ELKRISEN

Systemoperatörens larm om elsystemet – då hotar nedsläckning

Stamnätsoperatören i Danmark, Energinet, varnar i en färsk rapport för roterande nedsläckning. Samtidigt utmanas driften av den snabbt växande solenergin, inte minst vid växlande molnighet. ”Det kan skifta väldigt snabbt från 100 till 20 procent produktion och tillbaka, som en EKG-kurva”, säger Klaus Winther, vice direktör för systemdrift hos Energinet, till TN.

Naturlagen för elektricitet är att produktion och konsumtion alltid måste vara i balans, i varje tusendels sekund. Om frekvensen inte upprätthålls kan utrustningen skadas och slutligen slocknar nätet.

Därför finns systemoperatörer vars uppgift är att hela tiden balansera frekvensen till riktvärdet 50 hertz. Den måste ligga mellan 49,9 och 50,1 hertz och faller den under 49 blir det stora störningar i systemet. I värsta fall slocknar stora delar av landet. Ansvarig för att upprätthålla den balansen i Danmark är Energinet.

Men de upplever just nu stora utmaningar med att balansera ganska kraftiga svängningar kopplade till intermittent kraftproduktion. De senaste 12 månaderna utgör solenergin i Danmark knappt 5 procent av produktionen men redan nu finns bekymmer som i år visat sig vara ”orimligt kostsamma”.

De ser utmaningar med att hantera både vind- och solenergi men det är främst den sistnämnda som ställer till med huvudbry för närvarande.

– Vindkraften är lättare att hantera eftersom turbinerna inte reagerar lika snabbt som i solkraften, säger Klaus Winther, vice direktör för systemdrift till Tidningen Näringslivet.

För att hålla systemet i balans jobbar Energinet med inköp av balanstjänster och andra åtgärder för att stabilisera systemet. De säger helt enkelt åt konsumenter eller producenter att justera sin konsumtion och produktion beroende på situation. Detta sker genom att aktivera upp- och nedregleringsbud på marknaden.

– Det kan vara flera olika kraftslag vi använder. Vindkraft, värmepumpar, gaskraft, kolkraft och så vidare.

Fram tills för något år sedan installerades solceller främst i mindre volymer utspritt på människors hustak runtom i Danmark. So far, so good.

– Detta har inte orsakat några direkta problem för oss som systemoperatör eftersom det rört sig om små anläggningar som varit utspridda över hela landet, säger Klaus Winther.

De typiska små hushållsanläggningarna i Danmark ligger ofta på omkring 0,006 megawatt, men i takt med att Danmark liksom övriga Europa vill göra sig kvitt fossila bränslen har betydligt större anläggningar med solceller successivt börjat göra entré i systemet. De kopplas direkt mot stamnätet och kan därför ställa till med en hel del oreda emellanåt.

”Som kurvan på en EKG-apparat”

Klaus Winther exemplifierar med en lite större solcellsanläggning på omkring 8 megawatt.

– Har du då en solig dag med växlande molnighet så kan anläggningen pendla väldigt snabbt mellan att producera 100 procent till 20 procent när drivande moln sveper in för att sedan studsa tillbaka till 100 procent igen. Så kan det hålla på fram och tillbaka. Det kan se ut som kurvan på en EKG-apparat, säger han och tillägger:

– Det är dessutom ganska svårt att förutspå när detta ska inträffa. Vi jobbar på att bättre kunna förutsäga fenomenen.

Faktum är att landet till och med har anläggningar så stora som 300 megawatt, vilket motsvarar ungefär en tredjedels kärnkraftsreaktor – och ännu större, omkring 600 megawatt, är på väg in om något år. Att hantera svängningarna i denna produktion är inte bara kostsamt utan utmanar också försörjningstryggheten vid vissa tillfällen.

– Riktigt stora anläggningar kan bli ganska svåra att hantera med dagens styrsystem. Om du har en 300 megawattsanläggning så är också arealen de täcker mycket större än på mindre anläggningar, så då kan det dröja en stund innan molnen passerar.

Samtidigt planeras solenergin att mångdubblas de närmaste åren. Enligt en prognos från Energistyrelsen beräknas kapaciteten i solenergin mer än fördubblas mellan 2024-2025 och så fortsätter utvecklingen mycket brant uppåt fram till 2030. De närmaste 15 åren rör det sig om en tiodubbling.

Tror du att ni kan bygga upp konsumtion som kan hantera dessa spikar när solcellerna ökar?

– Ja, det tror jag. När vi har nått den mängden så kommer dessa anläggningar att vara spridda runt landet så enskilda moln kommer då inte att påverka lika mycket. Men vi behöver köpa mer reserver och förhoppningsvis har vi då också nya tekniker i systemet, både klassiska batterier men det är finns också företag som jobbar exempelvis med stora lagringsteknologier med lufttryck, förklarar han.

