Det är i Sverige myndigheten Svenska kraftnät som ansvarar för att upprätt- hålla driftsäkerheten och balansen i kraftsystemet. Det gör de genom att köpa in reservkraft från olika aktörer på elmarknaden.
Förutom störningsreserven och effektreserven, som endast utnyttjas när produktionen störs eller när det finns risk för effektbrist under vintern, finns det även ett stort behov av andra reserver, eller stödtjänster som Svenska kraftnät också kallar dem, för att upprätthålla balansen mellan produktion och förbrukning av el. I takt med att behovet av stödtjänster för att balansera kraftsystemet ökar blir marknaden för stödtjänster allt större. Det innebär både att det behövs fler leverantörer av stödtjänster och att allt fler olika tekniker, som till exempel batteri- lagring, kan komma till användning.
Av Alarik Haglund
Om det uppstår störningar i driften av elsystemet, som bortfall av elproduktion eller fel på ledningarna i transmissionsnätet, och buden på reglerkraftmarknaden inte räcker till för att åtgärda störningen kan Svenska kraftnät aktivera den så kallade störningsreserven. De resurser som ingår i störningsreserven, som idag totalt består av en installerad effekt på 1 350 megawatt, måste kunna aktiveras inom 15 minuter och den består huvudsakligen av gasturbiner i elområdena SE3 och SE4 i södra Sverige.
Eftersom det under vintermånaderna kan uppstå situationer då prognosen för elförbrukningen är större än både den tillgängliga el- produktionen och möjligheten att importera el, vilket gör att det finns risk för effektbrist, upphandlar Svenska kraftnät även den så kallade effektreserven, som ska finnas tillgänglig mellan den 16 november och den 15 mars. Till följd av en ny EU-förordning, som trädde i kraft i juni 2019, kommer emellertid effektreserven som den ser ut idag inte att finnas kvar efter den 16 mars 2025. I stället kommer Sverige att behöva ansöka om att få ha en sk strategisk reserv, som fyller samma funktion som effektreserven. Hanteringen av effektreserven påverkas också redan nu av den nya EU-förordningen och den svenska effektreserven består idag av en installerad effekt på 562 megawatt, som tillhanda- hålls av Karlshamnsverket. Detta är dock inte Karlshamnsverkets totala installerade effekt.
Stödtjänster ger balans
Utöver störningsreserven och effektreserven ansvarar Svenska kraftnät även för att upprätthålla den kortsiktiga balansen i kraftsystemet genom att hela tiden se till att det tillförs lika mycket el som det förbrukas.
För att kunna se om det är balans mellan produktion och förbrukning av el använder sig Svenska kraftnät av frekvensen i elnätet. När kraftsystemet är i balans är frekvensen 50 hertz.
Om frekvensen sjunker under 50 hertz betyder det att förbrukningen är större än produktionen och om frekvensen stiger över 50 hertz betyder det helt enkelt det motsatta, det vill säga att produktionen är större än förbrukningen.
För att balansera kraftsystemet och bibehålla en nätfrekvens på 50 hertz utnyttjar Svenska kraftnät en rad så kallade stödtjänster. De tillhandahållas idag främst av produktions-anläggningar, men även batterier och andra energilagringstekniker, samt flexibel förbrukning, kan hjälpa till att upprätthålla balansen i kraftsystemet.
– Det finns flera olika reserver för att balansera kraftsystemet. Vi kallar dem för stödtjänster och de har lite olika egenskaper. Förutom att de aktiveras olika snabbt aktiveras en del stödtjänster automatiskt utifrån vad frekvensen i nätet är medan vi aktiverar en del manuellt utifrån hur stort reglerbehovet är under en aktuell timme. De manuella reserverna har generellt sett större uthållighet och levererar en större energimängd än de snabbare automatiska reserverna, som främst har till uppgift att hantera snabba förändringar och störningar i elsystemet, berättar Anna Jäderström, som är chef för Balansmarknadsenheten på Svenska kraftnät, där de arbetar med att designa marknadslösningar för de reserver som behöver säkerställas.
Stabiliserar och återför
De olika stödtjänsterna för balansering delas enligt Anna Jäderström främst in i två kategorier, där den första kategorin är de så kallade frekvenshållningsreserverna, eller FCR
(Frequency Containment Reserves), som finns till för att stabilisera frekvensen i elnätet. De finns både för normaldrift och för uppreglering och nedreglering vid störningar, det vill säga när frekvensen i nätet ligger utanför normalntervallet mellan 49,9 och 50,1 hertz. Alla frekvenshållningsreserver aktiveras automatiskt och är snabba reserver, som vid störningar ska kunna aktiveras till 100 procent inom 30 sekunder och vid normaldrift ska kunna aktiveras till 100 procent inom 3 minuter.
