Europas kraftsystem lämnar N-1-kriteriet till fördel för sannolikhetsbaserad riskanalys. – Den klassiska dimensioneringen av kraftnätens drift- och leveranssäkerhet har blivit ett hinder för elektrifieringen, säger Oddbjørn Gjerde på SINTEF Energi.

– Elektrifieringsmålet blir svårt att nå utan ökad risktagning i kraftnätet, något det finns gott om forskning och analyser som visar, säger Oddbjørn Gjerde, forskningsledare på SINTEF Energi, ett ledande europeiskt energiforskningsinstitut med över 300 anställda och huvudkontor i Norge.

Bild: I Norge används inte alltid N-1-kritieriet. Foto: Statnett.

N-1-kriteriet ska därför bytas ut mot avancerad sannolikhetsbaserad metodik och riskanalys. Då kan man hitta oanvända säkerhetsmarginaler i det idag överdimensionerade kraftsystemet.

– Dagens transmissionsnät har gott om plats för metoder som kan ersätta N-1-kriteriet utan att äventyra tillförlitligheten, säger Oddbjørn Gjerde.

Kraftnätets dimensionering för gammal
Det schablonmässiga N-1-kriteriet (N minus 1) är det klassiska sättet att säkra transmissionsnätets tillförlitlighet genom att alltid kräva tillräcklig dimensionering av nät och elproduktion. N-1-kriteriet ska ha beröm för sin historiska bragd att ta det nordiska kraftsystemet hela vägen upp till 99,98 procents generell tillgänglighet, en imponerande siffra tycker Oddbjørn Gjerde – men idag alldeles för hög och helt i otakt med tiden.

– Dagens dimensionering av kraftnätet är i många avseenden omotiverad stor, säger Oddbjørn Gjerde. Fast problemet är egentligen att man inte vet.

N-1-kriteriet kan i vissa fall innebära en korrekt riskbedömning, menar Gjerde, eller så kan risken rent av öka men det har man ingen kunskap om. Med hjälp av modern riskanalys och smart datahantering kan leveranskvaliteten bättre beräknas och dagens breda marginaler bli mer hanterbara.

Nya kriterier från 2027
EU har därför, bland annat tack vare SINTEF Energis arbete genom åren, beslutat att fasa ut det förutsägbara N-1-kriteriet. Enligt ACER, samverkansbyrån för tillsynsmyndigheter, ska alla europeiska kraftsystem senast vid utgången av 2027 ha tillgång till och börja implementera en mer flexibel sannolikhetsbaserad metod.

Arbetet leds av TSO:ernas samarbetsorganisation ENTSO-E. Den kommande standardiserade metoden ska bygga på det ramverk (pdf) som designades av det EU-finansierade projektet GARPUR mellan 2013 och 2017. Där var SINTEF Energi och Oddbjørn Gjerdes team projektkoordinator.

Sannolikhetsbaserad nätplanering
GARPUR:s slutsatser och rapport (pdf) ledde 2019 fram till ACER:s krav på sannolikhetsbaserad metodik (pdf, se artikel 44). 2023 kom ENTSO-E:s andra lägesrapport (pdf) där projektgruppen lyfter fram den norska TSO:n Statnetts arbete. Tillsammans med SINTEF har Statnett utvecklat flera sannolikhetsbaserade verktyg för både nätplanering, drift och extrema händelser.

– I det norska kraftnätet följs N-1-kriteriet långtifrån överallt eller hela tiden. Ett sådant strikt krav skulle inte fungera i verkligheten, säger Oddbjørn Gjerde.

Kärnkraften först ut
Under 1970-talet utvecklades sannolikhetsbaserad probabilistisk analys mycket tack vare svensk kärnkraft. Probabilitet betyder sannolikhet och probabilistisk metodik ett verktyg inom avancerad matematisk modellering.

Efter reaktorhaveriet i Harrisburg publicerades Reaktorsäkerhetsutredningen (SOU 1979:86) som föreslog att ”probabilistiska metoder för riskanalys utnyttjas i säkerhetsgranskningen”. Säkerhetsanalyser ”enligt dessa metoder” skulle nu användas ”för alla de enskilda reaktoranläggningarna” som då var Oskarshamn, Ringhals och Barsebäck. Tillsammans med amerikansk forskning lanserades en ny sannolikhetsbaserad säkerhet med Ringhals 2 som pionjär 1983.

