EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,
Industriell ekonomi och produktion, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2018
Effekttoppar i flerbostadshus
- en studie om effekttoppars påverkan på elkostnaden
Ebba Rydholm
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT
Effekttoppar i flerbostadshus
- en studie om effekttoppars påverkan på elkostnaden
av
Ebba Rydholm
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2021:413 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje
Examensarbete TRITA-ITM-EX 20121:413
Effekttoppar i flerbostadshus - en studie om effekttoppars påverkan på
elkostnaden
Ebba Rydholm
Godkänt
2021-06-22
Examinator KTH
Bertil Wanner
Handledare KTH
Claes Hansson
Uppdragsgivare
Enstar AB
Företagskontakt/handledare
Peter Jordell
Sammanfattning
Följande studie är ett examensarbete utfört vid Kungliga Tekniska Högskolan våren 2021 på Uppdrag av ett energiföretag. Studien syftar till att undersöka och jämföra effekttoppar i två olika fastigheter samt studera hur en reducering av effekttopparna påverkar den årliga elkostnaden för fastighetsägaren. Rapporten ämnar även att översiktligt undersöka om batteridrift skulle kunna vara en möjlig lösningsmetod för att möjliggöra denna reducering.
Medvetenheten kring nutidens miljöproblem har resulterat i att allt fler efterfrågar
hållbara energilösningar till sina fastigheter. Många siffror indikerar att elpriset i framtiden kommer att öka samtidigt som konsumtionen av el även förutspås öka. Ett av de största problemen med dagens elkonsumtion är att den inte är jämnt fördelad och att det därför bildas effekttoppar de tider på dygnet då fastigheterna konsumerar som mest elektricitet.
Det leder till högre priser och eftersom många befintliga elabonnemangen idag baserar sina priser på när fastigheter konsumerar som mest, har många elnätsbolag en så kallad månadseffektavgift. Detta innebär att en stor del av den fasta elkostnaden baseras enbart på det högst uppmätta värdet för innevarande månad.
För att undersöka hur mycket en reducering av effekttopparna påverkar den årliga elkostnaden skapades Exceldokument där två olika fastigheters elförbrukning och
abonnemangskostnader fördes in. Studien visade att effekttoppar kan reduceras med rätt teknik, men en djupare analys behöver göras för hur den tekniska lösningen ska se ut. En djupare analys behöver göras för att ta reda på vilken dimensionering av batterier som är lämplig och troligtvis skulle den verkliga återbetalningstiden vara mycket kortare då de största besparingarna kan göras inom andra områden som till exempel frekvensreglering och effektförsäljning. Olika scenariosimuleringar i exceldokumentet visade att en reduktion av effekttopparna med 50% kan minska den årliga besparingen med upp till 10%.
Nyckelord
Hållbarhet, Effekttoppar, Förnyelsebar Energi, energieffektivisering
Bachelor of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2021:413
Power peaks in apartment buildings - A Study of its Impact on Electricity Costs
Ebba Rydholm
Approved
2021-06-22
Examiner KTH
Bertil Wanner
Supervisor KTH
Claes Hansson
Commissioner
Enstar AB
Contact person at company
Peter Jordell
Abstract
The following study is a bachelor thesis carried out at the Royal Institute of Technology on behalf of an energy company who is based in Stockholm. The aim of the study is to
investigate and compare power peaks in two different real estate properties. The report will also study how a reduction of the power peaks affects the annual electricity cost.
Finally, the report intends to briefly examine if battery storage could be a possible solution to enable this reduction in costs.
The growing awareness of today's environmental problems has resulted in a greater demand among real estate owners for sustainable energy solutions. Data indicates that both the price and the consumption of electricity will increase in the future. One of the biggest problems with today's electricity consumption is that it is not evenly distributed, and power peaks are formed when users consume the most electricity. These peaks causes electricity prices to rise and since many existing electricity subscriptions today base their prices on when properties consume the most, this means that consumers pay higher prices than necessary.
To investigate how much a reduction in power peaks would affect the annual electricity cost, an Excel document was created in which the electricity consumption and subscription costs of two different properties were entered. The study shows that power peaks can be reduced with the right technology, but a more accurate analysis needs to be executed to find out how the technical solution should be designed. A key part of this solution is a more thorough analysis of the necessary dimensioning of batteries for the property, and it is likely that payback times suggested in this report could be even shorter given that even bigger savings can be made in areas other than those examined in this study, such as frequency control and power sales. Various scenario simulations in the Excel document showed that a reduction of the power peaks by 50 percent can reduce the annual savings by up to 10 percent. rt text
Key-words
Sustainability, Power peaks, Renewable Energy, energy efficiency
Förord
Följande rapport är ett examensarbete utfört vid Kungliga Tekniska Högskolan inom Högskoleingenjörsprogrammet för maskinteknik med inriktningen industriell ekonomi och produktion. Arbetets omfattning är 15hp på en grundläggande nivå. Arbetet utfördes hos ett energiföretag i Stockholms kommun där två fastigheters energikonsumtion studerades.
Författaren vill rikta ett stort tack till mina handledare Peter Jordell och Claes Hansson som agerat stöd och bollplank under arbetsprocessen. Ett extra stort tack vill jag rikta till min familj och mina vänner för ert tålamod, stöd och all uppmuntran som jag fått av er under hela utbildningen.
Innehållsförteckning
Figurförteckning ... 5
1. Inledning ... 7
1.1 Bakgrund ... 7
1.1.1 Fastigheternas egenskaper ... 7
1.2 Syfte och Mål ... 8
1.2.1 Syfte ... 8
1.2.2 Mål ... 8
1.2.3 Frågeställningar ... 8
1.2.4 Avgränsning ... 9
1.2.5 Metod ... 9
2. Aktuellt kunskapsläge ... 11
2.1 Energikonsumtion i flerbostadshus ... 11
2.2 Solceller ... 12
2.3 Bergvärme ... 13
2.4 Frånluftsåtervinning ... 13
2.5 Fjärrvärme ... 14
2.6 Payback-metoden ... 15
3. Energipriser och abonnemang ... 17
3.1 Elnät ... 17
3.2 Elpris ... 17
3.3 Elcertifikat ... 18
3.4 Elskatt ... 18
3.5 Abonnemang och avtal ... 18
4. Energilagring ... 21
4.1 Elektriska batterilager ... 21
5. Genomförande ... 23
5.1 Beräkningar ... 23
5.1.1 Beräkningar för konsumtion ... 23
5.1.2 Beräkningar för abonnemang ... 23
5.1.3 Beräkning av reducerad effektåtgång ... 24
5.1.4 Beräkning av reducerad effektåtgång för värmepumpar ... 25
5.2 Genomförande Energilagring ... 25
6. Resultat ... 29
6.1 När sker effekttopparna och hur länge pågår de? ... 29
6.2 Hur påverkas kostnaden för de två olika elabonnemangen L04L och L04S av effekttopparna? ... 30
6.3 Hur påverkas kostnaderna och effekttopparna av en bortkoppling av värmepumparna från elnätet? ... 32
6.4 Kan batteridrift av värmepumparna vara en möjlig lösningsmetod för att möjliggöra en reducering av effekttopparna? ... 34
6.4.1 Energilagring med elektriska batterier ... 35
6.4.2 Pay-back tid ... 36
7. Slutsats och diskussion ... 37
7.1 Slutsats i sammanfattning ... 37
7.2 Diskussion ... 37
7.3 Förslag till framtida arbete... 39
8. Referenser ... 41
Figurförteckning
FIGUR 1- ELFÖRBRUKNING. ... 11
FIGUR 2 – SOLCELLERS FUNKTION. ... 12
FIGUR 3 – UPPVÄRMNING MED BERGVÄRME ... 13
FIGUR 4 – FRÅNLUFTSÅTERVINNING... 14
FIGUR 5 – GENOMSNITTLIG PRISUTVECKLING FJÄRRVÄRME ... 14
FIGUR 6 – ELCERTIFIKATSYSTEMET ... 18
FIGUR 7 – ABONNEMNG ELLEVIO ... 19
FIGUR 8 – GENOMSNITTLIG EFFEKTKONSUMTION FASTIGHET A. ... 29
FIGUR 9 – GENOMSNITTLIG EFFEKTKONSUMTION FASTIGHET B. ... 30
FIGUR 10 – KOSTNAD FASTIGHET A. ... 31
FIGUR 11 – KOSTNAD FASTIGHET B ... 31
FIGUR 12 – GENOMSNITTLIG EFFEKTÅTGÅNG FASTIGHET A. ... 32
FIGUR 13 – GENOMSNITTLIG REDUCERAD EFFEKTÅTGÅNG FASTIGHET A. ... 33
FIGUR 14 – GENOMSNITTLIG EFFEKTÅTGÅNG FASTIGHET B. ... 33
FIGUR 15 – GENOMSNITTLIG REDUCERAD EFFEKTÅTGÅNG FASTIGHET B ... 34
1. Inledning
Det här examensarbetet är utfört på uppdrag av företaget X vid Kungliga Tekniska Högskolan våren 2021. Rapporten redovisar en kortare litteraturstudie inom batterilager i fastigheter samt en grundläggande teknisk- och ekonomisk analys av hur en minskning av effekttoppar i två olika fastigheter påverkas av de olika typer av elavtal som finns tillgängliga på marknaden. Rapporten undersöker även översiktligt vilka möjliga åtgärder som skulle kunna tillämpas för att få ner kostnaderna för fastighetens elkonsumtion.
