Vi reder ut: Strömmen räcker – men elbilar kan ge kapacitetsbrist

Premium "Strömmen kommer aldrig räcka när alla köper elbil" – en ganska vanlig åsikt bland våra läsare. Men stämmer det verkligen? Vår expert reder ut den brännheta frågan som alla vill ha svar på.

Vi reder ut: Strömmen räcker – men elbilar kan ge kapacitetsbrist

I början av sommaren kom larmrapporter om att brödföretaget Pågen skjuter upp planerna på expansion i Malmö på grund av kapacitetsbrist i elnätet. De är inte ensamma om att ha problem. Kapacitetsbristen utgör ett hinder för tillväxt i nästan alla svenska kommuner.

Nu växer även en oro bland framtida elbilsägare att elen inte kommer att räcka till framöver. Om alla elbilsägare i ett villakvarter laddar sin elbil samtidigt på kvällen kommer det leda till problem för elnätet. 

Det finns alltså en osäkerhet inom el- och energibranschen att den framtida anslutningen av elbilsladdinfrastruktur kommer ge upphov till en kapacitetsbrist i elnätet. Men vad är det exakt som det kan bli problem med för elbilister? Är det brist på energi eller är det överföringen i ledningarna som sätter stopp?

Idag är stora delar av det svenska elnätet dimensionerat för att klara av höga topplaster under en kall vinterdag när de flesta elförbrukare går på max. Dimensionering av elnätet görs med hjälp av matematiska modeller som beräknar toppeffekter i ett elsystem. Beräkningsmodellen har tidigare fungerat väl och visat sig stämma överens med verkligheten.

Effektuttag i samhället sett över dygnet. På kvällen vid klockan 16–20 är uttaget som högst och laddning vid denna tidpunkt riskerar att överbelasta elnätet. Flyttas laddningen fram några timmar till natten blir det ett jämnare effektuttag.

Elförbrukningen måste spridas ut

Kapaciteten som finns i lokala elnät klarar generellt av att försörja ett stort antal elbilar under förutsättning att de inte laddas samtidigt med för hög effekt. Men laddar alla samtidigt kan det innebära överbelastning på transformatorn i de lokala nätstationerna.

Det varierar dock kraftigt mellan olika lokala elnät runt om i landet. Vissa elbolag vi varit i kontakt med uppger att de inte alls har några problem med att kunna erbjuda hemmaladdning med upp till 22 kW medan andra kan få problem redan vid mycket lägre laddeffekter.

För att komma till rätta med kapacitetsproblemen i det lokala elnätet går det att genomföra en rad åtgärder. Nätförstärkningar är en åtgärd där flaskhalsarna i systemet byggs bort rent fysiskt. Att installera nya ledningar och kraftigare nätstationer är en process som tar lång tid, kräver tillstånd och ofta innebär höga kostnader. 

En åtgärd som är mer kostnadseffektiv är att sprida ut elförbrukningen över dygnet för att på så sätt jämna ut belastningen på elnätet. Oftast handlar det om att flytta elanvändningen till tider då övrig efterfrågan på el i samhället är låg.

Det görs redan idag inom vissa områden där villaägare kan låta husets värmepump gå mer på natten och hos industriföretag som ställer om sin elintensiva produktion från dagtid till natt. För elbilsägare som idag laddar klockan 16–20 kan omställningen innebära att laddning istället utförs på natten.

Läs också: Energiministern: "Fler elbilar kan också vara en resurs"

Så är det svenska elnätet uppbyggt

Det svenska elnätet består av stamnät, regionalnät och lokalnät. Stamnätet överför energi långa sträckor från norr till söder och har en spänning av 220-400 kV. Stamnätet i Sverige ägs av det statliga affärsverket Svenska kraftnät.

Via ställverk transformeras spänningen ned till 40-130 kV och förs vidare ut på det regionala nätet. Regionalnätet ägs i huvudsak av tre elnätbolag – Vattenfall, Ellevio och EON.

