I takt med att andelen förnybar och icke planerbar elproduktion, som vindkraft, ökar i kraftsystemet blir det allt vanligare att använda batterier och andra energilagringstekniker, som vätgas, för att lagra energi när efterfrågan och priserna på elmarknaden är lägre, som under en blåsig natt, för att sedan matas ut den när efterfrågan och priserna på elmarknaden är högre, som under en kylig och vindstilla dag. Energilagring kan emellertid också hjälpa till att upprätthålla den kortsiktiga balansen i kraftsystemet genom att bidra med så kallade stödtjänster.
Av: Alarik Haglund
I Sverige är det Svenska kraftnät som ansvarar 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 avgöra om det är balans mellan produktion och förbrukning av el tittar de på frekvensen i elnätet, som när kraftsystemet är i balans är 50 hertz. Om förbrukningen är större än produktionen sjunker frekvensen och om produktionen är större än förbrukningen stiger den.
De stödtjänster som Svenska kraftnät köper in för att balansera kraftsystemet är framför allt indelade i två kategorier: frekvenshållningsreserver, eller FCR (Frequency Containment Reserves), som är har till uppgift att snabbt stabilisera frekvensen i elnätet, och frekvensåterställningsreserver, eller FRR (Frequency Restoration Reserves), som ska kunna återföra frekvensen hela vägen till 50 hertz vid större avvikelser i balansen. Dessutom infördes 2019 även en snabb frekvensreserv, eller FFR (Fast Frequency Reserve), som är en så kallad avhjälpande åtgärd för att bromsa upp väldigt snabba frekvensfall.
Stödtjänsterna tillhandahålls idag till största delen av produktionsanläggningar, främst i form av vattenkraftverk, men i och med att andelen väderberoende elproduktion i kraftsystemet ökar blir det en allt större utmaning för Svenska kraftnät att balansera produktionen och förbrukningen av el. Det innebär att behovet av stödtjänster ökar och gör att det finns större utrymme för andra resurser, som olika typer av energilagring, att delta på marknaderna för stödtjänster.
Batterilagring växer snabbt
Batterier är en snabbt växande energilagringsteknik och utbyggnaden av batterilager sker i rask takt i Sverige. Bland annat planerar Jönköping Energi att installera ett stort batterilager på sitt kraftvärmeverk i Torsvik. Batterilagret, som ska vara på plats i mitten av 2024, har en maximal kapacitet, det vill säga den största effekt som kan matas ut till elnätet, på 10 megawatt och en lagringskapacitet på 10 megawattimmar.
Samtidigt har batterier också en mycket kort svarstid, vilket betyder att de snabbt kan ställa om från att laddas eller befinna sig i viloläge till att mata ut effekt till elnätet, och de är väldigt bra på att leverera exakt reglerad reservkraft. Det gör att batterilagring lämpar sig väl för att bidra med stödtjänster på marknaderna för frekvenshållningsreserverna och framför allt på marknaden för den snabba frekvensreserven, där en resurs ska kunna aktiveras på bara 0,7 sekunder och vattenkraften inte kan användas eftersom den inte är tillräckligt snabb.
Däremot har batterier relativt kort uthållighet, det vill säga den tid de kan verka innan de tömts på energi, och än så länge levereras stödtjänsterna på marknaderna för frekvensåterställningsreserverna därför uteslutande av vattenkraftverk och andra produktionsanläggningar.
Innovationsprojekt från Vattenfall
En av pionjärerna när det gäller batterilagring är Vattenfalls stora batteripark i stadsdelen Gränby i Uppsala, som är ett innovationsprojekt med syfte att undersöka nätförstärkningar med hjälp av batterier och se hur batterier kan agera på stödtjänstmarknaderna.
Batteriparken i Gränby, som idag är ett av endast ett fåtal batterilager i världen som är integrerade i elnätet, täcker en yta motsvarande en halv fotbollsplan och består av totalt 480 batteripackar. Sammanlagt har de en maximal kapacitet på 5 megawatt och de kan lagra ungefär 20 megawattimmar energi.
Projektet inleddes till följd av den snabba tillväxten i Uppsalaområdet, både när det gäller industrier och befolkning, som gör att efterfrågan på elnätskapacitet ökar. Sedan den togs i drift 2020 har batteriparken stöttat Vattenfalls lokala elnät genom att batterierna laddas med energi när efterfrågan på el är låg och sedan matar ut energi till elnätet när efterfrågan är hög.
Under sommarhalvåret utnyttjas batteriparken emellertid även för att leverera stödtjänsten FCR-D Upp, som är en frekvenshållningsreserv för uppreglering av frekvensen vid störningar, det vill säga när frekvensen i nätet ligger under 49,9 hertz.