1.1 Bakgrund
En större medvetenhet om nutidens miljöproblem och samhällets ökande behov av elektricitet har lett till ett större behov av förnybara energikällor. Allt fler fastighetsägare har börjat undersöka vilka möjligheter det finns att övergå till förnybar energi som uppvärmningskälla och för att kunna förse fastigheterna med elektricitet. Den senaste tiden har elproduktionen börjat decentraliseras exempelvis genom att fastighetsägare använder solceller på taken och geoenergi. De vill hitta sätt att försörja sina fastigheter på ett mer hållbart sätt, både
miljömässigt och ekonomiskt. (IEA, 2020)
Dagens samhällen blir alltmer elberoende och sedan 1970 har elkonsumtionen ökat med mer än 220% fram till 2001 och därefter planat ut (Ekonomifakta, 2021). Det beror främst på förbättrad teknik men även på ökad medvetenhet som lett till energisparande åtgärder. Ett av de största problemen inom energibranschen är att konsumtionen av elektricitet är ojämnt fördelad, det vill säga att det till exempel konsumeras mer elektricitet efter kontorstid under vintermånaderna än under sommarhalvåret. I fastighetsbranschen strävar man efter att jämna ut dessa effekttoppar som bildas under vissa tider på dygnet då behovet av elektricitet i fastigheter är stort. Den ojämna konsumtionen beror delvis på att på att en stor del av apparaturen i hushållen konsumerar elektricitet samt även att allt fler går över till eldrivna fordon vilket således påverkar hushållens elkonsumtion då fordonen behöver laddas. (Gong et al., 2011)
Företaget X arbetar med att installera och skräddarsy individuella energilösningar utifrån fastigheters utgångsläge samt kunders önskemål. Idag kan kombinationer av olika förnyelsebara energikällor användas till flerbostadshus för att minska fastigheters
klimatpåverkan samt komplettera de olika installationernas svagheter. Vilka kombinationer som är lämpliga bedöms med hänsyn till den enskilda fastighetens egenskaper såsom till exempel fastighetens ålder, isolering, geografisk placering samt andra viktiga parametrar.
Genom att undersöka hur en minskning av effekttoppar påverkar fastigheternas lönsamhet, kan företaget X få mer information om hur konsumtionen av elektricitet i fastigheterna samt installationernas arbetssätt kan förbättras.
1.1.1 Fastigheternas egenskaper
I den här rapporten kommer två olika fastigheter i Stockholms kommun att studeras. Studien ämnar undersöka fastigheternas effektförbrukning med avseende på hur konsumtionen påverkar årskostnaden samt hur mycket kostnaderna minskar om effektkonsumtionen ändras.
Den ena fastigheten kommer att benämnas som Fastighet A. Fastighet A är ett flerbostadshus med 167st lägenheter. Fastigheten har en yta om 23 042m2 och består av garage á 3 334m2. Fastigheten använder fjärrvärme, geoenergi med frånluftsåtervinning och är energi och effekttäckande för uppvärmning, varmvatten och kyla. Fastigheten har även en
solcellsanläggning på taket á 110 kWp samt laddstolpar för elbilar i garaget.
Den andra fastigheten, Fastighet B, är ett flerbostadshus som består av 110st lägenheter och har en yta på 17 350 m2 varav 2 000 m2 är garage. Även denna fastighet använder geoenergi med frånluftsåtervinning och är energi och effekttäckande för uppvärmning, varmvatten och kyla. Fastighet B har en solcellsanläggning på taket á 120 kWp samt laddstolpar för elbilar i garaget.
1.2 Syfte och Mål
I det här avsnittet presenteras arbetets syfte och mål samt vilka frågeställningar som studien ämnar besvara. Målen har formulerats för att, i den mån det går, göra resultaten mätbara.
1.2.1 Syfte
Syftet med denna studie är att från en ekonomisk synvinkel undersöka fastigheternas konsumtion av elektricitet samt kartlägga när effekttoppar sker. Studien ämnar även att undersöka hur dessa kan påverkas genom att reglera ner installationernas energibehov och på så sätt minska den totala elkostnaden. Studien ämnar även undersöka hur kostnaderna
påverkas för de olika elavtalen samt årstid.
1.2.2 Mål
- Identifiera och kartlägga effekttoppar i två fastigheter, Fastighet A och Fastighet B.
- Beräkna hur respektive fastighets årskostnad påverkas av effekttopparna för två olika elabonnemang, L04L och L04S, hos elnätsföretaget Ellevio.
- Undersöka hur en reducering av effekttopparna påverkar årskostnaden för respektive fastighet med de två olika elabonnemangen hos Ellevio.
- Att undersöka hur effekttopparna skulle kunna minskas med hjälp av batterier i en av fastigheterna.
1.2.3 Frågeställningar
1. När under dygnet sker effekttopparna och hur länge pågår de?
2. Hur påverkas kostnaden för elabonnemangen L04L respektive L04S av effekttopparna?
3. Hur påverkas kostnaderna och effekttopparna av en bortkoppling av värmepumparna från elnätet?
4. Kan batteridrift av värmepumparna vara en möjlig lösningsmetod för att möjliggöra en reducering av effekttopparna?
1.2.4 Avgränsning
Arbetet avgränsas till att endast omfatta två flerbostadshus. Studien ämnar huvudsakligen att kartlägga effekttopparna och se hur dessa påverkar årskostnaden. Studien kommer enbart att undersöka effektkonsumtionen i fastigheterna och inte undersöka produktionen, det vill säga att inte undersöka hur elproduktionen från solcellerna påverkar kostnadsbilden. Studien kommer enbart att undersöka de två abonnemang, L04L och L04S, som finns tillgängliga i det området där fastigheterna ligger. Studien kommer inte heller att göra en djupare analys i vilka möjliga lösningsalternativ som finns, utan enbart göra en förenklad analys av två metoder. Studien kommer inte ta hänsyn till förluster i systemet, utan enbart utföra teoretiska antaganden och beräkningar.
1.2.5 Metod
Nedan presenteras valda metoder och steg i processen för att nå rapportens mål.
• Samla in data från fastigheternas effektkonsumtion genom Ellevios företagskonto för elanläggningar.
• Samla kostnadsuppgifter från Ellevio för respektive abonnemang.
• Göra analyser och beräkningar i programmet Microsoft Excel för effekttopparnas egenskaper samt deras kostnader för de olika abonnemangen.
• Skapa en modell i Excel där man kan undersöka hur årskostnaden påverkas av en reducering av effekttopparna.
• Skapa en modell i Excel för hur en tillfällig reducering av en eller flera värmepumpar påverkar effektkonsumtionen.
• Göra beräkningarna utifrån modeller i kurslitteratur från avklarade kurser inom Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik på Kungliga Tekniska Högskolan.
2. Aktuellt kunskapsläge
Följande avsnitt kommer att ta upp de tekniska och ekonomiska aspekterna som anses vara relevanta för att förstå rapportens innehåll. Först behandlas de tekniska aspekterna där fastigheternas installationer och deras funktioner redogörs. Därefter förklaras de ekonomiska delarna gällande prissättning, återbetalningstid etcetera.
