Ingenjörerna behöver hjälpa allmänheten att kika in under motorhuven så att den förstår grunderna i kraftsystemet och kan dra egna slutsatser om möjligheterna, inför en ökad elektrifiering. Vindkraft och växelström är en kombination som då är värd en speciell uppmärksamhet. Det skriver Erik Sandström, f.d. chef för kraftsystemstyrning vid Vattenfall Elteknik.

I dagens samhällsdebatt betraktas en ökad elektrifiering som ett nödvändigt inslag i en hållbar utveckling. Större kunskaper om hur kraft överförs med elektricitet blir då viktiga. Att bara diskutera den energimängd som i slutändan har omsatts räcker inte. Ingenjörerna behöver hjälpa allmänheten att kika in under motorhuven också så att den förstår grunderna och kan dra egna slutsatser om möjligheterna. Vindkraft och växelström är en kombination som är värd en speciell uppmärksamhet.

Metoden att överföra kraft med växelström utvecklades av uppfinnaren Nikola Tesla i slutet av 1800 talet. Innan dess använde man hängande hopknutna trästänger, som långsamt svängde fram och tillbaka. Dessa s.k. stånggångar kunde överföra kraft ett par kilometer. De är fortfarande en bra modell för den som vill förstå hur kraft kan överföras, utan att bedriva egna ingenjörsstudier. Tänker man på elnätet som en samling ihopkopplade stånggångar så får man intuitivt en bra bild av vad man kan förvänta sig.

Växelström innebär att strömmen hela tiden vänder och ändrar riktning. Den svänger rytmiskt fram och tillbaka. Det finns alltså ingenting som flyter fram i våra kraftledningar. Det är svängningarna som överför kraften, precis som för stånggångarna. Växelströmmen kräver emellertid att svängningarna alltid håller samma takt, annars går maskiner och generatorer sönder. Kraftverken måste därför samverka så att den samlade kraften hela tiden motsvarar det samlade motståndet från förbrukningen. Finns det för mycket kraft så ökar takten, finns det för lite så minskar den. Det är precis som när man cyklar. Förändringar kan gå snabbt. Strömmen svänger 50 gånger i sekunden. Ett omfattande styrsystem med lokal automatik och bemannade kontrollrum ser därför till att kraftverken samverkar på rätt sätt.

I den ekonomiska modell, som vi använder idag, så bortser man ifrån att kraftverken samverkar. Kraftverken ses som oberoende producenter, vilka endast möts som konkurrenter på en marknad för elhandel. Deras produkt är då inte kraft utan energi. Energi betraktas som en vara som alla andra, som något man kan producera, distribuera, och förbruka. Denna modifiering eller förvanskning av det naturvetenskapliga begreppet energi utgör grunden för den ekonomiska modellen. Genom att ta ett kliv bort från naturvetenskapen så skapar man ett utrymme för nya organisationsformer med starkare inslag av konkurrens. Idéerna utvecklades i England under en tid då landets ekonomi skakades av omfattande strejker i de kolgruvor som försåg kraftverken med bränsle. Den då nya modellen påverkade starkt synen på verksamheter och arbetsroller. Känslan av konkurrens ökade, organisationen effektiviserades och strejkerna i gruvorna upphörde. Modellen blev en succé och spreds över Europa som en avreglering av kraftindustrin.

Miljöfrågorna får allt större utrymme i debatten. Vindkraften kan då kännas som den bästa lösningen för miljön, men ren vindkraft går tyvärr inte att överföra med växelström. Vindkraften saknar de energilager, som gör det möjligt att anpassa kraften till motståndet och hålla frekvensen stabil. Den fungerar därför endast som komplement till ett kraftsystem, som har en stor reglerbar kraftproduktion i botten. Vindkraften kan då göra nytta, men nyttan speglas inte av den energimätning, som ekonomisystemet bygger på. När ett vindkraftverk drar på så är det ju inte för att det behövs mer kraft utanför att det har börjat blåsa. Något annat kraftverk, som lyder under styrsystemet, tvingas då att dra ner för att kraftöverskottet inte ska få frekvensen att stiga. Nyttan med vindkraften beror därför på hur väl de nedreglerade kraftverken förmår att utnyttja de påtvingade pauserna.

Vattenkraften är det kraftslag som har störst möjlighet att dra nytta av vindkraften. Om det är ont om vatten i älvarna så kan dammarna fyllas på när kraftverken regleras ned. Kan vattnet sedan användas till att producera kraft vid ett annat tillfälle så har vindkraften gjort god nytta. Om istället vattenföringen är hög, så kan vattnet inte sparas, utan måste tappas ut ur dammarna för att inte riskera översvämningar. Vattnet får bara rinna förbi de stillastående kraftverken. Vindkraften har då inte gjort någon nytta alls. Trots detta så kan energimätningarna visa samma, eller rent av högre värden för vindkraften än de gjorde i det första fallet. Ekonomisystemet är omedvetet om sambanden och använder energimätningen som en direkt nyttovärdering. Det blir då mer lönsamt med kraftverk utanför styrsystemet eftersom frånvaron av styrning garanterar att verken alltid kan leverera. Andra får reglera ner. Reglerbara och planerbara kraftverk får leva med kortare driftstid eller läggas ned. Kraftsystemets förmåga att hantera en varierande belastning minskar successivt och vi kommer långsamt närmare ett totalhaveri.

Det s.k. elöverskottet är därför ingen självklar tillgång. Förhoppningen att oreglerad vindkraft ska kunna ersätta kärnkraften är tyvärr bara en illusion, skapad av en i grunden verklighetsfrämmande ekonomisk modell. Vad leder då denna modell till på längre sikt? Det blir en intressant fråga att fundera över när man förstår grunderna och kan dra egna slutsatser om möjligheterna

Styrningen är nyckelfunktionen för att kunna överföra kraft med växelström. Den håller ihop kraftverk, elnät, industrier och hushåll i ett elektriskt system där kraften kan genereras på en plats men användas på en annan. Delarna i systemet sitter ihop. De är hårt kopplade till varandra, lika hårt som tramporna till bakhjulet på en vanlig cykel. Det finns ingen slack eller töjmån. Det finns inga fristående enheter som i den ekonomiska modellen. Det är kraften som står för nyttan. Energi är ingen nyttighet i sig. Det är ett abstrakt begrepp som beskriver det arbete som krafter har uträttat eller kan komma att uträtta. Det är användbart för ekonomisk uppföljning men det döljer den verkliga processens krav på styrning och reglering och det ger inte tillräcklig med information till samhällsdebatten.

14 Kommentarer