Vilken el ska vi ha i farmtiden?

En jämförelse av kostnaderna för nyproducerad vind- och kärnkraft.

För cirka ett och ett halvt år sedan publicerade jag en artikel i energinyheter.se [5] där jag också inkluderade en kalkyl som jämförde ny vindkraft med ny kärnkraft. Att kalkylen höll för kärnkraft har jag fått verifierad. TVO (ägarna till den nya finska reaktorn, Olkiluoto-3) har angett att de kommer att kunna producera el till en kostnad motsvarande 40 öre per kWh. Min beräkning kom in något lägre än så men enbart beroende på att jag antagit 80 års drifttid, medan den finska uppskattningen är mer försiktig med en förväntad ekonomisk livslängd om 60 år.

Av Sven Olof Andersson Hederoth

Detta visar emellertid på vikten av ingångsvärden vid varje sådan kalkyl. Självklart kan det tyckas, men beroende på vilka antaganden man gör angående livslängd, kapacitetsfaktorer, underhållskostnader med mera kan man få fram nästan vilka si ror som helst. Detta förhållande används också av lobbyorganisationer, politiska partier, elproducenter och andra intressegrupper för att framhäva sin preferens och agenda. Energiforsk har nyligen publicerat en mycket intressant analys av kostnader för ny kraftproduktion [1] och vi ska ta en titt på vilka resultat de kommit fram till och vilka förutsättningar de utgått ifrån. Energiforsk använder en så kallad ”Levelized Cost of Energy”-beräkning (LCOE) vilket är berömvärt inte minst eftersom väldigt få politiker tycks ha förmåga att tänka i termer av livscykler. Man har också förstått skillnaden mellan planerbar och väderberoende produktion Rapporten uppvisar emellertid också ett par svagheter vilket jag kommer att diskutera längre fram.

Den billigaste produktionen i Energiforsks analys är landbaserad vindkraft (24 öre) och den dyraste är solkraft (villasystem) med 107 öre per kWh.

Eftersom den politiska debatten företrädesvis har handlat om prisskillnaden mellan vind- och kärnkraft, kommer denna analys att koncentrera sig på dessa kraftslag.

Vindkraft

Den landbaserade vindkraftens investeringar ligger på i genomsnitt strax under 11 miljoner kronor per MW installerad effekt (Figur 1). Detta är ett rimligt om än ganska lågt antagande. Förväntad kapacitetsfaktor1 är 37% vilket förefaller vara mycket högt. Baserat på Svenska Kraftnäts statistik för 2021 [4] är den genomsnittliga kapacitetsfaktorn för landbaserad, svensk vindkraft 26%. Man kan tänka sig att framtida vindkraft kommer att ha en högre kapacitetsfaktor i takt med att rotordiametrarna ökar i storlek och verken blir högre vilket gör att de bättre kan utnyttja vinden på lite högre höjd över markytan, men att det skulle bli en så kraftig ökning verkar inte troligt.

En faktor som Energiforsk inte har speci cerat i detalj är kostnaderna för att ansluta vindkraftverken till elnätet. Beroende på geografisk situation och vindkraftsanläggningens storlek kan dessa kostnader variera stort.

Energiforsk antyder att anslutningskostnaderna är inkluderade i den ursprungliga investeringen. Det finns mycket lite som tyder på att de angivna si rorna skulle kunna svälja även dessa relativt omfattande arbeten. Energiforsk använder begreppet ”Fullasttimmar”, vilket inte defnieras i detalj men som borde vara lika med kapacitetsfaktor.

En annan mycket viktig faktor är den ekonomiska livslängden. Energiforsk har satt den till mellan 25 och 30 år för landbaserad, och upp till 30 för havsbaserad vindkraft, vilket förefaller vara i överkant.

Professor Gordon Hughes i Edinburgh har analyserat kostnaderna och kapacitetsutnyttjandet i såväl Storbritannien som Danmark [2, 3]. Några av hans viktigaste slutsatser i detta sammanhang är:

• I Storbritannien har den genomsnittliga kapitalkostnaden för havsbaserad vindkraft fördubblats sedan 2008 och antaganden om att dessa kostnader skull sjunka dramatiskt i framtiden är inte trovärdiga. Det ska också påpekas att Energiforsk inte heller ger sig in i spekulationer om framtida kostnader.

• Drifts- och underhållskostnaderna för en ny 2-3MW anläggning som tagits i drift 2019 kan vara så hög som 1 miljon kronor per år. Detta är avsevärt mer än Energiforsks antaganden. Till viss del bestäms kostnaderna av det geografiska läget. Om man till exempel måste flyga in material och personal med helikopter blir självfallet kostnaderna högre än om vindkraftverket enkelt kan nås med vägfordon.

• Den elektriska uteffekten från ett vindkraftverk sjunker med stigande ålder. Det handlar dels om ren åldring (erosion av turbinblad som reducerar verkningsgraden) och slitage med påföljande ökning av underhåll. Denna kapacitetsminskning kan vara mycket stor, flera tiotals procent inom det tidsspann som diskuteras i Energiforskrapporten. Det är mycket anmärkningsvärt att Energiforsk inte identifierat denna faktor.

• Drifts- och underhållskostnader stiger med ökande ålder på anläggningen. Hughes anger att ökningen är 2.8%/år för landbaserad och 5%/år för havsbaserad vindkraft. Detta sätter fokus på ett intressant problem: Hur länge är det lönsamt att driva ett kraftverk vidare?

• Livslängden har en betydelse för kapacitetsfaktorn. Ett gammalt verk får antas vara utsatt för fler och allvarliga störningar och ju äldre det blir, desto större kommer underhålls- och reparationsinsatserna bli. En kombination av hög kapacitetsfaktor och lång livslängd är omöjlig och det förvånar att Energiforsk inte uppmärksammat detta.

Energiforsks antaganden om framför allt livslängd och kapacitetsfaktorer måste alltså ifrågasättas. Uppgifter om kostnader för nedmontering, bortforsling och avfallshantering av vindkraftverkens komponenter när det tjänat ut saknas också. Till viss del kan sådana kostnader balanseras av återvinningsvärdet (skrotvärdet), framför allt för stålkomponenter. Återigen är det geografiska läget avgörande.

Däremot finns det ännu inget sätt att återvinna turbinbladen (vingarna). Dessa är tillverkade av kompositmaterial och sådana är notoriskt svåra och kostsamma att återvinna. I såväl USA som Danmark har man löst problemet med direktdeponi, man gräver helt enkelt en grop i marken och skyfflar lite jord över. Detta låter kanske billigt men bladen måste transporteras hela (upp till 100 meter långa komponenter) eftersom man absolut inte vill börja skära dem i bitar i naturen för att undvika spridning av mikroplaster i stor omfattning.

Ett liknande problem är fundamenten av armerad betong. För närvarande verkar det inte finnas några krav på att ta bort fundamenten helt, men företrädare för vindkraftsindustrin har indikerat att man tänker ta bort den övre delen av fundamentet som sedan täcks med jord och får ligga kvar.

Till sist borde man också ta med återställandet av de tillfartsvägar som använts under bygg- och driftstiden för att åstadkomma ett fullständigt återställande av den markareal som använts.

bild

Bortsett från de etiska och miljömässiga frågetecken detta ger upphov till kan man konstatera att rivning och avfallshanteringen inte på något sätt blir ”gratis” eller närmare noll tack vare skrotvärdet. För havsbaserad vindkraft (Figur 2) är resonemangen liknande med skillnaden att allting blir dyrare till havs (uttryckt som kostnad per kWh): Investeringskostnaderna (dubbel), drift och underhåll (dubbel), anslutningar (gissningsvis tiofaldig), nedmontering och avfallshantering (2-5 ggr).

bild

 

bild
Lillgrunds vindkraftverk utanför Malmö togs i drift 2008. Foto: Hans Blomberg. © Vattenfall AB 1 Energiforsk använder begreppet ”Fullasttimmar”, vilket inte defi nieras i detalj men som borde vara lika med kapacitetsfaktor.

bild

Variationsanalys

För att avgöra betydelsen av olika antaganden om livslängd och kapacitetsfaktor beräknats för olika fall. Det blir tydligt att två tumregler kan användas:

• Om kapacitetsfaktorn minskar med 10 procentenheter, ökar den totala produktionskostnaden med 15 öre/kWh (Figur 3).

• Om den ekonomiska livslängden minskar med 10 år, ökar den totala produktionskostnaden med 9 öre/kWh (Figur 4). Observera att för varje år som ett vindkraftverk används ökar dessutom drifts- och underhållskostnaderna vilket försämrar lönsamheten. Den beräknade produktionskostnaden påverkas alltså inte nämnvärt vid en antagen lång livslängd.

Om man ansätter mer konservativa värden på kapacitetsfaktor och ekonomisk livslängd, och relativt blygsamma värden på rivning, åter-vinning och avfallshantering, anslutning och vägbyggen kommer man att hamna på betydligt högre siffror än Energiforsk (Figur 5).

Som nämnts ovan, blir kostnaderna för havsbaserad vindkraft alltid betydligt högre. Inte minst anslutningskostnaderna kommer att utgöra en betydande del av investeringskostnaderna. Den totala kostnaden för havsbaserade vindkraftverk är dessutom beroende av ett antal faktorer som avstånd till land, havsbottens beskaffenhet, havsdjup, vindförhållanden mm. Allt detta gör det i stort sett omöjligt att ta fram en generisk kostnadsmodell. Varje projekt måste analyseras individuellt.

Energiforsk har valt att representera havsbaserad vindkraft med en anläggning med en sammanlagd effekt om 500 MW. Detta skulle motsvara 50 st 10 MW turbiner med en investering om 12.5 miljarder kronor.

De övriga parametrarna: Fullasttimmar/kapacitetsfaktor. Här väljer Energiforsk en siffra om 50% vilket förefaller vara väldigt högt. Statistik från Storbritannien anger värden mellan 35 och 50%, där de högre värdena är för relativt nya projekt och de lägre för anläggningar som varit i gång ett tag. Visserligen finns det fog för antagandet att nya anläggningar med större turbiner skulle kunna vara effektivare men samtidigt är sannolikt kapacitetsfaktorn lägre mot slutet av den ekonomiska livstiden, och hela livscykelperioden måste tas i beaktande.

Livslängd. Energiforsk anger en förväntad livslängd om 30 år för nya, havsbaserade vindkraftverk vilket känns som en lång tid för en anläggning som står ute till havs och slits mycket hårt. För landbaserad vindkraft har Energiforsk angett ett spann mellan 25 och 30 år. Det är mycket svårt att förstå varför man antar en längre livslängd för havsbaserade verk.

Restvärde eller- kostnad. Energiforsk har angett en siffra som antyder att man räknar med ett relativt högt skrotvärde på anläggningarna.

På samma sätt som med landbaserad vindkraft har jag använt siffror som bättre avspeglar den verklighet som beskrivs i referenserna [1 och 2] (Figur 6).

bild

bild

Kärnkraft

Två stora och helt avgörande skillnader mellan vindkraft och kärnkraft är livslängden på anläggningen och kapacitetsfaktorn. En ny kärnreaktor kommer att ha 3–4 gånger så lång livslängd och åtminstone dubbelt så hög kapacitetsfaktor som ett nytt vindkraftverk. Energiforsk har också uppmärksammat detta förhållande i sin rapport.

Ny kärnkraft belastas hårt med finansiella kostnader. Dels är initialinvesteringen hög, dels är byggtiden relativt lång. Energiforsk anger att kapitalkostnaderna är minst lika stora som investeringskostnaderna. Detta är mycket anmärkningsvärt eftersom det antyder att kärnkraften belastas för att ett nytt kärnkraftverk kan användas länge. Denna asymmetri i presentationen gör en jämförelse mycket svår. Frågan är om Energiforsk gjort ett tankefel i detta? Om man jämfört ett vindkraftverks kapitalkostnader under 20 år med ett kärnkraftverk under 60 år blir jämförelsen inte rättvis. Vindkraftverket måste ju ersättas tre till fyra gånger under kärnkraftverkets livslängd och båda kraftslagens kostnader borde jämföras under samma period. Om man utgår från att man är en ”ongoing concern” så borde investeringarna för nya vindkraftverk under kärnkraftverkets livslängd ges samma finansiella vikt som reinvesteringar i kärnkraftverket (Figur 7).

Periodiseringen av ett stort projekt som ett kärnkraftverk är heller inte självklar. Utan att ha insikt i gängse kontraktsfilosofi får man utgå ifrån att betalningsströmmarna delas upp i trancher där varje aktivitet finansieras löpande. Det betyder att relativt små belopp betalas under perioden med tillståndsansökan, miljöprövning mm. När själva byggandet kommer igång fakturerar leverantören med stor sannolikhet löpande eller mot uppnådda milstolpar. En viss del betalas ut först efter att anläggningen tas i drift och så vidare. Dessutom balanseras periodiseringen av kostnaderna av periodisering av intäkter.

bild

En kalkyl helt utan ränta, med en rak avskrivning av investeringen över den ekonomiska livslängden och alla andra parametrar oförändrade från tabell ovan ger ett kWh-pris om 33 öre/kWh. Detta värde skiljer sig dramatiskt från de 49-64 öre som anges ovan. Energiforsk anger också att ca hälften av de kostnader de beräknat består av just finansiella kostnader.

bild

Ägaren till den nya reaktorn i Finland, TVO, har angett att man kommer att producera el för motsvarande ca 40 öre/kWh. Detta är ett mycket intressant värde eftersom det indikerar vad som är möjligt med nya kärnkraftverk. TVO-3 har dessutom varit ett mycket svårt projekt med kostnadshöjningar och förseningar. I ett mer framgångsrikt projekt, särskilt om man samtidigt eller kort efter varandra bygger flera reaktorer borde det gå att hålla nere kostnaderna. Man säger också att av de ca 80-100 miljarder kronor som projektet kostat, kommer TVO bara att betala 55 miljarder efter överenskommelse med leverantören, vilket antyder att 55 miljarder är den summa projektet hade kostat om projektet inte råkat ut för problem.

I Energiforsks tabell ovan (Figur 7), blir också investeringen cirka 64 miljarder i det låga alternativet, vilket skulle kunna motsvarar 55 miljarder i 2010 års pengavärde.

bild

Andra kostnader, back-up, lagring, systemtjänster mm

I ett nationellt försörjningssystem måste man förutom att erbjuda tillräckligt med energi över en viss tidsperiod också garantera tillräcklig effekt i varje ögonblick. Detta behövs dels för att hålla elnätet stabilt, dels för att säkerställa trefasnätets optimala funktion. Eldistributörer klagar idag på att de ser mycket mer så kallad reaktiv effekt i nätet 2. Traditionell elproduktion med stora generatorer med svängmassa kan hålla nätet stabilt, tusentals asynkrona vindkraftverk har svårare att bidra med sådana tjänster.

Kraftslagens plats i elförsörjningen

Vindkraften dras med ett stort problem: Det är väderberoende. Man vet aldrig om det ger noll eller 5 000 MW eller mer. Det här har hittills kunnat hanteras dels av vattenkraften som kan reglera variationer i såväl produktion som förbrukning i elnätet. Men framförallt har en stadig basproduktion av kärnkraft stöttat elnätet med stabil tillgång på el som fungerar 24/7 med mycket hög tillgänglighet under den tid på året då elen behövs som mest.

Den svenska kärnkraften kommer att försvinna om kanske 10-30 år, av åldersskäl. Då står vi eventuellt inför en situation där vindkraften ska ersätta kärnkraften och dessutom klara av att försörja alla de ambitiösa projekt som regering och näringsliv tycks vilja ha. Det diskuteras ett ökat elbehov motsvarande 50-100% av dagens produktion.

Den svenska vattenkraftens sammanlagda maxeffekt om ca 14 000 MW utgör ungefär 50% av behovet under topplasttimman idag. För att ersätta kärnkraften behöver man bygga ca 20 000 nya vindkraftverk under en 20-årsperiod. Detta skulle innebära 1 000 nya verk om året, tre om dagen i 20 år. Men eftersom vindkraftens livslängd bara är ca 20 år så blir det att börja om från början efter 20 år. Man kommer alltså att tvingas bygga tre nya vindkraftverk om dagen i all evighet, till en kostnad om 40 miljarder per år.

Efter en sådan utbyggnad kommer vindkraften att ha en maximal effekt om 30 000 MW, men därefter kommer lika mycket att behövas för utbyggnaden av alla klimatomställningsrelaterade projekt (Hybrit, elbilar mm). Var kommer den kapaciteten ifrån? En del kan kanske täckas av import och diverse värmekraftanläggningar, man kan kanske hoppas på 5 000 MW från sådana källor. Men resten då?

De flesta politiker verkar helt övertygade om att det finns lagringsmöjligheter för el. Men ett lagringssystem skulle behöva ha en kapacitet om 100% av den behövda effekten under ca 2/3 av tiden i ett vindkraftsbaserat elsystem. Enkelt uttryckt betyder det att man behöver kapacitet under 2 dagar och den tredje blåser det så att man kör på full effekt för att fylla upp lagret. Det ger en kapacitetsfaktor om 33%.

Om vi tar fallet med ett utbyggt system så motsvarar det 30 000 MW * 48 timmar = 1 440 GWh. Detta motsvarar kapaciteten i 1.5 miljarder bilbatterier, motsvarande alla batterier i alla världens bilar. Om man istället skulle bygga en damm med 10 meters fallhöjd så kräver det ett öde om 300 000 kubikmeter vatten per sekund.

Dammens storlek måste vara ca 50 miljarder kubikmeter. Om man räknar med 5 meters djup så blir ytan på dammen 10 000 kvadratkilometer eller en yta om ca 100x100 km. Det motsvarar ungefär ytan av Skåne.

Men det finns ytterligare en dimension: Den där lagringen måste ju på något sätt ”laddas” under tiden som vindkraften levererar, vid sidan om så att säga. Det betyder att på en dag ska man kunna fylla lagret. Med vad? Ja, om man frågar den nuvarande regeringen så blir säkert ryggradssvaret ”VINDKRAFT”, och då behövs ytterligare 60 000 MW för att åstadkomma det. Det skulle alltså innebära att man behöver tiotusentals vindkraftverk till… Visserligen kan man kanske dra av en del på den summan för att vi kan importera och dessutom är verkligheten annorlunda än min ”baksidan på en krognotaberäkning”, inte minst eftersom man för det mesta har någon vind, men slutsatsen måste ändå bli: Det går inte

Vindkraften kan bara fungera i ett produktionssystem där det finns tillräckligt med backup. Kärnkraften å andra sidan producerar hela tiden 100% effekt. Där behövs inga backup- eller lagringslösningar.

Slutsatsen måste bli att för att göra jämförelsen med kärnkraft rättvis så måste man åtminstone dubblera de kostnader för vindkraft som presenterats här. Man behöver ett backup-system med värmekraft som kan ta över produktionen under de dagar det inte blåser tillräckligt. Erfarenheter från bland annat Danmark visar också mycket riktigt att ett elförsörjningssystem med enbart vindkraft inte fungerar. Danmark har därför i princip två helt parallella elproduktionssystem, det ena med vindkraft och det andra med olika former av värmekraft. Självklart ökar denna lösning kostnaderna dramatiskt.

