Ett 100 procent förnyelsebart elkraftsystem fungerar inte

Sammanfattning

Dokumentet analyserar utmaningarna inom energisystemet, särskilt med avseende på förnybara energikällor som sol och vind. Det framhäver vikten av stabil elproduktion för att undvika effektbrist och instabilitet i elnätet.

• Bristande stabilitet: Det finns en pågående debatt om hur elkraftsystem ska utformas, där verkligheten har visat att nedläggningen av stabila energikällor som kärnkraft leder till bristande stabilitet i nätet.
• Tysklands energiomställning: Tyskland har genomgått en energiomställning, "Energiewende", för att ersätta fossil och kärnkraft med förnyelsebara energikällor, vilket resulterat i ett dyrt och instabilt elkraftsystem.
• Strömavbrott i Spanien och Portugal: Det senaste strömavbrottet som drabbade dessa länder har belyst problemen med förnybara energikällor och deras påverkan på nätstabiliteten.
• Utmaningar med förnybar energi: Ökningen av sol- och vindkraft har visat sig sakna den stabilitet som kärn- och vattenkraft erbjuder, vilket är avgörande för att undvika strömavbrott.
• Systemtjänster: För att upprätthålla stabilitet i elnätet är det viktigt att hantera frekvens och spänning, vilket är avgörande för att förhindra skador på utrustning och systemkollaps.
• Framtidsutsikter: För att säkerställa ett stabilt energisystem behövs en balanserad mix av energikällor, inklusive kärn- och vattenkraft, för att möta framtida utmaningar.

Verkligheten ger svar

Det måste finnas en frihet att ha olika åsikter om hur ett elkraftsystem ska vara uppbyggt och fungera. Några anser att det ska vara på ett sätt medan andra menar att det ska vara på ett annat sätt. Men vad är sanningen? Vad fungerar och vad fungerar inte. Finns det någon oberoende domare som kan utse det alternativ som ska få råda och vara grund för ett elkraftsystem. Ja, det finns det faktiskt. Verkligheten.

Verkligheten är en hård men rättvis domare. Och på senare tid har vi fåt några utslag. Nedläggningen av stabil elproduktion i södra Sverige och som kan klara stabilitet i nätet och vara hållbart visar sig inte fungera. Södra Sverige lider av effektbrist som hämmar mycket inte minst nya industriella satsningar.

Tyskland har under de senaste decennierna genomgått en omfattande energiomställning, kallad "Energiewende", med målet att ersätta fossil och kärnkraft med förnyelsebara energikällor såsom sol och vind. Resultatet, ett ej fungerande elkraftsystem som blivit mycket dyrt. Industrier flyr Tyskland.

Och nu senaste det totala strömavbrottet i Spanien och Portugal som drabbade närmare 60 miljoner människor med omfattande skador och kostnader. 'slutsats ett förnyelsebart elkraftsystem fungerar inte. Nu har vi fått svaren.

Förnyelsebart elkraftsystem till 100 procent fungerar inte.

Låt oss gå in på det senaste haveriet. Manuel Alcázar Ortega, professor vid utbildningen för elingenjörer på Tekniska högskolan i Valencia, förklarar det hela.

Han menar att omställning i landets energiproduktion och -distribution med förnyelsebara energikällor har ökat markant, men samtidigt har utfasningen av stabila energikällor som kärnkraft lett till nya utmaningar, inklusive problem med att upprätthålla nätstabilitet och att hantera perioder med låg energiproduktion från förnybara källor. Detta har blivit särskilt tydligt under dagar med oväntade händelser som påverkar energibalansen. Dessa utmaningar kan vara kopplade till kraftiga frekvensfluktuationer i elsystemet, vilka kan leda till omfattande strömavbrott om de inte hanteras korrekt.

REE har gett indikationer om att avbrottet vållades av kraftiga frekvensfluktuationer, vilket inträffar när balansen mellan den energi som går in i systemet och den som lämnar det, förloras, säger Alcázar Ortega till spanska Science media centre.

– De här frekvensfluktuationerna, vid en tidpunkt när kraftbehovet var lågt, solkraften översteg 55 procent, och det fanns ett minskande bidrag från generatorer som kunde leverera tröghet, resulterade i att systemet inte längre kunde hantera frekvensfluktuationerna, vilket triggade en kedja av bortkopplade generatorer, och till slut vållade strömavbrottet.

