Teknisk förklaring till den begränsade överföringskapaciteten från SE2 till SE3?

[davost]

Man hör ofta i debatten att kraftledningarna från norr till söder inte kan gå på full kapacitet, eftersom det saknas reglerkraft i söder för att "ge tillräckligt tryck i ledningen" (see t.ex denna diskussion med Jan Blomgren

).

Dessvärre vill ingen förklara exakt vad som menas då debatten måste hållas på en förenklad nivå av någon anledning. Om någon av er vet, kan ni förklara? Tveka inte att använda matematik eller tekniska termer om så är nödvändigt.

Min huvudteori för vad som avses:

Kapacitansen i de långa södergående kraftledningarna leder till en fasförsjutning av den överförda strömmen. Effekt är produkten av strömen och spänningen. Ju mer strömmen och spänningen är ur fas med varandra, destå lägre total effekt blir det alltså som överförs. Ändå belastar denna ström nätet i form av att den genererar värme.

Jag tror att poängen med mycket kärnkraft i söder är att deras synkrongeneratorer kan styras så att de kompenserar denna effekt genom att leverera ström som är fasförsjuten åt andra hållet. Summan av strömmen från norr, och strömmen från kärnkraftverken blir en ström som går i fas med spänningen. Och allt är frid och fröjd.

Ändå verkar det inte som att detta är riktigt hela sanningen. Blomgren pratar om att om att Svenska Kraftnät begränsar överföringskapaciteten av säkerhetsskäl, ifall något skulle ske. Han pratar om "svajning på vägen". Vad menar han konkret med detta?

Det talas också om att det är av stora tunga generatorer är viktigt. Vad är vikten av vikt? Är vikten viktig för konsumptionen av reaktiv effekt, eller är detta mer för frekvensstabilitet?

Sedan så undrar jag varför det är så viktigt med dessa synkrongeneratorer.
Det kan tyckas att i dessa tider med kraftelektronik (IGBT-er) och datorstyrning, att kanske vindkraftverk också kan uppfylla denna funktion. Om man t ex skulle lagstifta om att vindkraftparken skall ha den funktionen.

 

[GK100]

Jag ser fram mot svaren du kommer få på dina frågor.

 

[kanonkula]

Man hör ofta i debatten att kraftledningarna från norr till söder inte kan gå på full kapacitet, eftersom det saknas reglerkraft i söder för att "ge tillräckligt tryck i ledningen" (see t.ex denna diskussion med Jan Blomgren [media]).

Dessvärre vill ingen förklara exakt vad som menas då debatten måste hållas på en förenklad nivå av någon anledning. Om någon av er vet, kan ni förklara? Tveka inte att använda matematik eller tekniska termer om så är nödvändigt.

Min huvudteori för vad som avses:

Kapacitansen i de långa södergående kraftledningarna leder till en fasförsjutning av den överförda strömmen. Effekt är produkten av strömen och spänningen. Ju mer strömmen och spänningen är ur fas med varandra, destå lägre total effekt blir det alltså som överförs. Ändå belastar denna ström nätet i form av att den genererar värme.

Jag tror att poängen med mycket kärnkraft i söder är att deras synkrongeneratorer kan styras så att de kompenserar denna effekt genom att leverera ström som är fasförsjuten åt andra hållet. Summan av strömmen från norr, och strömmen från kärnkraftverken blir en ström som går i fas med spänningen. Och allt är frid och fröjd.

Ändå verkar det inte som att detta är riktigt hela sanningen. Blomgren pratar om att om att Svenska Kraftnät begränsar överföringskapaciteten av säkerhetsskäl, ifall något skulle ske. Han pratar om "svajning på vägen". Vad menar han konkret med detta?

Det talas också om att det är av stora tunga generatorer är viktigt. Vad är vikten av vikt? Är vikten viktig för konsumptionen av reaktiv effekt, eller är detta mer för frekvensstabilitet?

Sedan så undrar jag varför det är så viktigt med dessa synkrongeneratorer.
Det kan tyckas att i dessa tider med kraftelektronik (IGBT-er) och datorstyrning, att kanske vindkraftverk också kan uppfylla denna funktion. Om man t ex skulle lagstifta om att vindkraftparken skall ha den funktionen.

