Det finns två typer gasturbiner: industriturbiner och fleraxliga flygderivat som är en vidareutveckling av jetmotorer. Flexibla gasturbiner med fler axlar har enligt Svensk Kraftreserv stor potential i områden med brist på baskraft, effekt och balans. Flygderivat är mer än gammal reservkraft.
– Flygderivat är en väldigt aktuell produkt och säljs i stort antal världen över, möjligen i mycket större omfattning än industrigasturbiner, säger Fredrik Hermann, vd på Svensk Kraftreserv.
Flygderivat eller aeroderivat (i betydelsen ”utvecklad från”) är gasturbiner baserade på flygindustrins turbinmotorer i jetflygplan. De är ”state-of-the-art-gasturbiner” med en helt egen nisch, menar Fredrik Hermann, precis som industrigasturbiner och stora baslastanläggningar med heavy duty-gasturbiner för baslast har sin egen nisch.
Bild: En RM12 för Jas Gripen provkörs hos GKN Aerospace Sweden, dock ej för elproduktion. Foto: Jukka Lamminluoto/GKN.
Gamla men ej utdaterade
I Sverige har flygderivaten hamnat lite i skymundan i debatten om nya utlokaliserade gasturbiner i kraftnätet. Teknologin förknippas gärna med störningsreservens halvsekelgamla gasturbiner, en inte helt rättvis jämförelse enligt Fredrik Hermann, varken för gamla eller nyare flygderivat.
Svensk Kraftreserv är Svenska kraftnäts dotterbolag som äger cirka hälften av störningsreservens drygt tjugotalet gasturbiner, som är kraftnätets reservkraft. Den andra halvan ägs av Uniper. De flesta är av typen flygderivat, inköpta på 1970-talet under kraftnätets stora utbyggnad.
Driftsäker snabbstart
Det som främst lockade kraftbranschen till flygindustrin var jetflygens pålitliga förmåga att starta och stoppa snabbt och återkommande. Det visade sig vara en utmärkt funktion även för snabba effektbehov nere på backen, efter att jetmunstycket hade bytts ut mot en kraftturbin.
För störningsreserven har det fungerat utmärkt i femtio år och kommer så att göra i många år till, enligt Fredrik Hermann. Uppdraget är att vara kraftnätets reservkraft, inte att motverka bristen på planerbar baskraft eller kompensera för variationer i effektuttagen.
Mer än reservkraft
Efterhand som kraven på fler gasturbiner i elsystemet har ökat har det ändå framförts tankar om att dessa gasturbiner kanske borde användas till mer än att enbart stå stilla i väntan på störning. Så enkelt är det inte, enligt Fredrik Hermann, av både tekniska och marknadsmässiga anledningar.
Istället får gasturbinförespråkarna söka sig till marknaden för nyare flygderivat, en marknad med stor potential. De flygplansbaserade turbinerna är lätta, kompakta och har inte sällan kortare leveranstider än klassiska industrigasturbiner, menar Fredrik Hermann.
Modern marknad
Till exempel levererar Siemens Energy inte bara industrigasturbiner utan också flygderivat. En annan framträdande aktör är Mitsubishi Power Aero LLC som gärna lyfter fram sin relativt nya FT4000, världens största flygderivat på 140 MW. Den har tekniska rötter i den amerikanska jetmotortillverkaren Pratt & Whitneys jetturbiner.
I slutändan handlar valet av gasturbin om antalet turbinaxlar. Gasturbiner delas in i enaxliga industrigasturbiner och fleraxliga flygderivat. Det smarta med fleraxliga gasturbiner är att kraftturbinen då sätts på en egen axel som komplement till axeln med gasturbin.
Då de olika axlarna kan rotera med var sin hastighet blir fleraxliga turbiner mer flexibla än enaxliga. Därmed tål de skiftande driftsförhållanden bättre och blir inte lika känsliga för variationer i nätfrekvensen. Flygderivatens förmåga att hantera elnätets frekvensvariationer var tillsammans med den snabba uppstarten också en viktig orsak till att de valdes till kraftnätets reservkraft.
Kraftnätets behov styr
De enaxliga industrigasturbinerna är traditionellt sett stora bastanta anläggningar med mer svängmassa (rotationsenergi) men mindre flexibel lastrespons. Då gasturbinen sitter på samma axel som kraftturbinen kan de två turbinerna inte rotera med olika varvtal vilket kan ge lägre driftsflexibilitet.
