Förändringar inom elnätet
De kommande årtiondena står elnäten i Sverige, Europa och globalt inför betydande förändringar och är i behov av stödtjänster för frekvensreglering. I syfte att minska beroendet av fossila bränslen, sker en ökande elektrifiering inom industrin och transportsektorn. Samtidigt växer andelen av variabel, förnybar energiproduktion från sol och vind. Ny teknik inom nätverk, kraftelektronik och digitalisering möjliggör förbättrad övervakning och hantering av elsystemet.
Under de kommande decennierna behöver cirka 100 TWh av Sveriges elproduktion, som närmar sig slutet av sin tekniska livstid, ersättas med ny produktion. Med vindkraftverk som nu kan uppföras utan subventioner, förutspås en snabb ökning av vindkraftens andel. Prisfall på solceller och batterier bidrar också till denna utveckling. Stora solkraftverk tävlar redan med traditionell kol- och kärnkraft i många delar av världen. Samtidigt orsakar den accelererande elektrifieringen och nya industriinvesteringar regionala flaskhalsar i elnäten.
Med avvecklingen av dagens kraftverk förlorar elsystemen vissa stabiliserande egenskaper. Dock har de nya resurserna som introduceras – såsom batterier, vindkraft och intelligent elanvändning – potentialen att bidra till stabiliteten. Varför är denna potential ännu inte fullt utnyttjad? Hur fungerar nuvarande marknader för stödtjänster? Vilken utveckling krävs för att ge nya tekniker möjlighet att bidra effektivt? Detta faktablad presenterar en översikt över nuvarande marknader och de nya resursernas möjligheter för att ge en insikt i vilka chanser som finns idag och i framtiden.
System- och balansansvar i Sverige
I Sverige ligger ansvaret för elsystemets systemansvar hos Svenska kraftnät. Deras uppgift är att säkerställa kraftsystemets tillförlitlighet och samtidigt optimera driftskostnaderna, genom egna insatser och i samarbete med andra aktörer. En viktig del av detta ansvar är att balansera elproduktionen och förbrukningen inom Sveriges elsystem. Eftersom el inte kan lagras direkt i elnätet, måste elproduktionen alltid matcha den aktuella elanvändningen.
För att upprätthålla denna balans har Svenska kraftnät delegerat det ekonomiska ansvaret för energibalansen till olika aktörer som kallas balansansvariga. Alla elproducenter och elkonsumenter är kopplade till någon av de cirka 30 balansansvariga i Sverige. Dessa aktörer planerar sina kunders elanvändning och/eller elproduktion och genomför köp eller försäljning av el för att uppnå balans, vanligtvis via elbörsen Nord Pool eller genom bilaterala affärer. Under drifttimmen har Svenska kraftnät det direkta fysiska ansvaret för balansen i realtid.
För att elnätet ska fungera korrekt är rätt spänning och robusthet för alla driftssituationer nödvändigt. För närvarande bidrar vatten- och kärnkraft med reaktiv effekt och rotationsenergi, vilket är viktigt för dessa funktioner. Med de pågående förändringarna i elsystemet kan behovet av dessa funktioner också behöva täckas av nya tekniker. I dagsläget upphandlar Svenska kraftnät inte reservkapacitet för rotationsenergi eller spänningsreglering. Det finns dock vissa krav för anslutning till elnätet, där anläggningar måste kunna leverera reaktiv effekt och uppfylla vissa säkerhetsfunktioner.
Nuvarande balansmarknader
Balansmarknaderna hos Svenska kraftnät är avsedda för att upprätthålla jämvikt mellan elproduktion och konsumtion. Endast 2 % av den totala årliga elvolymen handlas på dessa marknader. Majoriteten av balanseringen sker via Nord Pools marknader, utförd av de balansansvariga.
Nord Pools handelsmarknader
Balansansvariga aktörer fokuserar huvudsakligen på två Nord Pool-marknader: dagen-före och intradag. Målet är att de balansansvariga, baserat på bästa tillgängliga prognoser och kapacitet, ska nå balans på dagen-före-marknaden. Vid ändrade prognoser efter marknadens stängning, kan justeringar göras på intradag-marknaden. Denna marknad är tillgänglig upp till en timme före driftsperiodens start.
Frekvens och balansering
Under driftsperioden tar Svenska kraftnät över och använder elnätets frekvens för att bedöma balansen mellan elproduktion och konsumtion. Normal frekvens är 50 Hz; en sänkning indikerar högre konsumtion än produktion, och en höjning det motsatta. Balansmarknaderna hos Svenska kraftnät består av både automatiska och manuella åtgärder för att återställa frekvensen.
