”Styrningen är nyckelfunktionen”

”Styrningen är nyckelfunktionen”

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

Av Erik Sandström
f.d. chef för Kraftsystemstyrning vid Vattenfall Elteknik AB
Profil Second Opinion drivs på uppdrag av Energiföretagen Sverige. Läs mer

Vid publicering av en kommentar gäller följande regler:

– vi vill att alla som kommenterar ska vara identifierbara personer och vi vill därför för- och efternamn anges av den som kommenterar

– vi vill att diskussionen på Second Opinion ska hålla en god och respektfull ton och publicerar inte kränkande omdömen om enskilda personer.

Second Opinion förbehåller sig rätten att radera texter som bryter mot våra villkor och regler.

Kommentera

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *

*

  1. Anton T skriver:

    En kompletterande sätt att hantera av den allt mer volatila produktionen men som inte nämns i artikeln är flexibel förbrukning. För detta behövs i framtidens elsystem tydligare prissignaler för förbrukning.

  2. Bert skriver:

    En hel del plats skulle frigöras i elnäten om fläktdrifterna optimerades. Fläktdrifter har utan undantag för lågt Cos fi och kräver därför mera Skenbar Effekt, S. Det finns ca 20 % att spara.

  3. Einar Fjellman skriver:

    En föredömlig beskrivning av ett för många obegripligt ämne. Inte bara allmänhet behöver förstå, energipolitiker i regering och riksdag har länge demonstrerat sin okunskap om hur vårt kraftsystem fungerar och uppträder ändå som experter när vår elförsörjning debatteras och beslutas. Svenska Kraftnät (SvK) ombads 2019 av energimyndigheten och naturvårdsverket (EM/NV) att yttra sig om deras planer på en ”strategi för hållbar vindkraftutbyggnad”. SvK gör i sitt yttrande klart att myndigheten inte vill ha in mer vindkraft i elsystemet så länge den inte uppfyller de krav på styrbarhet som Erik Sandström beskriver som nödvändiga för att upprätthålla balans i systemet.

    Att hoppas på politisk klarsyn om betydelsen av styrbarhet tycks mig fåfängt. Regeringen har tillsatt en utredning om avskaffande av det kommunala vetot mot vindkraft för att bereda vägen för den utbyggnad som EM/NV vill se. Jag föreslår ett tilläggsdirektiv till utredningen med innebörd att det kommunala vetot ersätts med ett myndighetsveto som ligger i SvK’s händer.

  4. Matthias Rapp skriver:

    Tack för en lärorik och intressant artikel. Det vore värdefullt om du kan utveckla ditt resonemang i en eller flera kommande artiklar. T.ex. hur mycket vindkraft tål systemet, hur beräknar man den ”verkliga” nyttan av vindkraften och hur mycket betyder ett sammankopplat elnät i Europa för att kunna använda maximalt (eller optimalt) med vindkraft?

  5. Curt Widlund Tyresö Sweden skriver:

    HVDC ÖVERFÖRINGEN HAR LÅGA FÖRLUSTER SOM SLÅR TESLAS 50HZ
    HVDC KAN ÖVERFÖRA ENERGI PÅ EN TRÅD OCH JORD.

    1. Erik Sandström skriver:

      Tack för kompletteringen Curt. Vad gäller HVDC så kan vi ju dessutom vara lite stolta över svenska ingenjörsinsatser. Jag arbetade nära projektledaren för SwePoLink under en period. Det jobbigaste var nog det välorganiserade folkliga motståndet mot projektet.

  6. Kurt V Olsson skriver:

    Alla försök till förklaringar, för beslutsfattare och den breda allmänheten, är av stort värde.
    Stånggång finns/fanns (?) att beskåda vid Dannemora gamla gruvområde. För att beskriva hur systemet fungerar kan exemplet ges att stångänden trycker fram ett stort kugghjul (byggt i trä, när det begav sig). Ett steg i taget som i ett urverk.

  7. Anne Hyllander skriver:

    Tack för en initierad förklaring o beskrivning. Fakta är alltid välkommet o nödvändigt. Bästa hälsningar Anne

  8. jan-erik Andreasson skriver:

    SVERIGE har 20% vindkraft o Danmark har 47.5% så kollapsar Danmarks elnät snart?

    1. anne hyllander skriver:

      DK har en stor myckenhet av torv mm eldade kraftverk som hela tiden står ”stand by” för att börja producera när det är stiltje. Bästa hälsningar
      Anne

    2. Erik Sandström skriver:

      Tack för inspelet Jan-Erik. Principiellt så kan vi ha upp till 100% vindkraft i elsystemet. Det som är viktigt är att vi har lika mycket reglerbar kraft, som är redo att ta över om det slutar blåsa. Vi är därför inte på den säkra sidan ens om vi drar ner till 1% vindkraft. Det avgörande är fortfarande att det finns lika mycket reglerbar kraft. Kan vi inte matcha motståndet från förbrukningen så får vi ett haveri. Jag tycker att din fråga också på ett bra sätt illustrerar att vi inte bara kan se på elkraftsystemet som en konturlös förmedlare av energi. Vi måste kika in under motorhuven också.

  9. David Lundberg skriver:

    Mycket pedagogisk förklaring som jag kommer att sprida vidare.

  10. Stig Forshult skriver:

    En alldeles utmärkt beskrivning med konkreta liknelser som sannolikt många borde kunna förstå. Problemet är snarare att beslutsfattare aldrig kommer att läsa detta – tyvärr. Vi får hjälpas åt att sprida texten. Tack / StigF

  11. LassE skriver:

    Bra och nödvändigt inlägg

Prenumerera på artiklar


Följ oss på Twitter

Senaste artiklarna

Skriv på Second Opinion

Alla är välkomna att skriva på Second Opinion. Vi publicerar dels artiklar som fördjupar kunskaper om energifrågor dels aktuella debattartiklar.
Skicka in din text
Vara-amnen

Ur arkivet