Modellen för den fiktiva öns elsystem i Stella, är dimensionerad per capita (1:100 000).
Ett av grundkraven för modellen var att öns elsystem skulle vara dimensionerat så att det skulle kunna klara 7 dagar av svag sol. Definitionen i arbetet för vad som är svag sol är 20 % lägre solenergiinstrålning än genomsnittsinstrålningen, för området under en av de mindre soliga månaderna. Detta är valt för att det är den största genomsnittliga avvikelsen över en månad de senaste 22 åren för det geografiska området.
Efter att ha dimensionerat energisystemet efter 7 dagar av svag sol, kördes systemet med 4 olika solscenarion; mycket, medel, lite och blandad sol. Sedan räknades elpriset per kilowattimme ut för de 4 olika scenariona med 3 olika prisscenarion. Sammanlagt ger detta 12 prisresultat, som dessutom är ordentligt spridda. Det som var mest avgörande för resultatet var antagandet om lagringspriset för el. Om pumpkraftverk kunde användas blev priset betydligt lägre än om annan teknik än pumpkraft användes.
6.1 Användning
Resultaten för användningen på ön bygger på antagandet om att öns industri och hushåll har en elkonsumtion på cirka 9800 kWh per person, och att transporterna sker i form av spårtaxi. Dessa antaganden gav en total elförbrukning på cirka 10330 kWh per person. Detta är en väldigt låg elförbrukning om man tar hänsyn till att transportsektorn också går på el och inte fossila bränslen. Detta är för att energiförbrukningen för spårtransport är 5 gånger så energieffektiv som biltransport.
Figur 20, Fördelningen mellan elanvändningssektorerna; industri, hushåll och transport
Hushåll 54% Industri 42% Transport 4%
Eftersom att användningen i viss mån styrdes av tillgången i modellen så ökade användningen till cirka 10620 vid mycket sol, men minskade till cirka 10040 vid svag sol. Anledningen till att tillgången inte påverkade användningen mer är att det idag inte finns några exempel på områden där
användningen styrs i större utsträckning av tillgången, elmarknaden idag är inte särskilt priskänslig. Dock är det ett område som det behövs forskas mer på; huruvida det går att få en mer dynamisk användning som anpassar sig efter tillgången momentalt.
6.2 Produktion
Produktionen för den fiktiva ön består av solenergi i form av solceller, i modellen som har använts. Modellen är dimensionerad per capita (1:100 000) för att lättare kunna jämföra den med andra länders elförsörjning. Grundantagandet för solenergin är att den fångas av solceller med en 15 procentig verkningsgrad. Med detta antagande visade det sig att det behövdes 40 kvadratmeter solceller per person för att klara energiförsörjningen. Detta då produktionen anpassades till att klara av 7 dagar med svag sol. Kravet var att produktionen alltid skulle klara av att producera lika mycket som konsumerades av elanvändarna, detta antingen genom att använda det producerade direkt eller att lagra över skottet och använda det senare. Detta medför ett problem då ön enbart är 10
kvadratkilometer, och då skulle 40 % av ön täckas av solceller.
Produktionen under förutsättningarna svag sol genererare en effekt på 4,32 kW per person. Detta är alltså den minsta möjliga maxeffekten som systemet måste klara av att generera för att det ska hålla i 7 dagar. Med scenariot stark sol gick denna maxeffekt upp till 6,48 kW, detta är dock en onödigt hög effekt då användningen aldrig överstiger 1,91 kW per person under scenariot stark sol.
Den totala produktionen varierade stort mellan de olika scenariona, med 16170 kWh per capita för stark sol och 10780 kWh per capita för svag sol. Dock så dimensionerades produktionen så att den gick på jämt ut under scenariot svag sol med förluster inräknat, men så att den fick ett rejält överskott under scenariot stark sol som inte användes eller lagrades. Detta då batteriet fick en kapacitetsgräns för att hålla nere kostnaderna.
Överskottet som inte gick att lagra var noll för svag sol, men blev 4540 kWh per capita under scenariot stark sol. Figur 21 – 23 nedan visar förhållandena mellan produktion, användning och överskott för scenariona svag sol, blandad sol och stark sol.
Figur 21, Användning, produktion och överskott för elsystemet vi svag sol, mätt i kW per timme.
Figur 22, produktion och överskott för elsystemet vi blandad sol, mätt i kW.
12:04 den 3 maj 2012 Anv ändning, Produktion och Öv erskott, mätt i kilowatt per timme
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 3: 3: 3: 0 4 7
1: Anv ändning kW 2: Prduktion kW 3: Öv erskott kW
11:46 den 3 maj 2012 Anv ändning, Produktion och Öv erskott, mätt i kilowatt per timme
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 3: 3: 3: 0 4 7
Figur 23, produktion och överskott för elsystemet vi stark sol, mätt i kW.
6.3 Batteri
Batterifunktionen bygger på ett antagande om att det sker en förlust på 10 % vid uppladdning och en förlust på 10 % vid urladdning. Utifrån detta antagande har batteriet dimensionerats så att det ska klara minst 7 dagar av svag sol. Detta krav ger att lagringskapaciteten måste vara minst 16,58 kWh, för att kunna möta efterfrågan på el, när solen inte lyser trots svag sol på dagen. Efter att ha dimensionerat batteriet till en kapacitet på 17 kWh, skapades en funktion som gör så att batteriet bara kan laddas när det är under 17 kWh i batteriet och resten registreras som överskott av el. För att modellen ska fungera så dras överskottet bort från kostnaden att producera el då det inte kostar mer att producera mer el från en given kapacitet. Om inte modellen hade konstruerat det på det viset, hade det (enligt modellen som har använts) blivit dyrare att producera el desto mer solenergi det finns att tillgå vilket inte är logiskt. Figur 24 -26 visar hur detta samspel mellan överproduktion och batteri ser ut för de tre olika scenariona lite sol, blandad sol och mycket sol.