2.1 Energikonsumtion i flerbostadshus
Ett problem när det kommer till energikonsumtion är att förbrukningen sällan är jämnt fördelad över ett dygn. Exempelvis går det åt mer energi på morgonen och runt middagstid vilket leder till att elnäten behöver ta höjd för när konsumtionen är som störst. Det i sin tur leder till att många elbolag behöver höja sina priser för att kunna förse fastigheterna med elektricitet då det konsumeras som mest. (SCB, 2021) En annan viktig del i detta är att befolkningsmängden hela tiden ökar vilket innebär att behovet av energi i samhället ökar.
Dessa faktorer har lett till att den årliga energiförbrukningen per person har gått upp och i Stockholms stad beräknas invånarna förbruka cirka 1 TWh per år i dagsläget
(Miljöbarometern, 2020). I figur 1 nedan visas förbrukningen och produktionen av elektricitet i Sverige från år 1970–2017.
Figur 1- Diagrammet visar förbrukning och produktion av el för vattenkraft, vindkraft, konventionell värmekraft och kärnkraft mellan åren 1970–2015. MWh på y-axeln och årtal på x-axeln. (Fjärrvärmepriser, Energiföretagen, 2020)
Idag förbrukas mellan 2 000–5 000 kWh per hushåll i Sverige och enligt
Energimarknadsmyndigheten är detta en siffra som förväntas stiga. Att konsumtionen av elektricitet hela tiden ökar i hushållen antas bero på att vårt levnadssätt blir mer digitaliserat.
En del av den ökande konsumtionen av elektricitet beror på eldrivna fordon som kräver laddstolpar i flerbostadshusens garage. Laddstolparna finns huvudsakligen i tre olika typer av utförande; långsam laddning, semisnabb laddning och snabb laddning. (Svensk energi, 2017) Ytterligare en faktor som påverkar effekttopparna är konsumtionen av tappvarmvatten i hushållen. I genomsnitt förbrukas cirka 35–50 kubikmeter varmvatten per år och lägenhet, där varje person förbrukar cirka 50–70 liter per dag i Sverige. Den genomsnittliga
energimängd som krävs för att värma upp 1 kubikmeter vatten 1 grad Celsius är ca 1,16 kWh (NN-Energy, 2021). Det innebär att det behövs cirka 52 kWh för att värma upp vattnet från 10 grader till 55 grader Celsius, vilket innebär 1 800–2 600 kWh per lägenhet och år. Den siffran uppskattas vara 20–25% av den totala värmemängden som lägenheten behöver och innebär att tappvarmvatten behöver cirka 5,3–6,7 TWh av Sveriges totala
värmeenergiavvändning. (Energimyndigheten, 2011)
2.2 Solceller
Båda fastigheterna i den här studien har solceller på taket. Solceller gör det möjligt att omvandla energin i solstrålarna till elektricitet. Strålningen från solen som når jordens
atmosfär har en styrka på cirka 1 353 W/m2, men den strålning som når jordytan har en styrka på cirka 750–1 000 W/m2. Strålningens intensitet beror på väder, det vill säga hur molnigt det är, tid på dygnet och årstid (jordens lutning mot solen). Solenergin är därmed begränsad och solceller kan därför endast förse fastigheter med elektricitet mitt på dagen, då de flesta är på arbetet, vilket innebär att solenergins fulla potential inte utnyttjas. Generellt sett så omvandlar solceller ca 10–15% av solens energi till elektricitet. (Sidén, G., 2015)
Figur 2 – Bilden visar solcellers funktion. (Sky fire energy, hämtad 2021-06-09)
Några av de vanligaste typerna av solceller är kristallina kiselceller och tunnfilmceller, vilka bygger på en halvledarteknik. När solens strålar träffar solcellerna uppstår en spänning på grund av överskott eller underskott av elektroner. Det är den spänningen som sedan används för att skapa elektricitet. En enda cell ger en relativt låg spänning och man kopplar därför ofta ihop flera celler i en så kallan seriekoppling för att erhålla en högre spänning. (Andrén, 2007). Generellt sett har solceller en kommersiell verkningsgrad omkring 15–22% och kräver nästan inget underhåll. Livslängden är ganska lång och man brukar vanligtvis räkna med en livslängd på 25 år. (Sidén, G., 2015).
2.3 Bergvärme
Idag är en av de vanligaste förnyelsebara energikällorna till fastigheter geoenergi. Inom geoenergi är bergvärme genom en värmepump en av de vanligaste metoderna för
uppvärmning till ett flerbostadshus. Bergvärmepumpen ackumulerar den lagrade energin från ett ca 150–400 m borrat hål i marken genom en kollektorslang. Hålets djup beror på den geografiska placeringen samt vilken typ av bergart som finns i området. Hålet fylls med en kollektorslang innehållande frostskyddande vätska som pumpas in i värmepumpen där energin utvinns. Livslängden för värmepumpen bedöms vanligtvis vara 15–20 år. (Sidén, G., 2015). Se figur 3 nedan.
Figur 3 – Bilden visar hur uppvärmning med Bergvärme fungerar. (Miljöportalen, 2021)
2.4 Frånluftsåtervinning
Genom så kallad frånluftsåtervinning kan man återvinna energin från värmen i frånluften tillbaka till värmesystemet. Mängden energi som kan utvinnas beror på hur stort
ventilationsflödet är och på systemets verkningsgrad. Aggregatet tar upp värmen från frånluften, därefter transporteras den vidare till värmepumpen. I värmepumpen utvinns energin ur det varma mediet och det kylda mediet skickas tillbaka med cirkulationspumpen till aggregatet för att värmas upp på nytt. Denna metod kan kombineras både med bergvärme och fjärrvärme och har en kort återbetalningstid i förhållande till ovan nämnda installation. Se figur 4 nedan. (Klimatteknik Stockholm, 2021)
Figur 4 – Bilden visar översiktligt hur frånluftsåtervinning fungerar. (FTX, 2021)
2.5 Fjärrvärme
Fjärrvärme är den vanligaste uppvärmningsformen i städer i Sverige. Fjärrvärme fungerar genom att materia, till exempel trärester, förbränns i ett värmeverk. Ur värmen utvinns sedan energi som används för att värma upp vatten. Vattnet leds sedan via rör till fastigheterna där varmvattnet fungerar som uppvärmning. I nuläget värms cirka 50% av Sveriges fastigheter upp med fjärrvärme och metoden anses både vara bekväm och driftsäker. Fjärrvärmenätet är regionalt och ägs ofta av privata aktörer, vilket gör att priset för fjärrvärme skiljer sig
beroende på var i landet du befinner dig. I figur 2 nedan visas fjärrvärmens prisutveckling de senaste 15 åren. (Energifakta, 2020a)
Figur 5 - Diagrammet visar genomsnittlig prisutveckling i kr/MWh inkl. moms för småhus, mindre flerbostadshus och större flerbostadshus, 2005–2020. (Fjärrvärmepriser, Energiföretagen, 2020)
2.6 Payback-metoden
Payback-metoden är en av de enklare metoderna för investeringskalkylering. Metoden tar ingen hänsyn till att belopp vid olika tidpunkter har olika värde och inkluderar inga
ränteöverväganden. Metoden beräknar hur lång period (oftast år) det tar för investeringen att återbetala sig och svaret avrundas alltid uppåt. Ekvationen innebär att man dividerar
grundinvesteringen (G) med kassaflödet (ai) för perioden. Svaret (P) blir då tiden det tar för produkten eller tjänsten att återbetala sig. Metoden är dock bristfällig i vissa avseenden. Bl.a.
kan en stor grundinvestering och med stora positiva framtida kassaflöden kan lätt förkastas trots att de är lönsamma enligt andra metoder. (A. Göransson, 2013)
𝑃 = G
𝑎𝑖 (ekvation 1)
3. Energipriser och abonnemang
Följande avsnitt syftar till att redogöra för hur Sveriges elnät och elhandel fungerar. Avsnittet beskriver även hur Ellevios abonnemang är utformade.
