Vad som kan ha orsakat strömavbrottet i Spanien. Mycket tyder på att strömavbrottet i Spanien orsakades av att de inte kunde hålla frekvensen i elsystemet stabil. En grundläggande förutsättning för att ett elsystem ska fungera är att producerad effekt och förbrukad effekt alltid är i balans. Ett mått på detta är systemets elektriska frekvens.
Frekvensen ska normalt ligga på 50 Hz (nominell frekvens) i Sveriges och de flesta länders elsystem. Frekvensen får inte avvika med mer än +/- 0,1 Hz från den nominella frekvensen. Den kan regleras genom att öka och minska elpoduktionen. Om de inte lyckas med regleringen stannar en del maskiner och viss kraftproduktion stängs av.
Kraftledningar och transformatorstation. Bild: Orlova-tpe. Licens: CC BY-SA 3.0
När obalans mellan produktion och förbrukning uppstår ändras frekvensen. Om produktionen momentant är större än förbrukningen ökar systemets frekvens, och vice versa. Mindre variationer i frekvensen sker regelbundet i elnätet till följd av varierande lastförhållanden samt planerad till- och frånkopplingar av produktion. Det regleras i normala fall automatiskt av både producerande synkronmaskiner (exempelvis generatorer i vattenkraftverk) och förbrukande synkronmaskiner på nätet (elmotorer).
Synkronmaskiner
Synkronmaskiner i drift (i rotation) besitter nämligen något som kallas svängmassa, vilket lite förenklat är ett mått på hur mycket rotationsenergi som finns lagrat i maskinen. Elmotorer som driver tunga maskiner är ett exempel på detta. Vid sjunkande varvtal avges energi, och vid stigande varvtal upptas energi.
Varvtalet på synkronmaskiner som är direkt anslutna till nätet är direkt beroende av elnätets frekvens. Vid exempelvis ett plötsligt bortfall av en större del produktion i elnätet kommer systemfrekvensen att sjunka. Det gör att synkronmaskinernas varvtal sjunker. Detta frigör i sin tur energi vilket hjälper till att reglera upp systemfrekvensen igen. Detta gör att synkronmaskiner anslutna direkt till elnätet därmed agerar som en frekvensregleringsreserv som automatiskt reglerar systemets frekvens genom att avge eller uppta energi till följd av dess inneboende tröghet, alltså dess svängmassa.
Vattenkraft
Länge har större delen av Sveriges elproduktion kommit från kärn- och vattenkraft. I Europa har det istället främst handlat om fossilkraftverk som också har stor svängmassa. Framförallt har vattenkraften stått för reglermöjligheterna i systemet i Sverige. I takt med att vind- och solkraft står för en allt större del av elproduktionen minskar dock ett elsystems svängmassa.
Vattenkraft är utmärkt för att reglera frekvensen i ett elsystem. Det finns stor svängmassa i produktionen och det kan stoppa och starta mycket snabbt. Kraftverken i Lule älv är specialbyggda för att hantera frekvensproblem och situationer där produktionen snabbt måste förändras. Kraftverken i Lule älv kan stoppas och startas på några sekunder. Årligen sker 7 000- 8 000 start och stopp av aggregaten samt flera 10 000-tals manuella regleringar för att följa med marknadens efterfrågan. Systemtjänster i form av frekvenshållning till Svenska Kraftnät och NordPool sker i mycket stor omfattning. Risken att en spansk sitaution skulle kunna inträffai Sveriga är därmed mycket mindre än i Spanien.
Vindkraft och solenergi
De flesta vindkraftverk består av asynkronmaskiner vars varvtal inte påverkas av systemets frekvens. Solcellsanläggningar saknar svängmassa helt och hållet. Dessutom blir det vanligare även på förbrukarsidan med omriktare och asynkronmaskiner som motorer. Fördelen är ett styrbart varvtal och därmed högre verkningsgrad erhålls. Och nackdelen är att de inte bidrar med någon svängmassa till nätet.
