Eget nät ger trygghet i kristider

På en grässlänt ovanför en vacker insjö i Uppland ligger en stor villa som producerar mer energi än den gör av med. I slänten nedanför grönsaksodlingarna står tre längor med solpaneler, som tillsammans med solceller på taket och på ett fristående garage ger runt 50 000 kilowattimmar el per år.

I villan bor musikproducenten Robert von Bahr som valt att bygga ett plusenergihus. Under ett år producerar han mer el och värme än vad som går åt – både till bostaden och familjens två elbilar. Blir det strömavbrott klarar de sin egen elförsörjning även vintertid i åtminstone ett par dagar. Huset kopplas då över på ett internt elnät, så kallad ö-drift, med batterier.

– Vi tröttnade på alla elavbrott härute och dessutom ville vi bidra till miljön, säger Robert von Bahr, som tidigare bodde i en villa som drog 16 kubikmeter olja om året för sin uppvärmning.

Robert von Bahrs privata satsning går i linje med samhällets ambition att minska energianvändningen i byggnadssektorn. I dag står bostäder för nästan 40 procent av Sveriges totala energianvändning. Det måste minska om de svenska energi- och klimatmålen ska nås till år 2030. Som ett led i arbetet införs under det närmaste året nya krav i byggreglerna på så kallade nära-noll-energihus.

Robert von Bahrs off-grid-boende har inte mycket gemensamt med den klassiska stugan i skogen med öppen spis, torrtoa och pump på gården. I den moderna villan finns japanska duschtoaletter och ventilation med värmeåtervinning. Golvvärme och varmvatten kommer från värmepumpar i källaren. Ett intelligent system synkroniserar värmen från solfångare på taket, bergvärme och en vattenmantlad braskamin i vardagsrummet. Periodvis blir det rejäla överskott av värme som då lagras i en 20 kubikmeter stor ackumulatortank under marken i trädgården.

– Jag ser vad som håller på att hända i världen – med vattenbrist och koldioxidutsläpp – och vill inte lämna fotavtryck efter mig, så därför gör jag det här, säger Robert von Bahr.

Huset med all sin teknik har varit en stor investering. Trots att solcellerna ger ett överskott på cirka 10 000 kWh energi per år kommer Robert von Bahr inte att kunna räkna hem kostnaderna.

I stället ser han det som ett utvecklingsprojekt som han bedrivit tillsammans med konsulter och teknikföretag i framkant. Bland annat har han sponsrat en uppfinning som kopplar bort elnätet vid strömavbrott och kopplar in batterierna i stället. När strömmen på elnätet är tillbaka väntar systemet automatiskt tre minuter innan nätet åter kopplas in till huset igen. Detta för att vara säker på att strömavbrottet är helt avklarat.

Robert von Bahr är inte ensam om att bygga plusenergihus. En hel del sådana, både villor och större byggnader, har färdigställts under 2000-talet. Mer unik är ö-driften som hittills mest använts av industrier för att säkerställa produktionen vid åsknedslag, till exempel.

För att ordna ö-driften i Robert von Bahrs villa finns tre höga batteriskåp, som lagrar 23 kWh vardera, i ett rum under huset. Därintill står ytterligare ett skåp med elektronik och styrteknik som fungerar som en bro mellan det vanliga växelspänningsnätet och ö-driftens likspänningsnät.

Ö-drift och lokala så kallade mikro-nät gör det även möjligt för hela byar och stadsdelar att periodvis vara frikopplade från det allmänna elnätet. Det passar bra när samhället ska gå över till mer förnybar och egenproducerad energi. En av fördelarna som lyfts fram är att ö-driften kan avlasta det allmänna elnätet och utjämna effekttoppar.

Ett exempel på hur det kan gå till finns i skånska byn Simris som varit off-grid med mikronät under bestämda perioder i två år. Inkoppling på det allmänna elnätet har gjorts då och då – när det passat utan att skapa obalans eller frekvensstörningar.

Byn har ett eget vindkraftverk, en solcellspark och ett stort batterilager. I de 150 hushållen styrs också vissa värmepumpar och hembatterier så att elanvändningen anpassas efter tillgången. Satsningen har varit ett demonstrationsprojekt inom EU:s forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020, men fortsätter nu i egen regi.

Jörgen Rosvall, projektledare hos energibolaget Eon, som drivit pilotprojektet, berättar att antalet strömavbrott minskat i området.

– I och med att energin produceras lokalt och i samma område som energiuttaget sker, blir antalet externa påverkansfaktorer färre. De bybor som valt att installera både solceller och batterier klarar sig också bättre vid ett eventuellt strömavbrott.

Det många som använder batterier för energilagring har gemensamt är att ellagringen är tidsbegränsad. Batteriladdningen räcker som längst ett par dygn. Metoder för att lagra värmeenergi kan därför vara ett komplement.