3.1 Elnät
Elnätet består huvudsakligen av elproducenter, elnätsföretag, elhandelsföretag och
elanvändare. Elproducenter är de aktörer som producerar elektricitet, det vill säga olika typer av kraftanläggningar som till exempel vattenkraftverk, kraftvärmeverk eller vindkraftverk.
Det finns även så kallad mikroproducenter som exempelvis äger solpaneler där de säljer tillbaka överbliven elektricitet till elhandelsföretagen. (Svensk Energi och svenska kraftnät, 2017)
Elnätsföretag ansvarar för att elen transporteras från elproducenten till elanvändaren. Själva elnätet består av stamnät, regionnät och lokalnät och ägs av olika elnätsbolag. Svenska kraftnät står som ensam ägare till stamnätet medan regionnät och lokalnät ägs av flera bolag och vars uppgift är att transportera el från stamnätet till lokalnätet. Kraftnätet finansieras genom nätavgifter vilka ska täcka de investeringar som är nödvändiga för kraftnätets infrastruktur. (Svenska kraftnät, 2017) Eftersom nätbolagen är ensamma ägare till de lokala elnäten kontrolleras deras avgifter av Energimarknadsinspektionen för att förebygga
monopolverksamhet. (Energimarknadsinspektionen, 2021a)
Elhandelsföretag kallas de aktörer som köper el från elproducenterna. Näst intill all elhandel i Norden och Baltikum sker på elhandelsbörsen Nord Pool, men elhandelsföretag kan också välja att handla direkt från producenten. På marknaden för elhandel råder fri konkurrens, vilket innebär att elanvändarna själva kan välja vilket bolag de vill handla sin el ifrån (Svensk Energi och Svenska Kraftnät, 2017)
Elanvändare, eller fastighetsbolagen, är de som konsumerar elektricitet dagligen. Det kan exempelvis vara villaägare, fastighetsägare, industrier etcetera. Elanvändarna köper el av elhandelsföretagen genom olika typer av avtal och abonnemang. Vanligtvis handlar det om avtal med fast pris, rörligt pris eller ett typ av mixavtal mellan fast- och rörligt pris.
(Energimarknadsinspektionen, 2021b). I den här rapporten kommer två olika typer av avtal jämföras från elhandelsföretaget Ellevio. Information om respektive avtal behandlas längre fram i rapporten.
3.2 Elpris
Grundpriset i det elpris som elanvändaren betalar utgår från priset på elbörsen, det vill säga Nord Pool. På Nord Pool auktionerar elproducenterna ut sin elektricitet till elnätsföretagen och där priserna bestäms utifrån utbud och efterfrågan och ändras varje timme. I Sverige betalar vi även elskatt samt de nätavgifter som nämnts ovan (Elföretagen, 2021). Enligt Energimarknadsinspektionen kostar överföringen av el från stamnät till lokalnät cirka 20% av det totala elpriset som elanvändaren betalar. Utöver det står avgifter och skatter för cirka 40%
av den totala kostnaden. Resterande 40% kan elnätsföretagets reglera för prissättning och att
täcka sina egna kostnader, det vill säga företagets vinstmarginal. (Elföretagen, 2021)
3.3 Elcertifikat
I maj 2003 infördes ett elcertifikatsystem för att främja elproduktionen från förnybara energikällor. Systemet bygger på att elproducenter får ett certifikat från staten för varje megawattimme som producerats från en förnyelsebar energikälla. Till de förnybara
energikällorna räknas solenergi, geotermisk energi, våg- och vindenergi, vattenkraft och vissa biobränslen. Elproducenterna får välja om de vill sälja certifikatet eller behålla det.
Efterfrågan på elcertifikat skapas då vissa aktörer är kvotpliktiga vilket innebär att de måste köpa certifikat för att kompensera för sin elproduktion av icke-förnybara energikällor. Hur systemet för elcertifikat fungerar beskrivs i bilden nedan från Energimyndigheten.
(Energimyndigheten, 2021)
Figur 6 - Diagrammet visar hur elcertifikatsystemet för svensk-norsk elcertifikatmarknad fungerar. (Energimyndigheten- illustration, 2021)
3.4 Elskatt
Elskattens huvudsakliga syfte är att finansiera stamnätets fasta kostnader, men på senare tid har elskatt även kommit att bli ett styrmedel för att kunna påverka elmarknaden i önskvärd riktning. Man har bland annat kunna skapa en miljövänligare elproduktion och lägre
miljöbelastning i energimarknaden genom att beskatta de mindre miljövänligare alternativen högre. Vilken energi som används inom vilken sektor energin används påverkar således hur mycket skatt som ska betalas. (Ekonomifakta, 2021b)
3.5 Abonnemang och avtal
I Stockholmsregionen erbjuder företaget Ellevio två olika typer av avtal för effektabonnemang lokalnät på max 24 kW. Elnätsavgiften i abonnemangen består
huvudsakligen av tre delar; en effektavgift, en fast avgift och en rörlig avgift. Effektavgiften bestäms utifrån hur stor kapacitet av elnätet som utnyttjas (kWh/h). Den fasta avgiften är tänkt att täcka Ellevios fasta avgifter som till exempel administration och mätning. Den rörliga avgiften beror på vilken mängd mätt i kWh som konsumeras och kan variera utifrån vilken tid på dygnet effekten konsumeras, beroende på vilken avtalsform. Nedan finns en tabell över de olika avtalen. (Ellevio, 2021)
Figur 7 - Tabellen visar de olika abonnemangen som finns tillgängliga hos Ellevio. (Ellevio, 2021)
4. Energilagring
Följande avsnitt syftar till att kortfattat ge en beskrivning av energilagring genom elektriska batterilager.
4.1 Elektriska batterilager
En lösningsmetod till att sänka effekttopparna och öka lönsamheten i fastigheterna kan vara att använda energilager. Med ett energilager kan energin ackumuleras då priset för
elektriciteten är förmånligare. För att sedan ta av den lagrade energin då elektriciteten är mer kostsamt och fastigheten förbrukar som mest. Syftet med energilager är alltså att de ska jämna ut varierande belastningar och på så sätt få ner effekttopparna.
De finns olika sätta att lagra energi på och i den här studien kommer två av de alternativen att behandlas. Det ena sättet är elektriska batterilager som lämpar sig för korttidsladdning och kraftapplikationer. Dessa typer av batterier lämpar sig mer för att lagra energi kortare stunder, som till exempel över ett dygn. Utöver att lagra energi kan ett batteri även tillföra nyttor till elsystemet genom att stötta överföring av kapacitet och energi. Det kan t.ex. göras genom kostnadsoptimering (om fastigheten har ett timprisavtal), öka och förbättra konsumtionen av den egna anläggningen (till exempel solpaneler), användaren får en egen reservkraft som ger en möjlighet att själv kunna påverka krav på kvaliteten, samt stödja lokala, så kallande mikronät, i byggnaden eller området. (Widegren, K., 2016)
Idag är en av de vanligare batterityperna litium-jonbatterier. Det beror huvudsakligen på att dessa typer av batterier generellt kan leverera fler laddningscykler under sin livstid än vad andra typer kan. Batteriet har även en hög laddnings- och urladdningseffekt (ca 90%) samt hög energitäthet vilket innebär batteriet använder en större del av den laddade energin än vad konkurrerande typer gör. Ytterligare en fördel är att denna typ vanligtvis har lägre
kapacitetsförluster vilket är eftertraktat. De ovan nämnda positiva aspekterna har resulterat i att allt fler vill satsa på batterier av denna typ. Kostnaden för batterier av denna typ förutspås därför minska i framtiden då det sker en omfattande ekonomisk och teknisk utveckling inom området. (Nykvist och Nilsson, 2015 och Brinsmead et al., 2015.)
För att kunna förse en fastighet med ett energilager behövs flera batterier och tillhörande komponenter i ett så kallat batterisystem. Ett batterisystem inkluderar batteriets celler, strömriktarsystem, material i modulen, ledningar mellan modulerna samt ett
batterihanteringssystem. (Lawson, 2016) Ett batterisystem karaktäriseras av parametrar som till exempel c-värde, som är en beskrivning av batteriets maximala urladdning. Ytterligare en parameter är batteridegradering och ur laddningscykler. Dessa parametrar visar på batteriets kapacitet och hur snabbt batteriet degraderas beror av hur ofta och djupt batteriet laddas ur.
