Allt fler öar satsar på synkronkompensatorer för att klara mer vind- och solkraft. – Den svenska marknaden är svårare att komma åt även om systemförstärkningar med synkronkompensatorer skulle behövas, säger Kristina Carlquist på ABB.

På Färöarna vill energibolaget SEV stänga ned den dieseldrivna kraftproduktionen för att i stället gå över till förnybar energi, huvudsakligen vindkraft. Elsystemet får dock flera allvarliga utmaningar när de klassiska kraftverkens roterande maskiner upphör med sin svängmassa.

Bild: I Spanien har kompletterande synkronkompensatorer ”närmast blivit ett krav” när en ny vind- eller solpark ska kopplas upp på transmissionsnätet, enligt ABB:s Kristina Carlquist. Foto: ABB.

Utan synkron rotationsenergi försvinner många balanserande funktioner och kraftnätet störs lättare av väderberoende elproduktion. Just därför har färöingarna inhandlat fyra roterande synkronkompensatorer från ABB med uppgiften att stabilisera elnätets frekvens och spänning.

– SEV:s mål är att generera hundra procent grön energi 2030. Vissa dagar kör man redan helt förnybart, säger Kristina Carlquist, Manager Synchronous Condensers på ABB Large Motors and Generators Division.

Kraftnätens stötdämpare
Behovet för synkronkompensering har på få år blivit extra tydligt för ö-samhällen och för vissa kraftnät direkt kritiskt. Likt Färöarna saknar många öar backup i form av överföringsledningar från grannländer eller fastlandet.

För ABB har det skapat nya marknader. Fabriken i Västerås har därför kunnat fokusera mer på synkronkompensatorer, eller ”kraftnätens stötdämpare” som Kristina Carlquist kallar dem.

Stabiliserande maskiner
En synkronkompensator är en elektrisk roterande maskin som snurrar synkront med elnätets frekvens på 50 Hz, därav namnet. Av den ”svängande” massans fart skapas rotationsenergi som bland annat kan användas till att stabilisera elnätets frekvens och spänning. Ju större massa desto större rörelsetröghet, även kallad inertia, och ju trögare desto stabilare elnät. Inertia finns i olika typer av roterande maskiner.

– Synkronmaskinen i sig är densamma, även om den används till olika ändamål. Den kan byggas som en motor, en generator eller en synkronkompensator. Vid behov kan vi lägga till ett svänghjul som ger extra stor svängmassa, säger Kristina Carlquist.

Storbritannien och Irland
En viktig marknad för ABB:s synkronkompensatorer är Storbritannien. Där har synkronkompensatorer från ABB och GE Power Conversion upphandlats av norska Statkraft som har uppdraget att balansera det brittiska kraftsystemet. Medan GE Power Conversion har ett projekt i Skottland har ABB installerat två synkronkompensatorer på 67 MVAr (megavoltampere reaktiv) tillsammans med var sitt 40 tons svänghjul i Liverpool. Enligt Kristina Carlquist är det ett världsunikt projekt med hög rotationsmassa.

Statkraft offererar också stabilitet till det irländska kraftnätet. Till 2027 ska TSO:n EirGrid sätta upp ett antal synkronkompensatorer med världens största svänghjul levererade av Siemens Energy, inklusive ett 160 MW batteri.

Den fossila paradoxen
Bakgrunden till Storbritanniens och Irlands stora satsningar på synkronkompensering är ländernas gemensamma öde att även dessa stora ö-nationer saknar tillräckligt med turbindriven fossilfri inertia (tröghet) till att kunna säkerställa spänning och nätfrekvens. Därför tvingas man driva ett antal kol- och gaseldade kraftverk.

Det paradoxala är enligt Statkraft att de fossila kraftverken ibland måste drivas enbart av hänsyn till kraftsystemets driftsäkerhet och ej av elmarknadens behov. Rent energimässigt produceras det då tillräckligt med vindkraft, men ändå måste systemoperatörerna stänga ned vindkraftverk och starta oljekraftverk för att kunna säkra driften av nätet.

