaomr˚aden tydligt p˚averkas negativt av okontrol- lerad elbilsladdning, att laddning p˚ab¨orjas d˚a plug-in kabeln ansluts till fordonet, och liknande trend kan f¨orv¨antas om simulering av flerbostadhus och f¨oretags elbilsladdning genomf¨ors.
I och med att konsekvenserna f¨orv¨antas uppst˚a utbrett ¨over stora delar av l˚agsp¨annings- n¨aten anses det ol¨onsamt och d¨arf¨or irrelevant att ¨overdimensionera och n¨atf¨orst¨arka f¨or att ta h¨ojd f¨or laddning av fordon som f¨orsta alternativ - om det inte ¨ar en absolut n¨odv¨andighet. Antalet laddbara fordon ¨ar l˚agt i dagsl¨aget och d¨armed anses det finnas handlingutrymme att fr¨amja projekt inom smarta-n¨at och varianter av laststyrning f¨or att ¨oka mognadsgraden av dessa l¨osningsalternativ inf¨or framtiden. F¨or full genomslags- kraft m˚aste det f¨or alla ing˚aende parter finnas ekonomiska incitament vid implementering av tekniska l¨osningarna, genom exempelvis styrmedel, vilket i dagsl¨aget ¨ar den st¨orsta ut- maningen f¨or smarta-n¨at. Fallf¨oretaget rekommenderas utreda sina m¨ojliga akt¨orsroller i potentiella smarta-n¨at koncept, d¨ar ellagring i l˚agsp¨anningsn¨at, V2H och marknads- plats f¨or flexibilitet framst˚ar mest praktiskt genomf¨orbara inom snar framtid. F¨orst d˚a “smarta-n¨at”-l¨osningar ¨ar implementerade och l¨onsamma, likt f¨oruts¨attningarna f¨or laststyrningens demonstrerande resultat, kan solel utnyttjas fullst¨andigt.
En slutgiltig rekommendation till fallf¨oretaget ¨ar att aktivt f¨olja utvecklingstrenden av andel bilar, var inom staden dessa placeras samt hur och n¨ar de laddas. Om trenden i n˚agon form eller utstr¨ackning n¨armar sig eller efterliknar det explorativa scenariot kr¨avs p˚a kort tid kostsamma och omfattande f¨orst¨arkningsprojekt, vilket b¨or identifieras i god tid f¨or att undvika risken av ¨overrumplande h¨og arbetsbelastning. Parallellt rekom- menderas ocks˚a, som n¨amnt i diskussionen, att fr¨amja nyttjandet av lokalt producerade biobr¨anslen, om m¨ojlighet finns, f¨or att avlasta lokala l˚agsp¨anningsn¨atet.
8.1 Framtida arbeten
I kommande punktlista presenteras n˚agra t¨ankta framtida arbeten som i f¨orh˚allande till detta arbete kan ses som komplement, forts¨attning eller djupdykning.
• I samband med nya elm¨atare kan mer specifik verklighetsbaserad data ¨over last- profiler erh˚allas. Detta i kombination med verklighetsanknytna lastprofiler och laddvanor f¨or olika fordon kan en mer detaljerad modell skapas. Utifr˚an detta kan nya scenarier och mer omfattande simuleringar ge trov¨ardigare resultat ¨an detta arbete lyckats uppn˚a. Arbets¨att att hantera det nya datafl¨odet samt alternativa mjukvaror f¨or att underl¨atta simuleringen skulle dock beh¨ovas.
• Med resultat fr˚an fler eln¨at med gemensamt ¨overliggande n¨at kan fr˚agan om even- tuell framtida kapacitetsbrist (som omn¨amnt i Uppsala, Stockholm m.fl.) utre- das. Detta i kombination med prognos f¨or intermittent produktion kan s˚arbarhet i ¨overliggande n¨at och f¨ors¨orjning utredas. Det f¨oruts¨atter dock att man ¨aven un- ders¨oker hur mellan- och h¨ogsp¨anningsn¨aten p˚averkas av den f¨orv¨antade ¨okade belastningen i l˚agsp¨anningsn¨aten.
