Hur får vi balans i elnätet vid mer förnybar energi?

I takt med att andelen förnybar energi ökar, uppstår nya utmaningar kopplade till balansen i elnätet. För att elsystemet ska fungera måste det nämligen hela tiden råda balans mellan produktion och förbrukning av el. Det här är en svårknäckt nöt och jag ska göra mitt bästa för att reda ut begrepp som ”frekvens” och ”svängmassa” i texten nedan.

Eftersom det inte går att lagra el i stor skala måste den produceras i samma ögonblick som den förbrukas. Balans i nätet är alltså A och O. Samtidigt får vi en alltmer brokig energimix, där väderberoende energikällor som vindkraft och solceller gör det svårare att styra elproduktionen.

Förbrukningen är också svår att styra; en plötslig köldknäpp skapar till exempel ett ökat behov av uppvärmning. Trots svårigheterna att förutse både konsumtion och produktion, måste ändå balans råda. Det är en förutsättning för att kraftsystemet överhuvudtaget ska fungera och kunna leverera el. Störningar i balansen riskerar nämligen att skada eller helt slå ut teknisk utrustning.

Balanskonstnären Svenska kraftnät

Svenska kraftnät ansvarar för balansering av hela det svenska kraftsystemet. Rent praktiskt sker det från Svenska kraftnäts kontrollrum där kraftsystemet övervakas konstant. Balansen regleras både automatiskt i systemet och manuellt genom olika verktyg för produktions- och förbrukningsreglering.

Du kan faktiskt själv gå in och följa balansen i Kontrollrummet. Här kan du även följa import- och exportflödena av el mellan länderna som Sverige samverkar med.

En annan del av balansarbetet står elleverantörerna för. Ibland läggs arbetet ut på en extern part. Den balansansvarige har ett avtal med Svenskt kraftnät och ansvarar ekonomiskt och planeringsmässigt för att tillföra lika mycket el till kraftsystemet som kunderna förbrukar.

Den magiska gränsen: frekvensen 50 Hz

Frekvensen är ett mått på och ett resultat av hur väl produktion och användning av el är i balans. För att kraftsystemet ska fungera måste frekvensen inom elnätet hela tiden hållas inom snäva gränser.

Sveriges elnät är så nära sammankopplat med elnät i övriga Norden att vi i princip är synkroniserade. Hela det nordiska kraftsystemet balanseras mot en frekvens på 50 hertz (Hz). Om förbrukningen är högre än produktionen sjunker frekvensen; om produktionen är högre än förbrukningen stiger frekvensen. 

När obalans mellan produktion och förbrukning uppstår ändras frekvensen.

Svängmassa, nyckeln till stabilitet

Nu till själva dilemmat: den kraftiga utbyggnaden av förnybara energikällor, främst vindkraft, skapar nya problem för elsystemet. Stora mängder vind- och solel leder nämligen till en sämre stabilitet när det gäller att hålla frekvensen rätt. Det här beror på att dessa energisorter inte bidrar med den så kallade svängmassa som behövs för att ge tröghet i nätet när frekvensen i nätet ändrar sig.

Men vad är ens svängmassa? Svängmassa är en egenskap i kraftnätet som avgör hur mycket nätfrekvensen förändras vid en obalans mellan tillförd och förbrukad energi. Det kan beskrivas som en inbyggd tröghet. Ju mindre svängmassa som finns, desto svårare blir det att stabilisera frekvensen vid en stor störning.

Olika producenter har olika möjligheter

Olika energiproducenter har väldigt varierande möjligheter att reglera frekvensen genom svängmassa. Det är främst turbiner och generatorer i vattenkraftsanläggningar och kärnkraftverk som bidrar med svängmassa; tunga roterande delar som ger en tröghet i kraftsystemet.

När el produceras via kärnkraft eller kraftvärme går det alltså enkelt att alltid hålla jämn frekvens och ingen behöver tänka på reglering överhuvudtaget. Vattenkraft behöver regleras, men då handlar det bara om att släppa på lite mer vatten. I dag sköts den nordiska frekvensregleringen till största delen av vattenkraft.

Med en förändrad produktionsmix ändras förutsättningarna att balansera kraftsystemet. Sverige har de senaste åren ökat andelen el från vind rejält och lär fortsätta ytterligare vilket innebär mer förnybar energi. Samtidigt leder utvecklingen alltså till försämrad frekvensstabilitet. Det är en stor utmaning som jag följer med stort intresse.

Kraftsystemet blir alltmer komplicerat att balansera i och med förändringar i konsumtion, lägre andel planerbar elproduktion och mer elöverföring mellan länder.