Hittills har projektet, som ska pågå fram till 2028, enligt Vattenfall varit framgångsrikt och det ger samtidigt lärdomar som Vattenfall kan dra nytta av vid sina övriga anläggningar. Till exempel har man sett hur flygande maskrosfrön snabbt kan täppa till ventilationsfilter och erfarit hur lång tid det faktiskt tar att genomföra en uppgradering av 480 batteripackar.
Ovanligt lönsamt med batterilager
Även företag med mindre batterilager kan delta på marknaderna för stödtjänster, till exempel räcker det för att kunna leverera stödtjänster på marknaderna för frekvenshållningsreserverna att man kan erbjuda en kapacitet på 0,1 megawatt. Magnus Berg, som är portföljchef inom R&D på Vattenfall, påpekar dessutom att man just nu får väldigt bra betalt för att sälja stödtjänster på marknaderna för frekvenshållningsreserverna och på marknaden för den snabba frekvensreserven, vilket gör att det i dagsläget är ovanligt lönsamt att investera i batterilager.
Hur mycket pengar man kan tjäna på att sälja stödtjänster beror på hur mycket kapacitet man har möjlighet att erbjuda, men han menar att det kan handla om flera miljoner kronor per år för varje installerad megawatt och intäkterna från handeln med stödtjänster står idag ofta för så mycket som 80 till 90 procent av intäkterna från ett batterilager. Det gör att återbetalningstiden för ett batterilager kan vara så kort som 3 till 4 år.
Som företag är det möjligt att delta på marknaderna för stödtjänster genom att ta hjälp av en balansansvarig, som till exempel Vattenfall, som sköter försäljningen till Svenska kraftnät. Det börjar med att den balansansvariga undersöker vilken kapacitet som kan levereras, installerar hårdvara, testar allt och gör en förkvalificering med Svenska kraftnät. Därefter kan de automatiskt prognostisera den tillgängliga kapaciteten på distans och buda på marknaden för stödtjänster.
Vätgaslagring
En annan energilagringsteknik med potential att leverera stödtjänster till Svenska kraftnät är vätgaslagring.
Den planerade elektrifieringen av den svenska basindustrin förväntas till stor del bygga på att man använder sig av grön vätgas, som produceras med hjälp av fossilfri el genom elektrolys, i industriprocesserna. I samband med detta kan vätgasen också lagras.
Som en del av satsningen HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology), som är ett samarbete mellan stålföretaget SSAB, gruvbolaget LKAB och Vattenfall för att producera fossilfritt stål med hjälp av grön vätgas, har man till exempel byggt ett 100 kubikmeter stort vätgaslager i anslutning till pilotanläggningen i Luleå. På så vis kan man när elen är billig producera mer vätgas än vad som behövs för ståltillverkningen och lagra den i vätgaslagret, som är ett stålinklätt bergrum. När elen är dyr kan man sedan stänga ner vätgasproduktionen, men ändå fortsätta produktionen av stål med hjälp av den lagrade vätgasen. Det har visat sig kunna sänka den rörliga kostnaden för produktionen av vätgas med mellan 25 och 40 procent.
Vätgas kan dessutom användas som drivmedel och det förväntas framöver byggas många nya vätgastankstationer i Sverige, där man lagrar vätgas för att kunna använda den för att tanka fordon.
Näst största intäktskällan
Den vätgas som lagras i olika typer av vätgaslager kan förutom att användas i industriprocesser eller som drivmedel också utnyttjas för att producera el, som till exempel kan användas för att tillhandahålla stödtjänster. Nackdelen är att processen jämfört med batterier har en låg verkningsgrad på bara omkring 40 till 45 procent, men tack vare skalfördelar är det med stora vätelager möjligt att lagra energi under längre tid till relativt konkurrenskraftiga kostnader.
I ett projekt som genomförts av RISE, i samarbete med Mariestads kommun och VänerEnergi, har man med vätgastankstationen i Mariestad som utgångspunkt studerat hur vätgastankstationer i ett framtidsscenario kan utnyttjas för fler användningsområden än att bara förse fordon med vätgas. Projektet visar att det skulle vara möjligt för tankstationer att delta på marknaden för stödtjänsten FCR-D Upp genom att en bränslecell, som omvandlar vätgas till el, aktiveras och matar ut effekt till elnätet. Även om storleken på intäkten från försäljningen av denna stödtjänst bedöms som osäker uppskattas den kunna vara den näst största intäktskällan för en vätgastankstation efter drivmedelsförsäljningen.