Frekvenshållningsreserver (FCR-N och FCR-D)
Den snabbaste reservtypen är FCR, indelad i FCR-N för normaldrift och FCR-D för störd drift. FCR-N syftar till att automatiskt justera frekvensen vid förändringar, medan FCR-D aktiveras inom 30 sekunder om frekvensen faller under 49,9 Hz eller överstiger 50,1 Hz. Resurser för normal drift ska aktiveras inom 180 sekunder. Svenska kraftnät upphandlar ungefär 230 MW FCR-N och 558 MW FCR-D för varje driftperiod, mestadels från vattenkraft. Minsta tillåtna bud är 0,1 MW. FCR-D finns i dagläget både som FCR-D upp och FCR-D ned för att kunna reglera frekvensen både upp och ned.
Läs mer här om tekniska krav för tillhandahållande av frekvensinneslutningsreserv.
Frekvensåterställningsreserver (aFRR och mFRR)
Dessa reserver delas i aFRR och mFRR. aFRR, som automatiskt aktiveras av Svenska kraftnät, återställer frekvensen till 50 Hz. mFRR avropas manuellt och ersätter aktiverade reserver (FCR och aFRR) för framtida störningar. aFRR handlas upp av Svenska kraftnät, med en volym på ca 150 MW per vecka. Minsta budstorlek är för närvarande 5 MW. mFRR handlas på reglerkraftsmarknaden (RKM) där bud kan läggas fram till 45 minuter före driftperioden. Aktivering sker inom 15 minuter, med en minsta budstorlek på 10 MW i de flesta prisområden, och 5 MW i SE4.
Planer finns för att sänka minsta budstorleken till 1 MW för både aFRR och mFRR, och för mFRR när ett elektroniskt avropssystem införs.
Ytterligare reserver
Utöver de primära frekvenshållnings- och återställningsreserverna finns även störningsreserver och effektreserver. Störningsreserven, som främst består av gasturbiner i elområdena SE3 och SE4, är designad för att hantera systemstörningar. Effektreserven, å andra sidan, aktiveras sällan och upphandlas främst under vinterhalvåret för att täcka brist vid hög efterfrågan, exempelvis under kalla vinterdagar.
Balansavräkning
Dagen efter elleverans sker en avräkning där de balansansvariga som inte uppnått balans under driftperioden gemensamt betalar de kostnader som Svenska kraftnät haft för reserverna. De som lagt bud på balansmarknaden men inte levererat måste betala motsvarande nästa steg i prislistan.
Vem kan delta på marknaderna?
För närvarande måste man vara en balansansvarig (BRP) för att få handla på balansmarknaderna. På NordPools marknader krävs antingen att man är balansansvarig eller har ett avtal med en sådan.
Till 2021 planeras införandet av en ny roll, leverantör av balanstjänster (BSP). Efter denna förändring kommer endast BSP:er att få handla på Svenska kraftnäts balansmarknader. En aktör kan vara både balansansvarig och BSP, eller enbart en BSP. Detta möjliggör till exempel för aggregatörer att samla flera små resurser för att skapa större bud. Läs mer om hur du kan delta hos CheckWatt och FlowerHub.
Nya tekniker i elnätet
Prisnedgången på förnybar energi och batterier samt ökande flaskhalsar i elnätet och solcellsanläggningar sporrar intresset för batterier. Dessa kan användas för att behålla mer egenproducerad el och minska nättariffskostnader. Den snabba tillväxten av laddbara fordon och intresset för smart elanvändning förväntas öka med bättre elmätare, automatisering och tydligare prissignaler. Alla dessa nya resurser kan bidra till systemstabiliteten på olika sätt.
Efterfrågeflexibilitet och dess potential
Det finns en betydande potential att optimera elanvändningen genom smartare styrning. Om fler personer i samhället använde el vid tidpunkter då det finns gott om elproduktion och kapacitet i elnäten, skulle detta underlätta både balansering och drift av elsystemet. De höga effekttoppar som vi ser idag beror huvudsakligen på att många använder el samtidigt.
Effektbehovet går att styra
Elanvändningen hos slutkonsumenter i Sverige kan kategoriseras i två delar: personberoende och apparatberoende effektbehov. Den apparatberoende delen kan i större utsträckning styras automatiskt till optimala tider under dygnet, utan att det påverkar kundens komfort eller upplevelse nämnvärt. Möjligheten att styra till exempel värme, kyla och ventilation har i studier beräknats kunna utgöra ungefär 25 procent av det totala topp-effektbehovet. Det finns även en betydande potential i smart styrning av elbilsladdning och V2G (Vehicle-to-Grid)-teknik.
