Teknik som stöttar elnätet när förnybart tar över

Energisystemen genomgår en snabb omställning i takt med att väderberoende energikällor som sol och vind får en allt större roll. Denna utveckling har decentraliserat elproduktionen och skapat nya, mer varierande energiflöden jämfört med för 10–20 år sedan.

Stabilitet i elnätet handlar om att hålla både spänning och frekvens på rätt nivå. Traditionella kraftkällor som vattenkraft och kärnkraft genererar automatiskt stora mängder rotationsenergi genom sina generatorer, vilket naturligt stabiliserar nätet. Väderberoende energikällor som sol och vind saknar dock denna egenskap, vilket gör att den naturliga stabiliseringen uteblir.– Utmaningen ligger i att produktionsmixen förändras och ersätts av kraftkällor utan roterande massor. Det kräver att vi hittar tekniska lösningar som kan säkerställa elnätets tillförlitlighet, förklarar Anna Svensson, chef för Power Quality Solutions på Hitachi Energy.

Teknik som skapar balans

Hitachi Energy har utvecklat teknik som adresserar just detta behov och erbjuder alternativa sätt att skapa balans i elnätet genom att utnyttja kraftelektronik från statiska kompensatorer (STATCOM och Enhanced-STATCOM). Dessa system genererar en form av syntetisk rotationsenergi, trots att ingen fysisk rotation sker. STATCOM-tekniken förbättrar spänningsstabiliteten och nätets tillförlitlighet genom att snabbt tillhandahålla nödvändig reaktiv effekt när spänningen varierar. Enhanced-STATCOM är en vidareutveckling som utökar STATCOM-funktionaliteten, vilket bidrar till frekvensreglering och gör den särskilt värdefull i moderna elnät med mycket sol- och vindkraft.

– Det är just denna förmåga hos kraftelektroniken som är så fascinerande. Genom att använda avancerad kraftteknik kan vi bibehålla nätets stabilitet även när energiproduktionen förändras, konstaterar Anna Svensson.

Energilagringssystem ger ytterligare stabilitet

Om nätet skulle drabbas av längre störningar har Hitachi Energy ett tredje ess i rockärmen: BESS (Battery Energy Storage System). BESS är ett energilagringssystem som använder batterier, oftast litiumjonbatterier, kombinerat med omriktare för att lagra och leverera energi till elnätet. Den stora fördelen med BESS är dess förmåga att leverera aktiv effekt över längre tidsperioder, vilket gör det användbart för att stötta nätet vid större störningar. 

– Om nätet exempelvis behöver stabiliseras under 15 minuter eller mer, kan BESS fungera som en så kallad "spinning reserve," där det levererar energi kontinuerligt tills andra kraftkällor kan ta över samt agera frekvensstabiliserande under kortare tidpunkter via olika balanstjänster till nätet förklarar Anna Svensson.

Stororder säkerställer elförsörjning till en miljon hushåll

Hitachi Energy fick nyligen en stororder av Svenska kraftnät, där de tillsammans med konsortiepartnern Kanonaden Entreprenad Mälardalen AB ska installera Sveriges största kontrakt för en elkvalitetslösning någonsin. Lösningen (seriekompensering) kommer dels öka kapaciteten i befintliga transmissionsnät, dels öka landets överföring av förnybar energi från vatten- och vindkraft i norra Sverige. I praktiken betyder det att Hitachi Energys elkvalitetslösning möjliggör elförsörjning till ytterligare cirka en miljon hushåll.

Samtidigt driver Hitachi Energy stora satsningar i Tyskland och USA, där investeringar i kraftelektronik och energilagring hjälper till att stabilisera nät med snabbt växande andelar av vind- och solkraft.

– I Nordamerika har många gamla fossila produktionskällor pensionerats under de senaste åren, vilket har lett till förlust av viktig spänningsstabilitet i elnätet, berättar Anna Svensson. För att kompensera har Hitachi Energy installerat flera STATCOM-enheter som ersätter de gamla generatorerna och ser till att nätets stabilitet bibehålls. Liknande exempel finns i Tyskland och även i Sverige, där nedstängningen av delar av Ringhals kärnkraftverk har påverkat spänningsstabiliteten i södra Sverige. För att motverka detta har STATCOM-enheter placerats i strategiska anslutningspunkter för att stabilisera spänningen.

Globalt kompetenscenter i Västerås

Hitachi Energys enhet för elkvalitet i Västerås står bakom många av företagets framgångar och är ett globalt nav för forskning inom kraftelektronik. Här utvecklas tekniska lösningar som redan idag används för att skapa ett stabilare elnät i hela världen.

– Jag skulle säga att det här är en av världens starkaste hubbar inom elkvalitetslösningar. Vi har ett dedikerat team på över 400 personer som arbetar med Power Quality Solutions inom Hitachi Energy. Dessutom har vi vårt Hitachi Energy Research Center i Västerås, som fokuserar mycket på forskning och utveckling inom elkvalitet och kraftelektronik – områden som är avgörande för våra framtida lösningar, säger Anna Svensson.

– Ludvika är en av våra största produktionsorter, men Västerås spelar också en viktig roll inom Hitachi Energy och är en starkt växande del av verksamheten. Kombinationen av dessa resurser gör Sverige till en central nod för vår globala utveckling inom kraftelektronik.

Hitachi Energy spelar en viktig roll i omställningen

Anna Svensson menar att kraftelektronik är helt avgörande för att klara av de utmaningar vi står inför: Både när det gäller att öka energiproduktionen och hantera den nya typen av konsumtion som växer fram. Om produktionsmixen dessutom går mot mer förnybara källor, är kraftelektronik en central komponent för att upprätthålla stabiliteten och flexibiliteten i elnäten.

– Där spelar Hitachi Energy en viktig roll eftersom vi har en bred portfölj som täcker många områden. Från HVDC-lösningar som möjliggör överföring av vindkraft från havet, till högspänningsapparater, transformatorer, transformatorstationer och våra Power Quality Solutions – hela den digitaliserade sviten finns på plats, säger Anna Svensson och avslutar: 

– Självklart fortsätter vi att utveckla och förbättra dem utifrån nätets behov, men i stor utsträckning finns tekniken redan tillgänglig. Jag är övertygad om att vi har de lösningar som krävs för att stötta energiomställningen vi genomgår i Sverige och i övriga världen.

Läs mer om enheten för elkvalitet och se lediga jobb.