13:29 den 3 maj 2012 Anv ändning, Produktion och Öv erskott, mätt i kilowatt per timme
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 3: 3: 3: 0 4 7
Figur 24, Energi i batteriet och överskottsenergin som inte går att använda per timme, för lite sol, mätt i kWh.
Figur 25, Energi i batteriet och överskottsenergin som inte går att använda per timme, för blandad sol, mätt i kWh
12:04 den 3 maj 2012 Batterif unktion och energiöv erskott i elnätet, mätt i kWh
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 0 18 36
1: Batteri kWh 2: Outny ttjad Energi kWh
12:00 den 3 maj 2012 Batterif unktion och energiöv erskott i elnätet, mätt i kWh
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 0 18 36
Figur 26, Energi i batteriet och överskottsenergin som inte går att använda per timme, för mycket sol, mätt i kWh
6.4 Elpriser
Avslutningsvis användes den data som genererades från modellen till att beräkna elpriset för ön. Detta gjordes genom att kombinera de fyra olika solscenariona med tre olika prisscenarion. Modellen för att räkna ut elpriset bygger på antagandet att elanvändarna är elproducenterna. På detta sett kan elanvändarna momentalt konsumera elen till produktionspriset, och sälja den el de inte använder momentalt till elnätet. Nätet köper då den el de har kapacitet för att lagra, för att sedan sälja tillbaka den till konsumenterna när de har produktionsbrist, alltså när solen inte genererar någon el. De säljer då tillbaka elen med ett pålägg för lagrings- och distributionstjänsten.
Säljpriset är 1,7 Sek per kWh och köppriset varierar beroende på vad det finns för geografiska möjligheter att spara elen och vad distributionstjänsten kostar. I bästa fall är priset för att köpa tillbaka elen 2,29 Sek per kWh. Det scenariot förutsätter möjlighet till pumpkraftverk och en
distributionskostnad på 0,25 Sek per kWh, vilket är den lägsta genomsnittliga distributionskostnaden för Sverige under ett år. De två övriga scenariona medel och max förutsätter batterilagring.
Anledningen till att batterilagringen får ett större spektra för kostnaderna 1,21 till 4,3 Sek per kWh är för att det är svårare att uppskatta kostnaderna för dessa metoder för nätansluten långtidslagring då de inte är lika vanliga i värden. För medelkostnadsscenariot är medelkostnaden för
distributionstjänsten i Sverige 0,28 Sek per kWh antagen och den billigaste batterilösningen på 1,21 Sek per kWh antagen. Detta ger ett köppris på 3,19 Sek per kWh. Värstafallscenariot (max) är den dyraste batterilösningen 4,3 Sek per kWh antagen och dyraste genomsnittliga
distributionstjänstkostnaden 0,35 Sek per kWh antagen. För dessa antaganden se tabell 3.2 bilaga 3 och texten om batterilagring under stycket om distribution (Ward T. Jewell, 2008).
13:29 den 3 maj 2012 Batterif unktion och energiöv erskott i elnätet, mätt i kWh
Page 1 0,00 42,00 84,00 126,00 168,00 Hours 1: 1: 1: 2: 2: 2: 0 18 36
Tabell 7, Prisantaganden för produktion av sol el, lagring och distribution av el.
Nätavgift
(Sek/KWh) Batteri (Sek/KWh) Köppris (Sek/KWh) Säljpris (Sek/KWh)
Min 0,25 Pumpkraft: 0,34 2,29 1,7
Medel 0,28 Batteri: 1,21 3,19
Max 0,35 Batteri: 4,30 6,35
När köp och säljpriserna har blivit applicerade på data modellen (för data från modellen se bilaga 8 till 11) framgår det att de olika solscenariona inte har så stor påverkan på priset utan köppriset är det mest avgörande, och det mest avgörande för köpriset är huruvida det finns möjlighet till ett
pumpkraftverk för lagring. Priserna blev lite billigare vid mycket sol men prisbilden förändrades inte allt för kraftigt beroende på solen. Detta är för att prisjusteringen på elkonsumtionen efter tillgång är ganska liten i förhållande till den totala elkonsumtionen. Om vi jämför värden i tabell 9 som visar elpriserna för slutkonsument och de för fossila bränslen i figur 15, ser vi att solenergi är jämförbart med elproduktion av olja. Dock förutsatt att det finns möjlighet till pumpkraftverk och att externa kostnader som distribution, skatter och föroreningar läggs på priset för elproduktion av olja.
Tabell 8, Tabell över konsumentpriserna för ett elsystem baserat på solenergi, med lagringskostnader inräknade, mätt i sek
per KWh.
Elpris Lite sol (Sek/KWh) Medel sol (Sek/KWh) Mycket sol (Sek/KWh) Blandad sol (Sek/KWh)
Min 1,98 1,91 1,90 1,94
Medel 2,37 2,26 2,23 2,30