Elnätets jättar kan spara 18 GWh per år

2020-12-28 06:00  

Transformatorerna i elnätet blir allt större. Ju mer järn och koppar de innehåller desto dyrare blir de – men energiförlusterna minskar. Nu finns svart på vitt hur mycket energi som kan sparas om de optimeras.

Stamnätsägaren Svenska kraftnät har ett 25-tal transformatorer i sitt elnät. Det är stora pjäser som väger upp till 300 ton. Deras uppgift är att omvandla spänning så att elledningar med 220 kilovolt kan bindas ihop med elledningar med 400 kilovolt.

När Svenska kraftnät ska köpa in nya transformatorer ställs krav utifrån vilka speciella förutsättningar som kommer att gälla just på den platsen där transformatorn ska placeras.

Det gäller även shuntreaktorer, som har till uppgift att stabilisera spänning lokalt i elnätet genom att konsumera reaktiv effekt. Sådan stabilisering är viktig när belastningen på elnätet varierar.

Ungefär 50 shuntreaktorer finns installerade i det svenska stamnätet. Men totalt sett bedömer Svenska kraftnät att det finns ett par tusen transformatorer och shuntreaktorer i stamnät och regionnät i Sverige.

– Transformatorer och shuntreaktorer är inga färdiga varor som vi köper från hyllan. Vi och andra nätägare och elproducenter specificerar från gång till gång vad vi vill ha, säger Niclas Schönborg, transformatorexpert på Svenska kraftnät.

”Stoppar man in för mycket material blir den onödigt dyr”

En transformator som innehåller mycket material i form av kärnplåt och kopparlindning är dyr att köpa in men ger lägre energiförluster när den används.

– I en grov kopparledare är det lättare för strömmen att ta sig fram, då bildas mindre värme och energiförlusterna blir lägre. Och i en grov järnkärna blir den magnetiska flödestätheten lägre, vilket sänker förlusterna där, säger Niclas Schönborg.

På samma sätt gäller det omvända. En billig transformator innehåller mindre material i kärna och lindning och ger större energiförluster.

– Och stoppar man in alldeles för mycket material blir den onödigt dyr, och man får aldrig tillbaka pengarna under transformatorns eller shuntreaktorns livstid, säger Niclas Schönborg.

Ganska många miljoner kan ligga i vågskålen när materialkostnad och framtida energiförluster ska vägas mot varandra. Enligt en kartläggning för några år sedan kan en och samma transformator variera mellan 12,6 och 16,7 miljoner kronor i inköpspris. Men över transformatorns livstid blir totalkostnaden, total cost of ownership, lägre för den version som är dyrare att köpa in, 35,2 miljoner jämfört med 41,2 miljoner för den billigare.

Läs mer: Ny försening av jätteprojektet Sydvästlänken: ”Bekymmersamt”

Utrustningen kommer att hålla längre

Den här avvägningen mellan inköpskostnad och framtida energiförluster har inköpare försökt göra under lång tid. Men enligt Niclas Schönborg har det inte funnits tillförlitliga beräkningsmodeller att luta sig mot. Förrän nu.

Tillsammans med konsulten Thomas Fogelberg har Niclas Schönborg tagit fram en beräkningsmodell som ska fungera som en vägledning. Rapporten riktar sig främst till upphandlare, men även till tillverkare.

Enligt Svenska kraftnät finns det stora vinster att göra om nya transformatorer och shuntreaktorer optimeras enligt beräkningsmodellen. Förutom att mindre energi går förlorad kommer utrustningen att hålla längre.

Men Niclas Schönborg och Thomas Fogelberg menar att deras beräkningsmodell har större bäring än så. Den skulle också kunna ge stora energi- och miljövinster på samhällsnivå om den används för att köpa in högeffektiva transformatorer varje år, i takt med att de nuvarande når slutet av sin livslängd.

”Krafttransformatorerna har blivit större och tyngre”

De har räknat ut att i genomsnitt 2-3 procent av dagens transformatorer når sin tekniska livslängd i Sverige varje år. Om dessa byts ut mot högeffektiva transformatorer, optimerade enligt den nya beräkningsmodellen, kommer Schönborg och Fogelberg fram till att energiförlusterna skulle minskas med 18 000 MWh per år. Det motsvarar elförbrukningen hos cirka 1 000 villor.

