Det här är del 3 om Projekt Energisamhället. Här hittar du del 1 och del 2 och här finns fler artiklar om energisamhället och EnergyNet.

Det är en alldeles vanlig torsdag och vi sätter oss i ett alldeles vanligt konferensrum.

Men där ska vi prata om något unikt. Något världsunikt. Vars epicentrum just då är detta alldeles vanliga konferensrum, i en medelstor stad i södra Sverige.

Mötet börjar med en liten kulturkrock.

"Marc", säger Jonas Birgersson och ler. "Jag påminner om de olika möteskulturerna."

Marc heter Weiss i efternamn och kastar upp händerna i ett mea culpa.

"Just ja, förlåt!" skrattar han.

Konferensrummet ligger hos ViaEuropa i Lund och mötet har – typiskt svenskt – börjat med att gå en runda kring bordet så alla får presentera sig. Vi hann emellertid bara till den första personen, innan Marc Weiss – typiskt amerikanskt – börjar ställa en mängd frågor till henne.

Weiss stillar sig en stund och när det blir hans tur presenterar han sig som professor vid UC Berkeley och vd för Global Urban Development.

Han är en tungviktare inom stadsutveckling. Tidigare rådgivare åt Bill Clinton, jobbat ihop med Steve Jobs och har byggt stadsdelen NoMa i Washington DC. Bland annat.

Weiss är i Lund för att han är engagerad i Projekt Energisamhället, eller EnergyNet som det mestadels kallas. Vi sitter där alla tillsammans i konferensrummet för att projektet har gått från teori till praktik.

Förra året, strax efter påsk, återuppstod Bredbandsjesus som Eljesus när den första anläggningen i Lund invigdes.

Två fastigheter hade fått solceller på taken, ett batteri i källaren och kopplades då ihop med en frihetskabel, så de kunde dela el med varandra.

Nu, ett år senare, håller tio fastigheter på att kopplas ihop på samma sätt i Lund. Under en lunch med ett par medarbetare i projektet berättar de att de sitter och ritar på EnergyNet för sju nya stadsdelar och stadsutvecklingsprojekt runt om i Sverige.

Det är faktiskt precis därför vi samlats i konferensrummet. Jägersro utanför Malmö, mest känt för sin galoppbana, ska bli ny stadsdel för 4000 boende. En representant för det projektet är med oss, tillsammans med Markus Paulsson, en nyckelperson från Lunds kommun.

Hitta någon som pratar lika passionerat om dig som Jonas Birgersson pratar om kraftelektronik

Birgersson klickar igång en presentation men hoppar snart upp ur stolen och hamnar framför whiteboarden. Där pratar han passionerat om... kraftelektronik.

Ni vet memen:

Den nya versionen lyder: Hitta någon som pratar lika passionerat om dig som Jonas Birgersson pratar om kraftelektronik.

Om du inte har samma känslor för kraftelektronik som honom – eller ens har koll på vad det är – oroa dig inte! De flesta har inte det.

Jag begrep det inte heller tills alldeles nyligen, men inser nu att det är en sån där sak som är väldigt bra att känna till, om man ska förstå framtiden. Det är en av dessa tekniker som verkar i bakgrunden, men dess utveckling de senaste åren har varit dramatisk.

Du behöver inte förstå exakt vad kraftelektronik är, utan vad den gör och varför det som sker nu kommer leda till stora förändringar.

Det nuvarande elnätet är en vattenslang

Vi börjar med det nuvarande elnätet och kraftelektronikens roll där.

Tänk på det elnätet som ett enormt system av vattenslangar. På några ställen pumpas vatten in i slangarna och på massor av ställen kan man få vatten genom att vrida på en kran. För att du ska få ut vatten ur kranen måste trycket i slangen vara tillräckligt högt.

Om miljontals människor plötsligt öppnar sina kranar samtidigt, faller trycket i hela systemet. Då måste producenterna omedelbart svara med att pumpa in mer vatten. Om de inte hinner med att matcha den plötsliga efterfrågan kollapsar trycket helt och ingen får vatten.

På motsvarande sätt "pumpar" man in el i ledningarna, som måste förbrukas samma mikrosekund som den produceras, och om inte frekvensen i nätet är stabil så blir det strömavbrott.

