Produktions- och energilagringsdimensionering av ett 100% förnybart elsystem i SE3 - Dimensioning of Power Production and Energy Storage for a 100% Renewable Power Grid in SE3

Abstract

The study has explored from both an economical and environmental perspective, how a 100% renewable energy system in SE3 can be designed. On the production side, the focus is placed primarily on the combination of wind and solar power together with the existing hydro power capacity. Energy storage in the form of battery and hydrogen storage is assumed to complement the electricity production, and different combinations of these technologies are simulated. In addition, an analysis was conducted regarding the role nuclear power could play in a transition towards a renewable energy system. The results show a clear trade-off between cost and emission minimization. The most economically favourable configurations are heavily dominated by wind power, with installed capacities ranging between 87.5 and 91.9GW, and rely almost exclusively on battery storage. The least expensive solution corresponds to an investment cost of approximately SEK 2010 billion, with a climate impact of around 150 Mtons CO2e. The configurations that achieve the lowest climate impact reach emissions of approximately 70.9 Mtons CO2e, but at an estimated cost of SEK 3440 billion, and require a larger share of hydrogen storage. A sensitivity analysis shows that reductions in storage technology costs affect the overall cost levels, but not the system configurations when emissions are minimized. When the cost of both storage technologies is halved, the investment cost decreases to SEK 1680 billion. The analysis including continued nuclear power as a complement reveals a clear difference in which configurations perform the best, from both cost- and emissions minimizing perspectives. The lowest achievable cost decreases to SEK 726 billion, while the lowest achievable emissions decrease to 27.0 Mtons CO2e. This indicates that retaining nuclear power generation may provide value if a longer transition from the current electricity system toward a fully renewable system is desired. It is therefore technically possible to supply SE3 with 100% renewable electricity, but the choice of system configuration depends on the objectives and constraints that are imposed.

Studien har undersökt, ur ett ekonomiskt och ett miljömässigt perspektiv, hur ett 100% förnybart elsystem i SE3 kan dimensioneras. Produktionsmässigt läggs fokus på sol- och vindkraftsfördelningar i kombination med den befintliga vattenkraften. Energilagring i form av batteri- och vätgaslagring räknas agera som komplement till produktionen och olika kombinationer av dessa simuleras. Utöver detta har en analys för vilken roll kärnkraft kan spela i en övergång till ett förnybart elsystem genomförts. Resultaten visar en tydlig målkonflikt mellan kostnadsminimering och utsläppsminimering. De ekonomiskt mest fördelaktiga konfigurationerna domineras kraftigt av vindkraft, med installerade effekter mellan 87,5 och 91,9GW, och förlitar sig nästan uteslutande på batterilagring. Den billigaste lösningen uppgår till en investeringskostnad på cirka 2010 miljarder kr med ett klimatavtryck på cirka 150 Mton CO2e. De konfigurationer som ger lägst klimatpåverkan uppnår utsläpp kring 70,9 Mton CO2e men till en beräknad kostnad på 3440 miljarder kr, och kräver en större andel vätgaslagring. En känslighetsanalys visar att prisreduktioner på lagringstekniken påverkar kostnadsbilden men reducerar inte konfigurationernas utsläpp. Vid halvering av priset på båda lagringsteknikerna sjunker investeringskostnaden till 1680 miljarder kr. Analysen med fortsatt kärnkraft som komplement ger en tydlig skillnad i vilka konfigurationer som presterar bäst, både ur kostnads och emissionsminimerande perspektiv. Den lägsta möjliga kostnaden sjunker till 726 miljarder kr och det lägsta möjliga utsläppet till 27,0 Mton CO2e. Detta visar på att det finns ett värde i att ha kvar kärnkraftproduktionen ifall en längre övergång från det nuvarande elsystemet till ett förnybart söks. Det är därför tekniskt möjligt att förse SE3 med 100% förnybar elproduktion, men valet av systemkonfigurationen beror på vilka mål och begränsningar som sätts.