DEBATT
Klas Roudén reder ut vilka stödtjänster som behövs för att elsystemet ska fungera stabilt och driftssäkert. Han tjänstgjorde under 13 år var 6:e vecka som vakthavande ingenjör för stamnätet i Svenska kraftnäts centrala kontrollrum.

Framtida nya kärnkraftsblock diskuteras nu livligt beträffande ekonomiska risker och det ställs relevanta frågor om hur stora statsutgifter bäst bör disponeras i samhället.

Bild: Stora turbiner spelar roll för elsystemets stabilitet. Foto: OKG.

Men låt oss vidga perspektivet beträffande risk också till frågan om ansvaret för landets elförsörjning.

Vilka är riskerna med en lägre driftsäkerhet för elkraftsystemet? Jämfört med många andra länder har vårt elkraftsystem fortfarande hög driftsäkerhet, om vi förenklat bara tittar på stora regionala eller landsomfattande elavbrott. Men det allmänheten inte ser är hur små marginalerna ibland är, och att man har varit nära ett stort sammanbrott i elförsörjningen, när man kommit mycket nära de fysiska gränser som kraftsystemet är byggt för.

För säker drift måste det alltid råda stabilitet i de elektriska storheterna, vilka är helt avgörande för driftsäkerheten. Dessa storheter är (nät)frekvens och spänning.

För stabilitet i frekvens krävs balans i aktiv effekt och för stabilitet i spänning krävs balans i reaktiv effekt, där maximal stabilitet uppnås om produktionen och konsumtionen av aktiv respektive reaktiv effekt varaktigt är lika.

För att möjliggöra nämnda balanser i det operativa driftskedet måste kraftsystemet driftplaneras. I elmarknaden finns olika verktyg för planering av den aktiva effektbalansen med allt kortare planeringshorisont. Därigenom kan kraftsystemets aktuella fysiska kapacitet utnyttjas allt bättre, vilket förstås är bra. En grundförutsättning för en hållbar driftplanering är förstås att det finns verkliga fysiska resurser tillgängliga för aktiv och reaktiv effekt, både för produktion och konsumtion.

Den aktiva produktionen förknippas med begreppet tillgänglighetsfaktor. Denna varierar procentuellt starkt mellan olika produktionsslag. På årsbasis har vår kärnkraft här 90 %, vattenkraften ca 85 %, medan landbaserad vindkraft har 9 %, under topplasttimmen drygt 20 %.

För att upprätthålla stabiliteten för frekvens och spänning i driftskedet, och därmed driftsäkerheten, är tillräcklig tillgång till vissa så kallade stödtjänster en absolut nödvändighet. Dessa stödtjänster, som specificeras mera nedan, är i huvudsak:

* Rotationsenergi (svängmassa)

* Balansreglering av aktiv effekt
(frekvensreglering)

* Balansreglering av reaktiv effekt
(spänningsreglering)

Rotationsenergi (svängmassa)
Måste alltid finnas, vid normaldrift för utjämning av frekvensen p g a dagliga last- och produktionsvariationer. Är enligt nedan ofta avgörande för utgången vid stora frekvensfall i samband med fel.

Alla synkront roterande aggregat (generator + turbin) ger bidrag. Mest ger stora och tunga aggregat hos kärn-, vatten- och fossilkraft samt kraftvärmens aggregat.

Vindkraftens asynkronaggregat ger inga bidrag alls, men möjligen kan det i framtiden bli aktuellt genom att skapa s k syntetisk svängmassa.

Rotationsenergin reducerar momentant (med ljushastigheten) frekvensfallet vid stora produktions- och importbortfall till Nordelsystemet. Effektinjektion från batterier och FFR-funktionen inom ca 1 sekund dämpar ytterligare, innan bidrag från utvalda vattenkraftaggregat ytterligare dämpar och får frekvensen att öka.

Frekvensreglering
Vattenkraften dominerar här både med automatisk och manuell reglering. Huvudsakligen av bränsleekonomiska skäl deltar befintlig kärnkraft ej, men det förekommer, bl a i Frankrike.

Nedreglering av vindkraft ökar i omfattning. Nedreglering av solkraft bör ha en potential. Problem kan uppstå för stora solkraftverks effektreduktion vid hastigt uppdykande stora molnbankar över sådana, vilket kan kräva omedelbar uppreglering.

Spänningsreglering
Utförs både vid normal och störd drift i transmissionsnätet med shuntreaktorer och även där samt i regionnäten med shuntkondensatorer. Finreglering i region- och lokalnät sker med lindningskopplare i transformatorerna.

Komponenter med supersnabb kraftelektronik är på frammarsch.

Urdrifttagning av ledningar förekommer vid låga överföringar i transmissionsnätet.
I skärpt drift är de reaktiva bidragen från generatorer viktiga och i synnerhet vid vissa större fel, dimensionerande s k N-1 fel, kan den reaktiva responsen från elektriskt närliggande stora generatorer, speciellt kärnkraftens, vara helt avgörande för att undvika total spänningskollaps.

Via kraftelektroniken ökar vindkraftens bidrag till spänningsregleringen, och med mer investeringar finns nog där en betydande potential.

***

I rubriken ovan väckte jag frågan om de elkrafttekniska riskerna med kärnkraften. Med detta avsåg jag lite underförstått dessa risker, om vi inte installerar fler kärnkraftsblock. Mot ovanstående bakgrund är svaret för mig givet.

Vi tar betydande rent elkrafttekniska risker, om vi inte i södra Sverige bygger mer planerbar kraftproduktion. Bristen efter de 8 generatorerna med totalt ca 4 000 MW i de nedlagda 6 kärnkraftsblocken är akut. Detta gäller såväl för aktiv och reaktiv effekt som rotationsenergi, där denna i elområde SE4 endast utgör ca 0.5 % av Nordels totala, vilket i vissa driftsituationer kan orsaka oönskade svängningar i nätet.

Rent elkraftsmässigt skulle motsvarande kapacitet kunna byggas med fossilgaseldade aggregat, speciellt på västkusten, men p g a vår klimatpolitik är detta inte realistiskt.

Därför är slutsatsen för mig given: med ny kärnkraft slår vi nästan alla flugor i en smäll. Vi får hög tillgänglighetsfaktor för aktiv effektproduktion, stor och välbehövlig ökning av rotationsenergin samt stor reaktiv produktionsförmåga. I dagsläget missar vi bara frekvensregleringen, men detta kan kanske bli aktuellt med nya aggregat?

Och slutligen så frågan om ansvaret för vår elförsörjning och därmed för elkraftsystemets driftsäkerhet. Jag tycker att vår nuvarande regering tar ett sådant ansvar med sin aktuella kärnkraftspolitik. Den må i dagsläget vara ekonomiskt obekväm, men den är elkraftmässigt mycket välgrundad.

Men hursomhelst, en regering måste alltid ta sitt ansvar för landets elförsörjning. Detta ansvar får man inte, som ofta hittills, frånhända sig till elmarknaden.