Den gratisenergi elsystemet idag använder måste kompenseras ekonomiskt. Rotationsenergin behöver komma in på balansmarknaden, menar elmarknadsforskarna Pär Holmberg och Thomas Tangerås. Deras nya rapport är en vägkarta in i det svenska energisystemets marknadsdjungel.
– En huvudpunkt i vår rapport är att svängmassan måste få en marknadsmässig ersättning. På sikt kommer det att ge positiva effekter, säger Pär Holmberg, docent i nationalekonomi och forskare på Institut för näringslivsforskning (IFN).
Tillsammans med kollega Thomas Tangerås, också han docent i nationalekonomi på IFN, har han skrivit rapporten En teknikneutral elmarknad med en effektiv elmarknadsdesign och nättariffstruktur, publicerad av SNS.
Bild: Turbiner som snurrar lagrar rotationsenergi. Foto: Fortum.
Elmarknadsforskarnas huvudtes är att en teknikneutral elmarknad ger billigare el och ökar elförsörjningens stabilitet. Vad som är neutral teknik kan dock vara en klurig fråga.
Den mystiska svängmassan
Rotationsenergi och svängmassa är samma sak. Det är energi som dröjer kvar i elnätet efter att strömmen har gått, enkelt sagt. Den är grundläggande viktig för elsystemets stabilitet. Precis som ett batteri kan rotationsenergi på några millisekunder rädda elnätet från en ödesdiger frekvensdipp.
– Svängmassa är lagrad energi i elsystemet och kan plockas fram vid behov. Den bör därför erhålla en marknadsmässig ersättning, precis som andra energilager, till exempel batterier, säger Pär Holmberg.
Neutralitet mer än teknik
Samtidigt är teknikneutralitet mer än neutral teknik. Teknikneutralitet är elmarknadens ”nollvision”, ett ideellt tillstånd som aldrig kan uppnås till hundra procent men ändå är ett mål att sträva efter. Om elbörsen kunde ta hänsyn till absolut alla detaljer i elsystemet skulle den vara helt teknikneutral men det är idag tekniskt omöjligt att genomföra fullt ut.
– Det vore inte heller samhällsekonomiskt optimalt att marknaden beaktade varje detalj i kraftsystemet, tycker Pär Holmberg. Det skulle leda till onödigt höga administrativa kostnader.
Vem har ansvaret?
En teknikneutral elmarknad kräver därför att också ekonomin flödar ”neutralt”, bland annat i form av olika drivkrafter och incitament. Skilda aktörer måste i större grad kompenseras för den el och systemtjänster de levererar, menar Holmberg och Tangerås.
Det är både regeringens och myndigheternas ansvar att se till. Det skulle också mildra Svenska kraftnäts utmaningar i kraftnätet betydligt om det fanns tydligare strukturer for kompensation. Det svenska elsystemets utmaningar skulle bli mindre om aktörerna gavs fler ekonomiska incitament till att leverera balanstjänster och spänningsreglering.
Var kommer allt ifrån?
Rotationsenergi härrör från tröga mekaniska rörelser i exempelvis generatorers svänghjul. Det är ett stort och tungt balanshjul som främst finns inom planerbar elproduktion. Därifrån kommer begreppet ”svängmassa” som alltså kan fortsätta att leverera energi under kortare elavbrott eller frekvensdippar. Hjulet rullar med konstant hastighet även om energitillförseln varierar och rotationsenergin kan då snabbt bli till ny el.
När denna roterande energi aktiveras kan den jämföras med den snabba frekvensreserven FFR (Fast Frequency Reserve). På Svenska kraftnäts FFR-marknad kan leverantörer buda in kapacitet ner till 100 kW. FFR omsätter små energimängder men är den stödtjänst som ger högst ersättning per levererad mängd energi när den avropas. Likvärdig mängd rotationsenergi ger däremot noll i ersättning.
Gratiskraften räddar nätet
Svängmassan är som ett gratisbatteri, ett bekvämt och osynligt energilager kopplad till planerbar elproduktion som exempelvis vattenkraft. Någon producerar alltså rotationsenergi.
– Den typen energileveranser bör kompenseras. Idag görs inte det. Istället används rotationsenergin gratis fast den ofta räddar kraftsystemet från allvarliga störningar, säger Pär Holmberg.
En nordisk fråga
Enligt Holmberg kan det finnas flera förklaringar till varför rotationsenergi ej kompenseras. Tidigare fanns ett överskott så det marginella värdet av ytterligare svängmassa var noll. Därmed var även priset noll.