Den andra kategorin är de så kallade frekvens- återställningsreserverna, eller FRR (Frequency Restoration Reserves).
– Frekvensåterställningsreserverna är nte till för att bara dämpa en störning eller stabilisera frekvensen utan ska kunna återföra frekvensen hela vägen till 50 hertz vid större avvikelser i balansen, förklarar Anna Jäderström.
Det finns både en automatisk frekvensåter-ställningsreserv, som ska kunna aktiveras till 100 procent inom 5 minuter, och en manuell frekvensåterställningsreserv, som ska kunna aktiveras till 100 procent inom 15 minuter.
Ökat behov
Anna Jäderström talar om att behovet av stödtjänster för balansering har ökat och hon påpekar bland annat att frekvenshållnings- reserven för nedreglering vid störningar är en ny stödtjänst som infördes den 1 januari 2022.
– Den har tidigare inte behövts eftersom det varit ovanligt med större överfrekvens- störningar, där man helt plötsligt har för mycket produktion i elsystemet. I Norden har vi därför i första hand fokuserat på de händelser som innebär att vi får för lite produktion och snabbt behöver få upp frekvensen, säger Anna Jäderström.
Hon tillägger att orsaken till att det idag behövs mer snabba reserver för nedreglering har att göra med de stora utlandsförbindelser som byggts till det nordiska kraftsystemet och som innebär att ett fel på kabeln kan leda till ett stort överskott om det går full export vid feltillfället.
För frekvensåterställningsreserverna, som inte är lika snabba och som levererar en större energimängd, menar hon att de på Svenska raftnät kan se att behovet ökar både när det gäller uppreglering och nedreglering.
– Vi behöver idag hantera större obalanser i det nordiska kraftsystemet som helhet än vad vi historiskt sett behövt, understryker Anna Jäderström.
Det växande behovet av nedreglering för frekvensåterställningsreserverna menar hon har att göra med att det installerats otroligt mycket vindkraft i det nordiska kraftsystemet och att vindkraften är mer oförutsägbar än annan kraftproduktion, vilket leder till allt fler timmar med ett överskott av produktion.
Bromsar snabba fall
En annan relativt ny stödtjänst, som enligt Anna Jäderström också tillkommit på grund av att produktionsmixen i både Sverige och Norden förändrats, är den så kallade snabba frekvensreserven, eller FFR (Fast Frequency Reserve), som infördes 2019.
- Stödtjänsten FFR är klassificerad som en avhjälpande åtgärd, vilket innebär att den egentligen inte är en balanseringsreserv. Den hjälper oss inte att balansera kraftsystemet. Däremot gör den att vi kan klara av ett väldigt snabbt frekvensfall under de timmar då vi har lite rotationsenergi i det nordiska kraftsystemet, säger Anna Jäderström.
Hon förtydligar att det till exempel kan röra sig om en låglasttimme, då det nästan helt räcker med vindkraft för att täcka elbehovet i Norden.
– Vi har i det här fallet ett kraftsystem med liten tröghet, vilket betyder att det om det sker en störning kan göra att frekvensen faller väldigt snabbt. Även om vi har reserver som kan återföra frekvensen till 50 hertz går fallet då alldeles för fort för att de ska hinna med. Vi har därför infört den supersnabba reserven FFR, förklarar Anna Jäderström och tillägger att den inte finns tillgänglig under alla årets timmar utan bara de timmar då de på förhand kan se att det kommer att behövas väldigt lite produktion i det nordiska kraftsystemet och att behovet nästan helt kommer att täckas av pro-duktion som inte bidrar med rotationsenergi.
Hon förklarar också att det stödtjänsten FFR gör är att bromsa upp väldigt snabba frekvens-fall så att de snabba balanseringsreserverna
i kategorin FCR kan hinna med att fånga upp dem.
– Det blir en effektinjektion på några sekunder som ger de andra reserverna tillräckligt med tid för att hinna med, kommenterar Anna Jäderström.
Inte bara vattenkraft
Både i Sverige och i resten av Norden berättar Anna Jäderström att vattenkraften historiskt sett varit den resurs som stått för i stort sett alla balanseringsreserver, men att de på Svenska kraftnät idag kan se att det även finns många andra tekniker och resurser som är med och levererar reserver.
Vattenkraften är fortfarande den resurs som utgör den överläget största delen av utbudet på marknaderna för balanseringsreserver.
För de långsammare reserverna i kategorin FRR, där regleringen kan pågå i upp till en hel timme, består utbudet till över 90 procent av vattenkraft och resten utgörs av vindkraft och värmekraft.