Problemet är att elnätet till stora delar är stendumt. Nätet är blint och kan inte kommunicera med de som använder elen. Om jag ställer in min elbil på att börja ladda klockan ett på natten, så kan bilen inte säga till nätet att vid den tidpunkten kommer jag behöva si och så mycket el och artigt fråga: "Går det bra?"

Istället slår den bara på laddningen utan förvarning och nätet får se till att omedelbart leverera.

Kraftelektronik är elnätets slussar

Det skulle med andra ord behövas smarta, programmerbara slussar som själva kan känna av trycket och bestämma exakt hur mycket som ska släppas igenom i varje ögonblick.

Det är det som är kraftelektronik.

Kraftelektronik styr och formar själva elen, i stället för att passivt låta den flöda dit trycket råkar föra den.

Tyvärr finns denna teknik knappt i det nuvarande elnätet. Anledningen är att den är väldigt dyr och används bara för att flytta mycket stora mängder el över långa avstånd. Då behövs enorma omriktarstationer. De är fulla av avancerad utrustning – som kraftelektronik – som kan hantera mycket hög spänning och mycket stora effekter.

Där kan man i högre grad bestämma hur mycket effekt som ska skickas genom förbindelsen. Man kan säga: Skicka 500 megawatt hitåt. Eller 1 000 megawatt ditåt. Eller minska flödet. Eller vänd riktningen.

Det är därför det är så användbart när man vill koppla ihop två elsystem utan att de måste dansa exakt i samma takt.

Men detta finns bara på några få ställen. Ute i själva slangsystemet där du och jag bor, finns inga sådana intelligenta slussar. Där är nätet passivt koppar och järn, utan att kunna mäta, tänka eller fatta beslut.

Varför bygger vi inte in kraftelektronik överallt?

Problemet är, som sagt, kostnaden. Ett sånt system kostar miljontals kronor och tar år att bygga. Därför är produktionen låg och kostnadsutvecklingen dålig.

Elbilen påverkar mer än fordon

Så varför är Birgersson så passionerad?

För att något har hänt som förändrar spelplanen: Elbilen.

En elbil är i praktiken ett stort batteri på hjul, omgivet av kraftelektronik.

Extra betydelsefull är laddaren. En elbilsladdare bygger på samma grundprincip som laddaren till mobilen, men hanterar ungefär tusen gånger högre effekt.

Eftersom försäljningen av elbilar har ökat – och ökar – kraftigt, så har användningen av bilarnas kraftelektronik också gjort det. Mer produktion innebär att vi lär oss att göra det snabbare, bättre och billigare.

Det kallas Wrights lag. Jag har skrivit om det flera gånger tidigare, men sammanfattningsvis är det en tumregel som säger att vid varje dubbling av den totala produktionen sjunker kostnaden med cirka 20 procent.

Om produkten du tillverkar kostar 1000 kronor per produkt när du tillverkat 300 stycken, så sjunker den till 800 kronor när du tillverkat 600 stycken. Och så vidare.

Kraftelektronik har därför sjunkit rejält i kostnad.

Elbilens kraftelektronik har grovt räknat blivit omkring 70 procent billigare per bil sedan den tidiga elbilsfasen. Men eftersom dagens bilar samtidigt har mycket högre effekt och bättre laddförmåga är den mer relevanta siffran per kapacitet: Där ser kostnadsfallet ut att vara runt 80–85 procent.

Det motsvarar en Wrights lag-effekt på runt 19 procent per dubbling. Väldigt nära tumregelns 20 procent alltså.

Dessutom är ytterligare en sorts lag i spel här, Moores lag. Det är en annan tumregel, som i fallet med kraftelektronik säger att effekttätheten dubblas ungefär vart fjärde år. Denna trend har observerats av forskare mellan 1970 och 2020.

Det betyder att en omvandlare av en viss storlek som klarar 100 watt i dag, kommer klara 200 watt om fyra år, 400 watt om åtta år, 800 watt om tolv år, och så vidare.

Den här typen av exponentiell tillväxt gör talen snabbt mycket stora. I original-Morse-lag, så har antalet transistorer per chip gått från 2300 år 1971 till över 58 miljarder, 50 år senare.

Ökad effekttäthet betyder att samma lilla apparat kan göra mer jobb, eller att samma jobb kan göras av en mindre apparat. Det är bra eftersom mindre och lättare kraftdelar tar mindre plats, kräver mindre material och ofta mindre kylning.

