Är batterierna lösningen på ett ökat behov av reglerkraft?

Del två i Tatu Kullas bloggserie avhandlar batterier. Batterier är ett område där utvecklingen gått, och går, framåt med raketfart och mycket hopp sätts till att batterier skall lösa många av våra problem. Inte minst inom miljörörelsen ses batterier som en teknologi som kan gör att vi inte behöver lika mycket vattenkraft. Tatu reder med några jämförelser ut hur verkligheten ser ut i just denna fråga, något jag välkomnar.

Johan Englund,
Kommunikationschef för Fortums vattenkraft

Debatten kring ökad vind- och solkraft övergår ofta snabbt till behovet av reglerkraft. I Norden har vattenkraft varit den traditionella källan för reglerkraft, men ellager – särskilt batterier – har lyfts fram som en alternativ källa för reglerkraft i debatten. I det här blogginlägget berättar jag om våra erfarenheter av ellager och beskriver deras roll i framtidens elsystem. Den här gången fokuserar jag på och låter bli att behandla teknik som baseras på exempelvis rörelseenergi, till exempel svänghjul.

Litiumjonbatterier är det främsta inom dagens batteriteknik
Den för närvarande intressantaste batteritekniken är litiumjon. Till teknikens fördelar hör att batterierna kan laddas och tömmas många gånger. Normalt kan ett litiumjonbatteri laddas och tömmas (laddning + tömning = cykel) cirka 5 000 gånger. Denna siffra varierar beroende på vilken kemi batteriet baseras på. Som jämförelse kan det konstateras att till exempel blybatterier, som är vanliga i bilar, tål några hundra laddningscykler.

Litiumjonbatteriernas fördel är även den mycket höga verkningsgraden, i normalfallet cirka 90 %. Det betyder att man ur batterierna och den anslutna energin kan återanvända cirka 90 % av den energi som ursprungligen laddats i dem. Den tekniska utvecklingen och de ökade produktionsvolymerna av litiumjonbatterier har även lett till att den tekniska prestandan har förbättrats samtidigt som priserna (€/kWh) har gått ner. Eftersom priserna har gått ner har man hittat många användningssyften för litiumjonbatterier som batterier i elbilar, konsumtionselektronik samt i tillämpningar i elsystemet.

Hur många batterier behövs det för att ersätta lagerkraften i Ule träsk som reglerkraft?
Kan batterier ersätta till exempel vattenkraften som reglerkraft? Svaret är ja och nej, Låt oss göra ett litet tankeexperiment och granska vad det i praktiken skulle betyda att till exempel ersätta Ule träsk och vattenkraftverken i Ule älv med batterier. Jag gör här en avgränsning som inte stämmer i verkliga livet och granskar Ule träsk som ett slutet lager (dvs det rinner inte till mer vatten).

Lagerkapaciteten för Ule träsk är, inom gränserna för tillståndsvillkoren och konservativt uppskattat, cirka 300 gigawattimmar (GWh, 1 GWh = 1 000 MWh). Reglerförmågan hos anläggningarna i Ule älv är å sin sida i det bästa fallet och i ett optimalt läge cirka 400 MW (från minimiproduktion till maximiproduktion). I jämförelsen tar jag ut lite av de förväntade sjukande batteripriserna i förskott och antar att man på marknaden kan skaffa batterier med erforderliga tillbehör för 1 MW/1 MWh för 500 000 euro. (1 MW/1 MWh betyder att batteriet kan laddas och tömmas med 1 MW effekt under högst en timme.)

Om vi alltså vill ersätta en timmes reglerkapacitet hos Ule älv med litiumjonbatterier, skulle vi behöva 400 batterier. Om ett batteri kostade en halv miljon euro, skulle detta betyda en investering på 200 miljoner euro. Om vi skulle vilja ersätta lagerkapaciteten hos hela Ule träsk med batterier, skulle vi behöva 300 000 batterier. Värdet på denna investering skulle då uppgå till 150 miljarder euro. Summan kan jämföras med till exempel finska statens budget, som för 2018 är 55, 7 miljarder euro.

Jag vågar alltså påstå att vattenkraft fortfarande är en mer kostnadseffektiv lösning än batterier som ellager.

