ELKRISEN

Svenska kraftnät bävar för ankkurvan – solceller utmanar elsystemet

Förra veckan höll det inte längre. Nu tvingas Svenska kraftnät och andra nordiska systemoperatörer erkänna problemen och varna för vind- och solkraft. De så kallade ankkurvorna har nu på allvar gjort entré och vårfloden väntar framöver. ”Exemplen visar att det bara blir värre och värre med tiden”, säger elsystemsexperten Paul-Frederik Bach 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 systemet så att det finns rätt mängd elektricitet och riktvärdet är 50 hertz. Frekvensen ska ligga mellan 49,9 och 50,1 hertz och faller den under 49 blir det stora störningar i systemet. I värsta fall slocknar delar av landet. Ansvarig för att upprätthålla den balansen i Sverige är Svenska kraftnät och i Danmark är det Energinet.

Elproduktion budas ut på den nordiska dagen före-marknaden så att den möter efterfrågan och detta sätter priserna i respektive elområde. Om det är väldigt mycket väderberoende el kan elpriserna bli negativa. Negativa elpriser är marknadens egen signal för att det är något galet i systemet och dessa inföll enligt Energiföretagen cirka 400 timmar under 2023, vilket motsvarar ungefär fem procent av tiden.

På en normal marknad ska man förstås inte behöva betala för att producera – men eftersom el alltså måste konsumeras i samma stund som den produceras kan dessa priser uppstå – och det ökar ju mer väderberoende kraft som kommer in.

– Negativa elpriser är inte bra för någon eftersom det betyder att alla producenter måste betala för att göra sig av med sin el vilket också motverkar framtida investeringar i elproduktion, säger Magnus Thorstensson, ansvarig för råkraftsmarknad hos Energiföretagen.

Satsat på sol- och vindkraft

När den faktiska driften sedan drar i gång balanseras systemet genom att systemoperatören aktiverar förlagda upp- och nedregleringsbud på marknaden. Om det är för mycket el i systemet kan man säga åt en producent att stänga av produktion eller en konsument att konsumera mer, och motsvarande åt andra hållet.

Politikerna vill, åtminstone inte utåt, ha fossil elproduktion och länge har man försökt motarbeta även den fossilfria kärnkraften som, bortsett från planerade avställningar och mer ovanliga snabbstopp, producerar jämnt. I stället har man lagt all tilltro till väderberoende sol- och vindkraft som varierar i produktionsmängd fram och tillbaka.

Paul-Frederik Bach tror att systemoperatörerna inte riktigt vågat erkänna problemen med den väderberoende kraften eftersom det kanske inte uppskattas politiskt. Men fysikens lagar går inte att önska bort och den som kan elsystem har länge sett problemen växa. En sådan är Paul-Frederik Bach, tidigare vice direktör för transmissionssystem hos Eltra, som ägde stamnätet i västra Danmark.

– Med en minskande andel av reglerbar produktion ökar risken för att kapaciteten i reglerkraftmarknaden inte räcker till. Volatiliteten i spotmarknaden är den första varningen och nu har vi också börjat se de första exemplen på problem i den fysiska driften, säger han.

Varnade i förra veckan

Och detta med besked. Som Tidningen Näringslivet kunde berätta innan helgen gick Svenska kraftnät och Energinet ut med ganska allvarliga varningar till aktörerna i torsdags. Från Svenska kraftnäts håll kom varningen under den inte så rafflande rubriken ”Ökad efterfrågan på mFRR nedreglering i helgen”.

Helgen dessförinnan hade alla nedregleringsbud i hela det danska elsystemet tagit slut, och det var nära att de tog slut även i Sverige. Med andra ord, Danmark kunde inte ta hand om all el utan skickade den till Sverige och det var nära att det inte gick att ta hand om den i Sverige heller. Som sista åtgärd, för att skydda elsystemet från kollaps, kan systemoperatörerna gripa in fysiskt och stänga av produktion. I Danmark var detta inte alls långt borta.