En metod som det pratats om länge, men som har haft svårt att lämna labben är värmelagring i fasändringsmaterial, PCM (phase change materials). Materialen är ofta olika sorters salter eller paraffiner, som tar upp eller ger ifrån sig energi när de ändrar fas. Vid en viss temperatur smälter materialet och värmen lagras. När värmen tas ur lagret blir materialet kallt och fast igen.

Ett storskaligt PCM-lager togs i drift i Sverige förra året vid Johanneberg Science Park i Göteborg. Energilagret fångar upp värme från huset och ersätter på så vis behovet av annan kylning, från kylmaskiner och fjärrkyla.

– Fördelen med PCM jämfört med exempelvis vatten i ackumulatortankar är att energilagret blir tre, fyra gånger mindre. Det är förstås viktigt om det finns begränsat med plats i huset, säger Angela Sasic Kalagasidis, biträdande professor i byggnadsfysik på Chalmers tekniska högskola, som bland annat driver en pilotanläggning i forskargruppens labb.

Den projekterade energilagringen för det storskaliga PCM-lagret i Johanneberg var 140 kWh. Hittills har det inte nått den kapaciteten. Angela Sasic Kalagasidis och tillverkarna av systemet håller på att utreda varför det blivit så. Det de sett hittills är att lagret tappar i kapacitet på grund av att materialet skiktar sig. Trots åtgärder med tillsatt förtjockningsmedel fortsätter problemen.

– Min hypotes är att det beror på hastigheten i temperaturändringen i lagret – hur snabbt det smälter och hur snabbt kristalliseringen börjar. Det verkar inte som om någon testat så långsamma värmeuttag som det kan vara vid verkliga förhållanden, säger Angela Sasic Kalagasidis, som ansökt om medel för att gå vidare med sådana tester.

I ett kommande projekt ska hon även undersöka om PCM-lager kan vara ett alternativ till ackumulatortankar för småhus-ägare. Många har i dag solceller och värmepumpar och behov av att lagra överskottsvärme.

– Det finns ett stort intresse hos folk att ta kontroll över sin egen energiproduktion och -användning, och med dagens priser kan PCM bli lönsamt. Vi bygger också mer och mer välisolerat, så att mindre värme behövs. På så sätt kan husägare bli mer aktiva på energimarknaden, i stället för bara straffade med höga avgifter, säger Angela Sasic Kalagasidis.

”När det regnar manna har den fattige ingen sked” är ett talesätt som passar väl in på många som producerar sin egen energi. Ofta finns mycket el och värme när den inte behövs. Särskilt i nordliga länder med gott om sol under sommarhalvåret och kalla vintrar med lite sol.

Med alla solceller och värmepumpar som installeras i husen nu ökar därför efterfrågan på säsongslagring av energi. För det har ett alternativ med vätgas och bränsleceller dykt upp på senare tid. Under sommaren används då solel för att spjälka vatten till vätgas och syre i en elektrolysör. Vätgasen lagras i trycksatta tankar till vintern, då den används för att mata en bränslecell som ger el och värme till huset.

I bräschen för den praktiska utvecklingen av energilagring i vätgas för bostäder i Sverige går en elingenjör från Göteborg. Hans-Olof Nilsson har byggt sin egen off-grid-villa utifrån den här principen och hans idéer har spridit sig som ringar på vattnet. Ett likadant system planeras i sex stycken miljonprogramshus i Vårgårda, och i en förskola i Mariestad.

På Vitberget i Skellefteå har världens nordligaste off-grid-villa med vätgaslager dragit ur sladden till elnätet helt under vintern. Senaste sommaren producerade de 72 solpanelerna på taket el som användes för att tillverka vätgas. Denna sparades till vintern och gav då el och värme till det 140 kvadratmeter stora huset via en bränslecell.

– Som energibolag ser vi inte off-grid som ett hot mot våra affärer, utan ser tvärtom mycket nytta. Exempelvis kan det vara dyrt att upprätthålla glesbygdsnät till avlägsna torp och sommarstugor. Då kan lokala ö-nät med sådan här teknik vara bättre alternativ, säger Fredrik Jonsson, teknikansvarig hos Skellefteå Kraft, som byggt huset och driver projektet.

Intresset för att bo off-grid och klara sig utan anslutning till samhällets stora nät har funnits länge. Stormar med stora elavbrott och andra kriser har på senare tid ytterligare ökat människors medvetenhet om samhällssystemens sårbarhet. Klimatengagemang driver också efterfrågan på off-grid och självförsörjning. Om det vittnar inte minst tv-program som ”Nedsläckt land” och ”Rapport från 2050”.

– Energilagring och mikronät gör energisystemen mer robusta. Det här är jätteviktiga inslag i omställningen till ett fossilfritt samhälle. De krävs för nedstängningen av kärnkraften och för att stå emot kriser och katastrofer, säger Anna Alexandersson, verksamhetsledare inom vätgasteknologi på forskningsinstitutet Rise i Borås.