• Ut¨over fallstudiens kontext kan marknadsprognoser f¨or laddbara fordon och laddin- frastruktur vara n¨odv¨andiga, b˚ade f¨or eln¨atsbolag och akt¨orer som jobbar fram styrmedel. Utredningar inf¨or projektering av eln¨at samt styrmedel beh¨over ta h¨ansyn till utvecklingen f¨or att effektivt ¨oka implementerbarheten (d.v.s. mins- kade komplikationer i eln¨atet) av en ¨okad elektrifiering av transportsektorn. • Smarta-n¨at beh¨over utredas f¨or att nya effektiva styrmedel och standarder ska kun-
nas ta fram. I litteraturstudien noterades att potentialen varierar kraftigt beroende p˚a var och hur man optimerar styrningen f¨or sagt system. F¨or att smarta-n¨at tekni- ker ska vara en l¨osning p˚a kommande utmaningar beh¨ovs standarder och riktlinjer f¨or vilket tillv¨agag˚angs¨att som ska anv¨andas f¨or vilket ¨andam˚al, om det s˚a ¨ar att utnyttja batterier i fordon eller ellagring centralt i distributionsn¨atet.
Referenser
[1] Regeringskansliet. Det klimatpolitiska ram- verket.
[2] Energimyndigheten. Drivmedel 2018 - redo- visning av rapporterade uppgifter enligt driv- medelslagen, h˚allbarhetslagen och reduktions- plikten. Technical report, 2019.
[3] IEA. Energy Policies of IEA Countries - Swe- den 2019 Review. International Energy Agen- cy, 2019.
[4] European Commission. Electrification of the transportation system. 2017.
[5] Naturv˚ardsverket. De olika investeringsst¨oden till laddstationer, Oktober 2019.
[6] Regeringskansliet. Bonus-malus och br¨anslebytet, September 2017.
[7] IEA. Nordic EV Outlook 2018. International Energy Agency and Nordic Energy Reasearch, 2018.
[8] Power Circle. Laddbara bilar i sverige 2012- 2019, 2019.
[9] SCB. Elektricitet i sverige, 2018.
[10] Carl Johan Wallnerstr¨om, Maria Dalheim, and Mihai Seratelius. Leveranss¨akerhet i sve- riges eln¨at 2018. Technical report, 2019. [11] SVK. Systemutvecklingsplan 2020–2029. Te-
chnical report, 2019.
[12] Anna Nordling. Sveriges framtida eln¨at - en delrapport. 2016.
[13] Maria Taljeg˚ard. Electrification of Road Transportation - Implications for the Electri- city System. PhD thesis, Chalmers Tekniska h¨ogskola, 2019.
[14] Oliver Ruhnau, Sergej Bannik, Sydney Ot- ten, Aaron Praktiknjo, and Martin Robinius. Direct or indirect electrification? a review of heat generation and road transport decarboni- sation scenarios for germany 2050. 166, 2019. [15] Merkebu Z. Degefa, Hanne Sæle, and Christi- an Andresen. Analysis of future loading sce- narios in a norwegian lv network. 2019. [16] Francesco Marra, Morten M. Jensen, Rodri-
go Garcia-Valle, Chresten Træholt, and Esben Larsen. Power quality issues into a danish low- voltage grid with electric vehicles. 2011. [17] IEA. Global EV Outlook 2019. International
Energy Agency and Nordic Energy Reasearch, 2019.
[18] Klara Sahl´en, Linda Schumacher, and Magnus Lind´en. Flexibilitet f¨or ¨okad kapacitet och ef- fektiv n¨atdrift. Technical report, 2019. [19] Svenska Kraftn¨at. Stamn¨atskarta, 2017. [20] Statens Energimyndighet. V¨agen till ett 100
procent f¨ornybart elsystem. delrapport 1 fram- tidens elsystem och sveriges f¨oruts¨attningar. Technical report, 2018.
[21] Joacim T¨ornqvist. Andh˚¨ allplatsladdning av elbussar - en fallstudie av tv˚a stadsbusslinjer i uppsala, 2019.
[22] Subrat Sahoo. Elkvalitetsarbete i sverige 2019. Technical report, 2019.
[23] SCB. Priser p˚a elenergi och p˚a ¨overf¨oring av el (n¨attariffer), 2019.
[24] Statens energimyndighet. Vad avg¨or ett vat- tenkraftverks betydelse f¨or elsystemet - under- lag till nationell strategi f¨or ˚atg¨arder inom vat- tenkraften. Technical report, 2014.
[25] G. N. Tiwari, R. K. Mishra, and S. C. Solan- ki. Photovoltaic modules and their applica- tions: A review on thermal modelling. Applied Energy, 88:2287 – 2304, 2011.
[26] SMHI. Str˚alningsindata m˚anadsv¨arden, 2019. [27] Nevada Energy Metals, eCobalt Solutions Inc, and Great Lakes Graphite. The battery series. Technical report, 2016.