Ovanligt mycket solkraft

De senaste åren har Spanien, liksom de flesta andra EU-länder, storsatsat på förnyelsebara kraftslag. Dels vindkraft, men framför allt solkraft.

Och måndagen är en solig dag i Spanien. Landets mer än 60 000 solcellsanläggningar står strax efter lunch för omkring två tredjedelar av landets elkraftproduktion, enligt data från REE.

Foto: Solaria energia

Den ökande elproduktionen i takt med att solen stiger på himlen, sammanfaller med en minskande efterfrågan på el när miljoner spanjorer stänger av maskiner och datorer för att gå på lunch.

Ett antal generatorer börjar då kopplas bort från elnätet med automatik. Dels för att inte ytterligare överbelasta det, dels för att de själva inte ska ta skada. Bortkopplandet är väldigt snabbt och drastiskt.

– 15 gigawatt elproduktion försvinner på fem sekunder, berättar premiärminister Pedro Sánchez vid en pressträff under måndagskvällen.

Ingen stabiliserande kärnkraft

Bland annat kopplas Spaniens samtliga i drifttagna kärnreaktorer och mer än hälften av vattenkraften bort från nätet. Kvar blir ett elsystem som i princip uteslutande utgörs av sol- och vindkraft.

Men de två kraftslagen saknar, till skillnad från till exempel kärn- och vattenkraftverk med stora tunga generatorer, förmågan att stabilisera elnätet. Den tröghet som behövs för att hålla en stabil frekvens försvinner.

Det är alltså förlusten av denna tröghet som Manuel Alcázar Ortega talar om, och som leder till att elnätet kollapsar. Han säger att för att förhindra fler liknande avbrott i framtiden, så kommer vind- och solkraften sannolikt behöva begränsas framöver, till förmån för kraftslag som stabiliserar elnätet.

En annan expert, José Luis González Valvés som är doktor i civilingenjörskonst vid Tekniska högskolan i Madrid, säger till Telemadrid att den gröna omställningen gjort det "enormt komplext" att styra över energiflöden och datasignaler från miljoner olika solpaneler spridda över hela landet.

– Vi har gått från ett system som producerade mycket energi på ett fåtal olika platser till ett som producerar lite energi på många olika platser, säger José Luis González Valvés.

Slutsatsen för Spanien och Portugal är att ett 100 procent förnyelsebart elkraftsystem fungerar inte. Men inte nog med det. En allt för stor andel av dessa elkraftkällor fungerar inte heller.

Vad kan vi dra för slutsatser för Sverige. Det vore ohyggligt för svenska medborgare om en liknande händelse skulle inträffa dagar då det är minus 20 grader ute. .

Bristande stabilitet i energisystemet

Det finns en pågående debatt om hur ett elkraftsystem ska vara uppbyggt och fungera. Verkligheten har visat sig vara en hård domare, och exempel från Sverige och Tyskland visar på brister i stabiliteten när stabila energikällor som kärnkraft fasas ut. I södra Sverige har nedläggningen av stabil elproduktion lett till effektbrist, vilket påverkar industriella satsningar negativt.

Tysklands energitransition

Tyskland har genomgått en omfattande energiomställning, kallad "Energiewende", med syftet att ersätta fossil och kärnkraft med förnyelsebara energikällor. Resultatet av denna omställning har blivit ett dyrt och instabilt elkraftsystem som lett till att industrier lämnar landet.

Strömavbrott i Spanien och Portugal

Det senaste strömavbrottet som drabbade Spanien och Portugal, som påverkade 60 miljoner människor, har ytterligare belyst problemen med förnyelsebara energikällor. Professor Manuel Alcázar Ortega förklarar att omställningen till förnyelsebara energikällor har skapat nya utmaningar, särskilt när det gäller nätstabilitet och hantering av perioder med låg energiproduktion.

Utmaningar med förnybar energi

Det har visat sig att den ökade andelen solkraft och vindkraft saknar den stabilitet som kärnkraft och vattenkraft erbjuder. Det är den så kallade "trögheten" som behövs för att hålla en stabil frekvens i elnätet, vilket är avgörande för att undvika strömavbrott. Alcázar Ortega menar att för att förhindra framtida avbrott kan det bli nödvändigt att begränsa användningen av vind- och solkraft till förmån för stabila energikällor.

Systemtjänster i elnätet

För att säkerställa stabilitet i elnätet är det viktigt att upprätthålla frekvens och spänning. Frekvensreglering och spänningsreglering är avgörande systemtjänster som måste hanteras korrekt för att undvika skador på utrustning och driftsäkerhet.

