Frågan hur elsystemet ska kunna möta efterfrågan på el är betydligt större än att bara att titta på balanshållning och stabilitet i normaldrift, säger regeringens rådgivare i energifrågor Maja Lundbäck som en kommentar till Daniel Karlssons utsaga att tillkommande elproduktion med kärnkraft och havsvindkraft kan ge likvärdig systemstabilitet.

Carl Berglöf, nationell kärnkraftssamordnare, hänvisar till kraven på systemprestanda: ”Frågan är vad elproduktion, nät och konsumtion sammantaget klarar att prestera under de olika systemdriftstillstånden.”

Den till synes eviga debatten om kärnkraft kontra vindkraft har fått nytt bränsle efter ett inspel baserat på ett PM (”Balans och stabilitet i elektriska kraftsystem”) av Massimo Bongiorno, professor i elkraftteknik vid Chalmers, och Daniel Karlsson, adjungerad professor i elkraftssystem vid samma universitet. Second Opinions referat finns här.

Centralt i Bongiornos och Karlssons budskap är att det ingenstans i regelverken formuleras något krav på en miniminivå för andelen synkront ansluten produktion eller en maximinivå för andelen omriktaransluten produktion.

”Det är fullt möjligt att med nuvarande krav på tillförlitlighet i elförsörjningen driva det svenska kraftsystemet med befintlig vattenkraft och all kärnkraft utbytt mot motsvarande mängd lämpligt dimensionerad omriktaransluten produktion och kompletterande åtgärder för att hantera inertia, till exempel rotationsenergi, felbortkoppling och spänningskvalitet. Samtliga sådana kompletterande åtgärder kan klaras med känd teknik till rimliga kostnader”, säger de.

Med andra ord skulle den framtida utbyggnaden av Sveriges elproduktion lika gärna kunna göras med vindkraft som med kärnkraft.

I de samtal som Second Opinion fört med Maja Lundbäck och Carl Berglöf återkommer båda till elsystemets fem drifttillstånd och vikten av att förstå vad dessa verkligen innebär.

De fem drifttillstånden har beskrivits närmare på den här sajten bland annat här och här, med utgångspunkt i boken Elsystemkrisen (2022) och den här illustrationen:

Sammanfattningsvis har vart och ett av dessa drifttillstånd sina egna kriterier i fråga om driftsäkerhetsgränser, reserver och förfaringssätt. Var och en har en egen definierad ”verktygslåda”. Det övergripande målet för den systemansvariga är att i alla lägen hålla, eller ta tillbaka, kraftsystemet i normaldrift och upprätthålla en säker och kostnadseffektiv överföring av el. Verktygslådan för en nivå får inte används för de andra nivåerna.

Kunskapen om de krav, som de här fem drifttillstånden ställer, har rimligtvis alltid funnits hos den krets som haft det faktiska ansvaret för att drifta elsystemet. Om kunskapen funnits även i den politiska sfären kan däremot ifrågasättas.

Maja Lundbäck

Maja Lundbäcks utgångspunkt – i ett systemperspektiv – är att en tillräcklig mängd el alltid måste finnas inom driftsäkerhetens givna gränser.

”Den nyligen beslutade energipolitiska inriktningspropositionen innehåller för första gången sedan 1970-talet krav om hur elsystemet ska kunna prestera genom ett planeringsmål och leveranssäkerhetsmål. Det finns nu en politiskt fastslagen inriktning om att elsystemet ska kunna möta efterfrågan på el på ett leveranssäkert sätt”, säger hon.

Systemdrifttillstånden är en central del i beskrivningen av ett tillräckligt leveranssäkert elsystem, och de sätter via EU:s regelverk ett slags ”minsta gemensamma risknivå” för alla länder i Europa via ENTSO-E och EU-kommissionen.

”Den här risknivån ska så klart vara gällande även när ny elkonsumtion och elproduktion tillkommer. Grunden för ett leveranssäkert elsystem är att ha tillräckligt med installerad elproduktionskapacitet för den el som behövs för landet under årets alla timmar i enlighet med tillförlitlighetsnormen.”

Inte bara N-1-kravet ska klaras, utan även svårare felfall, och elförsörjningen ska även kunna upprätthållas till samhällsviktiga funktioner i kris och krig.

Systemdrifttillstånden tillsammans med tillförlitlighetsnormen utgör med andra ord grunden för leveranssäkerheten. Rent principiellt kan denna illustreras på nedanstående sätt, enligt Maja Lundbäck:

Men mycket mer än balanseringen och kraftsystemstabiliteten i normaldrift behöver alltså beaktas i ett elsystem, som på ett leveranssäkert sätt ska kunna expandera och leverera konkurrenskraftiga priser. Även stabilitetsbegreppet behöver breddas relaterat till de kraftelektronikbaserade komponenter som införs. Vilket synliggjorts bland annat genom de nya avsnitt converter driven stability och resonance stability som tillkom i standarderna omkring år 2020.