Turbintyperna glider emellertid också över i varandras nischer: industrigasturbiner kan byggas med flera axlar och flygderivat kan leverera jämn effekt, inte enbart snabba ryck. Moderna flygderivat kan därför vara en utmärkt resurs för hantering av variationer i kraftnätets effektbehov också ute i vardagens kraftsystem, menar Fredrik Hermann. Till exempel när den ”ej planerbara elproduktionen” uteblir.
– Både flygderivat och fleraxliga industrigasturbiner kan möta snabba effektuttag och variationer i konsumtion och icke-planerbar energi, säger Fredrik Hermann.
Fortfarande oanvända
I sin egen nisch förfogar störningsreserven efter alla år över en generation flygderivat som fortfarande nästan är oanvända. Gasturbinerna körs endast en handfull timmar per anläggning och år. Med tanke på att de är konstruerade för tiotusentals timmars användning betyder det i praktiken en total drifttid väldigt nära noll.
– Medan en vanlig gasturbin kanske kör tusen timmar normaldrift på ett halvår har våra anläggningar använt femtio år på samma körtid. Så egentligen är de fortfarande nästan i nyskick, säger Fredrik Hermann.
Bränslet snart fossilfritt
Med minimal drifttid blir också bränsleförbrukningen ”försvinnande liten”. Det hindrar ändå inte att Svensk Kraftreserv går mot fossilfria bränslen och kompatibelt biobränsle som HVO100, ett tecken i tiden vad gäller alla gasturbiner, påpekar Fredrik Hermann.
Nästa gasturbinrevolution kommer på bränsleområdet med stor flexibilitet kring vätgas, ammoniak, metanol, etanol och biobränslen. Bland annat därför måste gasturbinfrågan flyttas ännu närmare dagspolitiken och medvetenheten kring moderna gasturbiner uppgraderas, påpekade Magnus Genrup, professor i kraftverksteknik vid Lunds Tekniska Högskola, när Second Opinion pratade med honom tidigare i år.
* * *
Gasturbinteknik: En gasturbin drivs av strömmande förbränningsgaser från en gasgenerator. Se Energiforsks Gasturbinteknik, sammanställd och finansierad med bistånd från energibranschens och kraftsystemets centrala gasturbinägare, däribland Svensk Kraftreserv och Uniper.
13 Kommentarer
13 Kommentarer
Nils-Åke Sandberg
26 september, 2024: 5:01 e mIntressant men det kanske räcker länge än, med de gasturbiner som efter 50 år bara gått ca. 1000 timmar som nödreserver.
Det som gör det lite intressant och användbart är att flyggasturbiner numera är av överströmningstyp och driver en fläkt för detta. Airbus A380 motorn verkar passa som hand i handske för drift av elgenerator, den är tvåaxlig med växellåda emellan för att få ner varvtalet så att fläktens periferi inte når ljudvallen. Det karaktäristiska mopedljudet antyder att det inte är långt kvar till ljudbangar. RM12: an på bilden är byggd för överljudsdrift och knappast aktuell. Fördelar som låg vikt ger mindre svängmassa. Om man shuntar istället med transformator för att ta bort lite reaktiv effekt redan på 400 kilovolten så ökar även kapaciteten av nyttig el i ledningen. Hitachi med flera har den lösningen och tar nog en del av övertonerna också. (Svk har redan kontrakt på 48 stycken.)
När man kopplar ihop en flygmotor med en generator för nätet, blir det säkert något oväntat runt hörnet och kanske har Rolls Royse redan utvecklat ett derivat med en elgenerator till sin kraftigaste motor, gasturbinen kan ju även eldas med gas från egna källor i Nordsjön.
Att man skulle tvingas införa gasturbin för att ta kontinuerlig last är inte troligt, skulle i så fall vara ute vid någon vindkraftspark så man kan uppfylla sina produktions löften.
SvaraMan måste ju köpa in kraftgarantier när kalkylen blev fel och det orsakar olönsamhet.
Johan Montelius
21 september, 2024: 3:39 e mgaskraftverk … som ett brev på posten efter huvudlös utbyggnad av vindkraft och nedläggning av kärnkraft – grattis miljörörelsen?
SvaraUlf Westberg
19 september, 2024: 10:27 f mUtmärkt sammanfattning, det som saknas är hur dessa passar in i debatten om effektbrist i EL4.
Det är korrekt att under kortare perioder finns tillräckligt med effekt i EL4, något som generellt sammanfaller med låga / negativa elpriser. Detta inträffar mer ofta på sommaren och mer ofta på dagtid, vilket indikerar att solkraften producerar för mycket i omgivande länder samt i EL4 och behöver exporteras.
