Samhället måste inte välja ny kärnkraft för att klara stabiliteten i elsystemet. Ett driftsäkert elsystem kan också åstadkommas om man bygger ny omriktaransluten elproduktion. – Fler omriktare gör inte kärnkraften mindre utmärkt till elproduktion, säger Daniel Karlsson på DNV.

Sett från elnätets driftssäkerhetsperspektiv är inte kärnkraft enda alternativ för ny storskalig elproduktion. Det är fullt möjligt att med utbyggnad av ny omriktaransluten elproduktion drifta det svenska elsystemet inom dagens krav på tillförlitligt och driftsäkert. Därför kan ny storproduktion också vara vindkraft, till havs eller på land.

– Den tröghet som de roterande generatorerna i kärnkraftverkens synkronmaskiner bidrar med kan åstadkommas på annat sätt, med känd teknik och till rimlig kostnad, säger Daniel Karlsson, senior chefsingenjör på DNV och adjungerad professor i elkraftssystem vid Chalmers.

Stabilitet i fokus, inte kärnkraft
Kärnkraftens betydelse för elsystemet är en återkommande fråga i energidebatten. Den 13 oktober 2024 ställdes den till flera experter i Sveriges Radios Godmorgon världen. En var Daniel Karlsson, som vände sig mot ”att det i den politiska debatten ibland framstår som att det är nödvändigt med just kärnkraft för att systemet ska fungera väl”.

Daniel Karlsson

– Missförstå mig inte, kärnkraft är en alldeles utmärkt elproduktionskälla ur ett kraftsystems stabilitetsperspektiv. Kärnkraften har tjänat oss väl under snart ett halvt sekel, men tillkommande ny produktion måste inte vara kärnkraft av stabilitetsskäl, säger Daniel Karlsson.

De osynliga omriktarna
Omriktare är ett samlingsbegrepp för bland annat frekvensomriktare och spänningsomriktare (växelomriktare, strömomriktare). Energiföretagen Sverige uppdaterade nyligen sin lista över växelriktare för solceller och energilager. I ett systemperspektiv har omriktare stor strategisk betydelse för elsystemet.

Omriktare har inte varit särskilt synliga i debatten kring elsystemets tillförlitlighet. Ändå finns de runt oss i allt från mobilladdare till elnätens batterilager för flexmarknaden, och stora omriktarstationer för HVDC-kablar från andra elsystem i utlandet.

Omriktare bidrar också till betydligt mindre variationer i väderberoende elproduktion. De kan ersätta den klassiska rotationsenergin (svängmassan) som i traditionell kraftproduktion skapar ett nödvändigt tidsutrymme så regleråtgärder hinner återställa en plötsligt uppkommen obalans, till exempel att en större produktionsenhet plötsligt faller bort.

Med och utan rotation
Rotationsenergin kan då beskrivas som kraftsystemets energibuffert som hittills tillhandahållits av anslutna synkronmaskiner. En motsvarande energibuffert kan mycket väl tillhandahållas av batterier eller superkondensatorer anslutna till kraftsystemet via omriktare, menar Daniel Karlsson.

Tillsammans med kompletterande åtgärder som batterier, statisk kompenseringsutrustning eller roterande synkronkompensatorer kan omriktarstyrd elproduktion vara ett mycket stabilt alternativ. Till exempel kan ett anslutet batteri via en kraftelektronisk omriktare snabbt injicera motsvarande energi som tillhandahålls av trögheten i kärnkraftverkens synkronmaskiner.

Ingen ny fråga
Frågan om elsystemets driftsäkerhet är dock större än den politiska debatten kring kärnkraft. I kölvattnet av den allt mer väderberoende elproduktionen har det nordiska kraftsystemet generellt gått mot ett allt mer omriktarbaserat elsystem medan rotationsenergin ständigt sjunker.

”Upplagrad energi som inte utgörs av synkront roterande massor utan är ansluten via snabba effektomriktare, skulle kunna utnyttjas som så kallad syntetisk tröghet. Exempelvis kan rotationsenergin ökas eller minskas i vindkraftverkens turbiner, med hjälp av effektomriktare som ansluter anläggningarna till elnätet,” skrev Daniel Karlsson och Anna Nordling (WSP) i IVA-studien Svängmassa i elsystemet (2016, pdf).

Kräver investeringar
Hur det omriktarbaserade elsystemet byggs framöver påverkar också balansmarknaderna för frekvensbaserade stödtjänster, reglermarknaden för tyngre reservkraft och lokala flex- och kapacitetsmarknader. Frågan blir då hur utvecklingen ska finansieras och vad en omställning till omriktare kostar. I motsats till kärnkraftens anläggningar blir det omriktarstyrda elsystemet decentraliserat med många skilda lokala investeringsbehov.

Inga krav på proportioner mellan kraftslagen
Ingenstans i de annars omsorgsfullt utarbetade regelverken för säkerställande av driftsäkerheten i de europeiska elsystemen, inklusive det svenska, finns krav på proportioner mellan olika typer av produktionsmoduler, påpekar Daniel Karlsson som tillsammans med professorkollegan Massimo Bongiorno, avdelningschef Elkraftteknik på Chalmers, gärna lyfter den typen frågeställningar i kraftsystemdebatten.

– Det är inget uttryck för att vi saknar den typen av regelverk, utan ett konstaterande som stärker tesen att tillkommande produktion inte måste vara kärnkraft. Om proportionerna vore viktiga, så skulle detta ha avspeglats i regelverken, menar Daniel Karlsson.

Omriktare öppnar för stödtjänster
Det finns inte heller några krav på en miniminivå för andelen synkront ansluten produktion, eller maximinivå för andelen omriktaransluten produktion. Ej heller när det gäller stödtjänster som FCR, aFRR, mFRR eller avhjälpande åtgärder som reglerkapacitet och effektreserv finns någon koppling till karaktären på de enheter som bidrar med de olika funktionerna.

– Varken kärnkraft eller vindkraft bidrar idag med stödtjänster för balansering eller som avhjälpande åtgärder, men det skulle de kunna göra. Omriktaransluten produktion skulle relativt enkelt kunna bidra med spänningsreglering och till viss del även med inmatning av så kallad snabb felström, på liknande sätt som synkronmaskiner gör idag, säger Daniel Karlsson.

Inte heller det svenska kraftsystemet har idag några principiellt baserade krav på relationen mellan kärnkraft och vindkraft, eller mellan synkron och omriktaransluten produktion. Nyligen lämnade dock Svenska kraftnät in ett förlag till uppdatering av Energimarknadsinspektionens ramverk för ”maximala tröskelvärden för kraftproduktionsmoduler”.

Samverkan ger stabilitet
Omriktarnas betydelse för elsystemet berördes i den av kärnkraftverken beställda DNV-rapporten Analysbehov vid anslutning av elproduktion nära kärnkraftverk (2023, pdf) där Daniel Karlsson var medförfattare. Syftet var att säkerställa att befintlig kärnkraftsproduktion och tillkommande omriktaranslutna anläggningar för förnybar elproduktion ”kan samverka över tid på ett driftsäkert sätt”– en formulering som beskriver kärnan i hela frågeställningen.

– När det i energidebatten påstås att ny elproduktion måste vara kärnkraft för att klara stabiliteten i elsystemet, så är inte det korrekt. Stabiliteten kan även lösas med vind och sol tillsammans med känd teknik och till rimliga kostnader, men det utesluter inte kärnkraft, säger Daniel Karlsson.

***

Toppfoto: Vattenfall