Ett elsystem med kärnkraft som en komponent är billigare och bättre för klimatet än ett som är ”100% förnybart” – även om ny kärnkraft kostar mer per kilowattimme än vind. Energiforskaren Staffan Qvist går i en analys igenom alternativen för ett fossilfritt elsystem i Sverige.

Nivån på diskussionen kring den svenska kärnkraften och dess roll för klimatet och i framtidens energisystem har successivt förbättrats under senare år. Det egentligen ganska självklara faktum att kärnkraften är klimatvänlig har bekräftats av både FN:s klimatpanel IPCC och de mest detaljerade livscykelanalyser som gjorts för svenska förhållanden[1]. Den svenska kärnkraften har över hela sin livscykel lägre koldioxidutsläpp än till och med sol- och vind.  Den så kallade ”avfallsfrågan”, som länge var helt central i diskussionen, är idag i stort sett helt överspelad. Finland bygger redan idag sitt godkända slutförvar, baserat på den tekniska lösning som utvecklats i Sverige. Att kärnkraften statistiskt sett har visat sig vara långt säkrare än alternativen, inklusive vattenkraften, är idag okontroversiellt på grund av de mycket omfattande studier som FN-organ såsom UNSCEAR har utfört sedan 1980-talet.[2] I samband med de dramatiskt minskade kostnaderna för ny förnybar energi, har diskussionen därför idag kokat ner till en mycket mer relevant frågeställning: Varför ska vi på sikt ens fundera på kärnkraft om det sannolikt är billigare att få en kilowattimme (kWh) elektricitet från ny vindkraft än från ny kärnkraft? Men den frågan bygger på ett tankefel. Anledningen är följande:

Vind

När svenskarna satte sig ner för middag den 15:e februari 2018 blåste det ordentligt över hela landet. Vindkraftverken, från norr till söder, gav sammantaget landet mer el än hela Ringhals kärnkraftverk. Vinden hjälpte till att värma hus och driva både sjukhus och industrier långt in i denna kalla vinternatt. Sverige lyckades till och med exportera lite ren klimatvänlig el till våra grannländer. För många är den här situationen en fingervisning om framtiden; med mer och mer vind och solenergi i systemet så är det till slut inga problem att lägga ner kärnkraften och övergå till ”100% förnybar” el.

Vindstilla

Ungefär så har det svenska elsystemet sett ut sedan mitten på 1980-talet: leveranssäkert, med billig el, fossilfritt och klimatvänligt.

Runt lunchtid nästa dag hade vinden mojnat, inte bara på sina håll i Sverige, utan över hela landet. Denna nästan totala stiltje varade sedan i över en vecka, i hela Nordeuropa – bortsett från en svag bris i Mellansverige under några timmar den 19:e februari. Först framemot middagstid den 25:e februari, alltså ungefär 9 dagar senare, började det blåsa ordentligt igen. Över hela denna period producerade den svenska vattenkraften och kraftvärmeverken el för full maskin, och täckte tillsammans med vindkraften drygt 60 procent av elbehovet. Resten levererades från Sveriges tre kärnkraftverk: Forsmark, Oskarshamn och Ringhals. Ungefär så har det svenska elsystemet sett ut sedan mitten på 1980-talet: leveranssäkert, med billig el, fossilfritt och klimatvänligt. En av frågorna som ofta ställs av de som är skeptiska till de dramatiska förändringar som nu föreslås, är hur systemet ska kunna hantera en mörk och vindstilla morgon, för att inte tala om vindstilla vinterveckor? Det visar sig att just den frågan på ett kraftfullt, pedagogiskt och lättförståeligt sätt belyser en hel del av det mest centrala i energi- och klimatfrågan i Sverige under kommande decennier. I alla planer på fossilfrihet och för att eliminera växthusgasutsläpp spelar elektricitet huvudrollen. Den är inte hela lösningen, men ren elproduktion är överallt det första, största och viktigaste steget för klimatet.

Energidebatten saknar tyvärr systemtänk och har istället nästan uteslutande fokuserat på priset på nästa producerade kilowattimme.

”Smart”

De politiker och debattörer som idag förespråkar en framtid utan kärnkraft presenterar ofta en förtroendeingivande lång lista av alternativ för att lösa problemen med en stor andel varierande väderberoende produktion. Denna lista innehåller nästan alltid: vattenkraft, energieffektiviseringar, ökad flexibilitet i hur vi använder elektricitet, internationell elhandel, och snabbt fallande priser på metoder för att lagra el, främst med batterier men kanske också med pumpad vattenkraft eller vätgas. I många fall kompletteras denna lista också med långa uppräkningar av alla andra möjliga sätt att lagra el på, samt saker som ”digitaliseringens möjligheter” och olika ord som har fått attributet ”smart” eller ”smarta” framför sig (”smarta elnät”, ”smart lagring”, ”smarta elbilar” och så vidare).

Det riktiga problemet uppstår när dessa listor på åtgärder och lösningar ska konkretiseras, och prissättas. Energidebatten saknar tyvärr systemtänk och har istället nästan uteslutande fokuserat på priset på nästa producerade kilowattimme. Men i slutändan betalar konsumenter och skattebetalare på ett eller annat sätt notan för ett helt system. Därför är det av avgörande vikt att tydligt klargöra de fullständiga förutsättningarna.

Elhandel

Den lättaste, billigaste och snabbaste lösningen på problemet att vind och solenergi ibland producerar mer och ibland mindre än vad systemet behöver, är elhandel med andra länder. Överproduktion i Sverige kan exporteras och säljas, och el kan importeras när det inte produceras nog för behoven på hemmaplan. I de ”100% förnybara” scenariobeskrivningar som nyligen presenterats av Energimyndigheten ska 60–70% av ”balansbehoven” hanteras genom just elhandel.[3] Problemet är att detta handelsberoende i praktiken innebär ett system med ett inbyggt beroende av utländsk fossil produktionskapacitet, med enorma utsläpp av växthusgaser. Det är alltid natt och vinter samtidigt i hela Europa, och ibland (som under februariveckan i fråga) blåser det inte särskilt mycket någonstans. När den svenska vind- och solenergin underproducerar är därför läget ofta detsamma i grannländerna: alla är i behov av ”något annat”. Den ytterst begränsade mängd vattenkraft som Norge kan exportera är givetvis omöjlig för alla Europas länder att samtidigt tillgodoräkna sig, och räcker inte ens till att ersätta mycket mer än en tredjedel av den svenska kärnkraften under en vintervecka. Att ”lösa” balansproblematiken med handel innebär därför i praktiken en förhoppning om att fossil elektricitet, från kol och naturgas, finns tillgänglig att importera till Sverige från andra länder när den behövs.

Kolkraftverk i Kina. Foto: Jason Lee / Scanpix

Det föreslås ibland, till och med av miljöorganisationer, att det ändå vore helt okej att övergå till ett svenskt elsystem som har ett inbyggt systematiskt fossilberoende från utlandet, så länge som Sverige fortsätter att exportera mer ren el över året än vad vi importerar smutsig el. Att införa ett fossilberoende (utanför landgränsen) fungerar möjligen ur ett bokföringsperspektiv, men det har som strategi två uppenbara problem:

  1. Klimatet bryr sig inte om landgränser.
  2. Alla våra grannländer har planer på fossilfrihet.

När den fossila kapaciteten pensioneras i våra grannländer som en del i deras klimatarbete så fungerar inte längre det ”handelsbalanserade” svenska systemet. Ett system som till stor del förlitar sig på utländsk fossil el kan givetvis inte kallas för fossilfritt eller klimatvänligt, oavsett om man är nettoexportör av el sett över ett helt år.

Om vi begränsar de svenska importmöjligheterna till enbart ren klimatvänlig el, är alltså ”elhandel” inte längre någon lösning. Även i de mest expansiva planerna på ren elproduktion i Nordeuropa finns det inget grannland som kan exportera betydande mängder till Sverige under vindstilla vinterveckor. När det i stället är soligt och blåsigt kan överproduktionen bli mycket stor, i både Sverige och övriga Nordeuropa. Värdet på elproduktionen kan då sjunka under noll under mycket långa perioder (vilket redan idag sker på många ställen under ett antal timmar om året). 

Nya stamnät

Man har i akademiska studier visat att om all utbyggnad av förnybar el över hela Europa (eller ännu större områden) optimeras samtidigt, så är det i alla fall i teorin möjligt att till stor del utnyttja storskalig handel av ren el för balansering, åtminstone för de ”väderår” som modellerna då optimeras för. Med ett massivt utbyggt pan-europeiskt elnät skulle då en blåsig vecka i Rumänien i teorin kunna kompensera för dåligt med sol i Portugal under samma tid, och vice versa. I verkligheten tas energipolitiska beslut främst på en nationell nivå och de olika länderna har vitt skilda förutsättningar för investeringar i ny produktionskapacitet. Storskalig transmission har tyvärr visat sig oerhört svår att få till stånd även inom länder i Europa. Av Tysklands planer på att bygga 7700 km nya stamnät, har man hittills förverkligat ungefär en tiondel, men även den låga takten har nu stannat av. Under 2017 fick man i gång ungefär 30 km nya högspänningsledningar, en utbyggnadstakt som bokstavligt talat är långsammare än snigelfart.[4] (En pigg snigel kan faktiskt ta sig dubbelt så långt på ett år!). I södra Sverige utgör kapacitetsbristen i elnätet redan idag ett allvarligt internt problem.

Solpaneler i öknen

Denna krassa verklighet kan förhoppningsvis ge viss tillnyktring kring, till exempel, de fullständigt teoretiska drömmarna om att solpaneler nere i Sahara ska förse nordeuropeiska konsumenter med el i närtid. Dessa studier av varierande seriositet är mer av akademiskt intresse än av relevans för praktisk energiplanering och politik i närtid.

Energieffektiviseringar

Lösningen måste därför, precis som idag, till största del komma till stånd på hemmaplan. Sverige har tillsammans med ett fåtal andra länder i världen en unik geografisk tur med stora flödande älvar som vi har kunnat tämja för klimatvänlig energi genom vattenkraft. Men den svenska vattenkraften levererar redan nästan fullt ut under kalla vinterveckor. Om vi fortsätter att freda de fyra svenska nationalälvarna kan vi kanske med nya vattendomar (de lagar som beskriver vilken lokal miljöpåverkan vattenkraften får ha) i framtiden få ut ungefär en tiondel mer elektricitet ur vattenkraften än idag under kortare stunder, men mycket mer än så blir det inte. ”Energieffektiviseringar” sker och har skett kontinuerligt under lång tid, men alla färdplaner mot ett fossilfritt Sverige visar på ett dramatiskt ökat behov av el i nära framtid. Inte bara för elbilar och fossilfri cement och stålproduktion utan i princip överallt där fossila bränslen förbränns idag.

Flexibel användning

Det finns också stora möjligheter för flexibel elanvändning, vilket förvisso är billigt, ofta lönsamt och effektivt. Många hus är så välisolerade att det skulle gå att skjuta upp uppvärmning i flera timmar, till och med mitt i vintern, utan riktigt kännbar förlust av komfort. Varför inte automatisera när tvättmaskinen ska sätta igång? Vi kan kanske till och med fördröja tunga industriella processer om det verkligen kniper. Problemet är att i stort sett ingenting är flexibelt mer än några dygn. Ingen är särskilt sugen på att flexibelt stänga av värmen under så lång tid mitt i vintern, eller vänta med att ladda elbilen till nästa helg. Det går heller inte att kombinera den sortens ransonering med en fortsatt konkurrenskraftig svensk industri.

Pumpar

Den mest uppenbara tekniska lösningen är därför helt enkelt att lagra el. En metod för detta som nämns ibland, men som ofta är missförstådd, är att sätta i pumpar i den svenska vattenkraften. Det som främst begränsar vattenkraftens förmåga att balansera ett ”100% förnybart” system är inte lagringen utan den maximala mängden effekt som är laglig och miljömässigt ansvarsmässig att ta ut. Pumpar som flyttar vatten från lägre liggande till högre liggande magasin gör därför väldigt lite åt balansproblematiken. Till rimlig kostnad skulle det gå att få ut några hundra megawatt mer effekt med ny pumpkraft och nya magasin, om man kan klara miljöprövningar och tillstånd ges.[5]

Vätgas

Vätgas är ett annat alternativ som ofta omnämns som en potentiell lagringsmetod, speciellt sedan den svenska stålindustrin (SSAB, LKAB och Vattenfall i samarbete) offentliggjorde planerna på projektet Hybrit. I Hybrit-projektet ska enorma mängder vätgas produceras genom att via elektricitet dela upp vatten i sina beståndsdelar, väte och syre. Fullt utbyggt väntas Hybrit därför öka elbehovet i Sverige med mer än 10 procentenheter. Vätgasen kommer att användas för reduktion av järnmalm, det vill säga att förvandla järnoxid till rent järn. Hybrit kommer att göra att den svenska stålindustrin dramatiskt kan minska användningen av smutsig kol. Det är goda nyheter för klimatet, men det gör absolut ingenting åt bristsituationer i elsystemet. Inga planer på att ens utvärdera elproduktion från vätgas finns inom Hybrit. Ännu mer exotiska förslag nämns ibland men har aldrig studerats eller konkretiserats ingående, som till exempel en extrem uppskalning av produktion och lagring av ”biogas” specifikt för elproduktion, kombinerat med många tusen megawatt stillastående nya gaskraftverk som skulle stå redo att bränna denna gas då det behövs.

Första spadtaget för pilotprojektet Hybrit. Foto: Gustav Sjöholm / TT

Batterier

Batterier är som ellagringsteknologi både mer realistiskt och mindre komplicerat. Har vi då inte äntligen nått fram till den uppenbara lösningen? I ett ”100% förnybart” Sverige så ersätts kärnkraften av en kombination av vind, sol och batterier? Batterier är nästan ofattbart mycket billigare idag än för 10 år sedan. Bara sedan 2015 har priserna nästan halverats, och väntas fortsätta falla dramatiskt! Hur står då batterier upp mot problematiken som beskrevs under den mörka och vindstilla februarivecka som vi använde som exempel? Kärnkraften producerade under denna vecka ungefär 1.45 miljarder kWh el (1,45 terawattimmar, TWh). En utbyggd ultramodern landbaserad vindkraft, motsvararande de mest aggressiva planer som någonsin föreslagits (30 000 MW), kan även under en dålig vindvecka täcka upp ungefär en tredjedel av kärnkraftens produktion. Lägger vi till en enorm expansion av havsbaserad vindkraft (+5000 MW) och nätansluten solenergi (+20 000 MW) så kan vi sammanlagt räkna med en ny förnybar produktion på cirka 0.7 TWh över veckan, motsvarande nästan hälften av kärnkraftens produktion. Detta hypotetiska nya förnybara system har vid det här laget sex gånger högre total kapacitet än den kärnkraft den är menad att ersätta. Väldigt omfattande uppgraderingar av det svenska elnätet, samt mycket stora nya utlandsförbindelser skulle krävas för att möjliggöra detta. Efter att vi dessutom har maxat ut den svenska vattenkraften genom att höja effekten och bygga nya pumpkraftanläggningar så återstår slutligen ett elbehov om ungefär 0.6 TWh över denna vecka, som då måste levereras från batterier eller annan lagring. Detta motsvarar ungefär två år av all världens produktion av batterier för alla ändamål, och skulle idag kosta runt 1 200 miljarder kr.[6] Batterierna håller i ungefär 15 år och skulle därefter behöva ersättas, men kostnaden är då förhoppningsvis lägre för nästa investeringsrunda.

Existerande kärnkraft

När politiker, branschlobbyister och debattörer påpekar att produktionskostnaden för en kWh från ett nytt vindkraftverk sannolikt är betydligt lägre än för ny kärnkraft, och från detta försöker påskina att ett ”100% förnybart” system är den mest kostnadseffektiva framtida fossilfria lösningen, så missar man helt systemdimensionen. Att bibehålla det världsledande fossilfria elsystem som redan finns på plats i Sverige väl in på 2060-talet kräver investeringar i driftförlängning av den existerande kärnkraften i storleksordningen 100 miljarder kr vilket är en bråkdel av vad de totala kostnaderna av en övergång till ”100% förnybart” skulle innebära.[7] Att den så kallade ”marknaden” inte väljer att investera i den existerande kärnkraften för tillfället kommer att leda till höga kostnader för de som slutligen står för notan. Att ”marknaden” kan välja fel är smärtsamt uppenbart: marknadsval har trots allt lett till en värld som helt domineras av livsfarliga nedsmutsande fossila kraftverk. Behovet av styrsystem och marknadsinterventioner är uppenbart eftersom den fria marknaden inte får till lösningen som samhället vill ha. Men det är viktigt att dessa styrmedel och straffskatter designas på ett för samhällsekonomin och klimatet effektivt sätt.

Helt ny kärnkraft, även om den vore den dyraste i världen, skulle hålla Sverige fossilfritt in på 2100-talet till en investering på runt 600 miljarder kr, eller ungefär hälften av enbart lagringsinvesteringen för en enda vintervecka av ”100% förnybart” i exemplet ovan.

Ny förnybar energi i Sverige, främst vindkraft och biomassa, har sedan 2003 subventionerats av elkonsumenterna med över 52 miljarder kr genom elcertifikat.[8] Den svenska kärnkraften straffbeskattades samtidigt genom den så kallade ”effektskatten” med totalt nästan 50 miljarder kr. Eftersom stora samhällsekonomiska och klimatmässiga vinster på systemnivå kan påvisas genom investeringar i fortsatt drift av existerande svensk kärnkraft bör styrmedel som möjliggör att så sker införas omedelbart. Investeringar i existerande kärnkraft, inklusive förlängd drift av de nedläggningsplanerade reaktorerna Ringhals 1 och 2, är utan jämförelse de mest kostnads- och klimateffektiva insatserna Sverige kan göra på systemnivå. Värt att notera är att mitt i brinnande klimatkris stänger statliga Vattenfall två klimatvänliga reaktorer, medan man fortsätter köra sju stycken kolkraftverk i Holland och Tyskland.

De enda replikerbara framgångssagorna som finns för en övergång till ett helt fossilfritt elsystem, de i Sverige, Frankrike och Ontario i Kanada, har alla baserats på en effektiv kombination av förnybart och kärnkraft.

Ny kärnkraft

Helt ny kärnkraft, även om den vore den dyraste i världen, skulle hålla Sverige fossilfritt in på 2100-talet till en investering på runt 600 miljarder kr eller ungefär hälften av enbart lagringsinvesteringen för en enda vintervecka av ”100% förnybart” i exemplet ovan.[9] För att bibehålla ett fossilfritt, leveranssäkert och kostnadseffektivt svenskt elsystem på sikt så måste även förutsättningar som möjliggör investeringar i ny modern kärnkraft, inklusive stöd som till exempel lånegarantier om så behövs, utredas förutsättningslöst och omedelbart.

Den optimala lösningen

De enda replikerbara framgångssagorna som finns för en övergång till ett helt fossilfritt elsystem, de i Sverige, Frankrike och Ontario i Kanada, har alla baserats på en effektiv kombination av förnybart och kärnkraft. Tyskland, som satsar stenhårt på 100% förnybart och fasar ut sin kärnkraft, har hittills misslyckats katastrofalt. Den faktiskt optimala lösningen för Sverige, som minimerar påverkan på klimat och miljö, är inte att godtyckligt besluta sig för ”100%” av någon enskild typ av teknik. Den optimala lösningen för Sverige måste bygga på en teknikneutral analys där alla alternativ finns med. I min nästa artikel kommer jag att tillsammans med Steven Pinker och Joshua Goldstein visa vilka slutsatser vi kan dra på global nivå för att klara klimatmålen.

Produktion och konsumtion av el i Sverige under exempelveckan, februari 16–23, 2018.

Exempel på ett system med 30 000 MW modern landbaserad vindkraft (investering: 280 miljarder kr), 5000 MW havsbaserad vindkraft (100 miljarder kr), 20 000 MW nätansluten solenergi (100 miljarder kr), samt >600 GWh lagring från ny pumpad vattenkraft och batterier (>1000 miljarder kr) samt mycket omfattande uppgraderingar av elnäten (>>200 miljarder kr), som ersätter Sveriges 8 kärnkraftsreaktorer under februari 16–23, 2018

Samma system under en blåsig och solig vecka fem månader senare, i slutet av september. All lagring är helt full-laddad (från helt urladdad) på mindre än 2 dagar, sedan sker så mycket överproduktion att marknadsvärdet på elen är noll eller till och med negativ (konsumenter får betalt för att använda el), och ingen elproducent går med vinst.

Noter

[1] Inga utsläpp av växthusgaser sker överhuvudtaget vid drift av ett kärnkraftverk, men det finns fortfarande utsläpp över hela livscykeln. I de mest detaljerade livscykelanalyser som finns för svenska förhållanden, de enligt ISO-standard tredjepartsgranskade Environmental Product Declarations (EPD) som Vattenfall utför har kärnkraften över hela sin livscykel med sina 6 gram per kWh lägst utsläpp av alla metoder att producera el på i Sverige (alltså lägre än både sol, vind och vattenkraft). https://www.environdec.com/Detail/?Epd=11982

Detta bekräftas även av IPCC, även om deras medelvärde, som är mindre relevant för de svenska reaktorerna, är något högre (12 g/kWh): https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_annex-iii.pdf

[2] Den enda civila kärnkraftsolycka där människor har dött från strålning under kärnkraftens 60-åriga kommersiella historia världen över var olyckan i Tjernobyl. Enligt FN-organet UNSCEAR:s studier har Tjernobylolyckan hittills orsakat upp till 63 dödsfall, och allvarligt skadat många hundra fler. I siffran 63 är inkluderat alla dödsfall (av alla orsaker, inklusive bilolyckor) som drabbat dem som initialt överlevde väldigt höga stråldoser och sedan har avlidit. Detta gör kärnkraften till statistiskt sett med mycket god marginal den säkraste storskaliga energikällan. Pålitlig statistik saknas för vind och solenergi vilket gör en direkt jämförelse omöjlig. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR 2008, Report to the General Assembly with Scientific Annexes VOLUME II Scientific Annexes C, D and E (2011), och Markandya, A., & Wilkinson, P. (2007). Electricity generation and health. The Lancet, 370(9591), 979–990.

[3] Energimyndigheten, 100 procent förnybar el, Delrapport 2 – Scenarier, vägval och utmaningar, https://energimyndigheten.a-w2m.se/Test.ashx?ResourceId=5787

[4] Der Spiegel, ”German Failure on the Road to a Renewable Future” 2019-05-13

[5] Att rena Blaiksjön och återstarta pumpfunktionen i Juktans kraftstation vore ett uppenbart första steg, men det är en lösning på marginalen.

[6] Enligt National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA är förhoppningen att medelpriset på batteripack under 2020 kommer att sjunka till cirka 2700 kr/kWh, vilket för 0.6 TWh innebär en investering på cirka 1600 miljarder kr i enbart batterier. Tar vi istället NREL:s mest optimistiska kostnadsprojektion sjunker denna siffra ner mot 1200 miljarder kr. Detta inkluderar ingen annan utrustning för att möjliggöra att dessa batterier används för att balansera ett helt elnät. International Renewable Energy Agency (IRENA) tror i sitt referensscenario att en lagringskapacitet upp till 80 GWh mer batterier kommer att användas i alla världens elnät fram till 2030, motsvarande ungefär en åttondel av Sveriges behov under denna vintervecka. Källor: NREL 2018 Annual Technology Baseline (ATB), IRENA (2017), ELECTRICITY STORAGE AND RENEWABLES: COSTS AND MARKETS TO 2030.

[7] Författarens egna beräkningar. De är baserade på diskussioner med branschens experter, de svenska kärnkraftsverkens tillstånd både tekniskt och ur tillståndssynpunkt, samt allmänt tillgängliga kostnadsuppgifter för liknande åtgärder och investeringar som nu behövs, både i Sverige historiskt och från internationell erfarenhet.

[8] https://cesar.energimyndigheten.se/

[9] Finlands nya reaktor Olkilouto-3, en av världshistoriens dyraste och mest försenade reaktorer, har en totalkostnad på cirka 100 miljarder kr. För att direkt ersätta all nuvarande kärnkraft i Sverige krävs ungefär 5 reaktorer av Olkilouto-3 typ.https://uk.reuters.com/article/uk-finland-nuclear-olkiluoto/arevas-finland-reactor-to-start-in-2019-after-another-delay-idUKKBN1CE1NR Den stora merparten av världens reaktorer byggs till en bråkdel av kostnaden och byggtiden av Olkilouto-3, både historiskt och i skrivande stund.