[28] Tesla. Tesla model 3, 2019.
[29] Trafik Analys and SCB. Fordonsstatistik 2019, 2019.
[30] Power Circle. Sverige ¨ar p˚a v¨ag mot 2,5 mil- joner laddbara fordon 2030, 2019.
[31] Kimberly Aguirre, Luke Eisenhardt, Christi- an Lim, Brittany Nelson, Alex Norring, Pe- ter Slowik, and Nancy Tu. Lifecycle analysis comparison of a battery electric vehicle and a conventional gasoline vehicle. 2012.
[32] Mercedes-Benz. Coming soon - the new ecita- ro, 2020.
[33] Volvo Buses. Volvo 7900 electric, 2020. [34] Nova Bus. Lfse+, 2020.
[35] Lars Lindgren. Electrification of city bus traffic - a simulation based on data from link¨oping. 2017.
[36] Stefan Anderberg and Sofia Dahlgren. Transport- och drivmedelsscenarier
¨
Osterg¨otland 2030 - delprojektrapport delpro- jekt 4- h˚allbara transporter i ¨Osterg¨otland. 2019.
[37] Jan Pettersson, Magnus Lindgren, Anders Berndtsson, Veronica Viklund, Mats Anders- son, ˚Ake ¨Ohrnberg, Ulf S¨oderberg, Dan Er- iksson, Stefan Grudemo, Bj¨orn Hasselgren, Lotta Andersson, Anders B¨ulund, and Anne- Karin Gr¨onvold Andersson. Nationell f¨ardplan f¨or elv¨agar. Technical report, 2017.
[38] Anna-Cecilia Lundstr¨om, Matilda Ninasdot- ter Holmstr¨om, Erik Torstensson, and Matil- da Eriksson. Elbussar i sveriges kollektivtrafik - en kartl¨aggning av trafikf¨orvaltningen stock- holm, sk˚anetrafiken och v¨asttrafik utifr˚an fyra perspektiv trv 2018/18530. Technical report, 2019.
[39] omEV. Analysis of advanced batteryelectric long haul trucks, 2019.
[40] Jinglai Wu, Jiejunyi Liang, Jiageng Ruan, Nong Zhang, and Paul D. Walker. Efficien- cy comparison of electric vehicles powertrains with dual motor and single motor input. Me- chanism and Machine Theory, 128:569–585, 2018.
[41] Jerald A. Caton. Maximum efficiencies for internal combustion engines: Thermodynamic limitations. International journal of Engine Research, 19, 2018.
[42] Maria Grahn, Selma Brynolf, Maria Taljeg˚ard, and Julia Hansson. Electrofuels: a review of pathways and production costs. 2016. [43] Bee. Webbshop, 2020.
[44] Ionity. Technology, 2020.
[45] Feng Chen, Nathaniel Taylor, and Nicole Kringos. Electrification of roads: Opportuni- ties and challenges. Applied energy, 150, 2015. [46] Archit Singh. Electric road systems - a feasi- bility study investigating a possible future of road transportation. 2016.
[47] Power Circle. Elbilsl¨aget 2018, 2019.
[48] Robert Granstr¨om, Karl Hillman, An- niska Nordlund, and Kristina Zampoukos. Anv¨andarnas beteende och syn p˚a laddbara bilar - rapport fr˚an projektet self-i. Technical report, 2017.
[49] Felix Bj¨orklund. Ionity om prish¨ojningen: Kr¨avs f¨or att branschen ska ¨overleva, 2020. [50] Erik Lorentzen, Petter Haugneland, Christina
Bu, and Espen Hauge. Charging infrastructu- re experiences in norway - the worlds most ad- vanced ev market. 2017.
[51] M. Garzia Speranza. Trends in transportation and logistics. European Journal of Operational Research, 264, 2016.
[52] Chenrui Jin, Jian Tang, and Prasanta Ghosh. Optimizing electric vehicle chargin: A custo- mer’s perspecitve. IEEE Transactions on Ve- hicular Technology, 62, September 2013. [53] Lennart Kjellman. Smarta n¨at i sverige
kartl¨aggning av projekt inom smarta eln¨at. Technical report, 2019.
[54] Wanrong Tang, Suzhi Bi, and Ying Jun Zhang. Online charging scheduling algorithms of electric vehicles in smart grid: An overview. IEEE Communications Magazine, 54, Decem- ber 2016.