En sådan åtgärd skulle också innebära en besparing av koldioxidutsläpp i storleksordningen 900 ton per år, enligt Schönborg och Fogelberg.

– Om alla världens transformatorer som når sin livslängd byts ut mot optimerade transformatorer skulle koldioxidutsläppen minska påtagligt. Ungefär tre fjärdedelar av världens elproduktion kommer från fossila anläggningar, där finns stora vinster att göra genom att energieffektivisera transformatorer, säger Niclas Schönborg.

Enligt Ulf Moberg, teknisk direktör på Svenska kraftnät, har insikten om energiförlusternas betydelse ökat successivt genom åren.

– Krafttransformatorerna har blivit större och tyngre, och därmed dyrare i materialkostnad. Men framför allt har miljöfrågorna fått en mycket större betydelse. Energiförlusterna i vårt nät är det som har enskilt störst miljöpåverkan i vår verksamhet, säger han i ett pressmeddelande.

Läs mer: Notan till kunderna efter förseningarna: Hundratals miljoner kr dyrare el

”Alla har stridit om hur man ska värdera förlusterna”

Totalt sett brukar drygt 3 TWh gå till spillo varje år i det svenska stamnätet. Det motsvarar ett par procent av den totala elanvändningen i Sverige.

Med den nya beräkningsmodellen anser Ulf Moberg att Svenska kraftnät får bättre möjlighet att ta hänsyn till energiförlusterna vid upphandling av transformatorer och shuntreaktorer.

Hittills har Svenska kraftnät använt beräkningsmodellen i två upphandlingar. De ledde till att en transformator köptes av Siemens och två transformatorer av ABB.

En väsentlig del av beräkningsmodellen handlar om hur energiförlusterna ska värderas. Rapportförfattarnas rekommenderade prissättning innebär en högre nivå än Svenska kraftnäts tidigare bedömningar.

– Det som alla har stridit om i alla år är hur man ska värdera förlusterna. Det är det som är den stora poängen i rapporten, den ger ett vetenskapligt stöd för vilka prisnivåer man bör sätta på förlusterna, säger Niclas Schönborg.

”Fördel till tillverkare som har en fin teknik”

Just förlusterna var i fokus efter upphandlingen av jätteprojektet Sydvästlänken, som avgjordes i slutet av 2011. Uppdraget att bygga omriktarstationerna till HVDC-länken gick oväntat till franska Alstom och besvikna ABB-medarbetare hävdade i en anonym intervju med Dalarnas Tidningar att Svenska kraftnät hade räknat fel på energiförlusterna.

Jätteprojektet har sedermera blivit en riktig surdeg för Svenska kraftnät, med upprepade förseningar på grund av trilskande teknik i just omriktarstationerna.

Om er beräkningsmodell hade funnits vid tiden för upphandlingen av Sydvästlänken, hade omriktarstationerna då i stället gått till någon av de andra två aktörerna?

– Jag vågar inte säga det. Jag vet inte vad man använde för förlustvärdering i det fallet. I likströmsöverföring är transformatorernas andel av de totala förlusterna ganska liten. Men det är helt klart att när man höjer förlustvärderingen ger det en fördel till tillverkare som har en fin teknik och kan bygga energisnåla lösningar, säger Niclas Schönborg.

Som i alla modeller är det flera antaganden som ligger till grund för arbetet och som kan utgöra möjliga felkällor. Niclas Schönborg bedömer att den största osäkerheten finns i uppskattningen av den framtida kostnaden för elproduktion, som bedöms ligga på cirka 60 öre per kilowattimme om 50 år.

Första upphandlingen med nya modellen

I den första upphandlingen med den nya beräkningsmodellen köpte Svenska kraftnät en transformator från Siemens. Den är nu installerad utanför Södertälje.

Totalvikt: 301 ton.

Längd: Ca 14 m.

Bredd: CA 3,2 m.

Höjd: CA 9,5 m.

Märkeffekt: 750 MVA.

Märkspänning: 420/230 kV.

Tre olika sorters energiförluster på grund av värmeutveckling

Tomgångsförluster: Förluster som sker hela tiden oavsett om ström eller inte körs genom transformatorn eller shuntreaktorn.

Belastningsförluster: Förluster som ökar i takt med ökad strömstyrka.

Kylförluster: Förluster som uppkommer när temperaturen på transformatorn eller shuntreaktorn måste sänkas.

Linda Nohrstedt

Mer om: Elnät Elsystem

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt