Relevans: Energi och Miljö
Energirelevans
Elkraft blir en allt mer central del i hela energisystemet. För närvarande omvandlas ca 40% av världens kommersiellt sålda energi till elkraft och denna andel ökar. Elkraft är även en allt viktigare del i användarledet. Ett exempel är hybridbilar som ofta drivs med fossila bränslen men där elen är en central förutsättning för en energieffektiv drift och låga utsläpp. De nya energikällor som idag ökar snabbt är elproducenter, t ex vindkraft och solceller. Även för trafikområdet ses en större elanvändning som en stor möjlighet för att effektivisera systemet och minska utsläppen. Detta gör att elsystemet har en mycket central roll när det gäller ett framtida hållbart elsystem. Elnäten är centrala i framtidens energisystem och överför energi från varierande och distribuerade källor till användarna. Med hjälp av elnät kan obalanser jämnas ut över kontinentala avstånd och medge en renare och effektivare slutanvändning av elektriciteten som t.ex. värmepumpar och batteridrivna fordon. Lagring av elektricitet är avgörande för effektiv användning av naturligt varierande förnybara energikällor.
I april 2009 antogs EUs direktiv om främjande av energi från förnybara energikällor (2009/28/EG). Direktivet innehåller bindande nationella mål för de olika medlemsstaterna om att öka användningen av energi från förnybara energikällor till år 2020. Senast år 2020 ska 49 procent av den svenska bruttoenergianvändningen tillgodoses med förnybar energi enligt direktivet. När det gäller transporter ska andelen uppgå till minst 10 procent. Målet med SweGRIDS gällande integration av förnybar energi och ny energi lagring hjälper till att öka andelen förnybar energi och andelen elfordon i det svenska energisystemet. Detta gör att kraven i EUs direktiv lättare kan nås.
Snabba förändringar behövs i de elektriska kraftnäten för att kunna använda sig av olika typer av produktion och belastning som behövs för ett minskat beroende av fossila bränslen, samtidigt som driftsäkerheten bibehålls. Förändringar uppstår i den geografiska spridningen av energikällor, med vind- och vågkraft samt ytterst avlägsna källor som t.ex. ökensolen. Vissa viktiga förnybara energikällor karakteriseras av stora tidsmässiga variationer i sin produktion vilket kommer att kräva storskalig energilagring, systemflexibilitet eller styrbar belastning för att balansera nätets in- och utgående effekt. Belastning som tidigare härrörde från fossila källor som t.ex. uppvärmning och transport kan komma att övergå till elektricitet vilket ökar belastningen på nätet. Högre belastning samt ett ökande beroende av säkra elleveranser kommer att kräva robustare och stabilare elnät. Lagring av elektrisk energi för transporter och för att kapa topparna får hjälp genom utveckling av mindre, säkra och lättare kemiska förvaringsformer.
Många delar av SweGRIDS forskningsområde kan komma att kräva kompetens i flera vetenskaps- och teknikgrenar. Det finns ett behov av omfattande gränsöverskridande arbete för att sammanföra materialvetenskap, högspänningsteknik, kommunikation, elektronik, kraftelektronik, mätning, magnetism, styrning, optimering och andra discipliner. En del långsiktig forskning har uppenbart stor betydelse, t.ex. avancerade isolationsmaterial som skulle kunna göra det mycket mer praktiskt att överföra mycket höga spänningar över stora avstånd från förnybara energikällor (dvs. ett super-grid).
Annan forskning med kortare tidsperspektiv om nya eller förbättrade komponenter skulle i synnerhet kunna dra nytta av ett nära inter sektoriellt samarbete där parterna från elbolag och parter inom branschen samarbetar med universitet som bidrar med egna forskare, kunskap om spetsteknik, sina tillverkningsanläggningar och fältmätningskapacitet, samt riktlinjer om affärsproblem och lönsamhet för tillverkning och utplacering.
Den varierande kompetens och de resurser som våra universitet och industriella forskningsanläggningar kan ställa upp med, tillsammans med ett djupgående engagemang från tillverkningsindustrin och olika elbolag inom området elnät, ger oss ovanligt stora möjligheter med SweGRIDS.
Samhälls- och näringslivsrelevans
Konstruktion och tillverkning av maskinvara och system för kraft och kommunikation är en av den svenska industrins starka sidor där endast ett fåtal andra företag i världen kan konkurrera.
Den dramatiska tillväxten för elnät och överföringsavstånd medför en snabb utveckling av produkter och tjänster såsom högre spänning och strömstyrka när det gäller överföring av högspänd likström (HVDC).
Såväl arbetstillfällen, utrikeshandel som utbildning förbättras när situationen för branschens samarbetspartners inom området smarta elnät och lagringsteknik bibehålls eller förbättras.<0}
Sverige är välkänt för innovationer i elsektorn som t ex högspänd likström, trefassystemet, och flerfasmaskiner. ABB och Vattenfall är två internationella företag inom elsektorn i Sverige. Utexaminerade doktorer och post-doktorer från SweGRIDS kan förväntas hjälpa industrin med nästa generations innovativa produkter och metoder. En del av dessa personer kommer vara utbildade i entreprenörskap och management och kommer därmed kunna starta egna företag baserat på sin forskning. Genom samarbetet mellan KIC InnoEnergy och SweGRIDS erhålls en stark koppling till framgångsrika Europeiska forskningsgrupper inom elsektorn vilket gör SweGRIDS till en ledande forskningsmiljö för elkraftforskning i Europa vilket är attraktivt för de bästa forskarna.
Miljöaspekter
EUs 20-20-20 mål vilka antogs 2009 innebär 20% minskning av CO2–utsläppen jämfört med 2009 års nivå, 20% ökad energieffektivitet och 20% förnybar energi i energiförsörjningen. Den Europeiska och globala elkraftförsörjningen ger för närvarande stora bidrag till CO2–utsläppen. För att kunna uppnå EUs mål är det viktigt att man kan integrera betydligt större mängder förnybar energi och att energianvändningen kan effektiviseras. Målsättningen med SweGRIDS är att bidra till denna utveckling och därmed underlätta uppfyllandet av EUs 20-20-20 mål.
Smarta elnät innebär definitionsmässigt att man ska nyttja befintliga resurser och samordna dessa via elnäten på ett mer effektivt sätt. Mer on-line-styrning i systemet innebär att man kan driva kraftsystemet närmare dess fysiska gränser utan att man för den skull minskar på tillförlitligheten. Detta minskar behovet av nyinvesteringar i kraftledningar vilket minskar resursanvändningen.
Genom nya metoder för planering och drift av elsystem med större inslag av variabla energikällor kan dessa integreras till en lägre kostnad vilket ökar dess konkurrenskraft vilket ökar acceptansen att man får en större mängd vilket på europanivå kan minska CO2–utsläppen. Central för de nya metoderna är att man kan beakta den miljölagstiftning som finns gällande, t ex, vattendomar på ett rationellt sätt.