[55] Till Gnann, Anna-Lena Klingler, and Matt- hias K¨uhnbach. The load shift potential of plug-in electric vehicles with different amounts of charging infrastructure. Journal of Power Sources, 390, 2018.
[56] Chargestorm. Laddstationsl¨osningar f¨or hem- met, 2019.
[57] Karin Widegren. Marknadsf¨oruts¨attningar f¨or elektriska batterilager – principiella utg˚angspunkter och m¨ojligheter. Technical re- port, 2016.
[58] Marcus M¨uller, Lorenz Viernstein, Cong Nam Truong, Andreas Eiting, Holger C. Hesse, Rolf Witzmann, and Andreas Jossen. Evaluation of grid-level adaptability for stationary battery energy storage system applications in europe. 9, 2017.
[59] Vattenfall AB. Decentraliserade l¨osningar, 2020.
[60] Murat Yilmaz and Philip Krein. Review of the impact of vehicle-to-grid technologies on dis- tribution systems and utility interfaces. IEEE Transactoins on Power Electronics, 28(12), December 2018.
[61] Seyfettin Vadi, Ramazan Bayindir, Alpe- ren Mustafa Colak, and Eklas Hossain. A revi- ew on communication standards and charging topologies of v2g and v2h operation strategies. Energies, 12, 2019.
[62] Jonatan Bj¨orck. Flexibel elanv¨andning en l¨osning p˚a kapacitetsproblem i eln¨aten, Okto- ber 2019.
[63] Regeringen. Budgetpropositionen 2020. Rege- ringskansliet, 2019.
[64] Naturskyddsf¨oreningen. 6 fr˚agor om parisav- talet.
[65] Skatteverket. Bilf¨orm˚an.
[66] Boverket. Nya krav p˚a laddinfrastruktur f¨or laddfordon. Technical report, Maj 2019. [67] Sustainable Transport Forum. Analysis of sta-
keholder views on key policy needs and options for action in alternative fuels infrastructure deployment and consumer services. Technical report, 2019.
[68] Energimyndigheten. Strategisk plan f¨or om- st¨allning av transportsektorn till fossilfrihet - er 2017:07. Technical report, 2019.
[69] IEA. The Future of Hydrogen - Seizing today’s opportunities. International Energy Agency and Nordic Energy Reasearch, 2019.
[70] Ehsan Shafiei, Hlynur Stefansson, Eyj´olfur Ingi Asgeirsson, and Brynhildur´ Davidsdottir. Market penetration of alter- native fuel vehicles in iceland: A hybrid modeling approach. 2014.
[71] Norsk elbilforening. Norweigan ev policy, 2020.
[72] Trimble Solutions Sweden AB. Trimble nis v.18.2, 2019.
[73] Kommunfullm¨aktige Link¨oping. Solelspro- gram - program f¨or ¨okad produktion av solel. Technical report, Augusti 2016.
[74] Robert K. Yin. Case Study Research - Design and Methods: fifth edition. SAGE, 2014. [75] Pamela Baxter and Susan Jack. Qualitative
case study methodology: study design and im- plementation for novice researchers. The Qua- litative Report, 13(4), December 2008. [76] Lena B¨orjeson, Mattias H¨ojer, Karl-Henrik
Dreborg, Tomas Ekvall, and G¨oran Finnve- den. Scenario types and techniques: Towardsa user’s guide. Futures, 38, 2006.
[77] Philip W.F. van Notten, Jan Rotmans, Mar- jolein B.A. van Asselt, and Dale S. Rothman. An updated scenario typology. Futures, 35, 2003.
[78] Svenska Elverksf¨oreningen. Belastnings- ber¨akning med typkurvor, 1991.
[79] Axel Lindfors, Mats Eklund, and Erika P. Ramkvist. Osterg¨¨ otlands potential f¨or bio- drivmedelproduktion och ut¨okad elektrifie- ring - delprojektrapport delprojekt 2- h˚allbara transporter i ¨Osterg¨otland. 2019.
[80] Eric Tol. Success and fail factors in battery electric vehicle adoption, 2017.
Bilagor
Bilaga 1 - Simuleringsresultat
I kommande figurer presenteras urklippen fr˚an referensfallet och normativa scenariots belastningsgrad och sp¨anningsfall f¨or en utav Link¨opings stadsdelar.
Figur 21: Referensfall - belastningsgrad f¨or stadsdel i Link¨oping.
Figur 23: F¨oruts¨agande fall - belastningsgrad f¨or stadsdel i Link¨oping.