(Lawson, 2021)
5. Genomförande
I detta avsnitt presenteras hur arbetet genomfördes. Först samlades all data in genom företagets energikonto på Ellevios hemsida där även priserna för de olika abonnemangen hämtades. Därefter sammanställdes datan i excel där samtliga beräkningar gjordes enligt beskrivning 5.1 nedan.
5.1 Beräkningar
I följande avsnitt redovisas de beräkningar som har utförts för att få fram resultatet. Samtliga beräkningar har utförts i programmet Microsoft Excel och formlerna som redovisas sedan kommer därför att redovisas utifrån hur de skrivs i Excel.
5.1.1 Beräkningar för konsumtion
Först beräknades medelförbrukningen per timme och månad enligt följande formel:
𝑀𝑒𝑑𝑒𝑙𝑣ä𝑟𝑑𝑒 (𝑥) = 𝑀𝐸𝐷𝐸𝐿(𝑋𝑖: 𝑌𝑖) (ekvation 2)
Därefter beräknades datans maxvärde för hela perioden samt höglasttid med följande formel:
𝑀𝑎𝑥𝑣ä𝑟𝑑𝑒 (𝑥) = 𝑀𝑎𝑥(𝑋𝑖: 𝑌𝑖) (ekvation 3)
5.1.2 Beräkningar för abonnemang
Därefter beräknades kostnaden med de olika abonnemangen för respektive månad enligt följande steg:
L04L
1. Beräkna den rörliga avgiften genom att multiplicera den rörliga kostnaden med effekten för den aktuella perioden. Anmärk att det är olika för höglasttid och låglasttid.
2. Beräkna månadseffektavgiften genom att multiplicera månadseffektavgiften med maxvärdet för perioden.
3. Beräkna energiskatt genom att multiplicera energiskatt med totala effektåtgången för perioden.
4. Summera månadseffektavgift, rörlig avgift, energiskatt och fast avgift.
5. Beräkna moms för elnät och energiskatt genom att multiplicera momsen med punkt 3 och punkt 4 ovan.
6. Summera moms, energiskatt med punkt 4.
L04S
1. Beräkna den rörliga avgiften genom att multiplicera den rörliga kostnaden med effekten för perioden.
2. Beräkna månadseffektavgiften genom att multiplicera månadseffektavgiften med maxvärdet för perioden.
3. Beräkna höglasttideffektavgiften genom att multiplicera höglasttideffektavgiften med maxvärdet för höglasttid under perioden och subtrahera med 43,5 (eftersom höglasttideffektavgiften gäller för den effekt som överskrider 43,5 kW)
4. Beräkna energiskatt genom att multiplicera energiskatt med totala effektåtgången för perioden.
5. Summera månadseffektavgift, rörlig avgift, energiskatt och fast avgift.
6. Beräkna moms för elnät och energiskatt genom att multiplicera momsen med punkt 4 och punkt 5 ovan.
7. Summera moms, energiskatt med punkt 5.
Därefter sammanställdes alla kostnader till en årskostnad.
5.1.3 Beräkning av reducerad effektåtgång
För att få fram den reducerade kostnaden gjordes följande två saker:
• Först beräknas ett nytt maxvärde utifrån den procentsats som antingen för in automatiskt (via värmepumpsregleringen) eller manuellt.
• Därefter beräknas även en ny rörlig avgift utifrån att x antal pumpar stängs av under höglasttid (vardagar kl. 06-22 under november t.o.m. mars) och i stället laddas under låglasttid (övrig tid). Det sistnämna har endast gjorts i beräkningarna för L04L-abonnemangen samt under månaderna april- oktober.
Det gjordes genom att subtrahera:
(antal pumpar*effektåtgång per pump*tiden för driftstopp*antalet dagar höglasttid)
från den ordinarie effektåtgången under höglasttid.
Därefter adderades samma formel till ordinarie effektåtgång under låglasttid. På så sätt fås kostnaden fram för vad det hostar att stänga av pumparna under höglasttid och i stället köra de under låglasttid.
5.1.4 Beräkning av reducerad effektåtgång för värmepumpar
Därefter undersöktes hur många värmepumpar som kunde stängas av ett visst klockslag och se hur de påverkade kostnaden genom följande steg:
1. Beräknade genomsnittsvärde per klockslag för vintermånaderna och sommarmånaderna genom ekvation 2.
2. Därefter beräknades medelvärdet för sommar- respektive vintermånaderna genom ekvation 2.
3. Sedan beräknades den reducerade effekten genom att subtrahera värmepumpens effekt från respektive klockslags genomsnittliga effektåtgång för vinter- respektive sommarmånaderna.
4. Avslutningsvis sattes antal pumpar och total effektåtgång ihop med ovan nämnda parametrar så att modellen blev klar och man kunde testa hur många pumps som behövs stängas av för att komma under medelvärdet för
perioden.
5.2 Genomförande Energilagring
I undersökningen av lämpliga metoder utfördes dels en litteraturstudie och dels förenklade beräkningar. I litteraturstudien användes sökmotorn Diva för vetenskapliga publikationer där följande sökord användes: ”Batterilager”, ”Ackumulatorer”, ”Energieffektivisering i
fastigheter”. Sökningen resulterade i 34 publikationer och samtliga publikationer lästes för att samla in relevant data och fakta. Resultatet av studien användes som teoretiskt underlag för den här studiens beräkningar. Litteraturstudien visade att båda metoderna skulle teoretiskt kunna möjliggöra för en reducering av effekttopparna. Därefter undersöktes möjligheterna med ett par förenklade beräkningar med data från litteraturstudien.
Först beräknades ungefär hur många batterier som skulle behövas för att täcka effektåtgången vid puckeln. Det gjordes med två olika metoder. I metod 1 utgick från det genomsnittliga behovet som avlästes i diagrammen från effektåtgången som samlades in i den här studien, vilket var cirka 250 kWh. I beräkningarna för återbetalningstiden användes data från Tesla Powerwall 2 samt Nilar Energy Battery. I metod 2 utgick beräkningarna från den datan som samlats in genom litteraturstudien. Enligt studien kan effekttoppar reduceras upp till 40% om dimensioneringen av batterilagret beräknas vara 0,8–1,3 kWh per lägenhet enligt Hansson, M., Lakso, J:s rapport: Potentialen för lokala energilager i distributionsnäten, 2016.
Resultaten sammanställdes sedan i två tabeller, Tabell 1 och 2 som finns att läsa i under avsnitt 6.4.
Avslutningsvis beräknades payback-tiden för de två olika metoderna med ekvation 1. Som grundinvestering användes uppgifter om pris från försäljarna, värdet för ai hämtades från resultatet av årlig besparing vid värmepumpsreglering. Eftersom batterier, enligt
återförsäljaren inte kräver något underhåll har sådana kostnader utelämnats.
Se beräkning nedan:
Fastighet A, Metod 1:
Återbetalningstid för Tesla Powerwall 2 med L04L
𝑃 =1650000 67936
Återbetalningstid för Tesla Powerwall 2 med L04S
𝑃 =1650000 36975
Återbetalningstid för Nilar Energy Battery med L04L
𝑃 =2800000 67936
Återbetalningstid för Nilar Energy Battery med L04S
𝑃 =2800000 36975
Fastighet A, Metod 2:
Återbetalningstid för Tesla Powerwall 2 med L04L
𝑃𝑚𝑖𝑛= 881760 67936
𝑃𝑚𝑖𝑛= 1432860 67936
Återbetalningstid för Tesla Powerwall 2 med L04S
𝑃𝑚𝑖𝑛= 881760 36975
𝑃𝑚𝑖𝑛= 1432860 36975
Återbetalningstid för Nilar Energy Battery med L04L
𝑃𝑚𝑖𝑛= 1496320 67936
𝑃𝑚𝑖𝑛= 2431520 67936
Återbetalningstid för Nilar Energy Battery med L04S
𝑃𝑚𝑖𝑛= 1496320 36975
𝑃𝑚𝑖𝑛= 2431520 36975
6. Resultat
I följande avsnitt presenteras de resultat som framkommit av studien. Resultaten baseras på beräkningar som är utförda i programmet Excel och data från företagets energikonto på Ellevio. De diagram som visas nedan baseras på resultaten som har beräknats i Excel.
