Varför måste elproduktion och elkonsumtion alltid vara lika?

[clippan]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

 

[datja]

Se elektrisk ström som en vattenström -- strömmen måste rinna hela tiden. Om flödet plötsligt stryps nedströms så innebär det ständiga flödet uppifrån att älven respektive elnätet svämmar över med vatten respektive laddning.

 

[Martin Lundmark]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

Hej clippan

Du kan se elsystemet som en balansvåg eller gungbrädan på lekplatsen, som måste ha samma massa placerad på båda sidor annars kantrar den över på en sida.

Det finns en viss tröghet i massorna på gungbrädan, så även i elsystemet, så gungbrädan kan röra sig långsamt, ”kantra” åt ett håll, om massorna är ”nästan lika stora”.

För att balansvåg eller gungbrädan skall fungera behövs inga ”datorsystem som ligger och bevakar”.

Det behövdes inte heller i de ursprungliga vattenturbinerna. Man styrde mängden inkommande vatten (och därmed frekvensen) med en mekanisk centrifugalregulator. Se t.ex.” Centrifugal governor” i Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_governor

I elsystemet visar frekvensen (50 Hz) om det är en balans mellan inmatat eleffekt och uttagen eleffekt.

Matas för lite eleffekt in gentemot uttaget av eleffekt i elsystemet då bromsas frekvensen ner (frekvensen sjunker).

Det blir precis som när ”trampfrekvensen” minskar när man cyklar mot en uppförsbacke, man måste då lägga mer arbete (effekt) på pedalerna för att bibehålla farten.

 

[Mikael_L]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Då energin inte lagras i någon större mån i elsystemet så måste den energi som tas ut ur systemet alltid motsvaras av energin som matas in.
Om det matas in för lite så sjunker frekvensen och spänningen, och till sist blir det slut energi och mörkt (i teorin, i verkligheten så kommer de flesta (troligen alla) stänga av sin produktion automatiskt när frekvensen går ner tillräckligt (typ 2-5 Hz gissar jag)).
Om det matas in för mycket effekt så stiger frekvensen och spänningen, och då måste produktion kopplas bort innan det börjar skada hela landets elsystem och anslutna apparater.

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Som du skriver, det blir aldrig helt lika, men elsystemet har faktiskt lite lagrad energi, främst i form av det som brukar benämnas svängmassa eller rotationsenergi, och den utgörs av alla de roterande elmaskiner vi har i elnätet, allt ifrån de mycket stora turbinerna och generatorerna vi har i kärnkraftverken (eller kol/gas-kraftverken i övriga Europa), och alla mindre generatorer och ändå till vanliga elmotorer som snurrar i vårt elsystem, ja t.o.m kylskåpen och elvispen bidrar med rotationsenergi, men kanske betydelselöst lite, men t.ex. motorer till ventilationsanläggningar osv ger ett tillskott.

Så skulle vi exakt i samma tusendels sekund stänga av allt ångflöde till alla generatorer vid våra kraftverk, stänga av vattenflödet till alla vattenkraftverk, så skulle dessa generatorer naturligtvis inte stanna direkt på en hundradels sekund, utan de skulle direkt börja rotera långsammare (frekvensen sjunker) och ge lägre spänning, och stanna först efter några sekunder (om det är full last på generatorn så utgör det en ordentlig mekanisk last och bromsar turbinsträngen relativt snabbt, den roterar knappast flera minuter ifall den skulle vara anslutet till ett döende elnät).

Så det är denna rotationsenergi som räddar vårt elnät. Och ett antal av de större elproduktionsanläggningarna har frekvenshållningsansvaret (jag är ganska säker på att det är de större vattenkraftverken, inte kärnkraftverk, de vill inte hålla på och mixtra med sin effekt, utan bara tuta och köra på 100% produktion hela tiden). Och deras uppdrag är att mata in mer eller mindre effekt i systemet för att hålla frekvensen på 50 Hz.
Lite längre ner på denna sida
https://www.svk.se/om-kraftsystemet/kontrollrummet/
hittar du hur frekvensen har varierat under dagen (eller tidigare dagar)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

OK, detta svarade jag på förra stycket.

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

Det var fortfarande en frekvens som skulle hållas (för att det betydde att det var balans).
Så det har nog funnits en blandning av manuella pådrag och mekaniska varvtalsregulatorer.
https://sv.wikipedia.org/wiki/Centrifugalregulator

 

[Mikael_L]

Det finns mycket mer att grotta i här.
T.ex. skrev jag att elmotorer som kör t.ex. ventilationsaggregat (ja, det finns riktiga bamsemotorer här, som dessutom är kopplade till rätt stora och tunga fläkthjul), bidrar med rotationsenergi.
Om frekvensen sjunker så kommer dessa att dra lite mindre ström, och alltså hjälpa stabiliteten i elsystemet, och skulle frekvensen falla väldigt snabbt så skulle dessa t.o.m övergå till generatordrift, dvs mata ut energi till elsystem tills att den mekaniska roterande energin tar slut.

