Utmaningen i framtidens energisystem handlar både om att öka andelen förnybar energi och att använda energi mer effektivt. Trenden över hela världen är att energiproduktionen blir alltmer småskalig och sker längre ut i näten.

Energiflödet kommer inte som idag enbart gå från producent till konsument. Även fastigheter, industrier och elbilar kommer att fungera som elleverantörer.

För att klara detta krävs ny infrastruktur i form av smarta elnät, smart grids som de också kallas.

Svensk kunskap väger tungt

Smartare infrastrukturer för elektricitet är ett av 2000-talets största investeringsområden, enligt Vinnovarapporten Smart ledning – Drivkrafter och förutsättningar för utveckling av avancerade elnät. Sverige har en lång tradition och starka bolag inom energiteknik, telekom och IT – de stora pusselbitarna i det smarta elnätet. Här finns också en väl fungerande elhandel och system med smarta elmätare.

Ett bevis på att svensk kompetens och svenska affärsframgångar väger tungt internationellt är det ansvar som svenska institutioner fått inom ramen för EU:s hittills största satsning på teknik och innovation European Institute of Innovation and Technology (EIT).

KTH har i uppdrag att leda Stockholmsnoden inom EIT ICT Labs, inriktat mot mjukvaruteknik och IT-tjänster. Och KTH, Uppsala universitet, Vattenfall och ABB utgör ett kompetenscentrum , KIC InnoEnergy, inom inriktat mot smarta elnät och energilagring., KIC InnoEnergy.

Elanvändarna i fokus

Lina Bertling Tjernberg är professor i uthålliga elkraftsystem på Chalmers och expert på smarta elnät. Hon berättar om de största utmaningarna inom den utvecklingen:

– Begreppet smarta elnät är väldigt brett, så det beror mycket på vilket perspektiv man väljer. Men centralt är att elanvändarna är i fokus. De smarta lösningarna måste bygga på att elkonsumenten är intresserad av dem.

Drivkraften är att vi behöver använda mer förnybara energikällor, konstaterar hon.

Få ned kostnaderna

– Och vi måste nyttja dem på ett kostnadseffektivt sätt. När det gäller våg- och solkraft behöver vi utveckla tekniken och få ner kostnaderna. För vindkraften ligger grundutmaningen i att planera balans mellan produktion och förbrukning samt att hantera elsystemet med den varierande elproduktionen.

Det krävs nya standarder och gemensam infrastruktur – till exempel för elfordon. Och här finns också frågan vem som ska betala den nya infrastrukturen.

– En annan utmaning är att olika åtgärder inom det vi kallar smarta elnät tar olika tid att genomföra. Att bygga vindkraft går ganska snabbt, men att bygga ledningar tar ofta längre tid. Detta medför svårigheter att planera och risktagande för nätägaren, säger Lina Bertling Tjernberg.

Forskningsfokus

Lina leder avdelningen Elteknik på Chalmers, som har stort fokus på förnybar elproduktion och tekniker för omvandling och överföring av el. Hon är bland annat ansvarig för ett långsiktigt forskningsprogram (SmartEl) inriktat på storskalig förnybar elproduktion och anslutning till elnät.

– Där har vi fokus på vindkraft och biomassa, samt elkraftsystemet inriktat på högspänningskomponenter, elöverföring och systemmodellering.

– Vi jobbar mycket med frågor kring likström. Svenska Kraftnät ska ju bygga Sydvästlänken som på ett helt nytt sätt kopplar in högspänd likström (HVDC) på det nuvarande växelströmsnätet. Det är en unik, flexibel och smart lösning där likström och växelström blandas, ett så kallat multiterminalsystem. En stor fördel med HVDC-system är att när vindkraft byggs till havs kommer vi att behöva flytta elen långa sträckor. Användning av lågspänd likström i byggnader är ett annat område vi studerar. Syftet är att minska energiförlusterna.

Goda affärsmöjligheter

Det finns mycket goda förutsättningar för Sverige att bli ledande och kunna exportera både kunskap och produkter på den snabbt växande marknaden för smarta elnät. Men användarnära organisationer, däribland byggbranschen, har inte riktigt vaknat än, menar Anders Lindskog, energiforskare inom smarta nät på Sveriges tekniska forskningsinstitut, SP.

– Det finns en risk att Sverige hamnar på efterkälken och att vi blir omsprungna av länder som Tyskland, Korea och USA där de är väldigt aktiva. Byggbranschen behöver både mer kunskap och starkare incitament i form av politiska beslut.

Den stora utmaningen är hur man får det befintliga byggnadsbeståndet att svara upp till det nya smarta energisystemet.

 – Smarta elnät har blivit ett ”buzz word”. Många pratar om det men få vet vad det egentligen är. Energibranschen är på tårna, men frågan är hur smarta elnäten och dess användare är innanför husväggen. Här finns ett stort informationsbehov, säger Anders Lindskog.

 Nationellt kunskapscentrum

För att råda bot på bristen på kunskap planerar SP att bygga upp ett nationellt kunskapscentrum om smarta elnät och Demand Side Management. Det senare kan beskrivas som tekniska och beteendemässiga möjligheter att anpassa elanvändningen till svängningar i produktionen. Förutsättningen för att centrumet ska bli verklighet är ett brett samarbete mellan energianvändare, forskare, företag och myndigheter.

På SP utvecklas och utvärderas ny teknik för batterier, sol- och vindenergi liksom mätteknik för lagring och överföring i framtidens smarta elnät.

– Precis som de flesta andra befinner vi oss i en lärofas. SP kan bidra med kunskap om byggnader, apparater och utrustning som använder energi - dessutom är vi starka på systemdelen av dessa. Det vi ser är att smarta elnät inte handlar om enskilda produkter utan om system och systeminnovationer och då måste vi tala med varandra över gränserna, säger Anders Lindskog.

Energilager i byggnader

Energilager som kan fungera som buffert när solen går i moln och vinden mojnar är en viktig fråga i utvecklingen av de smarta energisystemen. De nordiska länderna har här en stor fördel i vattenkraften. Men i takt med att Europas elnät binds samman kommer den att bli efterfrågad av fler.

Det kan bli aktuellt att integrera olika former av energilager även i byggnaderna. Värmelager i stommen är ett alternativ. Eller att göra plats för stora batterier eller ackumulatortankar för uppvärmningsvärme och varmvatten.

– Om varmvattenberedaren värms upp när elen är som billigast kan vi sedan använda varmvattnet när vi duschar på morgonen och elen är dyrare. Det här är en av få saker jag kan se att man kan räkna hem i dagsläget, säger Anders Lindskog.

 Ett av problemen menar Anders Lindskog är att det inte blir ekonomiskt försvarbart att installera en massa teknik om dynamiken i prisvariationerna inte blir tillräckligt stor. Det är viktigt att byggbranschen bygger upp kunskap om hur det kan se ut.

– Men ju mer vindkraft och mindre olja vi använder, desto mer intermittenta svängningar får vi och ju mer balanskraft behövs. Och med större svängningar kommer incitamenten att höjas att göra sådana åtgärder, säger han.

 Av Susanne Rosén