Vindkraft och solenergi kan därför inte användas för att reglera frekvensen. De innehåller inga tunga synkrongeneratorer som är det som behövs för att reglera frekvensen. Frekvensen kan dock regleras genom elektronisk utrustning ihop med batterilager.
I en situation med mindre svängmassa i systemet blir det därför allt viktigare att ha koll på frekvensen. Mindre frekvensvariationer kan hanteras av systemets synkronmaskiner. Men större störningar i elnätet och stora avvikelser från nominell frekvens där systemets svängmassa inte räcker till för reglering kan dock vara kostsamt. Start av reservkraft kan behövas. I allvarligare fall sker även lastfrånkoppling av större förbrukare. En del sådan frånkoppling sker automatiskt för att skydda maskiner och utrustning Detta då avvikande frekvens är direkt skadligt för mycket av den elektriska utrustning som finns på både produktions- och förbrukarsidan.
Kärnkraft
Kärnkraft kan inte heller användas för att reglera frekvensen utan måste alltid ligga på samma produktion med samma frekvens. De kan inte minska produktionen snabbt och inte heller öka den snabbt. Det ger en stabilitet i systemet på grund av den jämna produktionen men när systemet hamnar i obalans så kan det vara så att kärnkraftverk nödstoppar för att det inte ska uppstå några problem i deras utrustning. Det innebär i sin tur att problemen förvärras varvid det kan bli omfattande störmavbrott som i Spanien. Sannolikt var det detta som gjorde att strömavbrottet blev så omfattande även om det inte nödvändigtvis var grundorsaken.
Batterilager
För att råda bot på problemet med minskande svängmassa måste det till batterilager. Via omriktare kan de bidra med artificiell svängmassa vid obalans. Frekvensreglering blir därför en central del i hanteringen av effektbalansen. När det byggs mycket vindkraft och solenergi är det därför nödvändigt att också bygga många och stora batterilager. Det kan bidra mes tröm när vindkraftverken eller solenergin inte produceras och med konstgjord svängmassa när frekvensen förändras.
När strömavbrottet skedde i Spanien så stod vindkraft och solenergi för 70% av elproduktionen. Resten stod i huvudsak kärnkraften för. Flera kränkraftverk stod dock stilla då det är olönsamt att producera i kärnkraftverken med de elpriser som finns i Europa. Svängmassan var mycket låg i systemet och det kan utan tvekan ha bidragit till det stora strömavbrottet.
Helt klart innebär utbyggnaden av vindkraft och solenergi att risken för störningar i elsystemen ökar. Specielt om inte batterilager med frekvensregleringsmöjligheter byggs. Och det har byggst alldeles för få batterilager i Sverige såväl som i Europa. Ska elsystemet bli stabilt och miljövänligt är det nödvändigt med fler batterilager. Kärnkraftverk är inget alternativ då de inte kan leverera det som behövs vilket är snabba starter och snabba stopp. Det kan bara vattenkraft och gasturbiner erbjuda. Batterilager kan erbjuda samma möjligheter fast på annat sätt än genom snabba starter och stopp.
Läs mer:
- Sveriges största vattenkraftverk
- Sveriges största vattenmagasin
- De reglerade älvarna och vattenkraften
Upptäck mer från Svenssons Nyheter
Prenumerera för att få de senaste inläggen skickade till din e-post.
Spännande! Det skulle alltså betyda at kärnkraft inte är något som helst alternativ eftersom det är lika känsligt som sol och vind.
Helt bortsett från andra nackdelar som t.ex. höga kostnader och långa utbyggnadstider.
Så har jag förstått det. Bland nnat genom att jag en gång i tiden skrev dtatprogram för kärnkraftverk och då lärde mig att de bheövde nödstoppa vid störningar i elnätet. Jag fäste ingen vikt vid det då, men påminde mig det nu när jag läste på om kärnkraften. Cornucopia (Wilderäng) har förvånande nog publicerat en artikel med samma budskap (redan år 2020).