Du vet att vi har 50Hz i vårt nät va? Svenska kraftnät har satt gränsen på 49.99-50,01Hz/s (mycket elektronik är känsligt mot svajande frekvens)
Man vill gärna ha "stora tunga rotationer" exv kärnkraftverksgeneratorer/vattenkraft/kolkraft då de levererar stabil och jämn frekvens=då störs inte nätet av exv vindkraft som levererar olika Hz beroende på vind.
Har du en "tung"(stor produktion med bra frekvens krävs det mer för att rubba frekvensen)
Detta har hänt i Kaliforninen US, De fick för mycket vindkraft och instabilt nät så de kör rotationsschema för att kunna ha ett stabilt nät.
Kruxet är att vi i söder inte har något som stabiliserar nätet, dels pga vårt eget nät men även att vi försörjer Danmark och alla deras vindkraftverk. Fimpar vi den linan lär Danmarks elförsörjning på sjelland(?) Bli katastrof.

Ett tips på mer info är elektrikerpodden - allt du behöver veta om elnätet. Har inte lyssnat på det än men fick tips om den på föreläsning.

 

[Johrnak]

Stora tunga generatorer är viktiga p.g.a. den så kallade svängmassan. Det är för att få stabilitet i elsystemet. All el som används måste produceras i samma ögonblick som den används. Så om en person t.ex. sätter på en TV, måste Sveriges kraftverk helt plötsligt producera ytterligare 70W effekt. Om man nu har en stor generator så kan den rotera LITE långsammare och därigenom producera dessa 70W utan att kraftverket aktivt behövt göra något. Kraftverket ökar sedan sin effekt lite för att få tillbaka grundhastigheten.

Svängmassan gör alltså att kraftproduktionen kan parera små effektförändringar utan problem (och utan att något behöver göras).

 

[Johrnak]

I frågan om begränsning av säkerhetsskäl svarar svenska kraftnät att det är för att nätet ska vara stabilt även efter en störning. Det kan vara att en ledning försvinner eller att en elproducent går ner. Man ska då kunna garantera att man fortfarande kan tillmötesgå efterfrågan utan att nätet kollapsar.

Exempel: Antag att man har 3 ledningar som maximalt kan överföra 3kW tillsammans (alltså max 1kW per ledning). Om man begränsar kapaciteten till 2kW så klarar man sig på 2 ledningar utifall en skulle gå sönder.
Om man INTE har denna begränsning och det vid något tillfälle överförs 2.4kW (vilket ledningarna klarar eftersom det är mindre än 3kW) och en av ledningarna går sönder så måste de återstående 2 ledningarna var och en överföra 1.2kW vilket då skulle kunna leda till att även dessa ledningar tar skada och gör saken ännu värre.

 

[Pin]

Du vet att vi har 50Hz i vårt nät va? Svenska kraftnät har satt gränsen på 49.99-50,01Hz/s (mycket elektronik är känsligt mot svajande frekvens)
Man vill gärna ha "stora tunga rotationer" exv kärnkraftverksgeneratorer/vattenkraft/kolkraft då de levererar stabil och jämn frekvens=då störs inte nätet av exv vindkraft som levererar olika Hz beroende på vind.
Har du en "tung"(stor produktion med bra frekvens krävs det mer för att rubba frekvensen)
Detta har hänt i Kaliforninen US, De fick för mycket vindkraft och instabilt nät så de kör rotationsschema för att kunna ha ett stabilt nät.
Kruxet är att vi i söder inte har något som stabiliserar nätet, dels pga vårt eget nät men även att vi försörjer Danmark och alla deras vindkraftverk. Fimpar vi den linan lär Danmarks elförsörjning på sjelland(?) Bli katastrof.

Ett tips på mer info är elektrikerpodden - allt du behöver veta om elnätet. Har inte lyssnat på det än men fick tips om den på föreläsning.

Är inte intervallet 49,9 till 50,1 Hz? Alltså 50 plus/minus en tiondel och inte en hundradel. Sedan undrar jag om enheten Hz/s är korrekt här. Det bör ange en förändring av frekvensen per tidsenhet (sekund). Detta kanske också är ett viktigt mått, alltså hastigheten på svaj i frekvensen, men det kan väl ändå i så fall inte vara 49,99 till 50,01 per sekund?

 

[davost]

Du vet att vi har 50Hz i vårt nät va?

Detta vet jag. Jag tror dock att frekvensen går ner när belastningen på nätet ökar. Tänk: ju mer effekt du försöker ta ut ur systemet, destå mer bromsar du ned alla generatorer, vilket sänker frekvensen. Såvida du inte omedelbart kan öppna damluckorna lite mer så att frekvensen bibehålls. Fattar dock inte vad detta har med överföringskapaciteten från Norrland att göra.

Man vill gärna ha "stora tunga rotationer" exv kärnkraftverksgeneratorer/vattenkraft/kolkraft då de levererar stabil och jämn frekvens=då störs inte nätet av exv vindkraft som levererar olika Hz beroende på vind.

Detta tror jag inte stämmer. Vindkraftverk har oftast asynkrongeneratorer, vilka inte har någon frekvens i sig. De bara hakar på frekvensen som nätet redan har. Problemet med dem är istället att de inte kan användas för faskompensering, och dessutom bidrar till mer fasförskjutning.

Andra vindkraftverk har synkrongeneratorer, i så fall är de generatorn inte infasad på nätet direkt, utan är kopplad till nätet via ett mellansteg av kraftelektronik som ser till att rätt frekvens levereras. I dessa fall tror jag det är möjligt att ha faskompensering också med vindkraftverk. Men jag kan ha fel där.

Detta har hänt i Kaliforninen US, De fick för mycket vindkraft och instabilt nät så de kör rotationsschema för att kunna ha ett stabilt nät..

Studerade i Kapstaden 2006, vid den tiden var det ett kärnkraftverk som var ur drift, och därför hade vi rullande blackouts under ett år. Mycket problem med alla larm, för de har batteribackup, men den var inte dimensionerad för rullande blackouts. Good times

I frågan om begränsning av säkerhetsskäl svarar svenska kraftnät att det är för att nätet ska vara stabilt även efter en störning. Det kan vara att en ledning försvinner eller att en elproducent går ner. Man ska då kunna garantera att man fortfarande kan tillmötesgå efterfrågan utan att nätet kollapsar.

Detta verkar rimligt. Förstår jag dig rätt att kraftledningen går på begränsad fart så att man kan kan skruva på mer ifall något skulle gå sönder i södra Sverige. Dvs Norrland är reglerkfaft/kraftreserv för södra Sverige.

 

[Johrnak]

Detta verkar rimligt. Förstår jag dig rätt att kraftledningen går på begränsad fart så att man kan kan skruva på mer ifall något skulle gå sönder i södra Sverige. Dvs Norrland är kraftreserv för södra Sverige.

Det är så jag förstår det. Andra tänkta effekt av kapacitetsbegränsningen är att de ska påverka priserna så att belastningen blir mer balanserad och att höjda priser ska stimulera marknaden att producera mer i i de områden där det behövs.

 

[davost]

Det är så jag förstår det. Andra tänkta effekt av kapacitetsbegränsningen är att de ska påverka priserna så att belastningen blir mer balanserad och att höjda priser ska stimulera marknaden att producera mer i i de områden där det behövs.

Så min teori om att det är bristen på reaktiv effekt i södra sverige som begränsar överföringskapaciteten är inte del av förklaringen? Eller det kanske är en kombination:

• Totaleffekten som kan överföras har begränsats eftersom vi inte har tillgång till tillräckligt med reaktiv effekt i södra Sverige.
• I praktiken används inte totalkapaciteten, eftersom man behöver ha marginal för reglerkraft
• Man behöver även ha marginal för att kräma på ifall produktion i södra sverige faller bort på grund av något fel

Vad tror ni?

 

[kanonkula]

Vad grundar du bristen på reaktiv effekt på?
Ligger kk/vk långt iväg borde väl sinuskurvan va lättare att fucka upp än om den är närmare?

 

[Attitudeswe]

Du kan läsa om vikten av synkrona generatorer och dess rotationsenergi här:

https://www.svk.se/siteassets/om-oss/rapporter/2022/kortsiktig-marknadsanalys-2021.pdf

Värt att notera att störkänsligheten kommer att öka pga billig vindkraft. 120GWs ger 2 minuters rekationstid om en reaktor faller bort.



Vill vi bli oberoende av import så behöver vi motstarande 4-6 kärnkraftsreaktorer (mycket kan såklart komma från vindkraft i kombination med mer inovativa stödtjänster i nätet)

 

[Thomas_Blekinge]

Stora tunga generatorer är viktiga p.g.a. den så kallade svängmassan. Det är för att få stabilitet i elsystemet. All el som används måste produceras i samma ögonblick som den används. Så om en person t.ex. sätter på en TV, måste Sveriges kraftverk helt plötsligt producera ytterligare 70W effekt. Om man nu har en stor generator så kan den rotera LITE långsammare och därigenom producera dessa 70W utan att kraftverket aktivt behövt göra något. Kraftverket ökar sedan sin effekt lite för att få tillbaka grundhastigheten.