N-1-nät används inte…
Trettio år senare var det kraftnätens tur. 2013 startade GARPUR som ett unikt samarbete mellan dussinet forskningsaktörer och sju TSO:er från Danmark, Island, Frankrike, Belgien, Bulgarien, Tjeckien och Norge. Att just Norge hamnade i sannolikhetsmetodikens front är ingen slump. Där har nyttan med N-1-kriteriet länge ifrågasatts, och både branschen, myndigheter, TSO:n och forskningen har haft ett gemensamt intresse i att utveckla alternativ, men av olika anledningar.

Å ena sidan överdimensioneras kraftnätet till ingen nytta, menar man. Det blir för rymligt. Enligt kraftbranschens organisation Fornybar Norge ”innebär N-1-kriteriet att stora delar av nätkapaciteten står outnyttjad istället för att användas av ny grön industri”.

…men av olika anledningar
Å andra sidan blir ett riskfritt N-1-nät för trångt. Stora delar av Norge består av svår terräng och besvärliga ledningsdragningar där kravet på att alltid kunna hantera största möjliga oförutsedda händelse innebär att överföringskapaciteten måste begränsas.

– För att uppfylla N-1 måste Statnett ibland köra väldigt försiktigt, på vissa ledningar neråt halv last. Det kräver stora resurser som då måste tas från andra behov, säger Oddbjørn Gjerde. Idag ligger Statnett och SINTEF långt framme internationellt med sannolikhetsbaserade riskprofiler som kräver betydligt mindre resurser utan att avbrottsfrekvensen ökar.

Bygger på information
I grund och botten handlar det om informationshantering och processering av data där mycket handlar om vädret och andra rörliga parametrar. Ute i nätet får det konsekvenser för hur ledningar dras. I Norge kan en kapacitetstung linje som i utgångsläget behöver två 420 kV-ledningar för att matcha N-1-kriteriet (Norge har inte 400 kV) istället byggas med enbart en 420 kV-ledning och kompletteras med en underliggande på 132 kV.

Varken kring Stavanger, Bergen eller Trondheim följer kraftledningarna N-1-kriteriet i alla driftsituationer. I en rapport om det norska kraftsystemet 2022 listar Statnett upp en rad områden utan N-1-kriteriet (pdf), där man också kompletterar med probabilistiska beräkningar. Längre norrut där Norge är mer långsträckt blir det å andra sidan för riskfyllt att inte använda N-1-kriteriet för mindre städer och glest befolkade regioner.

Frihet under ansvar
Den typen självrådighet ger EU:s föreskrifter (nätkoder) också utrymme för, så länge inte eventuella fel smittar av sig till andra delar av det synkrona nätet. I en första omgång ska de nya metoderna komplettera de gamla.

Det måste fortfarande vara upp till varje systemansvarig TSO att värdera vad som bäst säkrar drift och leveranser i det egna nätet, menar Oddbjörn Gjerde, men framöver lär det finnas gott om utrymme för riskteoretiska inspel till både frekvensbalansering och avhjälpande åtgärder.

* * *

GARPUR är EU:s probabilistiska kraftsystemprojekts moder (pdf). Det är en akronym för Generally Accepted Reliability Principle with Uncertainty modelling and through probabilistic Risk assessment. Garpur är också ett isländskt namn med betydelsen ”hjältemodig kämpe”, ofta på kraftfulla och storväxta hästar.

N-1-kriteriet (N minus 1) är den internationella kortformen för principen att ett kraftnät i normalläge (N) alltid ska klara av att en (1) huvudkomponent oplanerat slutar fungera. Det kan vara allt från en nerblåst ledning till att Nordens största dimensionerande felfall, kärnkraftsreaktorn O3, lägger av. Om det sker startar störningsreservens gasturbiner, som har dimensionerats enligt N-1-kriteriet med samma effekt som O3, cirka 1450 MW. N-1-kriteriet regleras i bland annat EU:s förordning om elöverföring (se artikel 35 och 75).

Apropå kärnkraft och sannolikhetsbaserad säkerhet så publicerade Emilia Udd vid Uppsala universitet våren 2024 arbetet Utvecklingsbehov av probabilistisk säkerhetsanalys (PSA) för applicering på SMR:er (pdf) som särskilt tar för sig GE Hitachis reaktor BWRX-300.