Energins historia

Om vi ser tillbaka i historien så var energilandskapet i bondesamhället helt decentraliserat och till 100% baserat på förnyelsebara resurser: För uppvärmning och matlagning använde man ved som höggs i skogen, för plöjning av åkern användes hästen, transporter mest till fots men för längre transporter häst och vagn eller båt som roddes eller seglades. Mjölnaren byggde sin kvarn vid ett vattendrag eller på en höjd där det gick att utnyttja vinden. Då vinden inte alltid blåser var mjölnaren tvungen att vara flexibel och passa på att mala när det var rätt förutsättningar. Detsamma gällde för segelbåtar där transporttiden var helt beroende på vindarna. Det gick inte att lagra vindenergin. Kvarnar vid vattendrag var också beroende av ett tillräckligt vattenflöde och det varierade mycket över året så här krävdes också att man passade på att mala när det var tillräckligt vattenflöde som kunde driva skovelhjulen. Dock kom man på att genom att dämma upp vattendraget och på så sätt spara överflöd av vatten som kunde användas senare så kunde man skapa en jämnare tillgång till energi över tid. Man hade alltså skapat ett energilager.

Industriella revolutionen

Tar vi sedan steget in i den industriella revolutionen där nya specialiserade företag skapades för massproduktion av varor så förlades de oftast vid ett vattendrag för att utnyttja vattenkraften. I Sverige tog sågverksindustrin fart på allvar i mitten av 1800-talen. Den goda tillgången på skog, ökad efterfrågan från kontinenten och den nya aktiebolagslagen skapade helt nya företag. De förlade sågverken vid vattendragen både för kraft men också för att kunna flotta timret från mer avlägsna skogar. Med ångmaskinens införande kunde sågverken förläggas mer fritt och med byggandet av järnvägar och ångbåtar blev transporterna alltmer effektiva. Energilandskapet var fortfarande decentraliserat då energin skapades på plats och kolet blev nu det viktiga energilagret och med brytningen av kol hade vi nu börjat använda fossila bränslen som kom att elda på den industriella revolutionen ytterligare. Nya industrier etablerades och förlades till städerna. Urbaniseringen startade och ökade i takt med att jordbruket mekaniserades.

Man brukar tala om den andra industriella revolutionen i samband med ny metod för framställning av stål, användningen av elektricitet, petrokemi och förbränningsmotorer. Det ökade takten ytterligare för industrialiseringen. Med byggandet av elnät kunde man nu centralisera produktionen av energi och distribuera den till användarna över längre distanser. Man blickade åter på vattendragen som kraftkälla och började bygga vattenkraftverk för elproduktion  och nu kunde elmotorer ersätta ångmotorer i många av de industrier som förorenade stadsluften. Med de uppdämda vattenmagasinen kunde man lagra energin enligt samma principer som för mjölnaren.

För transporter kunde man ersätta kolet med elektricitet för järnvägen. För lättare transporter hade man konstruerat ångbilar men det blev inte någon stor försäljning. Man började tillverka elbilar och sedan också bilar med förbränningsmotor och vid förra sekelskiftet var det fortfarande inte klart vad som skulle komma att dominera. Elbilarna var flest och det var först i samband med massproduktionen av T-Forden på 1910-talet som förbränningsmotorn kom att ta över och därmed kom oljan in som ytterligare ett fossilt bränsle och började användas i allt fler sektorer. Fördelen med oljan var den högre energitätheten jämfört dåtidens batterier vilket ökade räckvidden så man också kunde färdas mellan städer.    

Omställningen till fossilfria transporter

Om vi kommer tillbaks till nutid och ser vad vi står idag så vet vi att eldandet av fossila bränslen inte bara förorenar luften vi andas utan också bidrar till global uppvärmning. En annan faktor var oljekrisen som i Sverige ledde till satsningar på kärnkraft för att minska oljeberoendet. Oljepannor byttes ut mot elpannor och senare värmepumpar, dvs elektrifiering av värme som är en stor utmaning i många andra Europeiska länder som till stor del förlitar sig på naturgas idag.

De miljöpolitiska målen och tekniska framsteg gör att det investeras alltmer i nya förnyelsebara energikällor. Vattenkraften är redan är utbyggd så i stället började man bygga vindkraftverk på blåsiga höjder och till havs. Då produktion av el och konsumtionen sker simultant måste de vara i balans och med ökad andel produktion från vind ökar behovet av energilagring. I Sverige har vi idag en fördelaktig situation med stabil baskraft med kärnkraft och vattenkraften som kan användas som reglerkraft, tex när det blåser mycket kan man stänga av turbinerna och lagra vattnet i magasinet i stället för senare bruk. Det är alltså stora energimängder som kan lagras på detta sätt, men inom vissa gränser beroende på vattenstånd i dammen. På kontinenten i länder med lite eller ingen vattenkraft används denna princip av energilager ändå genom att pumpa upp vatten till en högre belägen damm och sedan tappa av vattnet genom en turbin som generera el på samma sätt som ett vattenkraftverk.

Att ersätta fossila bränslen för bilar har varit en utmaning men nu ett sekel efter förbränningsmotorn tog över så ser vi elbilen komma tillbaka.  De stora tekniska framstegen i batteriteknik med litium-jon batterier har markant ökat energitätheten och fått priserna att falla så vi nu ser början på en storskalig elektrifiering av personbilsbranschen. Batteritekniken fortsätter att utvecklas och inom några år spås det att priserna på en elbil kommer vara i paritet med en motsvarande fossildriven. Vi ser därför en stor tillväxt framför oss och utbyggnad av laddstationer och laddboxar. (Man kan ju spekulera i när dagens energitäthet för batterier hade uppnåtts om inte förbränningsmotorn helt hade tagit över)

Kommer vi kunna leverera el till alla bilar och allt ska köras på el? Ja, produktionskapacitet finns idag då vi har ett elöverskott och det exporterade 2019 14% av vår elproduktion, 26 TWh, vilket skulle motsvarar elbehovet för 15 miljoner elbilar (vi har 4,9 miljoner bilar i Sverige idag). Sedan är det frågan om när, var och med vilken effekt som bilen ska laddas med. Både produktion och distribution måste beaktas för att svara på detta. Elnäten är dimensionerade för dagens förbrukning och inför man en ny last riskerar man att överlasta någon del av kedjan. I hushållet är det tydligast om man överskrider säkringens storlek. Teknikutvecklingen går framåt även här och en trefas laddbox med fasbalansering kan automatiskt se till att du både kan ladda med hög effekt när belastningen av övriga förbrukare är låg och att laddningen automatiskt nedregleras när det är hög övrig last i huset. Längre upp i distributionsnätet kan det bli problem om den nya last tillförs som ökar den aggregerade toppbelastningen över nätets dimensionering. För att undvika en sådan situation och inte behöva bygga ut nätkapaciteten, som är dyrt och tar tid, planerar många elnätsägare att införa effekttariffer också för privathushåll. Det ske ge incitament att begränsa effektuttag under höglasttid och på så sätt undvika överlastsituationer. För att kunna hantera detta är funktioner som tidsstyrd laddning viktiga så inte elbilsladdningen en timme under höglast påverkar hela månaden effekttariff.

Solenergin - en viktig del av resan mot ett fossilfritt samhälle

Solenergi är egentligen källan till majoriteten av all energi vi konsumerar idag då även fossila bränslen en gång var växter som använde fotosyntesen för att växa. Nu med den snabba teknikutvecklingen inom solceller behöver man inte längre gå omvägen via växter för att producera energi och kan direkt omvandla solljus till elektricitet.

Mer lönsamt nu att skaffa solceller 

Nu är det lönsamt att investera i solceller för majoriteten av alla villatak i Sverige. Det intressanta med solceller är att man skapar en distribuerad elproduktion som producerar el där den ska konsumeras och att överskottet kan säljas tillbaks till elnätet. Vi har annars i Sverige generellt sett stor produktion i norr med de stora älvarna och nu också vindkraft men mest konsumtion i södra Sverige.  För en villaägare  ger det möjlighet att bli nästan självförsörjande på el under sommarhalvåret.  Normalt producerar en solcellsanläggning mer än vad man förbrukar under dagen och då säljer man sin överskottsel till nätet men på natten måste man köpa el som man ändå behöver då anläggningen inte producerar något när solen inte är uppe. Vi ser nu en utveckling mot att växelriktarna blir förberedda för tillkoppling av ett batteri (som ju blivit allt effektivare) för att kunna lagra sin solenergi och öka sin egenförbrukning. Andra funktioner du får med ett batteri är tex också att du kan minimera effekttoppar (i fall man har effekttariff), eller stödja nöddrift i fall det blir strömavbrott.

Vi ser också användningen av batterier högre upp i näten tex för att hantera effekttoppar i distributionsnäten. Vidare ser vi en utveckling mot att aggregera kapaciteten på flera hemmabatterier för frekvensbalansering.

Vattenfall jobbar aktivt med utveckling inom samtliga nämnda områden enligt vår målsättning: ”Fossilfri inom en generation”. Läs mer om våra solceller.

Peter Galyas, Affärsutvecklare Vattenfall