DEBATT
Den småskaliga vattenkraften kan genom förbättrad styrning öka sin lönsamhet, skriver Fredrik Lönngren på Hydro Machines och Jakob Helbrink på Merlin & Metis. Artikeln beskriver simuleringar som visar hur intjäningen ökar bland annat genom att delta på olika balansmarknader.

Historiskt och ännu idag har den småskaliga vattenkraften i södra och mellersta Sverige planerats och körts med huvudfokus kring energiproduktion och minimering av spill. Begränsad planering och optimering har skett på löpande basis, och därmed anser vi att vattenkraften i södra och mellersta Sverige inte utnyttjar inte sin fulla potential.

Idag och troligtvis i framtiden finns det stora ekonomiska och miljömässiga värden i en effektivare planering och resursallokering från de olika resurserna på energimarknaderna. Bland dessa tekniker talas det ofta om vind- och solkraft, samt batterier. En av våra äldsta och mest etablerade teknologier är vattenkraften, i synnerhet den småskaliga vattenkraften. Den småskaliga vattenkraften kan genom förbättrad planering, styrning och optimering möjliggöra ett högre värdeskapande på olika marknader, vilket visas tydligt genom olika beräkningar och simuleringar som Hydro Machines och Merlin & Metis genomfört.

Beräkningarna visar på att intjäningen kan fördubblas jämfört med ett scenario med planering på löpande basis där enbart dagen-före-marknaden nyttjas. Den goda ekonomiska avkastningen av investeringar i en effektivare drift av den småskaliga vattenkraften återspeglas tydligt i en återbetalningstid på ”ett par år” för de investeringar som i närtid gjorts i de aktuella anläggningarna.

Hydro Machines Sweden AB äger åtta mindre vattenkraftverk i södra Sverige som tillsammans producerar cirka 30 GWh årligen. Företaget har under 2023-2025 investerat i automatisering och optimering av driften för flera av vattenkraftverken för att nå bättre effektivitet och högre resursutnyttjande.

I en studie som genomförts av Merlin & Metis har investeringskostnader och intäktspotential kartlagts för såväl dagen-före, intradag- som vissa av stödtjänstemarknaderna med målet att utvärdera investeringens lönsamhet. Studien har fokuserat på två av vattenkraftverken i Solgenån, Klinte och Brunnshult. Klinte som ligger uppströms har en total installerad kapacitet på cirka 3,2 MW och Brunnshult nedströms på cirka 1,2 MW.

Vid optimerad drift finns troligtvis ytterligare driftfördelar för stationer nedströms i ”systemet” eftersom höga priser på spotmarknaden vanligtvis förekommer i sammanhängande perioder. Dessa intäktsmöjligheter är inte kvantifierade i denna studie.

Kontinuerlig optimering möjliggör ett större värdeskapande
Den dagliga planeringen av Hydro Machines vattenkraftportfölj sker med stöd av en optimeringsmodell (”Domino”) som är särskilt utvecklad för småskaliga vattenkraftverk. Domino skapar ett ”körschema” som maximerar värdeskapandet, och därmed de sammanlagda intäkterna från elproduktionen i anläggningarna upp- och nedströms samtidigt som randvillkor – de hydrologiska, operativa och regulatoriska – respekteras.

Den kontinuerliga kortsiktiga planeringen sker typiskt över 3–4 dygn utifrån prognoser för de olika marknaderna samt rådande och förväntat driftläge. Planeringen påverkas givetvis om enbart energi (exempelvis genom dagen-före-marknaden) alternativt om flera olika tjänster tillhandahålls. I det senare fallet så kan en vattenkraftägare välja huruvida energi skall säljas under givna tidsperioder på dagen-före-marknaden, eller om dessa intäkter ska kompletteras genom att leverera stödtjänster/tjänster på andra marknader.