Ett lämpligt antal gasturbiner kan få två uppgifter, dels att agera som effektreserv under kortare perioder, till exempel då vädret förändras och effekten går ner, men även agera mer som baskraft under de perioder då det inte blåser / solen inte skiner. Detta skulle garantera en viss minimieffekt i EL4 vilket skulle främja företagen och dess investeringsvilja.
Parallellt med detta bör ökad produktion av biogas premieras, som fungerar utmärkt som bränsle.
Gradvis skulle behovet av gasturbinerna minska när tillräcklig kärnkraft byggt i södra Sverige, men detta ligger ett antal år framåt i tiden.
SvaraLars-Göran Johansson@Ulf Westberg
20 september, 2024: 7:41 f mGasturbiner är alldeles utmärkta till att producera toppeffekt. Speciellt om man kan använda e-bränslen. Men koppla inte ihop dem med effektbrist i SE4!
Hade Sverige varit som andra EU-länder, d v s ett land ett elområde, hade det knappast funnits någon som överhuvudtaget hade talat om effektbrist i södra Sverige. Finns det bara kapacitet i transmissionsledningarna till södra Sverige så spelar det ganska liten roll var i Sverige som effekten produceras.
SvaraOch med en effektkapacitet i snittet SE3-4 på 6200 MW så räcker det väl till! Enligt Svk, sagt på seminarium under årets Almedalsvecka, lär det t o m vara en marginal på 30%!
Johan Montelius@Lars-Göran Johansson
21 september, 2024: 3:38 e m”.. d v s ett land ett elområde”
så hade priset varit lägre och exporten till Tyskland och Danmark ännu högre utan att Svenska producenter fått så värst mycket betalt.
SvaraLars-Göran Johansson@Johan Montelius
23 september, 2024: 6:22 f mFast kanske en smula mer rättvist?
Varför skall invånarna i södra Sverige tvingas att betala avsevärt mer för elenergin än invånarna i övriga Sverige?
Det finns ju inga tekniska hinder för att Sverige skulle fungera alldeles utmärkt som ett enda elområde. Så som det fungerar i nästa alla andra EU-länder.
Konsekvenserna av ett elområde skulle förvisso bli ett något högre elpris i resten av Sverige men inte tillnärmelsevis upp till det elpris som i dag betalas i SE4.
Det beror på att inverkan av elexporten söderut inte slår igenom lika kraftigt när ”priskrysset” skapas i ett stort elområde som det i dag gör i lilla SE4 där elexporten står för omkring 50 %.
Dessutom hade Sveriges elproducenter sannolikt fått lite mer betalt. En Vattenkraftstation i t ex Norrland får ju betalt efter vad timpriset är i SE1. Inte för vad det råkar vara i SE4 där elexporten sker.
SvaraJohan Montelius@Lars-Göran Johansson
24 september, 2024: 7:15 f m”Varför skall invånarna i södra Sverige tvingas att betala avsevärt mer för elenergin än invånarna i övriga Sverige?”
Av samma anledning som innevånare i Boden får betala ner för sin äpplen än innevånare på Österlen. Det kostar att transportera saker och att införa en prisreglering där man spikar priset på ett kg äpple oavsett var de skall konsumeras är något som provades i Albanien (fungerade så där).
Att Tyskland är ett elområde är ett feltänk som lett oss in i den situation där vi befinner oss. Om det är något elområden som skall ritas om så är det det tyska.
SvaraLars-Göran Johansson@Johan Montelius
25 september, 2024: 10:14 f mDen svenska elkunden betalar ju redan redan i dag överföringskostnaden via sin elnätsavgift!
(Svk debiterar regionnätsinnehavaren som debiterar distributionsnätsinnehavaren som slutligen låter överföringskostnaden hamna på elkundens elnätsavgift.)
I dag får elkunderna i SE4 betala dubbelt upp! En osund statskapitalism. Ovärdigt en rättsstat.
Apropå avstånd. Varför skall t ex en elkund i Halmstad på 9 mils avstånd från storproducenten Ringhals kärnkraftverk behöva betala omkring 50 % mer i spotpris än en elkund i Borås som också ligger 9 mil från Ringhals?
Och ett exempel på skånska produkter i Norrland. 3 paket Zoega kaffe tillverkat i Helsingborg kostar t ex på ICAKvantum i närbelägna Landskrona 150 kr.