I det aktuella fallet visade väderprognoserna både goda vind- och solförutsättningar i Europa och i timme 16 den 7 april var nedregleringspriset ungefär -11 kronor per kilowattimme, noterar Svenska kraftnät i sitt pressmeddelande. Noterbart var att av cirka 6 400 (motsvarande omkring sex kärnkraftsreaktorer) megawatt vindkraft som producerades fanns endast 42 megawatt av volymen med som nedregleringsbud i den timmen. Problemen tvingade Svenska kraftnät att varna marknaden inför kommande helg och detta skrev Tidningen Näringslivet om i torsdags.

Ett problem, som nu dykt upp med besked i såväl det danska som det svenska elsystemet är vad som man kallar ankkurvor, eller ”duck curves”. Begreppet myntades av 2012 av California Independent System Operator och är ett rejält problem med solceller för systemoperatörerna att hantera.

”Blir bara värre och värre”

Lasten (förbrukningen) i ett elsystem följer människor och industrins vanor. När folk ligger och sover är behovet lägre och sedan kommer en peak på morgonen när alla slår på sina elektriska apparater samtidigt. Därefter kommer en ny peak när människor ska laga mat på kvällen. Effekterna blir också större på helgen då förbrukningen är lägre.

Solceller har delvis ett annat produktionsmönster. Först är produktionen lägre när befolkningen kliver upp och sätter på sina maskiner, sedan ökar den successivt och är högst mitt på dagen. Sedan kommer ett brant fall när solen går ned även om exakta mönster naturligtvis varierar beroende på land och årstid, om man har AC och liknande. Detta blir en mycket omfattande utmaning för elsystemsoperatörerna eftersom de måste rampa andra produktionskällor upp och ned för att hålla produktionen och efterfrågan i balans. Kurvan liknar en sittande anka, därav namnet.

– Jag har följt utvecklingen i Kalifornien med särskilt intresse sedan 1998. Exemplen visar att det bara blir värre och värre med tiden, när kapaciteten av solceller ökar, säger Paul-Frederik Bach.

Det största problemet, menar han, är när kurvorna möts, då efterfrågan ökar och solcellerna mycket snabbt tappar produktion på grund av solen går ned.

– Det betyder att man måste göra en brant uppreglering, säger Paul-Frederik Bach.

Fossilgas bra till upprampning

Dessutom är olika kraftslag olika snabba i upprampning. Kärnkraft är en främst en baskraftskälla och ligger och tuffar i samma tempo - den kan inte upp- och nedreglera snabbt.

I världen görs denna upprampning främst med fossilgas, eftersom gasturbiner kan reglera ganska mycket kraft väldigt snabbt. I Sverige finns vattenkraft men vattenkraften finns främst i norra Sverige och dessutom finns begränsningar hur mycket man kan balansera, särskilt under vårfloden.

I Sverige är solceller ännu ingen stor produktionskälla men på grund av att södra Sverige har hela Europas sämsta effektsituation så importeras nu ankkurvorna från andra länder, även om de förstås begränsas av importkapaciteten.

Gynnsamma bidragssystem har lett till en explosion av solceller i stora delar av Europa och inte minst Tyskland och Nederländerna har stor produktion. Enligt Electricitymap har solceller i Tyskland en maxkapacitet på 81 gigawatt (81 kärnkraftsreaktorer) och Nederländerna har 24. Även Danmark, som är ett litet land, har 2,32 gigawatt.

Smittar av sig i övriga Europa

Det är dessutom möjligt att ländernas politiker vill utöka kapaciteten ytterligare framöver. Tyskland, som satsar järnet på sol och vind producerade endast 12 procent med solel på årsbasis i fjol, naturligtvis med betydligt större produktion under sommarhalvåret.

Deras respektive systemoperatörer försöker förstås hantera problemet efter bästa förmåga men exportkablarna trycks också fulla vilket smittar av sig i hela det europeiska elsystemet.

– Jag ser det primära problemet i att den fluktuerande produktionen byggs ut snabbare än den infrastruktur som ska säkra produktionens förnuftiga användning. Det gäller inte minst transmissionsnätet i Norge och Sverige, säger Paul-Frederik Bach.

"En hektisk helg”

Tidningen Näringslivet ringer upp Pontus De Maré, driftschef hos Svenska krafnät. Han medger att de nu har ankkurvor att hantera och att det är utmanande. Tendenserna med ankkurvor fanns redan i fjol men de har vuxit i år i takt med att mer väderberoende kraft kommit in.

