Vattenkraftens roll i elsystemet
Vattenkraften har ända sedan slutet av 1800-talet haft en central roll i Svensk elproduktion. Vattenkraftverk har lång livslängd, producerar el utan utsläpp och till låg kostnad. Idag står de för mer än hälften av elproduktionen. Kanske ännu viktigare är de egenskaper de tillför elsystemet. Vattenkraftens synkrongeneratorer bidrar till elsystemets stabilitet och effekten kan regleras i stort sett ögonblickligen för att hålla elsystemet i balans. Vattenkraften är unik eftersom den kostnadseffektivt kan regleras över alla tidsskalor – från sekunder upp till flera veckor eller år.
När kärn- och vattenkraft stod för merparten av elproduktionen användes vattenkraftens reglerförmåga för att anpassa produktionen efter förbrukningen. Kärnkraften kördes på maximal effekt och levererade det man kallar baskraft medan vattenkraftens produktion reglerades för att möta skillnader i elanvändning. På senare år har andelen väderberoende produktion ökat och därför måste reglerkraften nu även hantera stora variationer på produktionssidan. Det krävs därför mer effekt för att hålla elsystemet i balans och behovet har blivit mer oförutsägbart eftersom vädret har stor inverkan.
Ett ökat behov av reglerkapacitet
Om samhällets mål för energiomställning ska uppnås kommer det behövas mer av alla fossilfria kraftslag. Behovet av reglerkapacitet kommer därför att öka. Den största utmaningen är långa perioder med låg vind- och solkraftsproduktion i kombination med låga temperaturer. Sådana perioder är vanligt förekommande och måste vara dimensionerande för elsystemet eftersom samhället inte accepterar att elleveransen uteblir. Idag står vattenkraften för nästan alla stöd- och balanstjänster eftersom batterier inte kan skalas upp till den kapacitet som krävs. Vattenkraftens magasin kan lagra enorma mängder energi och ger oss unika förutsättningar att uthålligt reglera en stor andel väderberoende produktion.
Den tillgängliga effekten från vattenkraften vid en förbrukningstopp är ungefär 13700 MW. Vid årsskiftet 2021-2022 fanns det enligt Energiföretagen 12074 MW vindkraft (installerad effekt) och den förväntas enligt branschorganisationen Svensk Vindenergi öka till 17500 MW i slutet av 2025. Redan idag är därmed vindkraftens installerade effekt ungefär lika stor som vattenkraftens och i framtiden måste reglerkapaciteten ökas för att möta en ökande volatilitet.
Åtgärder för att stärka reglerförmågan
Det är möjligt att öka vattenkraftens effekt avsevärt. 2016 gjorde konsultbolaget Sweco en utredning om effekthöjning för befintlig vattenkraft på uppdrag av Fortum och Skellefteå kraft. Syftet med studien var att undersöka hur mycket vattenkraftens reglerförmåga kan ökas utan att bygga nya kraftverk eller reglera skyddade vattendrag. Analysen omfattade de 10 största kraftproducerande älvarna och indikerar en möjlig ökning av effekten på 3,4 GW dvs. en ökning med 24% jämfört med nuläget. De åtgärder som krävs är att man ökar den installerade effekten med ombyggda eller nya aggregat samtidigt som vattendomarna ändras för att tillåta större variationer i vattenflödet.
Kapaciteten i många av landets regleringsmagasin kan ökas genom att dämningsgränsen höjs eller att man tillåter större variationer i vattenståndet. En ökad magasinvolym skulle förbättra vattenkraftens uthållighet, dvs. man skulle kunna hantera längre perioder med låg produktion hos andra kraftslag.
Batterilager som ansluts till elnätet kan också bidra till att balansera systemet i korta förlopp - från sekunder upp till minuter. Fortum har två ”hybridkraftverk” (Forshuvudforsen och Landafors) där batterier ökar kraftverkens reglerprestanda samtidigt som minskar påfrestningar och slitage på turbiner och övrig mekanisk utrustning vid lastförändringar.
Pumpkraftverk, det vill säga kraftverk som kan pumpa tillbaka vatten till regleringsmagasinet när det är överskott på el, kan öka den tillgängliga effekten för reglering. Pumpkraftverk används främst för reglering över dygnet. Idag äger Fortum tre av de fem pumpkraftverk som byggts i Sverige. I det svenska elsystemet har pumpkraften historiskt haft en blygsam roll eftersom andelen reglerbar vattenkraft är mycket hög. I takt med att man tillför mer intermittent produktion kan det bli lönsamt att bygga pumpkraftverk.
Om man tillför mer planerbar baskraft (kärnkraft och/eller kraftvärme) i systemet kan en större andel av vattenkraftens produktion användas för reglering. Den frigjorda kapaciteten skulle göra det möjligt att ytterligare öka mängden väderberoende produktion. Kärnkraft kan också användas för reglering men det är inte lika kostnadseffektivt som att reglera med vattenkraft eftersom den rörliga kostnaden för bränslet utgör en mycket liten del (~5%) av den totala produktionskostnaden.
