Balansera produktion och konsumtion i ett elsystem – en studie av Sverige

In an electrical system there needs to be a constant balance between supply and demand ofelectricity and this is measured by the frequency in the grid. Due to the increasing awarenessof climate change, more renewable energy resources have been introduced in the Swedishelectricity system. This is, however, not solely positive since renewable energy sources areoften of intermittent character which entails more imbalances between supply and demand. Inaddition, statistics and data show that the deviation in the frequency in the Nordic system hasincreased during the latest years. Thus, in this thesis, the issues regarding the frequency havebeen addressed by examining the demand for frequency control in the Swedish electricitysystem and what balancing efforts that can be carried out on a local level to contribute to abetter balanced system. This thesis has been conducted at KTH Royal Institute of Technologywith collaboration with the commissioner Mälarenergi AB. A case study of the Swedish electricity system has been carried out to gather empiricalmaterial and this material has been analyzed using Geels theory on technical transitions, themulti-level perspective. The results indicates that it is likely the demand for frequency controlwill increase, and this is due to factors as more intermittent energy, current market design fortrading electricity, overseas transmission connections, decommissioning of nuclear powerand limited internal transmission capacity. Three other developments have been identified,which could have a large impact on the demand in the future, as an increasing use of electricvehicles, prosumers and the deployment of IoT in the energy sector. These developmentshave not been integrated to a large extent yet in the energy sector and thus have a moreuncertain impact. In terms of resources, the thesis has identified that it is likely that hydropower will continueto be the main resource for frequency regulation. Another source that could be used morefrequently than today and possibly compete with hydropower is combined heat and powerplants. Furthermore, the study has found that local actors can contribute by advertisingsmaller local resources on a market for trading regulating power called“reglerkraftmarknaden”, that balance providing companies collaborate, that the load iscontrolled in the local grids or that smaller local production facilities are operated in standalonemode during extreme situations.För att uppnå ett välfungerande elektrisk system så måste det vara en konstant balans mellan produktion och konsumtion av el i systemet. Den här balansen mäts genom att mäta frekvensen i elnätet. Eftersom allt fler har blivit mer medvetna om de klimatförändringar vår planet står inför har det successivt införts mer och mer förnybara energikällor i det svenska elsystemet. Den här utvecklingen har inte enbart varit positivt, eftersom förnybara energikällor ofta är av intermittent karaktär, vilket har medfört att balansen mellan produktion och konsumtion av el har försämrats. Flertalet undersökningar har påvisat att det förekommer mer frekvensavvikelser i det nordiska elsystemet idag än tidigare. Denna rapport har således undersökt dessa problem genom att analysera efterfrågan på frekvensreglering i det svenska elsystemet och vilka initiativ som kan tas på lokal nivå för att förbättra balansen i elsystemet. Rapporten har genomförts på Kungliga Tekniska Högskolan i samarbete med uppdragsgivaren Mälarenergi AB. Rapporten har genomfört en fallstudie av det svenska elsystemet för att samla in empiriskt material, och detta material har i sin tur analyserats genom Geels flernivåsansats. De resultat som har framkommit i undersökningen visar på att det är troligt att efterfrågan av frekvensreglering kommer att öka. Denna ökning beror på faktorer som att mer intermittent energi integreras i elnätet, hur marknaden för att handla elektricitet är utformad, fler utländska överföringsförbindelser, nedrustning av kärnkraft och begränsad överföringskapacitet inom det nationella elnätet. Tre andra utvecklingar har identifierats som möjligen kan ha en stor påverkan på behovet av frekvensreglering. Dessa är ett ökat antal elektriska fordon, prosumenter och att energisektorn integreras av IoT och smarta objekt i större utsträckning än idag. Dessa faktorer har inte integrerats i det svenska elsystemet nämnvärt ännu och deras påverkan är därmed mer osäker. Denna studie har också kommit fram till att vattenkraft troligtvis kommer fortsätta att vara den resurs som används mest för frekvensreglering, men även att kraftvärmeverk har potential att användas mer för reglering än idag. Vidare har rapporten även identifierat att lokala aktörer kan bidra till en bättre balans i systemet genom att antingen annonsera mindre lokala resurser på reglerkraftmarknaden, öka samarbetet mellan balansansvariga företag, kontrollera lasten i lokala elnät eller att mindre lokala produktionsanläggningar drivs i ö-drift under extrema situationer