Och nu är vårsolen här.

– Det har varit en hektisk helg för kontrollrummet att hantera. Det blev väldigt stora frekvensavvikelser. Det har varit svårt under perioder hela förra veckan men mest påtagligt under lördagen.

Hur många minuter var ni i gul zon?

– Vi var ungefär 600 minuter i gul zon under förra veckan så det är historiskt väldigt högt. Målvärdet är cirka 200 minuter per vecka.

Gul zon betyder att man är utanför normalvärdet på 49,9-50,1 hertz och här används huvudsakligen stödtjänster och avhjälpande åtgärder för att ta sig tillbaka till grön zon. Misslyckas man med detta och avvikelsen fortsätter växa hamnar man i röd zon som är nöddrift och därefter i svart zon som är nätsammanbrott. Efter svart zon kommer blå zon som är återbyggnad.

Enligt honom har de däremot ännu inte varit nära att behöva ingripa med frånkoppling av något slag.

– En sådan här situation är utmanande på det sättet. Vi behöver aktiva aktörer som lämnar in bud, så att vi kan styra systemet och ha balans mellan konsumtion och produktion. Vi behöver marknaden hjälp för att slippa ta till tvingade åtgärder, säger han.

Rejäla minuspriser

Den mest tydliga ankkurvan syns under söndagen. På grund av goda vindförutsättningar i Europa låg elpriset redan mycket lågt. Och i elområde 4 börjar dygnet runt nollan under natten och ökar lite smått när folk börjar kliva upp runt morgonkvisten.

När solen börjar göra entré på riktigt faller elpriset snabbt och landar runt -60 öre per kilowattimme vid 14-tiden. När den sedan vänder och börjar gå ned stiger elpriset brant uppåt igen och maxar vid 18-tiden, dock på låga priser runt 20 öre kilowattimmen på grund av rejäl blåst i Sverige och Europa.

Nedtrappningarna under helgen gick bättre än väntat eftersom vindkraften verkar ha lyssnat på varningen inför helgen och bättre kommit in med nedregleringsbud så att de kunde stänga av sina turbiner när Svenska kraftnät behövde det, menar Pontus De Maré.

– Det är väldigt bra att de gjorde det och vi måste fortsätta på den vägen eftersom behovet kommer öka i takt med att mer väderberoende kraft kommer in i systemet. Marknadsaktörerna förberedde sig väl genom att lämna in bud i helgen.

– Det är otroligt viktigt att vi får in tillräckligt med bud från marknadsaktörerna, så att vi kan reglera systemet. Det gäller främst vindkraften men även den solkraft som kommer in i systemet måste kunna regleras ned om det behövs, säger Pontus De Maré.

Upphandlade Ryaverket

Den andra delen av ankkurvan, när solen går ned, hade Svenska kraftnät också förberett sig för. Totalt upphandlades 600 megawatt nedregleringsbud på kapacitetsmarknaden. Även Ryaverket upphandlades för att hantera överlaster när lasten vände men det gjordes enligt Pontus De Maré för att avlasta ledningar och därmed kunna öka kapaciteten.

– Det har varit särskilt utmanande också eftersom vårfloden lite smått börjat och vi håller på med arbeten i nätet i Kilanda och Skogssäter.

Och det ser utmanande ut framöver. Det blåste förvisso ganska friska vindar både i Sverige och på kontinenten men det var långt ifrån någon maxproduktion och även om vårfloden lite smått börjat så är den ännu i sin linda. Under vårfloden har vattenkraften inte samma möjlighet att reglera eftersom de måste släppa på vatten i älvarna.

– Vårfloden kommer successivt öka under maj. Det samtidigt som förbrukningen minskar och vi har fler avbrott i nätet.

Varför vindkraften inte varit med och nedreglerat så mycket bedöms delvis vara de PPA-avtal som de tecknat. Paul-Fredrik Bach tror också att det handlar om att äldre turbiner kanske inte kan nedreglera så bra.