Ett exempel kan vara att sälja mindre energi på dagen-före-marknaden genom att köra en station på halvfart, för att reglera upp/ned vid behov i real-tid vid ett givet tillfälle (exempelvis på reglerkraftmarknaden, mFRR). I planeringsskedet så förväntas planeringen leda till ett ”körschema” som maximerar intäkterna givet förväntningar, osäkerhet samt förutsättningar.

Beslutet blir snabbt komplext då en rad olika tjänster kan levereras till olika ersättningsnivåer och tillfällen, och möjligheterna/frihetsgraderna är därmed många. Komplexiteten motiverar en modell för beslutsstöd. Förenklat kan sägas att Domino utvärderar utfallen av olika körscheman, för att rekommendera det körschema som ersätter bäst. Enbart körschema som respekterar samtliga av de olika randvillkoren tas i beaktning. Slutligen använder de anställda hos Hydro Machines underlaget från Domino som ett beslutsstöd, och väljer vilket körschema som känns mest attraktivt vid varje rådande tillfälle.

Genom att kombinera flera olika tjänster gynnas ekonomin
I praktiken finns det flera olika marknader som Hydro Machines portfölj kan agera gentemot och mellan. För att identifiera marginalvärdet från att delta på en viss eller flera särskilda marknader har flera simuleringar genomförts, där kombinationer av flera olika konfigurationer har utvärderats. På detta sätt kan marginalvärdet av en viss tillämpning utvärderas genom att lägga till en specifik marknad till befintlig ”värdepool”/konfiguration.

Detta besvarar frågeställningar som ”hur mycket mer kan jag tjäna på att leverera FCR-N[1] som komplettering till dagen-före-marknaden?”. Dagen-före-marknaden är idag och troligtvis även i framtiden viktig, men bör kompletteras med andra intäktsströmmar för att säkerställa ett effektivt resursnyttjande (och större värdeskapande).

Tre olika scenarier presenteras kortfattat i denna artikel. I det första scenariot körs anläggningarna enbart för dagen-före-marknaden, i det andra scenariot dagen-före samt FCR-N-marknaderna och i det tredje scenariot såväl dagen-före-, intradag- som FCR-marknaderna. Antaganden kring elmarknadernas utveckling och relaterade prisprognoser är baserade på analys och modellering från Merlin & Metis.

”Värdestaplingen” (engl. ”value stacking”) syftar till en kommersiellt motiverad diversifiering av produktportföljen och maximering av intäktspotentialen från ett antal olika tjänster genom att sälja olika energi- och kapacitetsprodukter inom olika tidsramar på dagen-före-, intradag- och FCR-marknaderna. Produktportföljen kan givetvis inkludera fler/färre tjänster än just de specifikt utvärderade kombinationerna. Exempelvis kan lokala nättjänster i framtiden komma att ingå i den dagliga planeringen och allokeringen av tillgångar, för att ta ett exempel. En beskrivning av principen kan ses under artikeln.

Resultaten från de olika scenarierna visar tydligt att desto fler tjänster, desto högre total intjäningsförmåga. Det är en intuitiv, men likväl intressant slutsats. Ett steg mot värdestapling är att komplettera dagen-före-marknaden med deltagandet i frekvenshållningsreserven (engl. ”Frequency Control Reserve”) (FCR), här FCR-N (normaldrift). Även om priserna på FCR-marknaderna sjunkit under det senaste året, bedöms de fortsatt utgöra attraktiva kompletterande intäktsströmmar gentemot dagen-före-marknaden. De olika scenarierna utvärderas separat för att illustrera hur marginalpåverkan från en viss tillämpning innebär.

Intäkter vid olika kombinationer av intäktsströmmar relativt ”enbart dagen-före”. Resultat bör tolkas som den relativa ökningen jämfört med enbart dagen-före, d.v.s. +14 % motsvarar en ökning av den totala intjäningen relativt ”enbart dagen-före” intjäning. +56 % motsvarar den totala ökningen jämfört med enbart dagen-före, men bör ej tolkas som värdet av enbart FCR-D och intradag.