För att balansera elsystemet kan förändringar i elförbrukning vara lika effektiva som justeringar i elproduktionen. Därför har Svenska kraftnät under flera år arbetat för att engagera elanvändare i deras marknader, framförallt större konsumenter såsom industrier. Dessa bidrar främst till effektreserven, men vissa deltar även på reglerkraftsmarknaden. För industriföretag kan ökat deltagande på balansmarknaderna vara fördelaktigt, så länge det inte stör deras huvudverksamhet. I maj 2019 utvidgades möjligheten till att inkludera efterfrågeflexibilitet i FCR, vilket har lockat nya aktörer till marknaden.
Aggregerade resurser
Styrning av utrustning som värmepumpar och elbilsladdning, som finns hos konsumenter, kan variera kraftigt i förutsättningar och egenskaper, vilket gör dem lämpliga för olika typer av reservkapacitet. Några hinder som försvårar deltagandet på marknaderna idag inkluderar storleken på buden, att driftperioden är en timme, samt tekniska aspekter såsom mätning och avräkning. Att samla flera mindre resurser för att skapa större bud kan vara en lösning för att möjliggöra deltagande.
För aggregerade resurser finns det dock regleringsmässiga utmaningar både i dagens och i de föreslagna villkoren, som begränsar deras deltagande på marknaderna. En begränsning är att alla aggregerade resurser i ett gemensamt bud måste vara knutna till samma balansansvariga aktör. Dessutom är det inte tillåtet att kombinera resurser som består av både produktions- och förbrukningsenheter i ett och samma bud.
Marknadsutveckling
Energisystemets förändring innebär naturliga förändringar i marknaderna. Nya EU-regler påverkar utvecklingen i Norden. Svenska kraftnät, tillsammans med andra nordiska TSO:er, har tagit fram förslag för utveckling av balansmarknaderna.
En beslutad förändring är att förkorta driftperioden från en timme till kvartar för att minska obalanser. Införandet av den nya rollen som BalansTjänsteLeverantör (BSP) är ett krav från EU-nivå. Dessutom driver Svenska kraftnät sin egen utveckling för att öka likviditeten och säkra driftsäkerheten.
Redan nästa år introduceras FFR, en ny stödtjänst med aktiveringstid under 2 sekunder. Denna tjänst är avsedd att stödja systemet vid höga andelar vind- och solenergiproduktion, vilket minskar systemets tröghet. FCR-D kommer även att införas som nedreglering och budstorleken för flera reserver sänks till 1 MW. Svenska kraftnät förväntar sig att dessa planerade utvecklingar kommer att lösa stabilitetsutmaningarna.
Regionala flaskhalsar i elnätet skapar också ett behov av att upphandla resurser mer lokalt. De nya tekniker som diskuteras kan bidra regionalt och lokalt. För detta krävs nya marknadsplatser. Ett exempel är projektet
CoordiNet, där flexibilitet kommer att handlas för att adressera flaskhalsar och stödja systemet genom stödtjänster.
Sammanfatting
Genom att underlätta integrationen av nya tekniker i tillhandahållandet av stödtjänster kan elsystemets drift bli både stabilare och mer kostnadseffektiv. Utvecklingen och digitaliseringen av balansmarknaderna, med kortare driftperioder, mindre budstorlekar, handel närmare drifttiden samt helt nya stödtjänster, möjliggör för ett bredare spektrum av aktörer att bidra med stödtjänster.
Det finns dock fortfarande områden som behöver ytterligare uppmärksamhet och utveckling. Exempel på detta är möjligheten att integrera flera olika budtyper, göra anpassningar för energilager och tillhandahålla mer transparent information om marknadsförhållandena. Relationen mellan nya leverantörer av balanstjänster och de befintliga balansansvariga behöver också klarläggas.
Vidare behövs en ökad kunskapsnivå och dialog med nya aktörer som inte tidigare har erfarenhet av att delta i balansmarknaderna. Svenska kraftnät har de senaste åren spenderat mellan 0,7 och 1,4 miljarder kronor på stödtjänster såsom FCR och aFRR, vilket indikerar att det finns ekonomiska möjligheter för nya leverantörer. Dock kvarstår en osäkerhet kring vilken ersättning nya aktörer kan förvänta sig.
Potentialen för att ytterligare stabilisera elsystemet med hjälp av nya tekniker som vindkraft, efterfrågeflexibilitet och batterier är betydande. Ur ett samhällsekonomiskt perspektiv är det värdefullt att utnyttja de resurser som redan finns i systemet. En ökad likviditet och konkurrens på balansmarknaderna bör på sikt också bidra till lägre priser för balansering. Vill du läsa mer spännande inlägg kopplade till energieffektivisering, kan du göra det på vår blogg.