– Energinet meddelar att en stor del av landets vindturbiner och solceller inte är utrustade med möjlighet för direktstyrning från de balansansvariga aktörerna. Man betalar för obalanserna och överlåter problemen till de systemansvariga. Det är alltså en teknisk begränsning, som sannolikt kan avhjälpas genom en ombyggnad. Havsvindkraftverken är byggda med denna möjlighet, och den utnyttjas också, eftersom det inte lönar sig att producera till negativa priser. Om man ”bara” gör dessa ombyggnader får man ett annat problem, nämligen att man i ökande grad måste stänga ner grön produktion. Det kan vara en psykologisk barriär. Därför är det bättre att ge utbyggnaden av infrastruktur högsta prioritet, men det har politikerna inte tålamod att vänta på. Jag måste betona att detta endast är min spekulation, verkligheten kanske inte är så enkel, säger Paul-Frederik Bach.

Hur ser det ut med lagringslösningar i Danmark?

– De är på väg men för sent och för lite.

Batterier har kommit in i Sverige

Magnus Thorstensson hos Energiföretagen noterar att batterier som kommit in i Sverige men dessa kan främst användas på sekund och minutbasis.

– Men de har en väldigt kort uthållighet så det handlar ju egentligen bara om att kortsiktigt flytta last.

För någon större mängd energi krävs rejäla lagringslösningar i så fall och de tar förstås tid att bygga.

– Då pratar vi pumpkraftverk och sådana saker. En gång i tiden tror jag att vi hade tre stycken pumpkraftverk och nu har vi bara ett igång. Det finns ju också elpannor som är en variant som skulle kunna komma in men här gör skatter det mindre attraktivt. Det skulle kunna vara en lösning.

Tyskland, som satsat mycket stort på väderberoende kraft producerade i fjol 0,66 procent från pumpkraft enligt Electricitymap. De reglerar i huvudsak med fossilgas, kolkraft och biomassa i stället.

– I Tyskland har man haft mycket gynnsamma feed-in tariffer vilket medfört en explosion av de kraftslag som då gynnas och man har kanske inte varit förberedd på konsekvenserna i andra änden. Med en mindre forcerad utveckling hade vind- och solkraft kunnat integreras i en lugnare takt som givit tid till anpassningar av kraftsystemet.

Hur kommer det sig att lagringslösningar laggar så mycket efter i Europa och att vi mest bara får batterier? Är det så att det finns ett problem med investeringsintresset för att det inte är så jättemycket energi det handlar om, även om produktionstopparna blir problematiska? Antalet soltimmar är ju inte jättemånga i Sverige?

– Man kan spekulera men fundamentalt gäller att det som inte finns på marknaden i dag inte betraktas som tillräckligt lönsamt.

Viktigt att komma med nedregleringsbud

Magnus Thorstensson trycker att det är viktigt för branschen att nu komma in med nedregleringsbud. Då kan man dessutom få betalt av Svenska kraftnät i stället för att man ska tvingas betala för sin produktion.

– Det viktigaste är att aktörerna lär sig av det här och försöker göra så bra prognoser som möjligt men även bjuder in resurser till nedreglering. Det kan bli väldigt dyrt om man inte är aktiv. Det är en signal till alla aktörer att vara mer på tårna i den nya marknaden.

Erik Almqvist, ansvarig för elnät och elmarknad hos vindkraftens branschorganisation Svensk Vindenergi noterar att förkvalificerade enheter av vindkraft inför helgen hos Svk var 850 MW förkvalificerat för mFRR ned, 250 MW för aFRR ned och 500 MW för FCR-D ned.

– Jämfört med januari 2023 är det en markant ökning. Vi ska också komma ihåg negativa priser över längre perioder är ett nytt fenomen. Före 2023 förekom det sällan, säger han till Tidningen Näringslivet.

Han berättar att de gjort ett rätt stort arbete förra året med att kartlägga hur det såg ut i branschen och efter det har de också noterat att fler kvalificerar sig.

– Däremot är förkvalificeringen också en process som tar tid, det kan behöva göras vissa uppgraderingar eller installeras extra utrustning vid parkerna. Svk har också gjort ett stort arbete med att upplysa kring de olika produkterna vilket förmodligen har bidragit rätt mycket. Kort sagt, den här utvecklingen har gått väldigt snabbt och det är naturligt att det tar lite tid innan allt kommer på plats.