Det svenska elsystemet är i förändring. Ett av problemen är att det svenska kraftnätet är gammalt. Produktionen av el sker i dag på platser där det traditionellt inte gått några kraftledningar, som vid solkraftparker långt ifrån bebodda trakter eller vindkraft på fjället eller till havs. Förbrukningen sker också på nya platser och för att inte behöva bygga ett helt nytt elnät behövs nya lösningar och innovationer.
Av Jörgen Städje
Just HVDC-tekniken pekas ut som en möjliggörare för integrationen av förnybar energi, speciellt när det gäller vindkraftverk ute till havs som behöver kopplas ihop med det existerande elnätet. Men där krävs också att tekniken expanderar bortom dagens HVDC-ledningar som går mellan två punkter, för att i stället resultera i ett mer sammankopplat nät med flera inkopplingspunkter.
Ny forskning på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm banar väg för HVDC-nät med nya egenskaper som kan stötta kraftnätet. Flera forskningsprojekt handlar om att säkra försörjningen av el när behoven ökar och elproduktionen också sker på nya platser. Det handlar om ledningar för högspänd likström (HVDC eller High Voltage Direct Current) som kan överföra mycket energi över längre distanser.
Många omvandlare blir det
Nya vindkraftsparker både på land och till havs medför alla möjliga utmaningar: För det första måste varje vindkraftverk omvandla vindkraften till ”rätt format” för att kunna samlas in och överföras vidare (som växelspänning). Detta görs med hjälp av elektroniska spänningsomvandlare. Främst för vindkraftsparker till havs, omvandlas energin från växelström till likström och skickas många hundra kilometer till land via en HVDC-länk och dess omvandlare. I vilket fall som helst kommer det att finnas många, många elektroniska spänningsomvandlare på vägen.
Företagen som tillverkar omvandlare, som exempelvis Hitachi Energy och ABB ser en ljusnade framtid, inte bara för små tillämpningar, utan även för gigawatt-tillämpningar för överföringar mellan länder. Det skulle kunna bli en stor exportartikel för svenska högteknologiska företag.
HVDC behöver utvecklas
Man kunde tro att vanlig trefasöverföring på kabel skulle vara enklare, eftersom det inte krävs någon elektronik. Växelspänningen finns ju redan. Men det visar sig att HVDC är lämpligare när man vill överföra höga effekter långa distanser på kabel, eftersom växelspänningen drabbas av problem med reaktiv effekt efter bara något tiotal kilometer.
För närvarande används HVDC bara i punkt-till-punkt-förbindelser, huvudsakligen vid överföring av el från Skandinavien till Europa och Baltikum, eller vid överföringar från vindkraftparker till havs, in till fastlandet. Bara från A till B. För att öka nyttan och effektiviteten måste HVDC kunna användas i nätverk, både för att kunna ansluta till flera punkter, kunna dela lasten över flera ledningar och införa redundans för att kunna kringgå ett fel eller en överbelastning på någon ledning.
Det är här forskningen kommer in. Det finns ett antal problem med HVDC-nät som måste lösas för att överföringen ska bli säker.
Ilka Jahn, biträdande KTH-lektor inom högspända likströmssystem, menar att problemen uppstår när man vill koppla ihop nät med omvandlare från flera olika leverantörer, som kan reagera olika på, till exempel, lastförändringar eller obalanser och i värsta fall kan orsaka avstängningar i en eller flera noder i nätet.
Som det ser ut just nu överför HVDC-ledningar till havs ungefär 30 gigawatt till EU och England, men prognosen är att den överförda effekten kommer att behöva ökas till 60 gigawatt till år 2030 och 300 gigawatt till år 2050.
Det finns utmaningar.
- Samkörbarheten: Utrustning från olika leverantörer måste kunna arbeta tillsammans.
- Styrning: Hur utrustningarna ska styras, tillsammans, under normal drift.
- Skydd: Hur utrustningarna ska reagera när något händer, som en kortslutning eller överbelastning.
- Samverkan mellan olika parametrar för styrning och skydd: Ännu finns inga standarder.
Allt detta måste samordnas med ett gemensamt programgränssnitt och gemensamma styr- och skyddsmetoder. Detta bör de närmaste åren lämpligen hanteras av en integratör, en samordnare.
Man kan tänka sig att alla ingående leverantörer ingår i ett Joint venture. Det har visat sig fungera på transmissionsnäts-sidan och skulle kunna utsträckas till att få med utrustningsleverantörerna också.
Alternativt kan man tänka sig att ordna ett EU-gemensamt kompetenscentrum där EU kan bära en del av det ekonomiska ansvaret. Byråkratin kan dock bli en nackdel och potentiellt resultera i långsam anpassning till ny teknik.
Ett privatägt kompetenscentrum skulle ha nackdelen att få ta alla ekonomiska risker själv, samtidigt som kunderna skulle kunna riskera att få minskad insyn.
Flera auktoriserade integratörer skulle kunna ta över och verifiera att HVDC-systemen uppfyller standarder och nätanslutningsregler, men det ligger långt in i framtiden, när all utrustning har blivit ”plug&play”.
Bra för Sverige
Sverige har alltid legat i framkant inom HVDC-forskning och utveckling, vilket möjliggjorde världens första kommersiella HVDC-länk till Gotland 1954. År 2023 tecknade Hitachi Energy (tidigare ABB) den största exportordern i svensk historia, värd cirka 13 miljarder euro, för HVDC-system.
Sverige möjliggör också nystartade företag inom kraftinfrastruktur, nämligen HVDC-brytare, där SciBreak (med ursprung på KTH) fanns med på listan över Sveriges 33 hetaste nystartade företag år 2020. Kort sagt spelar HVDC-tekniken en viktig roll för den svenska industrin och massiv tillväxt förväntas.