Det innebär att nu är det möjligt kostnadsmässigt att bygga in de intelligenta slussarna i systemet som håller koll och reglerar vad som händer ute i alla delar av nätet.

Elnätet blir dyrare och dyrare

Så då stoppar vi in kraftelektronik i det nuvarande elnätet och löser problemen? Så enkelt är det tyvärr inte.

Elnätet lider fortfarande av samma enkelriktade logik, även om vi skulle göra det smartare. Även om man placerar smart teknik närmare användarna, tvingas utrustningen underordna sig ett nät som fortfarande styrs hierarkiskt och kräver strikt realtidsbalansering för hela systemet samtidigt.

Det nuvarande elnätet har ännu ett problem: Det är massivt överdimensionerat och väldigt dyrt.

Elnätet måste klara de allra högsta topparna i användning, som en extrem köldknäpp, vilken kanske inträffar en gång var tionde år. Det finns bara ett sätt att göra det: Att ha nät och kablar som kan hantera all el som går åt då.

I branschen kallas det "fit and forget". Du bygger en kraftigt överdimensionerad ledning och så behöver du inte oroa dig mer för den. Den klarar extremfallen men resten av tiden står denna dyra infrastruktur till stor del outnyttjad.

Det är som om vi skulle tredubbla antalet filer på alla vägar för att klara av påsktrafiken utan störningar.

Dessutom blir själva nätkomponenterna, som krafttransformatorer, dyrare och levereras långsammare.

Såklart blir det därför väldigt dyrt att bygga och underhålla elnäten.

Det är med andra ord inte konstigt att det kommer behöva investeras någonstans mellan 500 till 1000 miljarder kronor bara i det svenska elnätet kommande år. Elnät i andra länder står inför motsvarande minst lika stora investeringar. Gissa vad som händer med din nätavgift då...

Problemen går att lösa, om vi lär av internet

Trots sin kostnad så fungerade själva arkitekturen av elnätet hyfsat tidigare, när rollerna var låsta i ett fåtal stora producenter och miljontals passiva konsumenter.

Ett problem uppstår i dagens samhälle när konsumenterna plötsligt skaffar egna "pumpar" i form av solceller, och börjar trycka tillbaka kraft in i systemet när det är soligt, eller skapar massiva nya avlopp i form av snabbladdande elbilar.

Så Birgersson & co tänker inte fixa det gamla elnätet. De bygger istället ett nytt, parallellt nät. Som kan klara sig själv, men även samarbeta med det gamla nätet.

EnergyNet lånar arkitekturen och lärdomarna från hur internet fungerar.

Internet är inte ett enda gigantiskt nätverk, utan ett nätverk av mindre nätverk som kommunicerar med varandra genom bestämda regler. EnergyNet tillämpar exakt denna struktur på eldistributionen. Det delar upp elnätet i lokala zoner, till exempel en enskild byggnad eller ett kvarter, som i hög grad kan fungera självständigt, men också prata och samarbeta med de andra näten.

Denna arkitektur möjliggörs av kraftelektronik. Särskilt energiroutern som är en avancerad kraftelektronisk maskin. I det gamla systemet har du en dum huvudsäkring som enda skydd mot nätet. Antingen är den öppen och elen forsar igenom, eller så går säkringen och det blir svart.

Energiroutern fungerar i stället som en smart, digital sluss mellan ditt hem och det yttre nätet. Den är inte bara öppen eller stängd. Den mäter läget på båda sidor, förhandlar digitalt om vad som ska skickas, bestämmer riktning och släpper bara igenom exakt den effekt som båda sidor kommit överens om.

För att el ska skickas eller tas emot måste det ske en digital förhandling via ett gemensamt språk, Energy Protocol.

Routern frågar helt enkelt det yttre nätet:

"Jag har ett överskott på el från mina solceller, finns det mottagare för det just nu?"

Först när svaret är ja öppnas slussen. Då skickas rätt mängd el, i rätt riktning, vid rätt tidpunkt.

Detta gör det omöjligt för ditt hus att oavsiktligt rubba frekvensen i det stora nätet, och lika omöjligt för en störning i det övriga nätet att automatiskt slå ut ditt hus.

En vardaglig version av samma princip finns redan i USB. I laddaren till din dator eller mobiltelefon sitter en sladd som i ena änden har en USB-port och i andra änden en elkontakt. När du stoppar in kontakten i eluttaget i väggen behöver du ju inte själv välja exakt hur mycket el som ska överföras. Laddaren och datorn förhandlar automatiskt enligt en öppen standard.

Energy Protocol gör något liknande, men på en helt annan nivå: mellan hus, batterier, solceller, laddare och lokala nät.

Från realtid till nära realtid

Det gamla nätet är skört eftersom elen måste produceras i exakt samma mikrosekund som du trycker på strömbrytaren. EnergyNet tar bort detta stela krav på "strikt realtid" och arbetar i stället i "nära realtid". Precis som internet använder databuffertar för att du ska kunna strömma en film utan att den hackar, använder EnergyNet lokala batterier som energibuffertar. Elen paketeras och dirigeras utifrån behov och tillgång.

Denna arkitektur förändrar hur vi ser på strömavbrott. I det gamla nätet är elen antingen på eller av. Tänt eller släckt. EnergyNet ser till att om det yttre nätet går ner, kan ditt eget nätverk omedelbart koppla bort sig och leva på sitt eget lokala batteri. Genom mjukvara prioriteras då husets viktigaste funktioner, till exempel kommunikation, kyl och frys eller medicinsk utrustning, medan det blir kallt i jacuzzin.

Billigare och billigare att bygga EnergyNet

Det nya nätet behöver alltså batterier. Som tur är har ökningen av elbilar också inneburit ett annat genombrott de senaste tio åren: Billiga batterier.

Samma Wrights lag har gjort sitt jobb även här. Sedan 2010 har kostnaden för ett litiumjonbatteri sjunkit med 93 procent. Och för ett batteri i ett stationärt energilager med 83 procent de senaste tio åren.

Det gör att det över tid kommer bli billigare och billigare att bygga EnergyNet.

Om EnergyNet får fart, börjar spridas över världen och blir riktigt stort kommer det i sig driva ner kostnader, genom ökad produktion av nyckelkomponenterna.

Om man planerar in detta från början vid byggandet av en ny stadsdel, så är det såklart det billigaste alternativet.

Just det är budskapet i konferensrummet till representanten från Jägersro. Ta med detta i planen så kommer ni kunna erbjuda era framtida boende lägre energikostnader, ren el och dessutom en stark resiliens mot störningar. Det är såklart lättare att slå ut ett nät med några få centrala punkter, än ett nätverk av tusentals nät utan centrala punkter.

Energy Valley

Men Birgersson nöjer sig inte med det. Han vill visa att EnergyNet kan skapa positiva bieffekter i närområdet.

Nu har han lämnat tavlan och återvänt till presentationsbilderna. På en av dem syns en satellitbild över området västra Skåne-Köpenhamn.

Scandinavian Bay Area, står det.

Självfallet med en blinkning till San Franciscos Bay Area, där Silicon Valley ligger.

Det är en av anledningarna till att Marc Weiss sitter i rummet.

För han var nämligen med och skapade det Silicon Valley vi känner idag.

Året var 1981. Ronald Reagan hade precis tillträtt som president i ett deppigt Amerika. Den amerikanska ekonomin brottades med både hög inflation och hög arbetslöshet, stål- och bilindustrin befann sig i fritt fall, och nationen stod inför en till synes oövervinnerlig och intensiv konkurrens från effektiv, statligt understödd japansk och tysk industri.

I San Franciscos Bay Area höll emellertid en annan industri på att växa fram. Den officiella födelseplatsen för Silicon Valley är det garage där Bill Hewlett och David Packard byggde sina första produkter redan på 1930-talet.

Platsen fick sitt namn först senare, efter att den kiselanvändande halvledarindustrin etablerat sig där på 1960-talet.

I början på 1980-talet hade området nått en kritisk massa av garage-entreprenörskap, spännande företag som Intel och Apple, starka personligheter som Steve Jobs, riskkapital och inte minst forskning vid Stanford.

Trots det var Silicon Valleys framtid som vi känner den idag inte alls förutbestämd. Flera frön hade såtts, men ingen visste om de skulle växa upp till den äng av blomster vi har idag, eller torka ut.