Det skulle även ta en ansenlig tid att ersätta Ule älvs lagringskapacitet med batterier. Bloomberg New Energy Finance har förutspått att storleken på den globala batterimarknaden är 305 GWh år 2030. Detta betyder att man för tillverkningen av de batterier som krävs för att ersätta Ule träsk med batterier skulle behöva den globala batteriproduktionen under ett helt år. Ett dylikt batterisystem skulle även kräva en tämligen stor mängd utrymme. Om ett batterisystem på 1 MW/1 MWh ryms i en 40-fots container skulle ett batterisystem för 300 GWh inklusive säkerhetszoner försiktigt uppskattat kräva cirka 30 kvadratkilometer. Det vill säga ett lika stort område som hela Lidingö.

Lönar det sig att lagra vindkraft i batterier med dagens teknik?
Ett annat exempel på användningen av batterier för ellagring kunde vara att lagra vindkraft från blåsiga timmar för användning under timmar då det inte blåser. Låt oss fortfarande anta att ett batteri på 1 MW/1 MWh kostar en halv miljon euro och å andra sidan anta att batteriet håller 5 000 cykler. Med dessa antaganden kan man enkelt räkna ut att man från batteriet måste få ut 500 000 €/5000 = 1000 € avkastning för varje laddnings/tömnings-cykel för att batteriet ska återbetala sig. Denna kalkyl beaktar inte kapitalkostnader eller investerarens krav på avkastning. Det är ändå svårt att uppnå en sådan avkastningsnivå. Till exempel fanns det under 2017 endast ett dygn (11.10.2017) då prisskillnaden mellan dygnets billigaste och dyraste eltimpris överskred 100 euro i Finland.

Batteriernas fördel är en snabb och exakt reglerbarhet
Även om storskalig ellagring med batterier inte ännu är lönsam har batterierna ett flertal potentiella användningsområden i kraftsystemet. Batteriernas fördel jämfört med till exempel vattenkraft är att de kan regleras mycket snabbt och exakt. Till exempel Fortums batteri i Träskända kan ändra status från full laddning till full tömning på under en sekund. I Ule älv kan man under optimala förhållanden höja produktionen från miniminivån till maximinivån på cirka fem minuter.

För att upprätthålla frekvensen i stamnätet finns det en reglermarknad för frekvensen, på ingenjörsspråk FCR-N och FCR-D. Där kan marknadsaktörerna sälja produktionskapacitet som snabbt reagerar på förändringar i stamnätet, det vill säga förmåga att reglera produktion eller konsumtion inom loppet av några sekunder. Eftersom denna marknad betalar för förmåga, lämpar sig batterier mycket väl för dess behov.

För att återgå till min ursprungliga fråga: Skulle batterier alltså kunna användas som källa för reglerkraft? Åtminstone i ljuset av dagens teknik lönar det sig inte att använda batterier för att lagra el från billiga timmar till dyra timmar. Däremot kan man hitta användningsområden i sådana tillämpningar där batteriernas mycket exakta och snabba reglerbarhet kommer till nytta. Jag tror att batterierna med tiden kan inta sin plats i kraftsystemet genom att hantera den snabbaste regleringen och därmed frigöra övrig reglerkraft för mer energiintensiv reglerverksamhet.

Tatu Kulla

Skribenten är utvecklingsdirektör på Fortum med ansvar för att bland annat utveckla verksamheten kring efterfrågeflexibilitet och batterier. Tidigare har han under många år haft ansvaret för verksamheten vid Fortums kontrollrum för vattenkraften i Finland och Sverige (4 650 MW).

En jämförelse mellan olika sätt att skapa reglerkraft

Vattenkraft

  • Producerar energi. Produktionen är i normalfallet flexibel
  • Säker tillgänglighet
  • Reglering möjlig (från sekunder till månader). Snabb reglering kan skada turbinerna i vattenkraftverken

Efterfrågeflexibilitet

  • Flyttar konsumtion mellan olika tidpunkter. God reglerbarhet
  • Tillgängligheten beror på hur konsumenten använder
  • I hushållen intern reglering per timme, i industrin intern reglering per dygn

Batterier

  • Flyttar konsumtion mellan olika tidpunkter. Utmärkt reglerbarhet
  • Måttlig tillgänglighet
  • För att investeringen ska vara lönsam behövs många användningscykler – mest lönsam vid så kortvarig reglering som möjligt