Slutsatser och framtidsutsikter

Ett 100 procent förnyelsebart elkraftsystem fungerar inte optimalt, och att en balanserad mix av olika energikällor, inklusive kärnkraft och vattenkraft, är nödvändig för att säkerställa stabilitet och leveranssäkerhet. Det är viktigt att låta teknologin styra utvecklingen av energipolitiken snarare än politiska ambitioner, för att uppnå rimliga elkostnader och minimal miljöpåverkan.

Genom att investera i infrastruktur och diversifiera energikällor kan Sverige och andra länder möta framtida utmaningar och skapa ett mer stabilt och hållbart elsystem.

Lite teknik för den som vill veta mer

Sammanfattningsvis är systemtjänster som frekvens- och spänningsreglering avgörande för att säkerställa en stabil, pålitlig och effektiv elförsörjning. Genom att förstå och implementera dessa tjänster kan vi möta framtidens energibehov och samtidigt integrera en större andel förnybar energi i våra elnät.

Systemtjänster i elnätet: Frekvens och spänning

I ett modernt elnät finns det flera systemtjänster som är avgörande för att bibehålla stabiliteten och säkerheten i elförsörjningen. Två av de mest kritiska parametrarna att kontrollera är frekvens och spänning. Här förklarar jag vilka systemtjänster som finns för att klara dessa parametrar och varför det är så viktigt att upprätthålla dem.

Frekvensreglering

Frekvensen i ett elnät är ett mått på hur många gånger strömmen växlar riktning per sekund och mäts i hertz (Hz). Standardfrekvensen i Europa är 50 Hz. Frekvensen måste hållas stabil för att säkerställa att all utrustning och alla system som är anslutna till elnätet fungerar korrekt.

Primär frekvensreglering

Primär frekvensreglering aktiveras automatiskt och omedelbart när det sker en avvikelse från den nominella frekvensen. Den utförs av kraftverk som har snabb responskapacitet och kan öka eller minska produktionen inom några sekunder.

Sekundär frekvensreglering

Sekundär frekvensreglering, även kallad automatisk frekvensåterställningsreserv (aFRR), aktiveras efter primär reglering och syftar till att återställa frekvensen till dess nominella värde. Denna reglering sker inom några minuter och utförs av reglerkraftverk som kan justera sin produktion snabbt och effektivt.

Tertiär frekvensreglering

Tertiär frekvensreglering, eller manuell frekvensåterställningsreserv (mFRR), aktiveras för att avlasta de sekundära reserverna och återställa balansen i systemet. Denna reglering sker inom 15 minuter och kan inkludera start av reservkraftverk eller justering av större produktionsenheter.

Spänningsreglering

Spänningen i elnätet måste hållas inom specifika gränser för att säkerställa att utrustning och apparater fungerar korrekt och inte skadas. Spänningsreglering är avgörande för att upprätthålla elnätets kvalitet och tillförlitlighet.

Reaktiv effekt

Reaktiv effekt behövs för att upprätthålla spänningsnivåerna i elnätet. Den kan produceras eller absorberas av olika komponenter i nätet, såsom kondensatorer, reaktorer och synkronkompensatorer. Genom att hantera den reaktiva effekten kan man stabilisera spänningen och förhindra spänningsfall eller överstigningar.

Spänningsstöd från kraftverk

Kraftverk kan tillhandahålla spänningsstöd genom att justera spänningsnivåerna på sina generatorer. Detta sker genom att variera exciteringen av generatorerna, vilket påverkar mängden reaktiv effekt som produceras.

Varför är dessa systemtjänster viktiga?

Att säkerställa stabil frekvens och spänning i elnätet är avgörande för flera skäl:

• Förhindra skador på utrustning: Om frekvensen eller spänningen avviker för mycket från sina nominella värden kan det skada elektrisk utrustning och apparater.
• Driftsäkerhet: Stabila frekvens- och spänningsnivåer är nödvändiga för att upprätthålla en pålitlig och oavbruten elförsörjning.
• Systemkollaps: Större avvikelser kan leda till en kedjereaktion som orsakar strömavbrott och potentiellt en systemkollaps.
• Integration av förnybar energi: Förnybara energikällor som sol och vind är intermittenta och kan skapa utmaningar för nätstabiliteten. Effektiv frekvens- och spänningsreglering är avgörande för att integrera dessa källor utan att äventyra nätets stabilitet.