Reaktiv effekt
Mycket kring rotationsenergi och synkronkompensering handlar om reaktiv effekt, denna mystiska kraft som inte används direkt av elkunderna. Den är desto viktigare för att kraftnätet och elsystemet ska fungera.

I dagens intermittenta elnät syns behovet för reaktiv effekt extra tydligt då den bidrar till bättre spänningsreglering så fler solparker och vindkraftverk kan anslutas. Samtidigt har reaktiv effekt blivit en prekär bristvara som moderna synkronmaskiner nu kan råda bot på. En synkronkompensator kan leverera eller absorbera reaktiv effekt efter nätets spänningsregleringsbehov. Den reaktiva effekten kan dock inte fraktas runt i kraftledningar som vanlig effekt och därför måste synkronkompensatorer byggas på platser där behovet är störst.

Frekvens och kortslutning
Förutom att hålla spänningen med hjälp av reaktiv effekt är synkronkompensering också frekvensreglering. Svängmassan är i princip ett roterande energilager med en begränsad mängd aktiv effekt som då kan användas för att stabilisera frekvensen så länge hjulet svänger. Enligt ABB har synkronkompensatorer också en särskilt viktig kortslutningsförmåga.

– Kortslutningskapacitet behövs i nät så att stabiliteten kan behållas även under felfall. Vi har projekt som enbart baseras på kortslutningskapacitet, säger Kristina Carlquist.

Europeiska marknaden
För ABB började resan mot den moderna synkronkompensatormarknaden med pionjärprojektet kring stora solkraftsparker i Australien. Det är kanske därför sydkoreanska Kepco nyligen vände sig till Sverige för att hjälp med att stabilisera sitt elnät på ön Jeju.

Den stora kompensatormarknaden finns emellertid i Europa. I Spanien har ABB fyra projekt med synkronkompensatorer på bland annat Kanarieöarna och Mallorca. I Spanien har kompletterande synkronkompensatorer ”närmast blivit ett krav” när en ny vind- eller solpark ska kopplas upp på transmissionsnätet, enligt Kristina Carlquist.

Svårare i Sverige
Frågan är om synkronkompensatorer kommer att rullas ut i det svenska kraftnätet. Tekniskt sett kan det absolut finnas behov för både systemtjänster och ”ö-drift” i allt från industriparker och mikronät till de högsta nätnivåerna men vägen till förnuftiga affärer blir ändå lång, menar Kristina Carlquist. I Norden finns redan ett antal synkronkompensatorer av olika typer och modeller och en relativt god spridning av synkrona kraftslag.

Ökad vindkraftsutbyggnad kan öppna marknaden, som när den finska TSO:n Fingrid tvingades till inköp av ett 83 tons svänghjul, något Second Opinion har skrivit om. Kostnaden på drygt 450 miljoner kronor betalas då av kollektivet, ej av vindkraftsbolagen.

Sätt värde på svängmassan
Det kan påminna om debatten kring gasturbiners finansiering med skillnaden att en synkronkompensator enbart är en motor på tomgång utan produktion av något som kan säljas. Det är dock ingen naturlag att svängmassa ska vara värdelös, har delar av energibranschen länge påpekat.

Enligt Institut för näringslivsforskning måste Svenska kraftnät upprätta en marknadsmekanism för reaktiva stödtjänster från synkronmaskiner så rotationsenergin kommer in på balansmarknaden. Som leverantör kan ABB bara konstatera att marknaden än så länge finns långt från Västerås.

– För oss är Sverige och Norden en idag inte lika självklar eller naturlig marknad som de behov vi ser internationellt. Den svenska hemmamarknaden är svårare att komma åt på grund av existerande kärnkraft och vattenkraft – även om systemförstärkningar med synkronkompensatorer skulle behövas i södra Sverige, säger Kristina Carlquist.

* * *

Svängmassans nyttiga effekter: Synkronkompensering rör sig mellan frekvensbaserad aktiv effekt mätt i MW och reaktiv effekt kopplad till spänning och volt, mätt i MVAr (var). Den tekniska relationen mellan aktiv och reaktiv effekt kan beskrivas på engelska relativt begripligt (pdf) eller på svenska som en elektroteknisk ekvation. ABB har ett helt bibliotek om synkronkompensering (skrolla ned).