För att försöka underlätta i det kortare perspektivet jobbar Energinet på flera olika lösningar. Totalt finns endast 100 megawatt automatisk frekvensåterställningsreserv (aFRR) och aktiveringstiden på dessa är upp till 15 minuter.

– Vi jobbar nu för att utöka våra aFRR-resurser och vi kommer att förändra systemet så att de måste reagera inom 5 minuter. Parallellt jobbar vi med att bli bättre på prognoser i vårt kontrollcenter så att vi också har chansen att reagera med manuella frekvensreserver, (mFRR).

Regleringsresurserna är dyra

Men dessa regleringsresurser är ofta dyra att använda och särskilt när elpriserna är höga, vilket de varit de två senaste åren. Klaus Winther hoppas nu att marknaden ska reagera på de höga prissignalerna.

– Vi kan se att det kommer in en hel del batterier till exempel, men det behövs omfattande lagringstekniker och flexibel konsumtion. Elbilar behöver vara flexibla i sin laddning, värmepumpar och så vidare.

Sol- och vindkraft har förstås svårt att uppreglera eftersom de inte kan producera när det inte blåser eller lyser, men de kan vara med och nedreglera, det vill säga bygga sina system så att det går att dra ner eller stänga av produktionen om det blåser eller lyser för mycket. Detta är en het fråga både i Sverige och Danmark och båda stamnätsoperatörerna har nu hört av sig till vindkraftsbolagen för att upphandla dessa tjänster.

Ett problem här har däremot varit att förnybar produktion åtnjutit vissa indirekta subventioner i elcertifikatsystem som minskat incitamenten att sluta producera trots negativa elpriser, vilket egentligen är marknadens signal för att säga åt producenterna att sluta producera.

Vidtar ni några åtgärder för att förnybar elproduktion ska svara på marknadens prissignaler utan att stamnätsoperatören behöver betala?

– Det är ett ämne som diskuteras emellanåt och vi behöver alltid ta beslut för att se till att marknaden är rättvis. Som det varit fram tills nu är det allmänheten som tagit den kostnaden, men det ökar också stressen på systemet när marknadens egna mekanismer inte fungerar, säger Klaus Winther.

I en artikel nyligen kunde Tidningen Näringslivet visa ett allvarligt exempel den 10 april i våras när Tyskland tryckte sina exportkablar fulla med vind och solkraft så till den grad att Energinet i Danmark tvingades använda vartenda nedregleringsbud som fanns på marknaden till priset 26 kronor per kilowattimme men ändå inte kunde ta hand om elen. I stället skickades stora mängder rakt genom landet vidare ut till Sverige och Norge.

– Vi har haft situationer där vi aktiverat vartenda nedregleringsbud vi har på marknaden och ändå så ser vi vind- och solkraft som fortsätter producera i systemet. Men vi har diskuterat det med marknadsaktörerna och jag tror att förutsättningarna har förbättrats där sol- och vind kommer att bidra mer i nedreglering.

Hur ser du på kannibaliseringseffekten? Alltså att ju mer intermittent kraft som kommer in i systemet, desto smalare blir fönstret där de kan tjäna pengar på sin produktion när förutsättningarna egentligen förespråkar maxproduktion.

– Jag är starkt övertygad över att marknaden kommer att lösa det. När priserna blir volatila så får du starkare initiativ för att bygga batterier, smarta värmesystem och så vidare, och så kommer det att stabilisera priserna igen.

Problemet från andra hållet återstår

Däremot återstår också problemet från andra hållet. Ju större andel intermittent kraft som finns i systemet, desto större blir den långsiktiga utmaningen med att kunna erbjuda tillräckligt med kapacitet när förutsättningarna är omvända. När det inte blåser och lyser. Särskilt utmanande blir det under vintern.

I Tyskland finns ett begrepp som kallas, ”Dunkelflaute”, vilket är en sammanhängande period där i princip ingen energi kan genereras med sol- eller vindkraft. Om perioden dessutom kombineras med svår kyla är konsumtionen högre och situationen blir då extra svår. Att dimensionera ett förnybart elsystem för detta är särskilt utmanande och många länder, som Danmark, har inte någon vatten- eller kärnkraft att jobba med. Där kliar sig experterna i huvudet kring hur detta ska lösas utan att ta till fossilt.

– Det är en stor utmaning och kommer att kräva väldigt stora lager men också en väldigt flexibel konsumtion. Här blir det särskilt viktigt med utlandsförbindelser. Olika länder har olika styrkor och svagheter i sina energimixar. Jag tror att vi behöver en bredd av olika tekniker i Europa som helhet och möjligheter att hjälpa varandra, säger han.

Särskilt problematiskt med EU:s modell

Men det finns också utmaningar för utlandsförbindelserna och Sverige är ett exempel. Detta kan kopplas till EU:s prissättningsmodell och den så kallade 70 procent-regeln, som gör att kontinentens högre elpriser smittar av sig exempelvis i Sveriges två södra elområden ju mer vi exponerar oss mot kontinenten.

Enkelt förklarat är det de dyraste kraftslagen som ropas in på den europeiska marknaden som blir vägledande för priset. Länder med planerbar kraft med låg driftskostnad, som vatten- och kärnkraft, får då högre marginaler, men elpriserna stiger ändå. För att inte priserna ska smitta av sig behöver helt enkelt produktionen överstiga konsumtionen, vilket är fallet i Elområde 1 och 2 i Sverige men inte i södra Sverige.

Av den orsaken har Tidö-partierna valt att pausa den planerade förbindelsen till Tyskland, ”Hansa Powerbridge” och Socialdemokraterna har till och med gjort utspel om att skrota den. Trots att Svenska kraftnät varnar för rejäl effektbrist på sikt. Det har även höjts röster kring det nya flowbased-systemet som skulle effektivisera överföringen eftersom det samtidigt beräknas öka priserna med 200 miljoner i veckan.

– Det är tråkigt för i grunden så är alla utlandsförbindelser förstås positiva. Vi måste kunna hjälpas åt mellan länderna om det här ska fungera. Det här är saker som behöver lösas.

I grunden kan detta dock lösas genom omfördelningspolitik, menar Klaus Winther.

– Pengarna stannar ju i landet, så de går att omfördela.

Problemet svårt att lösa

Om EU väljer att förändra marknaden på något sätt återstår att se men i dagsläget har Svenska kraftnät avfärdat möjligheterna att göra ingrepp i marknadsprissättningen eftersom de anser att det strider mot EU:s regler, och det kan tilläggas att när Frankrike hotat om att just omfördela intäkter från deras gigantiska kärnkraftsflotta som tjänar stora pengar på att exportera el till Tyskland när priserna är höga, så har det retat gallfeber på Tyskland i EU som i stället varit rädda att Frankrike kommer att utnyttja detta för att öka konkurrenskraften i den egna industrin. Hur det skulle påverka viljan att bygga ny elproduktion är en annan fråga.

Problemet är inte helt lätt att lösa och i nuläget syns i stället en situation där stamnätsoperatörerna vill bygga nya förbindelser eftersom de behövs för att garantera säkerheten men politiken i de länder som sitter på fossilfri planerbar el börjar knorra eftersom det ökar elpriserna för dem.

– Det behöver lösas på något sätt, säger Klaus Winther.

Hur ser du på lagringskapaciteten som ska till i det förnybara systemet? Blir det inte väldigt dyrt att bygga elektrolysanläggning för vätgas, pumpkraft och så vidare. Ska det inte till ganska extrema elpriser innan marknaden väljer att satsa på detta?

– Jag är ingen expert på detta, men det stämmer att den storskaliga tekniken är dyr.

Energinet sitter i en rävsax

Tidningen Näringslivet kontaktar Paul-Frederik Bach som innan sin pension var vice direktör för transmissionssystem hos Eltra som ägde stamnätet i västra Danmark.

Han tolkar det hela som att stamnätsoperatören sitter i en rejäl rävsax, där de måste balansera å ena sidan den danska politiken som vill trycka in mer vind och sol och på andra sidan förhålla sig till naturens lagar.

– Jag tror att Energinet av politiska skäl har varit tvungna att uttrycka förtroende för att de klarar av att driva elsystemet med en så hög andel vind- och solenergi, men nu har det kommit så långt att de av hänsyn till företagets trovärdighet är tvungna att uppmärksamma den växande risken för avbrott.

Han hänvisar till en färsk rapport, ”Redogörelse för elförsörjningstrygghet”, som stamnätsoperatören nyligen publicerade.

I den noterar Energinet en tydligt ökad risk för effektbrist i Danmark de kommande åren och risken bedöms vara högre än i fjol.

”Väderförhållanden har stor inverkan på dansk och europeisk effekttillräcklighet. Den danska effekttillräckligheten förväntas i ökande grad bli särskilt känslig för specifika väderfenomen som skapar dåliga förutsättningar för elproduktion från förnybara energikällor som vind och sol”, konstaterar stamnätsoperatören i rapporten och de menar att det förväntas bli behov av att vidta åtgärder föra att möta den ökade risken.