Jag frågade min lillasysters gamla kompis Lennart Söder, som är professor i energisystem på KTH. Hans svar var detta:
”Ja, kärnkraft är väldigt känsligt, och när den stoppas så kan det ta dygn innan den kommer igång (eller längre).
Det finns lite olika teorier, inklusive det du skriver om. Men det är oerhört många teorier som går runt, inklusive ”vindkraftens fel”, ”stabilitet”, ”förnybart”, ”pendlingar”, med mera.
Utmaningen är att allt sker sekundsnabbt, så man måste veta vad som är orsak och vad som är konsekvens. Och man har säkert många miljoner mätningar av olika saker i hela Europa, som man ska försöka analysera.
Det brukar vara så att man först vill ”replikera” händelsen i en dator (simulera vad som hände) för att dubbelkolla om det man tror verkligen är det som skedde. Det brukar ta flera veckor.”
Att svängmassan är helt avgörande tror jag ingår i alla teorier. Att det finns skyddmekanismer i programmen som övervakar och styr kärnkraftverken vet jag då jag skrivit sådana programsekvenser (de program jag skrev delar av anvönds dock förmodligen inte längre). Vinkraft och solenergi har ingen svängmassa. Det ör alla också överens om. Och att mycket vindkraft och solenergi därför innebär att det blir svårare att hålla en stabil frekvens är alla också överens om. Det är teknisk grundkunskap när det gäller elsystem. Allt detta: ”vindkraftens fel”, ”stabilitet”, ”förnybart”, ”pendlingar” handlar om samma sak, dvs det jag skriver om. Det är delvis vindkraftens fel (och därmed också det förnybara) för att inga batterilager byggts. För mycket vindkraft ger pendlingar i frekvensen vilket ger instabilitet i elsystemet. Det finns tre saker som gör att såna här händelser kan undvikas: Fossila kraftverk inkl gasturbiner, vattenkraft och batterilager. De två första har stor svängmassa och kan startas och stoppas snabbt. Batterilager ger möjlighet att skapa konstgjord svängmassa.
Men sen finns det säkert flera andra saker som också bidrog till storleken på avbrottet som bar en undersökning kan visa oss. Vad som orsakat den uppkomna situationen med för liten svängmassa, för få batterilegaer osv är enligt min mening den omfattadne privatiseringen av elsystemen. I Spanien har också stamnätet privatiserats och olika delar av nätet ägs och drivs av olika privata företag. Det bäddar för dåligt underhåll och bristande investeringar.
Grundproblemet måste väl ändå vara att elnät är sammankopplade på ett sådant sätt att hela länder och mer därtill kan slås ut.
För att förhindra bränders spridning kom vi för flera hundra år sedan på att bygga brandmurar, för att hindra båtar att sjunka kom vi på att bygga sektioner, o.s.v. o.s.v. men när det gäller elnät verkar förhindrandet av spridningseffekter ha stått mycket långt ned på elingenjörernas prioriteringslistor. Rimligen borde det gå att ävenledes sektioners elnät.
Nej, Ddt är det inte. Grundproblemet är att spanska elsystemet har för lite svängmassa och inga batterilager. Det gör att de har svårt att hålla frekvensen vilket kan ge såna här störningar. Det var vanligt med liknande problem när elsystemen började byggas ut. Iadg är det beroendet av vindkraft och solenergi som skpar problematiken på grund av att batterilager inte byggts.
Att länder är ihopkopplade minskar rikserna för den här typen av händelser genom att länder med mycket vattenkraft (dvs mycket svängmassa) kan kompensera för brister i andra länder. Men sammankopplingen är ännu inte så stor att Norge och Sverige kan justera för saker som händer i Spanien. Och Frankrike som främst har kärnkraft kan inte kompenseera ordentligt ävne om de och Schweiz också har mycet vattenkraft som hjälper en del. Men Sverige och Norge kan fixa sånt som händer i Norden och Baltikum genom alla den vattenkraft som finns här. Den snabbaste och enklaste lösningen på de nyskapade problemen är att bygga en batterilager i Spenien och andra länder som inte har så mycket vattenkraft.