6.1 När sker effekttopparna och hur länge pågår de?
Resultatet från den insamlade datan visade att det generellt är två effekttoppar per dygn.
Vissa månader syns dock effekttoppen som sker på morgonen inte lika tydligt. Den mindre toppen sker mellan cirka kl. 7-9, och den större toppen mellan cirka kl. 16-21. Effekttopparna på eftermiddagen pågick under flera timmar än de på morgonen, nästan dubbelt så långa. Det är även en skillnad på effektförbrukningen och effekttopparnas maxpunkt mellan
sommarmånaderna (april, maj, juni, juli, augusti och oktober) och vintermånaderna (november, december, januari, februari och mars).
I Figur 8 nedan visas den genomsnittliga förbrukningen per klockslag för respektive månad det senaste året för Fastighet A.
Figur 8 – Diagrammet visar den genomsnittliga effektkonsumtionen per klockslag för respektive månad från maj år 2020 t.o.m.
april år 2021 för fastighet A.
Av resultatet från Fastighet A kan en tydlig effekttopp på eftermiddagen avläsas. Det går även att se en trend för en liten topp på morgonen, även om den under vissa månader på året är liten. December månads förbrukning skiljer sig en aning från resterande kurvor då den inte har någon tydlig nedgång efter effekttoppen på morgonen. Övriga månader ser snarlika ut även om man kan se viss skillnad mellan exempelvis februari som har två tydliga
effekttoppar och augusti som knappt har någon effekttopp på morgonen och en flackare topp på eftermiddagen.
Resultaten för Fastighet B skilde sig något från Fastighet A. Fastighet B hade tydligare toppar på morgon och det var en tydligare nedgång av konsumtionen mitt på dagen. I Figur 9 ses Fastighet B genomsnittliga effektåtgång per klockslag och månad det senaste året.
Figur 9 – Diagrammet visar den genomsnittliga effektkonsumtionen per klockslag för respektive månad från maj år 2020 t.o.m.
april år 2021 för fastighet B.
Av resultatet från båda fastigheterna kan det avläsas att högst konsumtion sker under december, januari och februari, medan lägst konsumtion sker under juni, juli och augusti.
Man kan även konstatera att effekttopparna har liknande karaktäristik oavsett vilken årstid det är.
6.2 Hur påverkas kostnaden för de två olika elabonnemangen L04L och L04S av effekttopparna?
I den här delen presenteras hur kostnaden för de två abonnemangen, L04L och L04S,
påverkas av effekttopparna. I diagrammen redovisas för hur kostnaden ser ut med ursprunglig effektåtgång med de båda abonnemangen, samt även hur kostnaden påverkas av att
effekttopparna reduceras till 80%. I Figur 10 nedan redovisas hur kostnaden för de två abonnemangen ser ut för Fasighet A.
Figur 10 – Diagrammet visar den genomsnittliga kostnaden per månad för de båda abonnemangen med ordinarie effektåtgång och reducerad effektåtgång, från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för fastighet A.
En reducering av effekttopparna till 77% innebar en årlig besparing med 36 839 kr med abonnemanget L04L och 28 818 kr med abonnemanget L04S. Om effekttopparna skulle reduceras till 50% blev den årliga besparingen i stället 69 531 kr med L04L-abonnemanget och 61 625 kr med L04S-abonnemanget. Det går även att se att L04L-abonnemangen är mer ekonomiskt gynnsamt under sommarmånaderna medan L04S-abonnemangen är mer
gynnsamt under vintermånaderna.
I Figur 11 nedan visas kostnaden per månad för de båda abonnemangen för Fastighet B med ordinarie effektåtgången och med en reducerad effektåtgång till 80%.
Figur 11 - Diagrammet visar den genomsnittliga kostnaden per månad för de båda abonnemangen med ordinarie effektåtgång och reducerad effektåtgång, från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för fastighet B
I Figur 11, diagrammet för Fastighet B, är skillnaden mellan abonnemangen mindre under sommarmånaderna. Efter reduceringen kan man se att kostnaden påverkades mer på L04L- abonnemanget. Kostnaden för L04S-abonnemnaget blev inte lika stor som för L04L men det går ändå att se en skillnad under samtliga vintermånader. Under vintermånaderna, då
prissättningen för abonnemangen är annorlunda, kan man dock se att det är L04L-
abonnemanget som är mest kostsamt för båda fastigheterna. Det går även att se i diagrammet att skillnaden mellan abonnemangen blev större under de månader där fastigheterna
konsumerade mer.
En reducering av effekttopparna till 80% innebar en årlig besparing med 37 023 kr med abonnemanget L04L och 8 914 kr med abonnemanget L04S. Om effekttopparna skulle reduceras till 50% blir den årliga besparingen i stället 77 958 kr med L04L-abonnemanget och 22 284 kr med L04S-abonnemanget. Det går även att se att L04S-abonnemanget är mer gynnsamma under vintermånaderna.
6.3 Hur påverkas kostnaderna och effekttopparna av en bortkoppling av värmepumparna från elnätet?
I den här delen presenteras hur man skulle kunna sänka effekttopparna genom att stänga av ett visst antal pumpar under en viss tid. I modellen som skapades i Excel kan olika scenarier testas. Det går även att byta ut antal pumpar samt pumparnas effekt för att se hur
effektåtgången kan optimeras. I figur 12 och 13 visas medelkonsumtionen per klockslag för Fastighet A. Diagrammet har delats in i två delar där en del visar vintermånaderna och en del visar sommarmånaderna.
Figur 12 – Diagrammet visar den genomsnittliga effektåtgången per klockslag för vinter-och sommarmånaderna från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för Fastighet A.
I figur 13 visas ett scenario där pumparna har stängts av så att maxeffektåtgången ska vara ungefär som medelvärdet. Det scenariot gav en reducering till cirka 77%, vilket således skulle innebära en årlig besparing på 36 893 kr med L04L-abonnemanget och 28 818 kr med L04S- abonnemanget. Dock kan inte all effekt som går åt under effekttoppen ackumuleras under natten utan att skapa en ny effekttopp, vilket innebär att en lösning behöver tas fram för hur resterande effekt ska kunna laddas utan att en ny effekttopp uppstår.
Figur 13 – Diagrammet visar den genomsnittliga effektåtgången per klockslag för vinter-och sommarmånaderna från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för Fastighet B.
I figur 14 och 15 visas medelkonsumtionen per klockslag för Fastighet B. Diagrammet har delats in i två delar där en del visar vintermånaderna och en del visar sommarmånaderna.
Figur 14 – Diagrammet visar den reducerade genomsnittliga effektåtgången per klockslag för vinter-och sommarmånaderna från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för Fastighet A.
I figur 15 nedan visas resultatet av hur den genomsnittliga effektåtgången påverkas av att man stänger av ett visst antal pumpar ett visst klockslag. Den ljusblå linjen visar den nya
effektåtgången för vintermånaderna och den mörkblåa visar hur den ordinarie åtgången ser ut.
Hur många pumpar som stängs av ett visst klockslag ser man i de gröna rutorna längst upp i figuren. Eftersom pumparna stängdes av under höglasstid behöver det kompenseras genom att lagra den energin under låglasttid. Det visas i diagrammet då den ljusblå linjen ligger högre i effektåtgång mellan kl. 22-06. Diagrammet visar även hur effektåtgången påverkas under sommarmånaderna. Då är det ljusgrå linjen ordinarie effektåtgång och den gröna linjen den reducerade effektåtgången
Figur 15 – Diagrammet visar den reducerade genomsnittliga effektåtgången per klockslag för vinter-och sommarmånaderna från maj år 2020 t.o.m. april år 2021 för Fastighet B
Scenariot ovan gav en reducering till cirka 76% för Fastighet B, vilket således skulle innebära en årlig besparing på 41 961 kr med L04L-abonnemanget och 10 526 kr med L04S-
abonnemanget. Dock kan inte all effekt som går åt under effekttoppen ackumuleras under natten utan att då skapa en ny effekttopp, vilket innebär att en lösning behöver tas fram för hur resterande effekt ska kunna laddas utan att en ny effekttopp uppstår. Resultatet visar även att pumparna behöver regleras på ett annat sätt under sommarmånaderna.