”Med en högre grad av kraftelektronik behöver nya fenomen – som fler felfall och ökad komplexitet – i kraftsystemet hanteras”, säger Maja Lundbäck. ”En högre grad av kraftelektronik påverkar samtliga fem grupper som utgör systemstabilitetsklassificeringen.”

Hon hänvisar till de nordiska TSO:ernas övergripande genomgång av hur mer kraftelektronikbaserad produktion och konsumtion påverkar just kraftsystemstabiliteten. Detaljerna finns i rapportens kapitel 3.

Carl Berglöf reagerar på Massimo Bongiornos och Daniel Karlssons påstående att det inte skulle finnas krav på proportioner mellan olika typer av kraftslag.

”Det stämmer att det i regelverket inte finns direkt styrande krav rörande produktionsmixen. Däremot ställs tydliga krav på systemprestanda, det vill säga totaliteten av hur elproduktion, nät, konsumtion och systemoperatörens drift samverkar”, säger Carl Berglöf.

På mikrobloggen X har han utvecklat saken närmare. Väderberoende omriktarstyrd elproduktion ”kan absolut bidra” med fler systemstärkande egenskaper. Men just begreppet ”systemprestanda” glöms ofta bort. Det gäller över hela fältet från normaldrift till systemåteruppbyggnad efter ett nätsammanbrott.

Carl Berglöf

Han hänvisar till det krav på trygg elförsörjning (”ett elsystems förmåga att garantera elsörsörjningen till konsumenter, med en tydligt angiven prestandanivå”) som definieras av Riskberedskapsförordningens artikel 2 och till den hantering av förväntade och oförutsedda fel som beskrivs i nätkoden SO (System Operations).

Vidare måste Sverige beakta EU:s så kallade 70-procentsregel, det vill säga kravet att minst 70 procent av tillgänglig driftsäker överföringskapacitet mellan elområdena måste hållas öppen för elmarknaden – ett krav som beskrivits många gånger på Second Opinion, till exempel här och här.

Man bör också, tillägger han, ha i minnet att kraven i RfG (nätkoden för anslutning av generatorer) generellt gäller de lägen när kraftverket genererar el, det vill säga när primärenergikällan är tillgänglig. Systemprestandan måste däremot upprätthållas även när så inte är fallet, under årets alla timmar, oberoende av om vinden blåser eller ett kärnkraftverk ligger nere för revision.

”Att hänsyn ska tas till tillgänglighet gäller även för Svenska kraftnäts planering av systemdriften. Specifikt gäller att Svenska kraftnät ska säkerställa normaldrift genom anskaffande av avhjälpande åtgärder. Det ska ske med beaktande just av resursernas tillgänglighet”, säger Carl Berglöf.

Utöver detta måste också kostnadsaspekterna räknas in.

”Att beräkna kostnader för att leverera el och för att bidra till frekvensbalansering och spänningsreglering med omriktarstyrd väderberoende elproduktion är en sak. Men jag har ännu inte sett någon ens försöka sig på en kalkyl avseende nödvändig systemprestanda (N-1-kravet, 70-procentsregeln, elberedskapskraven) utan ny planerbar elproduktion”, säger Carl Berglöf.

”Till exempel för södra Sveriges del är kärnkraft det enda mer betydande fossilfria och skalbara alternativ som står till buds.”

Han hänvisar ännu till att mängden åtgärder kopplade till anskaffning av planerbara resurser ökat i takt med att vi har rört oss mot ett system med större andel väderberoende elproduktion. Vilket till exempel fick Svenska kraftnät att 2020 upphandla ett helt kärnkraftverk som avhjälpande åtgärd och att upphandla tre kraftverk i södra Sverige för mothandel till 2026, bland dem Karlshamnverket, för att klara 70-procentskravet.

Till detta kommer den skärpta hotnivån i Europa, med den storskaliga förstörelsen av elproduktionen och elinfrastrukturen i Ukraina som närliggande exempel: ”Att planera för situationer bortom det normala är något som vi varit dåliga på i Sverige de senaste decennierna.”

”Sammantaget menar jag att elsystemdiskussionen alltför ofta blir så förenklad att de viktiga aspekterna kring systemprestanda helt missas. Men ofrånkomligt är systemets prestanda helt central för elsystemets funktion och effektivitet och för en jämn prisbildning på elmarknaden”, säger Carl Berglöf.

***

Foto: Vattenfall