– Det har både att göra med att man måste ha lång uthållighet och att man för att leverera stödtjänster på de här marknaderna måste ha en större budstorlek. I elområde SE4 i södra Sverige, där bristen på bud är större, ligger den minsta budstorleken för manuell FRR på 5 megawatt och i övriga Sverige ligger den på 10 megawatt. Vi har emellertid på förslag att minska den minsta budstorleken till 5 mega- watt i hela Sverige för att få in fler bud, säger Anna Jäderström.
På marknaderna för de snabba reserverna
i kategorin FCR består utbudet till drygt 80 procent av vattenkraft och resten utgörs förutom av vindkraft och värmekraft även av en liten del solkraft och av ytterligare resurser som batterier och andra energilager. Dessutom finns det leverantörer, i form av stora elförbrukare, som bidrar genom flexibel förbrukning.
– För de snabba reserverna ligger den minsta budstorleken på 0,1 megawatt och det är därför lättare för nya aktörer och mindre resurser att vara med på dessa marknader, kommenterar Anna Jäderström.
För den avhjälpande åtgärden FFR påpekar hon också att vattenkraften inte är tillräckligt snabb och att utbudet på marknaden för denna stödtjänst helt består av energilager och flexibel förbrukning.
Stort intresse
Anna Jäderström lyfter fram att batterier och andra energilager är extremt bra på att leverera reservkraft eftersom de är väldigt exakta i sin reglering.
– När man pratar om de snabba reserverna finns det väldigt mycket krav på att man ska kunna reglera kontinuerligt och att man ska kunna följa en given signal på ett exakt sätt. Det är batterier väldigt bra på, understryker Anna Jäderström.
Hon menar emellertid att en stor utmaning när det gäller batterier är att leverera större energimängder.
- Batterierna behöver återladdas och kan inte leverera så lång tid i sträck, i alla fall inte de mindre batterier som hittills deltar på marknaderna. Batterier har därför främst kommit in på de marknader där det handlar om att man ska vara snabb och exakt snarare än att vara uthållig, kommenterar Anna Jäderström.
Hon pekar också på att det finns ett stort intresse för att använda batterier för att leverera stödtjänster.
Flexibel förbrukning
När det gäller att leverera stödtjänster med hjälp av flexibel förbrukning har intresset enligt Anna Jäderström nu väckts till liv efter att tidigare ha varit ganska litet från de större förbrukarnas sida.
– Framför allt under den gångna hösten och vintern, med de extrema elpriser som varit, var det fler förbrukare som började titta på möjligheten att leverera reserver genom att vara mer flexibel i sin användning av el och det är fler som kommit in på våra marknader, beskriver Anna Jäderström.
Hon poängterar också att det i och med elektrifieringen av samhället är väldigt viktigt att man tittar på hur all den nya förbrukning som ska tillkomma kan göras flexibel och att det ligger ett stort värde i det.
Pilotsudie
Från Svenska kraftnäts sida har man under en längre tid genomfört en pilotstudie, som haft till syfte att öka leveranserna av stödtjänster från energilager.
– Vi har fortfarande timmarknader för reserverna, men vi har utvärderat att tillåta energi-lager med begränsad uthållighet att leverera FCR för störningar med en anpassad kravbild. Det innebär att de efter att de blivit aktiverade inte behöver kunna aktiveras igen direkt utan att de har tid för återhämtning, berättar Anna Jäderström.
Hon tillägger att det från och med den 1 september 2023 gäller nya tekniska krav för FCR i hela Norden och att det i dessa tydliggörs hur leveranser från energilager kan ske, vilket, i linje med tankarna i Svenska kraftnäts pilotstudie, förbättrar förutsättningarna för batterier att delta.
Jämtkraft levererar FFR
En av leverantörerna på marknaden för stöd-tjänsten FFR är Jämtkraft, som kan delta tack vare företagets investering i batterilagring vid Granboforsens vattenkraftverk, i form av en battericontainer på 1,1 megawatt.
- Det är stort att vi som relativt litet bolag ligger i framkant och är en av få som tillhandahåller FFR. Det är ett nytt koncept för oss och ligger helt i linje med vår strategi att utveckla lagringskapaciteten och kunna erbjuda nya tjänster, säger Ulf Larsson, som är enhetschef för Krafthandel på Jämtkraft. Utöver att de kan nå in på en ny marknad kan Jämtkraft konstatera att det finns flera fördelar med att leverera snabb frekvens- reglering via batterier. Bland annat skonas kraftverkets vattenturbiner.
- Att variera driften upp och ner sliter på kraftverket. Om batterier används i första hand för de snabba variationerna minskar slitaget. Dessutom har det klara miljöfördelar eftersom vattennivåerna, som annars höjs och sänks snabbt och därmed påverkar miljön kring magasin och utlopp, kommer att kunna hållas mer stabila, förklarar Susann Handler, som är projektledare på Jämtkraft.