Lönsamhet

För att täcka in de stora variationer i produktion som blir fallet om man har en stor andel vindkraft i systemet kommer balansen tillgång/ efterfrågan att präglas av stora svängningar. Lika stora svängningar kommer det att bli i priset. När vindkraften producerar stora mängder el, mer än vad som behövs för den svenska marknaden och för de marknader där det finns överföringskapacitet, kommer priset att vara mycket lågt, och kanske måste man rentav stoppa en andel av vindkraftverken. När det inte blåser tvingas man att antingen importera el eller gripa till olika lagringsmöjligheter. Lagring som har kostat i produktion, lagring och uttag från lagret.

Det är svårt att se hur man ska kunna få stabil och långsiktig lönsamhet i ett sådant system. Det påminner lite om bondens dilemma: När skörden är god, är priserna låga, när skörden är dålig är priserna höga.

Misstanken är att i ett sådant läge blir i princip all vindkraft olönsam och endast de vindkraftsanläggningar som har haft fastprisavtal under 10-15 år (PPA) i ryggen kommer att överleva. Men när ett sådant avtal löper ut, sammanfaller det med att drifts- och underhållskostnaderna ökar, och ägarna kommer sannolikt att vara mycket restriktiva med i att investera i livstidsförlängande åtgärder.

Risken är att vi kommer att se ett stort antal vindkraftsanläggningar med ekonomiska problem i en snar framtid. Vi kommer troligen också se övergivna vindkraftsanläggningar där mindre nogräknade investerare drar vidare till nya och mer lönsamma projekt någon annanstans.

Så länge dessa förhållanden fortsätter kommer ingen att vilja investera i kärnkraft heller. Ingen vill utsätta sig för risken med stora svängningar i pris. Det är inte svårt att tänka sig ett scenario där ingen vill investera i någon form av elproduktion. Detta vore självfallet ett katastrofalt tillstånd för svensk elförsörjning.

Analys och slutsatser

När man läst Energiforskrapporten kan man förledas att dra slutsatsen att landbaserad vindkraft och kärnkraft är ungefär lika dyra, medan havsbaserad vindkraft är dubbelt så dyr. Men detta gäller enbart om vindkraften har en annan energikälla med sammanlagd effekt ungefär lika stor som vindkraftens egen att luta sig mot.

Landbaserad vindkraft kostar mellan 35 och 45 öre/kWh beroende på vilken ekonomisk livslängd man tror att vindkraftverket kommer att ha.

Havsbaserad vindkraft är dyrare än de flesta andra kraftslag. Avgörande faktorer är livslängd, havsdjup, havsbottens beskaffenhet och avstånd till land. Jag skulle tro att 70 till 85 öre/kWh utgör ett rimligt kostnadsspann för havsbaserad vindkraft. Men om backup-kraft eller lagring måste installeras i nätet så kommer en mer rättvisande siffra för land- respektive havsbaserad vindkraft att bli 70-100 öre/kWh och 150-200 öre/kWh. Ju större andel vindkraft, desto dyrare blir det eftersom det också kommer att kräva backuplösningar eller lagring.

Ett nytt kärnkraftverk kommer att producera el till en kostnad mellan 35 och 50 öre/kWh, mycket beroende på tillståndsprocessen, projektstorlek, projekterfarenhet mm.

De kraftslag som omfamnas av svenska politiker på senare tid, villasystem för solkraft och havsbaserad vindkraft är också de i särklass dyraste◆

Referenser

1. El från nya anläggningar, Energiforsk, Rapport 2021:714.

2. Wind Power Rhetoric & Reality, Volume I “Wind Power Cost in Denmark.” Gordon Hughes, School of Economics, University of Edinburgh. Renewable Energy Foundation 2020.

3. Wind Power Rhetoric & Reality, Volume II “The Performance of Wind Power Costs in the United Kingdom.” Gordon Hughes, School of Economics, University of Edinburgh. Renewable Energy Foundation 2020.

4. ”Svensk elproduktion 2021 – vilka slutsatser kan man dra?” Nordisk Energi nr 1, 2022, s6.

5. Varför vill alla politiker ha vindkraft? | ENERGInyheter.se