Framtidens smarta elnät

Foto: Johan Fowelin

Text: Christina Linderoth-Olson

 

En harmoniserad elmarknad som fungerar bättre för kunderna har diskuterats under lång tid. De nordiska energiregulatorerna upprättade 2010 en målbild. Syftet var att öka antalet mikroproducenter och skapa förutsättningar för aktörer med nya energitjänster - och även att lägga grunden för en energiomställning. Digitalisering är viktigt för att möjliggöra nya affärsmodeller och nödvändiga omställningar för att uppnå EU:s klimatmål.

 

Elmarknaden är i förändring både när det gäller elproduktion och elanvändning.  Förutsättningarna för hela den svenska elbranschen håller därför på att förändras i grunden. Energiuppgörelsen i december 2016 satte som mål att elproduktion ska bestå av 100 procent förnybar energi år 2040. Målet för med sig en allt mer oplanerad och svårstyrd elproduktion med en ökad andel variabel produktion som kommer att anslutas till lokalnäten.

Samtidigt förväntas elanvändningen öka, även om vi använder elen mer effektivt. Bakom det ökade behovet står inte bara urbanisering och fler invånare, utan också en önskvärd elektrifiering av transportsektorn. En mer flexibel användning av el ses som ett viktigt verktyg i ett framtida elsystem. Politiska åtgärder uppmuntrar hushållen att i allt högre grad producera egen el.

Sammanfattningsvis blir det större krav på balansering av lokalnäten och med det följer ett ökat systemansvar för elnätsföretagen. Kunderna kommer att uppmuntras att bli mer flexibla i sin efterfrågan genom till exempel nya typer av tariffer.

-Vår utmaning idag är att bygga för morgondagens utmaningar. Då försöker vi förutse teknisk utveckling, urbanisering, politiskt styrande mål och legala krav samt ökade krav på elens tillgänglighet och kvalitet. För att möta kundkraven måste vi arbeta nära kunden. Som  elnätsföretag tar vi därför tillvara på all tillgänglig information för att upptäcka alla tänkbara fel i nätet före kunden.

Förutom strömavbrott måste vi kunna prediktera och förutse andra typer av fel som exempelvis nollfel och spänningsavvikelser. Vi ska förhindra störningar i både nätet och elkvaliteten eftersom elektriska komponenter inte tål stora avvikelser – då kan de helt enkelt gå sönder. Vi måste därför kontinuerligt kontrollera till exempel över- eller underspänningar i näten, säger Stephan Stålered, Senior Project Manager, på Ellevio AB.

Elnätsbolaget Ellevio har nära en miljon kunder från Mellansverige ner mot södra Sverige. Det är elnätsbolagen som äger näten och har ansvar för att allt fungerar från produktion till konsument.

Kunderna kommer att få nya elmätare som visar allt om deras energikonsumtion i till exempel olika applikationer. Insamlingen kommer framöver att finnas tillgänglig ner till varje kvartstimme. Fyra mätningar i timmen dygnet runt hela året är exempel där Ellevio som elnätsägare kan få underlag för att prediktera kundernas beteende. När kundens solceller producerar el så visas till exempel ett uttag på noll. Tillsammans med väderdata kan man få betydande kunskap om elnätets status och tillgänglighet.

-En annan intressant utveckling i kundernas beteende är till exempel om alla på en gata skaffar elbilar och samtidigt laddar dem en kall vintermorgon, eller om alla har solceller på taken en solig sommardag. Sådana ytterligheter i energianvändning ska hanteras av elnätet utan påverkan på tillgänglighet eller kvalitet. Vi ser att när konsumtionen är lägre än den lokala produktionen så fylls energilagren på (batterier i hemmet).

Historiskt sett har Sverige producerat stora mängder el genom kärnkraft och vattenkraften i norr. Produktionen består av roterande maskiner som håller en frekvens i elsystemet som alstras genom roterande generatorer. På sikt minskar den basproduktionen när främst kärnkraften och fossil produktion fasas ut. Basproduktionen kommer sedan att grundas på framför allt vattenkraft. Produktionen som ersätter är en mer volatil elkraft i form av till exempel vindkraft utspridd över elnätet. Elnätsbolagen kommer troligen att behöva skapa så kallad syntetisk svängmassa lokalt i nätet för att kunna kompensera svängningar i frekvens. Ett möjligt sätt är att styra egna eller kundernas batterilager. När det blåser så finns det gott om energi och tvärtom.

-Problem med störningar i näten kan regleras genom att man drar ner på styrbar konsumtion, som laddning av elbilar, eller användning av lagrad överskottsenergi.

 

Morgondagens utmaningar

 

Ellevio och andra elbolag bygger nu upp nät som ska klara morgondagens utmaningar. Mekaniska delar, till exempel transformatorer och ställverk, är hållbara i upp till 40 år medan digitaliseringens komponenter, till exempel fördelningsstationer, har kortare livscykler. Programvaran uppdateras kontinuerligt för att styra fördelningsstationernas belastning, det vill säga hur mycket konsumenternas användning belastar nätet. Övervakningen sker dygnet runt 365 dagar om året. Ellevio måste jobba i helt skyddsklassade miljöer, av säkerhetsskäl är moln inte att tänka på.

-Genom förändringen som omfattar många små komponenter följer ansvar för att nätstabiliteten fungerar så att inte kunderna drabbas. Många fler datapunkter ska samla information så att man kan förutse konsumtionen, säger Stephan Stålered.

Det blir stort fokus på automatisk fellokalisering och effektiv felavhjälpning. Med digitaliseringens sofistikerade lösningar ska felsökningen i näten blir betydligt mer effektiv. Redan innan ett fel orsakar strömavbrott ska övervakningen i driftcentralen  kunna förutsäga var i nätet felet kommer att inträffa. Man kan då skicka utrustad personal till rätt plats vid rätt tidpunkt och avhjälpa felet omgående.

 

Nya fördelningsstationer byggs runt om i landet

 

Fördelningsstationerna är knutpunkter som fördelar elen till olika ledningar i till exempel en stad. Ellevio har idag runt 400 stationer runt om i landet. De nya som byggs kommer att ha en livslängd på runt 40 år men konsumenterna blir allt mer känsliga för störningar som ger avbrott.

-Digitalisering är hjärtat i nyinvesteringarna. Genom att vi baserar kontrollsystemet på datorer istället för reläskydd, som använts traditionellt, får vi möjligheter att ta in väldigt mycket mer data och förutse underhållsbehov proaktivt. Vi kan göra många fler mätningar vilket leder till säkrare leveranser till kunderna. Ju fler signaler som fångas upp desto mer data samlas in. Tidigare har vi arbetat mera reaktivt, säger Anders Ekberg, nätchef på Ellevio AB.

Det nya kontrollsystemet byggs skalbart och flexibelt för att kunna övervaka näten så säkert som möjligt. Mönsterigenkänning kan tänkas bli en viktig del, att systemet känner igen fel som tidigare orsakat avbrott.

Test med nya funktioner har tidigare gjorts på Lidingö. Nu testas systemet i lite större skala i tre nybyggda stationer nära Karlstad. I somras upphandlade Ellevio ytterligare åtta stationer som ska uppföras i Skaraborg och Hälsingland 2018-2019.

Tanken är att det ska bli lätt att lägga till nya funktioner i kontrollsystemet på de nya stationerna, ungefär som en ny app på mobilen.

 

Forum för smarta elnät

 

Forumets syfte är att främja smarta elnät både i Sverige och i andra länder. Det ska vara en mötesplats för dialog om framtidens elnät. Enligt en kartläggning finns 220 företag inom sektorn smarta elnät där forumet studerar alla nivåer.

-Vi har tagit fram två strategier. Den ena, Ökad flexibilitet i elsystemet genom smarta elnät, innehåller förslag som ska underlätta för aktörerna  på marknaden att bli mer flexibla. Genom ökad flexibilitet underlättas integrering av små- och storskalig förnybar energi, ges ökad effektivitet i näten och möjligheter att integrera energilager. Det underlättar också för konsumenter/producenter, säger Maria Sandqvist, kanslichef på Forum för smarta elnät.

Omvandlingen sker genom ökad digitalisering – med den kommer nya aktörer och affärsmodeller. Nya lösningar kan hjälpa till att styra användningen i hemmen.

Företag som är verksamma inom helt andra områden kan sälja varor eller tjänster inom energi. Bland annat säljer Ikea solcellsutrustning och Google nya tjänster som kan underlätta för enskilda att besluta om de till exempel ska installera solceller.

För att andelen förnybar energi ska bli större behövs ett flexiblare elsystem. Det skulle bygga på att el som inte används kan lagras och styrning av användningen för att undvika toppar – till exempel vid laddningen av elbilar. Med smart teknologi kan elbilen pluggas in när föraren kommer hem, men med automatisering sker laddningen senare på dygnet.

Varmvatten och värmepumpar kan användas som energilager. En utmaning är att många duschar och lagar frukost ungefär samtidigt men därefter behövs ofta inget varmvatten på flera timmar. Med smart teknologi kan uppvärmningen förskjutas. Den kan också möjliggöra att energi från flera olika användares effekttoppar samlas.

Den andra strategin, Från forskning till internationalisering, syftar till att öka svensk export av smarta elnätslösningar.

-Många länder som fortfarande saknar ett utbrett modernt elsystem behöver hjälp att bygga upp sin infrastruktur. Det finns en stor potential i export av smarta elnät där svensk teknologi kan ha en roll som skapar arbetstillfällen. Vi har gjort en bedömning av vilka länder som kan vara intressanta utifrån makrodata och intervjuer med företag. Landstrategier med fördjupade studier som kan öka exporten av smarta elnät görs för fem prioriterade länder – Kina, Indien, Storbritannien, USA  och Tyskland. Förhoppningen är att även andra aktörer kan anända resultatet av studierna, fortsätter Maria Sandqvist.

 

 

FAKTA

 

Regeringen beslutade 2015 att tillsätta ett Forum för smarta elnät. Forumet är ett så kallat särskilt projekt inom Regeringskansliet, och arbetet leds av en styrgrupp. Forum för smarta elnät ska främja smarta elnät som en tillväxtbransch i Sverige och internationellt.

 

(Källa: Swedish Smartgrid. Forum för smarta elnät)