MEN, nu har vi alltmer kraftelektronik som ställer till det.
Jag är själv en bov här, monterar in frekvensomriktare till gamla direktdrivna fläktmotorer, eller byter allt mot EC-motorer.
Då tappas allt bidrag till svängmassa direkt, och faktiskt blir det dubbelt sämre, då kraftelektroniken i dessa fall kommer att reagera med att dra mer ström, för att kompensera för spänningsfall och sjunkande frekvens.

Alla våra vindkraftverk och solcellsanläggningar bidrar inte heller med någon svängmassa.

Men det finns möjligheten att skapa syntetisk svängmassa med kraftelektronik, och det finns väl en del sådana anläggningar i drift, jag är inte rätt person att fråga ifall detta är lika bra, eller bättre eller sämre än den mekaniska rotationsenergi som vi hade förr.
Och visst kan vi även bygga mekanisk rotationsenergi, det är ju "bara" att sätta ihop en elmotor och ett tungt svänghjul. Men det kostar ju dock i byggkostnad samt en egenförbrukning av energi.

 

[Jonas928]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

En generator ger i princip så mycket ström som den behöver ge pga motorns last. motorn ger så mycket effekt som lasten kräver och har möjlighet att ge.
Men hela nätet är så sort, så det stabiliserar sig själv vid 50 Hz. Ungefär som om man är 10 man som drar ett rep. Ingen gubbe kan dra repet fortare än de 9 andra.

 

[Mikael_L]

Det går också att läsa en del på denna sida (med länkar till undersidor).
https://www.svk.se/om-kraftsystemet/om-systemansvaret/kraftsystemstabilitet/
Lite djupare, men fortfarande på en nära lekmannamässig nivå.

 

[Leif i Skåne]

Atomuret bestämmer frekvensen.
Det är inte bara frekvensen 50,00 Hz som skall hållas utan även över en längre tid.
Nästan alla hushåll har en digital klocka i ugnen och på nattduksbordet, dessa klockor är synkade mot nätfrekvensen, sjunker frekvensen som den alltid gör på morgonen kl 6-8 så får man öppna för mer vatten i Harsprånget eller den kraftstation som ansvarar för frekvenser övriga kraftstation reglerar i större steg på grund av dygns variation. På förmiddagen är frekvensen 50,05 tills man är ifatt atomuret!
Alltså då man inte har haft ett strömavbrott i norra Sverige sedan 1979 så går en digital klocka som inte varit utan elnät absolut rätt fortfarande efter 45 år jämfört med Atomuren hos RISE i Borås.

Däremot mellersta och södra Sverige råkade ut för totalt strömavbrott
där hela Sveriges elnät söder om Dalälven slogs ut under flera timmar.[3]
Storstörningen 1983 var ett strömavbrott den 27 december 1983 klockan 12.57 som drabbade praktiskt taget hela syd- och mellansverige.

 

[Martin Lundmark]

Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Hej clippan

I går (31 jan 2025) kom en artikel om hur nära det nyligen var att Storbritannien haft för lite eleffekt gentemot elanvändningen.

”Experten: Så nära var Storbritannien nedsläckning i elsystemet”
https://www.tn.se/naringsliv/41189/experten-sa-nara-var-storbritannien-nedslackning-i-elsystemet/

I artikeln så kan vi läsa; Storbritannien nära roterande nedsläckning
Det var också precis detta som hände onsdagen den 8 januari, och som höll på att få landets elsystem på fall, förklarar hon.
– Det var nästan vindstilla så vi hade väldigt låg produktion i vindkraften den dagen, endast 2,5 gigawatt jämfört med runt 10–15 gigawatt en vanlig dag. Det var också en kall dag så förbrukningen i elsystemet var hög samtidigt som vi också hade reducerad kapacitet till import från utlandsförbindelserna. De var nere på 5,8 gigawatt.
Totalt låg den brittiska elförbrukningen däremot på omkring 45 gigawatt.
– Det var också kväll så solenergin gav så klart ingenting.
Därför var det i huvudsak vattenkraft, biomassa, kärnkraft och gaskraft, som Storbritannien fick förlita sig på, tillsammans med import från grannländerna.”

En ”roterande nedsläckning” innebär att man gör en kontrollerad bortkoppling, och sedan återkoppling när andra laster kopplats ifrån. Detta för att kunna ha bättre kontroll över det som händer, och därigenom försöka minimera konsekvensen.

 

[Leif i Skåne]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.

Är den inte lika i varje 1/1000-dels sekund så stannar landet. Det var det som hände i Spanien/Portugal den 28/4-25! Det slocknade på några sekunder.
Senare har det kommit lika många förklaringar som tillfrågade expertis / ministrar.
Att man saknade nästan helt rörelseenergi/svängmassa nämns inte.

 

[Mikael_L]

Att man saknade nästan helt rörelseenergi/svängmassa nämns inte

3,3 GW kärnkraft och 1,6 GW naturgas var i drift just innan blackouten.

