Den allt sämre frekvenskvaliteten hänger också samman med att ansvaret för balansen mellan produktion och konsumtion i kraftsystemet inte längre finns hos en aktör utan är delat mellan en mängd balansansvariga företag. Den ökande andelen väderberoende elproduktion i det nordiska elsystemet bidrar därtill till att behovet av frekvensreglering är större än tidigare. Ökad frekvensreglering leder i sin tur till ökad förslitning av vattenkraftens maskiner, vilket bekymrar kraftbolagen.
Trimmar systemen
Linn Saarinen genomför ett doktorandprojekt inom Svenskt vattenkraftcentrum, SVC och Vattenfall. Målet är en förbättrad nätfrekvens till lägre kostnader, det vill säga minskat slitage på vattenkraftens maskiner. Förenklat handlar det om att trimma det automatiska system som styr effekten i de vattenkraftverk som deltar i frekvensregleringen.
– Flödet genom turbinerna justeras automatiskt för att generera antingen mer eller mindre effekt beroende på hur mycket el som konsumeras på nätet. När produktionen är större än konsumtionen ökar den elektriska frekvensen på nätet, och därmed rotationshastigheten på generatorerna som är anslutna till systemet. Vattenkraftverken mäter frekvensen och justerar produktionen så att produktionen alltid är precis lika stor som konsumtionen. Konsumtionen ändras hela tiden och vattenkraften måste följa med, förklarar Linn Saarinen.
Svängmassan är energilager
Vattenkraften går att reglera snabbt, men inte hur snabbt som helst. Därför är systemet också beroende av sin svängmassa, det vill säga de tunga generatorer och turbiner som är direktkopplade till nätet och ger systemet tröghet. Svängmassan fungerar som ett energilager som hjälper till att hålla systemet i balans. Det nordiska elnätet är mindre än det kontinentaleuropeiska systemet, och därför har vi en svängigare frekvens. Både i Norden och i Europa oroar man sig dock för att svängmassan minskar när vind- och solkraft ersätter konventionella energislag. Då behövs en snabbare och bättre trimmad frekvensreglering för att hålla systemet stabilt.
Modeller och analysmetoder
– Min forskning handlar bland annat om att hitta bra metoder för att trimma regulatorerna på vattenkraftverken, så att de stöttar systemet på bästa sätt utifrån sina förutsättningar och arbetar bra tillsammans. Det handlar om att mäta kraftverkens respons, bygga modeller och använda dem för att optimera kraftverkets bidrag till balanseringen av kraftsystemet.
Linn Saarinen sitter även med i en referensgrupp för de nordiska systemoperatörernas projekt Frequency Containment Process, FCP som utreder möjligheterna till nya tekniska krav för frekvensregleringen.
– I referensgruppen har jag bidragit med analysmetoder och granskning av de föreslagna kraven både från ett teoretiskt perspektiv och från ett mer anläggningsnära perspektiv.
Ekonomisk drivkraft saknas
Ett dilemma i nuläget är att det inte finns särskilt starka ekonomiska incitament för kraftbolagen att delta i frekvensregleringen.
– Idag baseras ersättningen på en beräkning av kraftverkens kostnader för frekvensreglering. Om kraftbolagen ska investera i ökad flexibilitet så behövs andra incitament, till exempel en prissätting utifrån både kvantiteten och kvaliteten på frekvensregleringen, avslutar Linn Saarinen.
Text och foto: Lars Magnell