Nu finns ett värde, men Svenska kraftnät vill också undvika ökade kostnader för konsumenterna. Om betalning för svängmassa ska införas bör det dessutom ske samtidigt i alla länder i det nordiska synkronområdet, tycker man. Det blir ”orättvist” om Sverige betalar för svängmassa som hjälper till att stabilisera kraftsystemet i hela Norden.
Nya tider, nya grepp
– Om rotationsenergin istället skulle ersättas marknadsmässigt skulle det däremot påverka investeringsviljan positivt. Det skulle bli mer intressant att bygga planerbar energiproduktion, som i sin tur stabiliserar elmarknaden, säger Pär Holmberg.
I SNS-rapporten uppmanas Svenska kraftnät att ta nya grepp kring hela hanteringen av lokala flaskhalsar. Svenska kraftnät upphandlar redan flexibla resurser för hantering av lokala flaskhalsar så här handlar det om att bredda marknaden. Även elproduktion med begränsad planerbarhet och begränsad flexibilitet bör kompenseras när den avlastar lokala flaskhalsar i elnätet, menar Holmberg och Tangerås.
Inte bara svänghjul
Lagrad energi i elsystemet har också andra källor. Därför bör också mindre aktörer med apparater med inbyggd balanseringsfunktion ersättas. Enklast är att upprätta en schablonmässig ersättning, menar Holmberg och Tangerås.
– Mindre aktörer stängs idag ute från dagens balansmarknader. I praktiken blir det en marknadsdiskriminering, säger Pär Holmberg. Enklast är att upprätta en schablonmässig ersättning.
Skärp kraven
En teknikneutral elmarknad innebär dock inte bara kompensationer och ersättningar utan också ekonomiska krav, särskilt för den som bryter avtal. Därför bör man skärpa straffavgifterna för stora aktörer som levererar eller konsumerar ojämn effekt under drifttimmen och genererar störningar i elnätet.
För att komma åt den typen av obalans bör avräkningen göras mer detaljerad. Dagens avräkning beaktar endast den genomsnittliga obalansen under en hel driftstimme vilket är alltför generöst menar IFN-forskarna.
Styr med tariffen
Svenska kraftnät kan också använda nättariffen mer aktivt för att styra både frekvensbalansen och nätets spänningsnivå. Nätkunder vars anläggningar bidrar positivt till spänningsregleringen bör kompenseras via nättariffen.
Enligt samma logik kan man ålägga nätkunden en extra avgift om den överkonsumerar när läget är kritiskt. Målet måste vara att det ska vara dyrare att konsumera och lönsammare att producera el när nätet närmar sig elbrist.
– Även på dagens elmarknad ökar priset när systemet närmar sig elbrist. Men prissignalerna behöver bli ännu skarpare om den nya tillförlitlighetsnormen med elavbrott max en timme per år ska uppfyllas, menar Pär Holmberg.
Nej till kapacitetsmarknad
Svenska kraftnäts förslag om en kapacitetsmarknad bör däremot inte förverkligas, framhäver Holmberg och Tangerås i SNS-rapporten. I en intervju med Montel kallar Thomas Tangerås förslaget en usel idé. En kapacitetsmarknad kommer att göra prissignalerna mer schablonmässiga och mindre teknikneutrala.
Istället kan Svenska kraftnät bidra till utbyggnaden av elproduktion genom att minska investerarnas risker och bidra med likviditet på de finansiella marknaderna. Stamnätsägaren kan prissäkra sina flaskhalsintäkter och nätförluster.
Statens engagemang
Som konsument kan också den svenska staten bidra genom att statliga institutioner och aktörer prissäkrar sin elkonsumtion med långa kontrakt – om nu ”staten” kan vara intresserad av elsystemet. Det beror på hur det styrs. Teknikneutralitet handlar idag mest om myndigheternas och politikens beslut, menar Holmberg.
– Det är fullt möjligt att säkra både flöden och frekvens i elsystemet genom att investera mera och på rätt sätt i både infrastruktur och elproduktion, säger Pär Holmberg.
——————
Elsystemet framöver: SNS-rapporten En teknikneutral elmarknad med en effektiv elmarknadsdesign och nättariffstruktur har skrivits av docent i nationalekonomi Pär Holmberg, även teknologie doktor i elkraftteknik, och seniorforskare tillika docent i nationalekonomi Thomas Tangerås, båda vid Institutet för Näringslivsforskning IFN och verksamma inom IFN:s forskningsprogram Hållbar energiomställning. Rapporten ingår i SNS forskningsprojekt Framtidens energisystem.