SvaraMedan samma kaffe på ICAKvantum i det 140 mil avlägsna Piteå kostar – surprise, surprise – fortfarande 150 kr!
Jämfört med spotpriset på el så skulle kaffet ha kostat 250 kr i Piteå!
Jan F Westling@Lars-Göran Johansson
23 september, 2024: 2:38 e mLars-Göran!
SvaraOm det fanns tillräcklig Mvar produktion i SE4 så skulle mer aktiv effekt kunna
föras över till SE4.Den ökade transiteringsförmågan borde då kunna rymmas
i Dina 30% ökad aktiv effekt till SE4
Lars-Göran Johansson@Jan F Westling
25 september, 2024: 10:20 f mJag vet inte om det är brist på reaktiv effekt i SE4. Det borde i alla fall inte vara det. Det går ju bra att producera med kondensatorer. Utan kraftverksgeneratorer.
SvaraMen skulle det behöva produceras mer reaktiv effekt i SE4 så är det ju relativt enkelt, och billigt, att fixa med just shunt- och/eller seriekopplade kondensatorer.
Klas Roudén@Lars-Göran Johansson
3 oktober, 2024: 8:26 e mAlldeles för enkelt resonemang för att generera reaktiv effekt, Q (Mvar). Så här funkar det:
SvaraFör shuntkondensatorer: Q= Ukvadrat/X, där U är spänning o X reaktansen (den kapacitiva).
Q är alltså kvadratiskt beroende av spänningen. Inga problem vid stabil spänning, men problematiskt vid fallande dito.
Studier visar att shuntkondensatorer t o m kan vara kontraproduktiva vid snabb sänkning av spänningen i en spiral nedåt i dess nivå enligt formeln ovan.
Men med generatorer primärt drivna av en helt nätoberoende drivkälla, vatten, ånga eller gasbränning, kan den reaktiva effektproduktionen och därmed spänningsregleringen ske ostört utan något större beroende av nätspänningen.
I alla nu nedlagda kärnkraftsverks generatorer fanns mycket stor reaktiv produktionsförmåga enligt ovan, vars bortfall efter nedläggningen radikalt reducerade nätets överföringsförmåga.
Den planerade ersättande kapaciteten i Sydlänken blev reducerad med 1/3 till 800 MW genom nedläggningen av Oskarshamn 2 och Ringhals 1-2.
Men hela eleländet i Sydsverige började med den helpolitiska nedläggningen av Barsebäck 1-2, där tillståndet sedan kraftigt förvärrades genom den fortsatta nedläggningen av sistnämnda 3 block ovan.
Lars-Göran Johansson@Klas Roudén
4 oktober, 2024: 5:34 f mTack för kommentaren. Men om man väjer ett kondensatorbatteri med variabel kapacitans som t ex STATCOM så bör det väl fungera även vid spänningsdippar?
Svara(Ökad kapacitans ger minskad reaktans som ger ökad reaktiv effekt.)
Klas Roudén@Lars-Göran Johansson
4 oktober, 2024: 11:41 f mMin kommentar gällde dina svepande dito om shuntkondensatorer, i branschen benämnda EK-batterier.
SvaraOch sådana används flitigt i region- o distributionsnäten, där lindningskopplarna (LK) håller en stabil spänning, men även dessa senare blir kontraproduktiva vid allvarliga fel, N-1 i Svk:s nät, genom att dom då suger ut reaktiv effekt därifrån, när dom reglerar upp spänningen.
Men du är rätt ute med STATCOM o tidigare SVC:er, vilka har en helt annan dynamik (supersnabba vid spänningsvariationer). Och dessutom kan dessa okså konsumera Mvar.
Svk har t ex en STATCOM i Stenkullen, som ersatt tidigare SVC där. Men allt är nu därmed inte frid o fröjd. Även dessa fina prylar är i slutändan beroende av en nätspänning. Och sedan svindyra…
Ett billigare alternativ är synkronkompensatorer (SC) som är roterande synkronmaskiner i motordrift. Förutom i stort sett samma spänningsreglering som STATCOM, om än kanske inte med riktigt samma supersnabbhet som dessa, men sedan bidrar SC också med rotationsenergi, vilket inte alls STATCOM gör, samt dessutom kortslutningseffekt. Och priset är ca hälften av det för STATCOM.
Men även SC är nätberoende i slutändan, vilket ej generatorer drivna av vatten, ånga och avgaser är, men sådana viktiga objekt försvann vid avvecklingen av ca 4000 MW kärnkraft i södra Sverige…