Riskerar roterande nedsläckning

Rapporten prognostiserar fler och fler timmar med maxpriser och att marknaden till en början helt eller delvis kan avhjälpas genom att aktivera de danska balanseringsreserverna fram till 2025. Men från 2027 och framåt ökar utmaningarna och det räcker inte med att använda balanseringsreserverna för att undvika kontrollerade avbrott, varnar Energinet i rapporten.

– När en stamnätsoperatör pratar om ”utmaningar” så är det nydanska för problem, säger Paul-Frederik Bach.

2033 prognostiseras effektbrist som ”inte kan avhjälpas med reserver” vara 100 minuter och den exemplifieras genom tre sammanhängande dagar där stora delar av elbristen inte kan lösas med egna reserver under onsdag, torsdag och fredag en extremt kall vintervecka. I rapporten skriver Energinet så här under onsdag-torsdag:

* Vädret: Klart, kallt och stilla väder både i Danmark och i Europa.

* Elsystemet: Det klara vädret ger goda förutsättningar under dagtid för elproduktion med solceller. Stilla väder på kvällen och natten ger effektbrist i Europa och behov av aktivering av både reserver och rullande brown-outs i upp till 17 sammanhängande timmar.”

”Brown-outs”, eller roterande nedsläckning är stamnätsoperatörens sista utväg för att skydda elsystemet vid brist. Alltså att medvetet koppla bort användare från nätet för att inte skada sytemet som helhet, förklarar Paul-Frederik Bach.

”Det förväntas bli behov av att vidta åtgärder för att möta den ökande risken. Behovet av åtgärder är osäkert och beror i hög grad på utvecklingen i det samlade europeiska systemet”, konstaterar Energinet i rapporten.

Dyrt med storskaliga energilager

Att bygga storskaliga lagringstekniker, så kallade Power to X (PTX), exempelvis vätgas med elektrolys och sedan tillbaka till el, som ofta målas ut som huvudscenariot i fallet endast förnybart, är dyrt, menar han. Och dessutom har tekniken ännu inte testats på storskalig kommersiell basis.

Ungefär två tredjedelar av energin går förlorad i denna process, och Danmark får totalt bara omkring 1 500 soltimmar per år. Även om EU ställt ut mångmiljardbidrag för grön vätgas tror han att satsningarna kan bli dyra.

– Det kan vara svårt för marknaden att göra investeringar baserat på dessa förutsättningar, och det tar tid.

Oavsett vem som bygger hamnar kostnaderna för all elproduktion, alla lagringstekniker och alla åtgärder som stamnätsoperatören behöver vidta i slutänden på elräkningen eller skattebetalare. ”Bang for the buck”, är alltså att föredra, menar han.

– Samtidigt är det svårt för Danmark. De planerbara alternativ som finns att tillgå är i hög grad fossila. Det finns ingen kärnkraft eller vattenkraft i Danmark utan det är biomassa och fossilt som gäller. Detta försöker Energinet lösa genom att bygga utlandsförbindelser så att man kan få hjälp av andra länder.

Men flera länder går på samma linje

Men ett stort problem är förstås att flera länder samtidigt väljer att satsa på samma förnybara energikällor som Danmark, där Tyskland, som Danmark länge kunnat importera el från, kanske är det största skräckexemplet.

Och om solcellerna växer i Danmark enligt prognos kommer de under en förhållandevis snar framtid också att ha en större maxeffekt än hela Danmarks konsumtion, menar Paul-Frederik Bach.

– Frågan är om det finns tillräckliga incitament för att bygga ut lagringstekniker i samma utsträckning.

Andra dagar, när den intermittenta kraften inte levererar, är det omvänt. Då finns i det närmaste bara dyr kolkraft och fossilgas att hämta i både Tyskland och Danmark. Om Tyskland försöker lägga ned detta, vilket kommer bli svårt eftersom Tyskland inte har så mycket annat planerbart, så lär det knappast finnas något överskott att exportera till Danmark, menar han.

– Den här situationen sätter ganska hög press på andra länder att leverera den planerbara elen men huvudscenariot är nog att de behöver den själva, säger Paul-Frederik Bach.

Tror att Energinet välkomnar svensk kärnkraft

Därför tror Paul-Frederik Bach att Danmarks systemoperatör i tysthet är mycket glad för att Sveriges regering bestämt sig för att sjösätta en massiv utbyggnad av kärnkraft.

Klaus Winther vill däremot inte svara direkt på frågan.

– Jag får säga som jag sagt tidigare, att ingen fossilfri teknologi kan stå ensam i framtiden om vi ska bli av med koldioxiden, så vi behöver alla vi kan få och starka förbindelser mellan länderna, säger han.