Svängmassan gör alltså att kraftproduktionen kan parera små effektförändringar utan problem (och utan att något behöver göras).

Detta ser jag annorlunda. Hur kan generatorn producera 70 W extra genom att rotera långsammare? Den får inte rotera långsammare för d är den inte synkron med 50 Hz längre.
Du kanske menar rät sak men det är annorlunda ändå.
Om din TV sätts på rubbas balansen mellan produktion och konsumption vilket alltid medför en liten frekvensändring, i detta fall en minskning, eftersom belastningen är större än generering. Systemet känner av frekvensminskning och reagerar med produktionsökning någonstans i nätet tills 50.00 Hz är uppnått.

 

[Thomas_Blekinge]

I frågan om begränsning av säkerhetsskäl svarar svenska kraftnät att det är för att nätet ska vara stabilt även efter en störning. Det kan vara att en ledning försvinner eller att en elproducent går ner. Man ska då kunna garantera att man fortfarande kan tillmötesgå efterfrågan utan att nätet kollapsar.

Exempel: Antag att man har 3 ledningar som maximalt kan överföra 3kW tillsammans (alltså max 1kW per ledning). Om man begränsar kapaciteten till 2kW så klarar man sig på 2 ledningar utifall en skulle gå sönder.
Om man INTE har denna begränsning och det vid något tillfälle överförs 2.4kW (vilket ledningarna klarar eftersom det är mindre än 3kW) och en av ledningarna går sönder så måste de återstående 2 ledningarna var och en överföra 1.2kW vilket då skulle kunna leda till att även dessa ledningar tar skada och gör saken ännu värre.

Detta ser jag också annorlunda. Det finns det s k N-1 kriteriet som innebär att elsystemet ska även fungera om 1 komponent faller bort. Du kan även kalla det redundans.
Jag tror dock att Svk menar något annat. Om man har en kraftig ledning mellan exv SE2 och SE3 som exporterar 1 GW så uppfattas ledningen som en generator i SE3. Om den ledningen faller bort så faller 1 GW produktion bort med en gång och detta kan ledda till kraftig obalans mellan produktion och konsumtion i SE3. Se svaret innan. Därför vill man inte gärna har för stora överföringsmängder i en enda ledning.

 

[Attitudeswe]

Detta ser jag också annorlunda. Det finns det s k N-1 kriteriet som innebär att elsystemet ska även fungera om 1 komponent faller bort. Du kan även kalla det redundans.
Jag tror dock att Svk menar något annat. Om man har en kraftig ledning mellan exv SE2 och SE3 som exporterar 1 GW så uppfattas ledningen som en generator i SE3. Om den ledningen faller bort så faller 1 GW produktion bort med en gång och detta kan ledda till kraftig obalans mellan produktion och konsumtion i SE3. Se svaret innan. Därför vill man inte gärna har för stora överföringsmängder i en enda ledning.

Begränsningen i överföringskapacitet pga n-1 är ändå bara 15% under topplasttimmen.

För frekvensstabilitet så spelar det som jag förstår det ingen roll om det är vattenkraft i norrland, kärnkraft i finnland eller värmekraft i malmö. Man behöver bara en viss tid (tiotal sekunder för att öppna dammluckor) på sig vid ett N-1 fel för att reglera upp annan vattenkraft i beredskap.

Bild över vinterns kapacitet:

 

[Thomas_Blekinge]

Det stämmer att det blir problem med den reaktiva effekten vid stora överföringsavstånd och trefasöverföring. Detta begränsar utrymmet för "nyttig" aktiv effekt. Det finns reaktiv effektkompensering som hjälper att lösa detta, använt i decennier. På senare tid har STATCOM-system med kraftelektronik tillkommit,med samma syfte.
Nu finns ju Sydvästlänken, en HVDC-överföring mellan norr och söder. Kom inte ihåg vilka SE-områden det var. Hallsberg och Hurva tror jag. Denna länk använder VSC-teknik i omriktarstationerna och kan överföra aktiv och reaktiv effekt i önskad blandning. Sådana system lämpar sig mycket väl för stabilisering av ac-nät och kan på så vis ersätta den roterande massan av tunga generatorer. Samma typ av HVDC kommer också att användas i de stora korridorprojekten i Tyskland, och HVDC-kabeln Sverige - Litauen har samma princip.