Entsoe har ganska mycket skrivet om detta
https://www.entsoe.eu/publications/blackout/28-april-2025-iberian-blackout/

 

[Dkvist]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Sedan verkar det ju otroligt att de är exakt lika hela tiden det borde väl jämt diffa lite hela tiden, upp och ner, så lite tolerans borde väl finnas, eller? (och hur mycket är lite i detta sammanhang?)

Vad är det för elmekanism/styrmedel som övervakar detta? Jag antar att det är datorsystem som ligger och bevakar?

Men elnät och kraftkällor har ju funnits länge, hur gjorde man då det inte fanns datorer?

Ja, den måste vara närmast exakt momentant, dvs i varje enskild tidskvanta, och helt exakt över längre tid (ett par sekunder).

Regleringen sker genom den snurrande massa vi har i våra kraftverk i dag. Dvs svänghjul som roterar, dessa är synkrona mot elnätets 50 Hz.

Om det genereras mer energi så accelereras svänghjulen något och nätfrekvensen stiger lite (hundra till tiondelars hertz). På samma sätt så faller nätfrekvensen något när det plockas ut mer energi än vad det genereras.

Detta förutsätter ett synkront elnät och att det är synkrona kraftkällor. DC-AC omvandlande kraftkällor så som solkraft eller vindkraftsparker bidrar inte till denna energilagring eller frekvensreglering.

Om man bara tittar på en kort period så kommer klockor som styrs på nätfrekvens (tänk radioklockor nattduksbordet eller klockan i mikrovågsugnen) gå lite snabbare eller kortare beroende på nätfrekvensens förändringar, på lång period så ska snittet vara 50 Hz och då kommer man "ta ikapp" de lägre nätfrekvenserna eller kompensera de för snabba perioderna något.

Om man får kraftiga frekvensavvikelser så kan maskiner gå sönder men om allt vill sig rätt så ska skyddsmekanismerna i nätet slå från laster, det man kalla för "Load shedding" om man pratar anglesiska. Går det sig illa så kopplar alla delnät av sig från stamnätet, kraftstationen panikstoppas och stamnätet stänger ned. Då måste man starta upp igen bakvägen, inget som sker "omedelbart" iom delnät måste synkroniseras mot överliggande nät när de kopplas på igen.

Hur gjorde man när det inte fanns datorer? På precis samma sätt idag, men reglersystemen var lite långsammare då tillgänglig roterande massa var större i förhållande till möjlig momentan lastförändring. Dvs, transienterna var mindre i förhållande till total energi tillgänglig i massan. Idag har man effektiviserat och kraftigt minskat behovet av roterande massa och ersatt denna massa med datorsystem som snabbt slår på eller kopplar bort kraftkällor.

 

[Jonas928]

Det var en lång och sakligt riktig förklaring. Men jag förkortar och förenklar.
Det är lasten dvs förbrukningen som styr hur hårt hårt en generator arbetar, och det det som ger den ström som behövs under förutsättning att generatorn har möjlighet att göra det.
Snurra på en generator till en bil. Är den lös så har den inget motstånd. Men ju mer lysen, fläkt, eluppvärmd stol o ruta ju tyngre går generatorn. Det ger alltså det som behövs.
Visserligen finns batteriet i bilen som en buffert. Men den bufferten finns inte på nätet.

 

[blackarrow]

Å man måste koka lagom mycket vatten för att få ånga att driva turbinen som driver generatorn.

Eller släppa på så mycket vatten som behövs för att turbinen ska snurra med rätt varvtal (frekvens).

Batterier är ju listiga rackare som kan hålla i stort sett konstant spänning även om lasten ökar genom att omvandla kemiskt lagrad energi till elektrisk energi i form av likström.
Dock är de dyra.

Växelström lagras billigast som vatten i vattenmagasin.tex reglerade älvar.

 

[Bönhas]

Jag har förstått att det är viktigt att produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.
Annars blir det elavbrott har jag läst. Lite mer konkret, vad är det som händer egentligen, och varför?

Detta kan nog bli väldigt komplicerat om man skall gå in på alla detaljer. Det kan snabbt bli obegripligt.

Om man förenklar kan man se det som ett vattenledningssystem.
När man öppnar kranen och duschar eller häller upp kaffevatten kommer det ut vatten ända fram till dess man stänger kranen.
Det behöver då tillföras precis så mycket vatten man tappat ut för att ledningarna inte skall vara tomma.
Någonstans i ledningssystemet finns ett vattentorn som automatiskt fyller på ledningarna exakt så mycket som behövs. Så att det finns vatten i rören när grannen skall koka sitt kaffe och duscha en liten stund senare. Eller samtidigt.

Hur vattentornet fylls på för att alltid kunna leverera vatten till ledningsnätet är en annan sak. Inte alldeles olik hur kraftverksdammarna fylls på för att alltid vara redo att leverera vatten till turbinerna som skall leverera el till elnätet.

produktionen av el alltid ska vara lika med konsumtionen.

Man kan inte lagra vatten eller el i ett ledningsnät. Att det finns batterier, kraftverksdammar och vattentorn är rent tekniskt en annan sak.

Elnätet fungerar efter ungefär samma principer som vattenledningsnätet.