Du läser min kommentar som att jag skulle påstå att olika elsystem inte alls skulle vara sammankopplade. Så är det inte, det jag säger är::
”…att elnät är sammankopplade på ett sådant sätt att hela länder och mer därtill kan slås ut”
Det jag fokuserar på ”sammankopplade på ett sådant sätt”. Det är alltså utifrån ”på ett sådant sätt” som mitt resonemang utgår. Vårt samhället är fullt av system som på olika sätt är sammankopplade. Vissa av dessa system klarar av t.o.m. allvarliga felsituationer utan spridningseffekter medan andra kan skena iväg i kedjereaktioner och dominoeffekter när något slutar att fungera. Den spanska kollapsen ser jag som ett tydligt exempel på det senare. Nu händer detta slag av kollapser dessbättre tämligen sällan men problemet, när de väl inträffar, blir av mycket allvarlig grad.
Med den teknik som de facto finns tillgänglig skulle det förvåna mig storligen om inte elsystem skulle kunna delas upp i sektioner där fel inte leder till fatala konsekvenser utanför sektionen. Lika svårt har jag att se varför dessa sektioner inte skulle kunna vara sammankopplade med varandra utan att för den skull kollapsa i felsituationer.
Vad det handlar om är robusthet i våra kritiska infrastrukturer (elsystemet är inte det enda där robustheten kan ifrågasättas). Problemet är knappast teknik utan politisk ovilja att under många decennier investera i robusthet. Så länge ett system fungerar är det inget problem vilket gör att investeringar i robusthet har prioriterats ned till förmån för annat.
Tekniken finns men det viktiga saknas. Batterilager. Utan batterilager krävs vattenkraft och fossildrivna kraftverk. Det som hände var ju att vissa delar kopplades från elsystemet i Spanien vilket med stor sannolikhet förvärrade läget. Men det var också det som förmodligen räddade större delen av Frankrike. Men. Det måste byggas batterilager när det byggs vindkraft och solcellsparker. Annars kommer det att bli mer av det vi såg i Spanien. Och naturligtvis handla rdet inet om teknik utan politik.
Vi lever i ett samhälle som är allt mer beroende av el. Slås elsystemet ut kan konsekvenserna, som vi alla är medvetna om, bli ödesdigra. Utslagning kan ske genom att tekniken inte är perfekt, det kan ske genom illvillig påverkan men det kan också ske genom naturfenomen där extrema vädersituationer i klimatkrisens spår är ett talande exempel.
Ändå är systemen för elförsörjning och eldistribution, som den spanska kollapsen visar, sammankopplade på ett sådan sätt att hela länder kan slås ut. Inget fel i mer av batterilager, som förmodligen skulle hjälpt upp situationen i just den felsituationer du beskriver. Dock är knappast denna felsituation den enda som kan uppkomma och i andra felsituationer skulle andra lösningar troligen krävas. Utifrån detta står jag fast vid att det största problemet består i att systemen ger utrymmer för spridningseffekter av det slag vi såg i Spanien.
Fel kommer alltid att uppkomma hur vi än utformar systemen. Det perfekta systemet finns inte och kommer aldrig att finnas. Av denna anledning krävs mycket mer av feltolerans. Uppkommer det t.ex. en utmanande belastningssituation som riskerar att ”löpa amok” måste rimligen situationen kunna begränsas till en avgränsad del av systemet. Detta skulle exempelvis kunna ske genom kontrollerad nedstängning av mindre kritisk elförsörjning. Jag menar att lösningar som dessa är tekniskt fullt möjliga om vi investerar i feltolerans. Det är i den bristande investeringsviljan vi har akilleshälen.