6 Kommentarer
Istället för att sätta ett värde på svängmassan så sätter vi ett värde på intermittent slumpproduktion. En koncern får endast sälja hälften av sin intermittenta produktion på PPA kontrakt. Resten får de hantera med flukturerande intäkter.
Jag saknar en analys av möjligheten att låta elleverantörer baserade på vind och sol betalar för sina brister. Känns som enklare att administrera och ger bättre teknikneutralitet.
… Ja och för kärnkraftsaktörer att få stå för de kostnader på energisystemet som deras snabbstopp leder till i form av extra investeringar i ”redundans” i systemet.
Möjligheter och skyldigheter i balans, oavsett sol/vind eller kärnkraft.
Angående kärnkraften så hade man redan detta. Och precis som du säger så stavas det redundans. Man hade 12 kärnkraftsreaktorer vilket var tillräcklig många för att uppnå sagda redundans, kostnaden för detta betalades genom att varje reaktor därmed kördes med en i genomsnitt något lägre kapacitetsfaktor än annars möjligt.
Att du väljer att lasta kärnkraftsbranchen för att svenska politiker tvingar fram förtida stängningar av fullt fungerande anläggningar är minst sagt intressant. När det beslutades att R1 och R2 skulle stängas (2015) låg deras produktionskostnad (inkl. avgift till kärnavfallsfonden + 4.5 öre/kWh) på omkring 22 öre/kWh enligt Vattenfall. Utöver detta tvingas man också subventionera konkurrerande kraftslag (elcertifikat, vid beslutet ~4 öre/kWh) samt betala effektskatt (~7 öre/kWh). Av dessa totalt omkring 35 öre/kWh var alltså ungefär 15 öre/kWh externa pålagor som konkurrerande kraftslag inte belagts med. Att beräkna andelen detta motsvarar lämnar jag som en övning åt läsaren. Utöver detta hade vindkraften en lägre fastighetsskatt (Sverige fick till slut backning på detta på grund av EUs konkurrensregler), samtidigt som stödtjänster aldrig har kompenserats för. Jag kan fortsätta, med än fler exempel på snedvridning.
Till skillnad ifrån dig anser jag därför att kärnkraften under lång tid, och med god marginal, redan har betalat för sina svagheter och visat att man är beredd att göra så även i framtiden. Det är trots allt politikerna som skurit bort redundansen, inte branchen själv.
Jovisst, det tycker jag också.
Men en förutsättning är ju att det finns fysisk rotationsenergi (Erot) tillgänglig.
Vid sådan ”ledig” kapacitet, kan vindkraftparker o dyl upphandla Erot från andra kraftföretag med sådan kapacitet, antingen bilateralt eller i en utökad Reglerkraftmarknad, som artikelförfattarna förespråkar för denna stödtjänst.
Ett alternativ är att vind- och solkraftparker åläggs att installera synkronkompensatorer intill sina anläggningar, dvs synkronmaskiner drivna i motordrift från elkraftnätet. Sådant blir nu allt vanligare, t ex i Spanien.
Synkronkompensatorer kan också leverera reaktiv effekt (för spänningsreglering) och kortslutningseffekt (för att skapa ”starkare” nät för säker reläskyddsfunktion mm).
Helst bör Erot fördelas någorlunda likformigt i elkraftnätet, men i motsats till reaktiv effekt är lokaliseringen av aktiv effekt (även från Erot) i stort sett ”global” i nätet, dvs ganska oberoende av var den finns.
För tydlighets skull måste poängteras att rotationsenergin (Erot) från synkront roterande elmaskiner (generatorer och motorer) är den ädlaste formen av Erot, eftersom den ingriper med ljushastighet med naturlagen vid alla frekvensändringar. Övriga nya tekniska metoder att generera snarlika former av Erot, nämnda FFR, från vattenkraft, batterier mm, kan aldrig agera lika snabbt, om än inom 1 sekund, men är beroende av extra apparatur för registrering och reglering.
Sålunda innebär detta att förutom investering i själva produktionen måste då producenterna investera i stödtjänster – som då inte behövdes tidigare med i princip enbart vattenkraft och kärnkraft. Alla investeringar måste betalas av någon och någon i detta fall är de som använder elektriciteten, som därmed blir dyrare.
Liknande resonemang kan föras när det gäller lagring av el och efterfrågeflexibilitet, som i dagsläget hanteras