6.4 Kan batteridrift av värmepumparna vara en möjlig lösningsmetod för att möjliggöra en reducering av effekttopparna?
I det här avsnittet presenteras resultatet av de beräkningar som utfördes i avsnitt 5.7 för Fastighet A. Beräkningarna baseras på resultatet av litteraturstudiens och den uppskattade effektåtgången i kalkylen. Resultatet i litteraturstudien visade att en reduktion av effekttoppar med batterilager är möjlig. Effekttopparna kan reduceras upp till 40% om dimensioneringen av batterilagret beräknas vara 0,8–1,3 kWh per lägenhet enligt Hansson, M., Lakso, J, rapport Potentialen för lokala energilager i distributionsnäten, 2016.
6.4.1 Energilagring med elektriska batterier
I tabell 1 nedan presenteras hur många batterier av märket Tesla Powerwall 2 samt Nilar Energy Battery som skulle krävas för att minska effekttopparna. Beräkningarna utfördes utifrån det uppskattade värdet för Fastighet A som beskrevs i avsnitt 5.2 ovan.
Metod 1
Effekttopparnas höjd är ca 100 kWh och puckeln pågår i cirka 5 timmar
Maxeffekt 100 kWh
Tid 5 h
Effekt som krävs i batterier för att täcka puckeln Ca 250,0
Tesla Powerwall 2 Nilar Energy
Battery
Batteriets maxeffekt 14 kWh 10 kWh
Battericykler 3 200 cykler 2 000 Cykler
Antal batterier som krävs för att reducera effekttoppen
18st 25st
Investeringskostnad per batteri inklusive installation
6 600 kr/kWh 11 200 kr/kWh
Total installationskostnad 1 650 000 SEK 2 800 000 SEK
Garanti 10 år 5 år
Tabell 1 – I tabellen redovisas hur många bettarier som krävs vid ett visst effektbehov.
Metod 1 visade att 18st Tesla Powerwall 2 krävs för att täcka effekttoppens behov medan det krävdes 50st batterier av märket Nilar Energy Battery.
I metod 2 nedan utgick beräkningarna utifrån de parametrar som tagits fram i
litteraturstudien. I tabell 2 nedan har två parallella beräkningar utförts för respektive batteri.
Det gjordes eftersom hela spannet, det vill säga lägsta antal och kostnad samt högsta antal och kostnad för respektive batteri skulle redovisas.
METOD 2 min max
BEHOV PER LÄGENHET 0,8 kWh 1,3 kWh
ANTAL LÄGENHETER 167st 167st
BEHOV ANTAL BATTERIER 134st 217st
Tesla Powerwall 2 Nilar Energy Battery
BATTERIETS MAXEFFEKT 14 kWh 10 kWh
BATTERICYKLER 3 200 cykler 2 000 Cykler
min max min max
ANTAL BATTERIER SOM KRÄVS FÖR ATT MINSKA PUCKELN MED 40%
10st 16st 13st 22st
INVESTERINGSKOSTNAD PER BATTERI INKLUSIVE INSTALLATION
6 600 kr/kWh
6 600 kr/kWh
11 200 kr/kWh
11 200 kr/kWh TOTAL INSTALLATIONSKOSTNAD
Fastighet A (SEK)
881 760 1 432 860 1 496 320 2 431 520
GARANTI 10år 5 år
Tabell 2 – I tabellen redovisas hur många bettarier som krävs vid ett visst effektbehov.
Resultatet visade att det krävs cirka 10-16st batterier av Tesla Powerwall 2 samt cirka 13-22st batterier av märket Nilar.
6.4.2 Pay-back tid
Återbetalningstiden baseras på beräkningarna i avsnitt 5.2. Återbetalningstiden för respektive batteri och abonnemang finns i Tabell 3 nedan:
L04L L04S
Metod 1
Tesla Powerwall 2 25år 45år
Nilar Energy Battery 42år 77år
Metod 2
Tesla Powerwall 2 13-21år 24-39år
Nilar Energy Battery 23-36år 41-66år
Tabell 3 – I tabellen redovisas återbetalningstiden för respektive batteri.
7. Slutsats och diskussion
I det här avsnittet presenteras studiens resultat följt av en diskussion av resultaten och slutligen förslag på framtida arbete.
7.1 Slutsats i sammanfattning
Avslutningsvis konstateras följande resultat av den här studien:
• Effekttoppar påverkar elkostnaderna i de två fastigheterna som studerades i den här studien. Det var huvudsakligen de fasta kostnaderna som utgår från respektive månads effektkonsumtion påverkades av effekttopparna.
• L04S-abonnemanget var lämpligast för de två fastigheter som undersöktes i den här studien.
• Att minska effekttoppar lönar sig, genom att till exempel minska effekttopparna till cirka 76% kan vi sänka kostnaden med upp till 15% per år (troligtvis mer med rätt teknik).
• Modellen som skapades i studien lämpar sig för att visa korrelationen mellan en reducering av effekttoppar och den årliga besparingen.
• Effekttopparna kan kapas med rätt teknik, men en djupare analys behöver göras av hur den tekniska lösningen ska se ut.
• En djupare analys behöver göras för att ta reda på vilken dimensionering av batterier som är lämplig och troligtvis skulle den verkliga återbetalningstiden vara mycket kortare då de största besparingarna kan göras inom andra områden som till exempel frekvensreglering och effektförsäljning vilka inte har tagits med i den här studien.
7.2 Diskussion
I den här rapporten har energiförbrukningen i två olika fastigheter studerats samt hur effekttopparna påverkar årskostnaden för olika elabonnemang. Studien har även undersökt hur fastigheternas värmepumpar kan regleras för att minska effekttopparna samt hur det skulle påverka årskostnaden.
Studien baseras på data som är insamlad år 2020 vilket var ett år då många arbetade hemifrån på grund av Covid-19. Det är därför möjligt att den insamlade datan är något missvisande och visar en större konsumtion av elektricitet i fastigheten än vad som skulle ha varit under ett år under mer normala omständigheter. Resultatet i avsnitt 6.1 bör därför kontrolleras mot ett år då det var mer normala förhållanden, alternativt jämföras med flera år för att få en mer nyanserad bild. I rapporten utelämnades även elproduktionen från solcellerna. Det gjordes eftersom elmätaren från solcellsanläggningen i Fastighet A inte fungerade och att det därför hade påverkat resultaten att ta med resultaten från den ena fastigheten men inte den andra.
I avsnitt 6.2 presenterades hur årskostnaden för de olika abonnemangen påverkas av effekttopparna samt hur kostnaden påverkades vid en reducering av effekttopparna.
Resultaten visar på att L04L-abonnemanget är något mer fördelaktigt under
sommarmånaderna. En anledning till det kan vara att abonnemanget har olika prissättning för höglasttid och låglasttid, och eftersom höglasttiden inte gäller under sommarmånaderna minskar därför den rörliga kostnaden under sommarmånaderna. Resultatet visade även på att L04S-abonnemanget var mer ekonomiskt under vintermånaderna. En anledning till det skulle kunna bero på att abonnemanget lämpar sig mer när den totala effektförbrukningen är högre.
Ytterligare en aspekt som bör beaktas är att effekttopparna i nuläget beräknas med ett timmedelvärde och att de momentana effekttopparna troligtvis är ännu högre. Det skulle kunna innebära en större kostnad i framtiden om elnätsbolagen instiftar andra typer av mätmetoder, till exempel effekttopparnas medelvärde per kvart. Slutligen tycks L04S- abbonemanget vara ett lämpligare abonnemang för fastigheter av den här storleken. Det skulle kunna bero på att fastigheten har en högre och relativt stabil konsumtion under höglasttid i förhållande till periodens effekttoppar. Vilket innebär att det lönar sig mer att ha ett abonnemang med en lägre rörlig avgift, trots att de tar ut både en höglasttidsavgift och en månadseffektavgift, vilket L04S har.
I avsnitt 6.3 behandlades hur en reduktion av effekttopparna skulle kunna se ut. Modellen sammankopplades med de fiktiva fakturorna så att resultat visade korrelationen mellan effektsänkningen och den årliga besparingen för respektive abonnemang. Eftersom modellen innehåller antaganden som till exempel värmepumparnas effektåtgång, kan resultatets korrekthet ifrågasättas. Modellen tar inte heller hänsyn till viktiga aspekter såsom
energiförluster eller systemets tröghet, vilket rimligtvis borde påverka resultatet. Trots ovan nämnda brister kan modellen, genom simulering, ändå ge en fingervisning om hur kostnaden påverkas av effektreglering. Modellen bör därför kunna fungera som ett grunddokument att bygga vidare på.