Hon har flera forskningsprojekt på gång som ska visa hur vätgas kan användas i större utsträckning för energilagring och drift av fordon, exempelvis arbetsmaskiner.

– Det fina med vätgas, tycker jag, är att vi dessutom löser två problem samtidigt – nollemissionsutsläpp från transportsektorn och energilagring. Det är fantastiskt, säger Anna Alexandersson.

Mycket kring off-grid handlar fortfarande om egen uppvärmning och att klara sig utan det allmänna elnätet, men ett komplett off-grid-hus har även eget vatten och avlopp. Många olika lösningar för hur det kan gå till har visats upp under årens lopp. Vattensnåla kranar brukar ingå, och en innovation kallad ”rymdduschen” återvinner vatten och gör åtgången minimal.

På avloppssidan finns allt från olika sorters torr- och kemtoaletter till moderna minireningsverk med effektiv membran-rening. Ut kommer renat vatten som exempelvis kan användas till de egna odlingarna.

Utanför Sigtuna, nära slottet Wenngarn, har Sveriges enda moderna off-grid-hus utan både sladd och rör uppförts. Fast sladden till elnätet har fått kopplas in igen periodvis. Från början var det meningen att en stirlingmotor i villaformat skulle bidra med el under vinterhalvåret. En stirlingmotor drivs av värme som i det här fallet skulle komma från pelletsförbränning.

Dessvärre gick leverantören av Stirlingmotorn i konkurs. Under vintern behövs därför fortfarande el från det allmänna elnätet. På sommaren räcker det med solceller och batterilager.

Bättre har det gått för det biologiska avloppssystemet i tre steg. Systemet består av två tankar och en säck. I första tanken bryts avloppsslammet ner av mikroorganismer. I nästa tank renas och filtreras vattnet av vattenväxter och mikroorganismer, som i en kompakt våtmark. I sista steget, en säck med kalkrikt material, fångas fosfor upp. Det renade avloppsvattnet späs med regnvatten och används till toalettspolning.

Enligt en studie gjord av IVL Svenska Miljöinstitutet renar systemet bort läkemedel i högre grad än jämförda kommunala reningsverk.

– Det finns många fördelar med lokala kretslopp. Riskerna blir mindre och näring kan återföras till jordbruket utan långa transporter, säger Susanne Gabrielson, vd för Alnarp Cleanwater, som står bakom bioreningsverket.

Björn Vinnerås på SLU, Sveriges lantbruksuniversitet, i Uppsala tycker också att källsorterande avlopp hör till framtiden. Men menar att de kretsloppshus som finns i dag tillför för mycket nytt vatten.

– Min vision är ett helt vattenneutralt hus, som bara behöver tillförsel av vatten en gång och sedan återanvänder allt, ungefär som man gör på rymdstationer i dag, säger Björn Vinnerås, professor i kretsloppsteknik.

Exempel på hur det kan gå till finns bland annat i experimenthuset HSB Living Lab i Göteborg. Allt vatten från duschar och handfat renas i ett lokalt reningssystem på bottenplan och återanvänds som duschvatten.

– Om vi ska fortsätta leva uthålligt måste vi ha mer kretslopp. Det behövs också nya sätt att hantera avlopp. Bara 10 procent av jordens avloppsvatten hanteras på ett avancerat sätt i dag, säger Björn Vinnerås.

Han och några forskarkollegor har bland annat utvecklat en urinseparerande toalett med tillhörande torksystem. Slutprodukten blir en gödsel med bra balans av fosfor, kväve och kalium.

– Potentialen är jättestor. En familj på fyra personer kan producera cirka 10 kilo gödsel per månad. Teoretiskt skulle vi kunna ersätta 20 procent av all kvävegödsel som importeras och 50 procent av all fosfor, säger Björn Vinnerås.

Det pågår en debatt om att minska importen av fosfor, bland annat från Västsahara. Transporten är inte klimat-anpassad, och fosforn är förorenad av uran och tungmetaller. Det finns alltså goda motiv till att bättre tillvarata fosfor i Sverige.

Många kommunala VA-nät har i dag också stora renoveringsbehov. Lokala kretsloppslösningar skulle då kunna vara alternativ till ny, dyr rördragning. Men lagstiftningen sätter ibland käppar i hjulen.

– Rekommendationerna från en del miljökontor är ibland ålderdomliga, om att använda infiltration till exempel. Det kan ligga oss i fatet, för människor vill ju veta att de gör rätt, säger Susanne Gabrielson på Alnarp Cleanwater.

Hemma i villan i Vallentuna siktar Robert von Bahr på ett komplett off-grid-boende så småningom.

– Nästa steg är ett enskilt avlopp som klarar kraven, och så gärna några höns, säger han och ler brett.