Kaliforniens dåvarande guvernör, Jerry Brown, såg en möjlighet och tillsatte 1981 The California Commission on Industrial Innovation. I den satt just Steve Jobs och David Packard och många andra tunga namn.

1982 presenterade de sina förslag i Winning Technologies: A New Industrial Strategy for California and the Nation.

Man kan sammanfatta kommissionens bidrag så här:

För det första gav den ett språk åt Silicon Valley-modellen: Innovation som resultatet av samspelet mellan universitet, kapital, entreprenörer, utbildning och offentlig politik.

För det andra kopplade den delstatens ledning direkt till tekniksektorns företrädare, vilket gjorde högteknologi till en central del av Kaliforniens ekonomiska strategi.

För det tredje ledde eller bidrog den till konkreta satsningar på teknisk utbildning och datorkunnighet.

Eftersom både politiken och andra aktörer tog till sig av strategin blev den precis rätt näring till alla de frön som såtts runt bukten.

Kommissionens biträdande direktör, och en av huvudförfattarna till rapporten, var Marc Weiss.

44 år senare sitter han i Lund och ska med all sin kunskap bidra till att en ny dal skapas: Energy Valley.

Frön är sådda även här.

Här finns Lunds tekniska högskola med ett kraftelektroniklabb. En av deras forskare, Max Collins, jobbar nu i EnergyNet-projektet. Han har bakgrund på neutronacceleratorn som byggs i Lund, ESS. Där jobbade han med en mycket avancerad kraftomvandlare som tar energi från elnätet, lagrar och formar den, och levererar högspända pulser till klystronerna vid exakt rätt tidpunkt och med mycket hög kvalitet.

Lunds kommun är fullt engagerad och mycket aktiv i projektet, där som sagt Markus Paulsson har varit drivande sedan allra första början. Till exempel installerades den första EnergyNet i fastigheterna för två kommunala bolag.

Samarbeten finns med både de kaliforniska universiteten Stanford och UC Berkeley.

Universitet, kommun och näringsliv i Lund har också erfarenhet av att bilda ett framgångsrikt kluster inom biomedicin, som man nu kan översätta på energiområdet.

De har såklart också entreprenören och visionären i Jonas Birgersson och de skarpa medarbetare och rådgivare han lockar till sig.

Även han har gjort detta förut, men då var det telefonnätet som fick på moppo. Han har en del ärrbildningar kvar sedan den tiden, men de erfarenheterna är idag guld värda.

Världsunikt

I mina efterforskningar hittar jag ingen i hela världen som försöker skapa något som liknar EnergyNet. Det finns massor av projekt som handlar om att göra det nuvarande elnätet lite smartare och några som i liten skala bygger nya mikronät. Men ingen med ambitionen att bygga ett helt nytt energisystem och idén hur det ska gå till.

Personligen är jag övertygad om att det är möjligt. EnergyNet är en idé som både är revolutionerande och fullständigt självklar. Arkitekturen är redan beprövad och komponenterna är lättillgängliga och blir allt billigare. Inte heller krävs stora ekonomiska insatser från skattebetalarna, utan fastighetsägare kommer kunna se på siffrorna att det är lönsamt och därför göra investeringen. Öppenheten i projketet – Energy Protocol är open source till exempel – gör att det snabbt kan sprida sig över världen och vem som helst som vill kan engagera sig och till och med bygga sitt eget nät.

En sak som krävs är politiska beslut som gör det tillåtet att dra elkablar – frihetskablarna – mellan fastigheter. Det är förbjudet, eller krångligt, i stora delar av världen.

Men faktiskt inte inom EU. Området avreglerades inom unionen för några år sedan och det blev möjligt att skapa så kallade energigemenskaper.

Det ger EU både ett försprång och en gigantisk möjlighet.

Om EnergyNet byggs ut snabbast och bredast i Europa kommer man ha lägst energikostnader i världen.

Man kommer även ha världens klart mest robusta elnät, som kan stå emot naturkatastrofer, terrorism och krig.

Såklart kapar det också beroendet av gas och olja från vedervärdiga diktaturer.

Dessutom blir det i sig en industri som skapar jobb och tillväxt och lockar till sig forskning, företag och resurser.

Centrum för det kan bli Lund med ett omgivande kluster – en Energy Valley – men hela Europa, och i förlängningen hela världen, kommer att gynnas.

Mathias Sundin
Arge optimisten