Det lokala elnätet hanterar spänning upp till 20 kV och det är detta nät som via en nätstation och lågspänningsnät förser din bostad med 400 V. Det finns cirka 170 elnätsföretag som äger de lokala elnäten i Sverige. Varje företag verkar inom sitt geografiska område och har där ensamrätt att tillhandahålla el till kunderna.

Sveriges elöverskott går på export

Den nya laddinfrastrukturen för elbilar kommer att ge en annan typ av belastning på elnätet där sambandet mellan effekt och energi skiljer sig från exempelvis bostädernas värmesystem. En elbilsladdare har hög effekt under några timmar medan en värmepump har lägre effekt utspritt över hela dygnet. Denna nya typ av belastningsfall kan komma att ge upphov till kapacitetsbrist i elnätet på kvartersnivå.

I Sverige råder ingen brist på energi. Den sammanlagda energin som kan produceras överstiger vad som förbrukas. 

Elproduktionen i Sverige uppgick till 158 TWh 2018. Det totala energibehovet i landet uppgick under samma tid till 141 TWh. Överskottet på 17 TWh exporterades.

Mest vatten- och kärnkraft

Sveriges elproduktion består till största delen av vattenkraft och kärnkraft. Tillsammans svarar de för över 80 procent av den totala produktionen av el. Vindkraften utgör i dagsläget en dryg tiondel men är på stark frammarsch och förväntas bli fördubblad inom några år.

Värmekraftverken som producerar både el och värme genom förbränning bidrar årligen med fem till tio procent av elproduktionen. Solceller blir allt mer populära och börjar dyka upp på hustak runt om i landet, men utgör än så länge en minimal andel av svensk energiproduktion.

Sverige är nettoexportör av energi men när förbrukningen är hög, exempelvis under kalla dagar, importeras energi från grannländerna vid behov. Under den varma och torra sommaren 2018 sinade magasinen i vattenkraftverken och ovanligt mycket tysk kolkraft importerades.

Energiproduktionen och energianvändningen i Sverige under 2017. Över hela året produceras ett överskott av el som går på export. Produktionen är med marginal större än förbrukningen under årets alla månader, men i extrema situationer importeras el under korta perioder.

Ingen energibrist – om prognosen stämmer

Kan framtidens elbilar ge upphov till energibrist? Det tar vi reda på med ett enkelt räkneexempel.

Idag finns omkring fem miljoner personbilar i Sverige. Hur snabbt dessa kommer att fasas ut och ersättas av elbilar varierar stort bland bedömare i branschen.

Några av de mest optimistiska siffrorna har elintresseorganisationen Power Circle som i sin prognos "Elbilsläget 2018" räknar med att antalet laddbara fordon kommer nå 2,5 miljoner år 2030. Dessa utgörs av 1,7 miljoner elbilar och 800 000 laddhybrider.

En bil som drivs av el förbrukar i snitt 2 kWh per mil och den genomsnittliga körsträckan för personbilar i Sverige uppgick 2018 till cirka 1 200 mil. Om förbrukning och körsträcka 2030 antas ligga på samma nivåer som idag kommer de 2,5 miljoner elbilarna förbruka sex terawattimmar. 

Skulle dagens samtliga fem miljoner personbilar ersättas av elbilar innebär det en ökad energianvändning med tolv terawattimmar. Det kommer kunna täckas av energiöverskottet på 17 TWh, utan att energiproduktionen behöver ökas.

Exporten av el är relativt konstant året runt. Även vintertid, när energiförbrukningen är hög, sker en viss export, förutom vissa extrema dagar då det kan behöva importeras el. Under årets hittills kallaste dag den 30 januari importerades 18 GWh vilket var drygt tre procent av den totala elförbrukningen på 525 GWh den dagen.

Den svenska elanvändningen har legat relativt konstant under de senaste 25–30 åren men förutspås öka fram till år 2045. Det beror främst på större elanvändning inom tre områden: elektrifieringen av transportsektorn, industrins omställning från fossil användning till el samt servicesektorns inrättande av stora serverhallar.

Läs också: Så ska elbilen kunna laddas – utan risk för kapacitetsbrist

Prognos över utvecklingen av elbilar och laddhybrider i Sverige fram till år 2030. Källa: Power Circle

Bara vindkraften kan ladda fem miljoner elbilar – redan idag

Idag produceras den svenska elenergin i huvudsak av en mix av kärnkraft, vattenkraft, värmekraft och vindkraft.

Vilka energislag som ska producera elen i framtiden är svårt att svara på. De styrande politikerna varken kan eller vill ge något direkt svar på kärnkraftens framtid och om den kommer ingå som en del i svensk elproduktion. 

Ett besked som politikerna kan ge är att svensk energiproduktion enligt den svenska energiöverenskommelsen ska vara 100 procent förnybar senast år 2040. En stor andel av den förnybara elen kommer i framtiden utgöras av vindkraft och till viss del solkraft.

Det satsas mycket på vindkraftens utbyggnad i Sverige. Den installerade vindkraften har under första halvåret i år producerat drygt tio terawattimmar vilket är en ökning på nästan 40 procent jämfört med samma period förra året. Vindkraften skulle på årsbasis redan idag ensam kunna försörja fem miljoner elbilar med energi.

Ett energisystem med större andel vindenergi kräver en större flexibilitet i efterfrågan på energi. Vindenergi är en intermittent (väderberoende) energikälla som varierar med tillgången på vind. Blåser det mycket genereras mycket el, och blåser det lite genereras mindre el.

En större andel vindenergi i den svenska energiproduktionen kommer därför kräva en större anpassning i efterfrågan på energi. Enkelt uttryckt behöver det konsumeras mer el när det blåser mycket och konsumeras mindre när det blåser mindre.

Effektbrist och kapacitetsbrist – här är skillnaden

För att enklare kunna förstå hur det ligger till kan det behövas en genomgång av begreppen energi, effekt och kapacitet.

Energi och effekt är tätt sammankopplade eftersom energi är effekt gånger tid.

Ett kärnkraftverk som har en effekt på 1 GW kan under en timme producera 1 GWh energi vilket blir 8 760 GWh under ett år.

Om effektförbrukningen överstiger den effekt som kan produceras uppstår effektbrist. Krävs effekten 1,5 GW kan kärnkraftverket inte klara av att leverera och det uppstår effektbrist.

Kapacitetsbrist uppstår i elnätet när ledningar och transformatorer inte klarar av att överföra den effekt som krävs i andra änden. Ett pappersbruk kräver kanske 100 MW. Ett kärnkraftverk på 1 GW kan leverera den effekt som krävs men ledningarna till bruket kanske bara klarar av att överföra 50 MW vilket gör att kapacitetsbrist uppstår.

12 miljarder behövs i Norge – om elbilisterna inte laddar på natten

Studier som gjorts i Norge på uppdrag av den norska motsvarigheten till Energimarknadsinspektionen visar att om elbilsägarna fortsätter att ladda på kvällen krävs ett investeringsbehov på 12 miljarder kronor under den närmaste 20-årsperioden.

Om de norska elbilsägarna däremot skulle senarelägga sin laddning några timmar och ladda under natten krävs nästan inga nya infrastrukturåtgärder.  

Att bryta invanda beteenden är dock inte enkelt. En undersökning i Nederländerna visar att laddning av en elbil ofta görs med ett rutinmässigt beteende där laddningen främst bestäms av bekvämlighet och vana, snarare än behovet att ladda.

Ägaren ansluter laddkontakten i bilen efter jobbet. Finns ingen timer eller intelligens som styr, startar laddningen direkt samtidigt som all annan elförbrukning i samhället är som högst.

För att göra ändringar i vardagen krävs oftast någon form av ekonomiskt incitament och att det ska löna sig för den egna plånboken. Elpriset styrs av marknaden och är högre när efterfrågan är stor och lägre när efterfrågan är mindre.

Redan idag finns abonnemang med timtaxa hos de flesta nätbolag som ger möjlighet att utnyttja detta. Ingen vill betala mer än nödvändigt och är det billigare att ladda vissa tider på dygnet kanske det finns ekonomiska skäl att se över sitt framtida laddbeteende.