I den här studien undersöktes enbart batteriers återbetalningstid då de används vid en reducering av effekttoppar, vilket inte anses vara tillräckligt underlag för beslutsfattande huruvida batterilager ska installeras i fastigheten. Studien undersökte inte heller olika storlekar på batterier, vilket antas påverka både installationskostnaderna, kapaciteten och avkastningen. Det är därför svårt att avgöra huruvida en installation av batterier är lönsamt eller inte. Det beror på att många viktiga parametrar, som exempelvis frekvensreglering och effektförsäljning till elnätet utelämnades då det helt enkelt inte fanns utrymme att undersöka dessa i den här studien. Dessa ovan nämnda parametrar anses vara en betydande del för hur avkastningen blir för installationen av batterier och påverkar således resultatet. Ytterligare en aspekt som bör tas med är att batterier tappar i kapacitet för varje urladdningscykel. Det medför att batteriet inte kommer att kunna reducera effekttoppen lika mycket i slutet av sin livslängd. Batteriets energiförluster vid upp- och urladdning togs inte i beaktning vid
beräkningarna vilket har påverkat resultatet. Det här avsnittet i rapporten skulle därför behöva kompletteras med ytterligare uppgifter för att kunna göra en mer rättvis bedömning.
Avslutningsvis bygger modellen på en del antaganden vilket gör att resultaten kan vara något missvisande. Studien lyckades i den bemärkelsen att samtliga frågeställningar besvarades även om en större korrekthet i resultaten hade varit önskvärda. Modellen som togs fram i den
här studien anses ändå kunna ge en uppskattning om hur effekttopparna och kostnader samverkar, även om vidare studier och förfiningar är nödvändiga för att få fram ett mer ackurat resultat.
7.3 Förslag till framtida arbete
För framtida studier skulle modellen kunna förfinas och justeras genom att exempelvis lägga in kortare tidsintervall för mätningen av effekttoppar. Det är även möjligt att undersöka möjligheten att koppla ihop modellen med elmätarna för de olika anläggningarna för att få mer exakta värden för den fastighet som undersöks. Vidare skulle även en mer noggrann ekonomisk investeringskalkyl behöva utföras för installationen av batterier där fler parametrar tas i beaktning. Utöver det skulle studie som undersöker dimensionering av batterier för olika typer av fastigheter vara av intresse. Även en jämförelse mellan energilagring i enskilda fastigheter med en energilagring i elnätet skulle vara av intresse.
8. Referenser
Andrén, L. (2007). Solenergi - Praktiska tillämpningar i bebyggelse. Karlshamn: AB Svensk Byggtjänst.
Andersson, G., 2013. Kalkyler som beslutsunderlag. Studentlitteratur, Lund.
Ekonomifakta, 2021a: Hämtat från Elanvändning per sektor - utveckling: [WWW Dokument]
https://www.ekonomifakta.se/Fakta/Energi/Energibalans-i-Sverige/Elanvandning-utveckling/
[hämtad 2021-05-02].
Ekonomifakta, 2021b: Hämtat från Elskatt [WWW Document], n.d. Ekonomifakta. URL https://www.ekonomifakta.se/Fakta/Energi/Styrmedel/Konsumtionsskatter-pa-el/ [hämtad 2021-06-02]
Våra elnätspriser för företagskunder | Ellevio [WWW Document], n.d. URL
https://www.ellevio.se/foretag/elnatspriser-och-avtal/Elnatspriser/ [hämtad 2021-05-02].
Elproduktion, elnät och elhandel - Energiföretagen Sverige [WWW Document], n.d. URL https://www.energiforetagen.se/energifakta/elsystemet/ [hämtad 2021-05-27].
Energimyndigheten. (2011). Energistatistik för småhus, flerbostadshus och lokaler 2010.
Eskilstuna: Energimyndigheten.
Energimyndigheten, 2021, Om elcertifikatsystemet [WWW Document], n.d. URL
http://www.energimyndigheten.se/fornybart/elcertifikatsystemet/om-elcertifikatsystemet/
[hämtad 2021-06-11]
Energimarknadsinspektionen, 2021a. Din elnätsavgift [WWW Document]. Eise -
Energimarknadsinspektionen. URL http://ei.se/sv/for-energikonsument/el/Elnat/elnatsavgift/
[hämtad 2021-05-02].
Energimarknadsinspektionen, 2021b. Vanligaste elavtalstyperna [WWW Document]. Eise - Energimarknadsinspektionen. URL http://ei.se/sv/for-energikonsument/el/ditt-elavtal/vanligaste- elavtalstyperna/ [hämtad 2021-05-02].
Fjärrvärme -, n.d. ENERGIFAKTA. URL https://energifakta.nu/fjarrvarme/ [hämtad 2021- 05-28].
Fjärrvärmepriser - Energiföretagen Sverige [WWW Document], n.d. URL
https://www.energiforetagen.se/statistik/fjarrvarmestatistik/fjarrvarmepriser/ [hämtad 2021- 06-01].
FTX - Ventilation med värmeåtervinning, n.d. . Svensk Ventilation. URL
https://www.svenskventilation.se/ventilation/olika-satt-att-ventilera/ftx-varmeatervinning/
[hämtad 2021-05-27]
Gong, X., Lin, T., Su, B., 2011. Survey on the impact of Electric Vehicles on power
distribution grid, in 2011 IEEE Power Engineering and Automation Conference. Presented at the 2011 IEEE Power Engineering and Automation Conference, pp. 553–557.
doi:10.1109/PEAM.2011.6134996
Hansson, M., Lakso, J., n.d. Potentialen för lokala energilager i distributionsnäten 35.
IEA (2020), World Energy Outlook 2020, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/world- energy-outlook-2020 .
Hur fungerar en Frånluftsvärmepump | Klimatteknik Stockholm AB, n.d. URL
https://klimatteknikstockholm.se/hur-fungerar-en-franluftsvarmepump/ [hämtad 2021-05-27]
Lawson, 2021,. Battery Performance Characteristics - How to specify and test a battery [WWW Document], n.d. URL https://www.mpoweruk.com/performance.htm [hämtad 2021- 06-09]
Miljöbarometern, 2020, Slutrapport Energistudien för Stockholmsregionen
Stockholmsregionens energiframtid 2010–2050-Vägen till minskad klimatpåverkan [WWW Dokument]
https://miljobarometern.stockholm.se/content/docs/tema/energi/stockholmsregionens_energif ramtid_2010-2050.pdf [hämtad 2021-06-01].
Marken värmer huset [WWW Document], n.d. URL
http://www.miljoportalen.se/energi/bergvaerme-fjaerrvaerme/marken-vaermer-
huset/plonearticle_image_popup?image_id=2d2632e568bfaa0afd8be9534fd6d659 [hämtad 2021-06-10].
Northen Nature Energy, 2021, Värmekapacitet [WWW Document], n.d. URL https://www.nn-energy.se/doc/varmekapacitet.pdf [hämtad 2021-06-01].
Nykvist, B., Nilsson, M., 2015. Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles. Nat.
Clim Change 5, 329–332.
Sidén, G., 2015. Förnybar energi. Studentlitteratur, Lund.
How Do Solar Panels Work | Skyfire Solar Energy Blog, 2020 SkyFire Energy. URL https://skyfireenergy.com/how-do-solar-panels-work/ [hämtad 2021-06-10]
Statistiska centralbyrån, 2021, Priser på elenergi och på överföring av el (nättariffer) https://www.scb.se/hitta-statistik/statistik-efter-amne/energi/prisutvecklingen-inom-
energiomradet/priser-pa-elenergi-och-pa-overforing-av-el-nattariffer/ [hämtad 2021-05-27].
Svensk Energi, Svenska Kraftnät, 2017. Svensk Elmarknadshandbok, 17A ed. Sundbyberg.
Widegren, K., 2016. Marknadsförutsättningar för elektriska batterilager – principiella utgångspunkter och möjligheter.