Investeringskalkyl och ekonomisk gångbarhet
I dagsläget saknar en stor andel av de småskaliga vattenkraftverken i Sverige automatisering och fjärrstyrning. För att realisera potentialen genom förbättrad planering och resursallokering så krävs investeringar och en förändrad planeringsprocess. I fallet med Hydro Machines så inkluderar investeringskostnader flödesmätningssystem, automatiserad reglering av luckor, relaterad kommunikationsutrustning samt tillgång till modellen Domino. Ytterligare en aspekt som bör inkluderas i en investeringskalkyl är uteblivna intäkter p.g.a. stilleståndstider vid arbete.

Utöver kapitalkostnader så bör även de operativa löpande kostnaderna ingå i kalkylen. Dessa inkluderar inköp av marknadsdata, övervakning av styrsystemet samt ett bedömt ökat slitage från ökat antal upp- och nedregleringstillfällen. Automatiseringen innebär potentiellt även ett minskat personalbehov i den löpande verksamheten, vilket kan leda till lägre personalkostnader alternativt frigjorda resurser för andra ändamål.

Resultaten indikerar mycket god ekonomisk lönsamhet
De ekonomiska resultaten är mycket tydliga, kalkylen ger god avkastning på de investeringar samt löpande kostnader som krävs för att realisera en mer aktiv drift av vattenkraftstationerna. Investeringskalkylen är uppdelad på såväl investeringskostnader som löpande kostnader. De totala kostnaderna är återbetalade på 2-3 år med ”rimliga” kalkylparametrar, d.v.s. återbetalningstiden på investeringar är mycket kort.

Hur mycket högre intjäning kan förväntas att komplettera intjäningsströmmarna med ytterligare två intäktsströmmar (exempelvis mFRR upp- och nedreglering)? Ett entydigt svar på frågan är utmanande, samtidigt som det rimligen bör vara så att det ”alltid” ger en god avkastning att utöka intäktsströmmarna. Detta p.g.a. att det ekonomiskt alltid ger teoretiskt motsvarande eller högre värde, men även för att risken med inlåsta tillgångar blir mindre. För de batteri-aktörer som lagt alla ägg i en korg för att leverera FCR-D och FFR är svaret troligtvis uppenbart, diversifiering av intäktsströmmar är definitivt att föredra.

Behovet av flexibilitet och reglerbarhet är stort idag, och förväntas växa framgent i takt med elektrifiering och introduktion av förnybart. Sedan den 4 mars, 2025 så opererar en ny mFRR energiaktiveringsmarknad. Den nya mFRR-marknaden har resulterat i dels fler timmar med faktisk reglering och dels större skillnad mellan spotpris och reglerpris jämfört med tidigare. Detta indikerar en ytterligare intressant värdeström för småskalig vattenkraft med reglerbar produktion, i synnerhet om vattenkraften är belägen i södra Sverige.

Ett annat aktuellt exempel är övergången till 15-minutersupplösning på dagen-före marknaden. Grundpoängen är just att dagen-före marknaden skall tillhandahålla (pris)signaler med finare upplösning, som producenter (förhoppningsvis) svarar på, vilket motsvarar effektiv(are) resursallokering. Effektiv resursallokering och nyttjande är avgörande för en snabb, kostnadseffektiv och ändamålsenlig energiomställning.

***

[1] FCR-produkterna indelade i tre olika produkter FCR-N, FCR-D upp och FCR-D ned. FCR-N levereras som en ”symmetrisk” produkt, dvs lika stor kapacitet levereras upp samt nedreglering vid leverans av 1 MW. FCR-N aktiveras ~kontinuerligt vid frekvensavvikelser från 50,00 Hz, vilket ger en kontinuerlig och relativt långsam aktivering jämfört med FCR-D. FCR-D upp/ned levereras ”asymmetriskt”, dvs enbart upp eller nedreglering levereras vid 1 MW. Aktivering sker mindre frekvent jämfört med FCR-N, och vid en sporadisk aktivering är det relativt snabb aktivering jämfört med FCR-N. Mer information om respektive FCR-produkt återfinnes under Tekniska krav på svk.se.

***