Innovation och utmaningar i ett nytt energisystem: En guide för en proaktiv elnätverksamhet

By Erling Gustafsson

Innovation och utmaningar i ett nytt energisystem - En guide för en proaktiv elnätverksamhet är en praktisk guide för elnätchefer och andra chefer i energikoncerner och elnätföretag som måste hantera utmaningarna med den stora energiomställningen som är resultatet av ett mer elektrifierat samhälle. Boken är fokuserad på distributionsnätets roll i övergången till en mer hållbar energiframtid. Det är elnätverksamhetens operativa funktion och effektivitet som beskrivs med praktiska exempel och konkreta råd och inte tekniska instruktioner eller beskrivningar. Syftet är att underlätta det paradigmskifte som distributionsnätet därmed genomgår, från en reaktiv och passiv transportör av el från stora centrala produktionsanläggning ut till kunderna, till en mer dynamisk och proaktiv aktör som är nödvändig i framtidens ökade elkonsumtion. Med ett effektivt nätmanagement som säkerställer inte bara ett driftsäker och hållbar, utan också en ekonomiskt lönsam, verksamhet kan nätchefen bli en mästare och inte ett offer i den snabba omställningen av energisystemet.

• Language: Svenska
• Publisher: BoD - Books on Demand
• Release date: May 13, 2024
• ISBN: 9789180974752

Erling Gustafsson

Erling Gustafsson har bakgrund som revisor och många exekutiva och ledande befattningar i företag och offentlig verksamhet. Han har under ett helt yrkesliv arbetat med strategisk affärsutveckling och organisationsförändringar i branscher under stort yttre förändringstryck, som fastighetsbranschen, finansbranschen och under det senaste dryga decenniet i energibranschen med fokus på distributionsnätet. I boken har hans kunskap, erfarenheter och insikter från många olika verksamheter med olika behov och förutsättningar smälts samman och anpassats till eldistributionsnätets specifika behov och förutsättningar. Resultatet presenteras som konkreta beskrivningar och användbara råd för elnätföretag.

Book preview

1 Inledning - en nätchefs utmaningar

Jag har mött många elnätchefer i Sverige under det senaste decenniet. I våra samtal har jag förstått att de idag har många utmaningar. Som ansvarig för elnätet förväntas man klara av att se till att leveransen av el sker utan avbrott och med god kvalitet idag, samtidigt som man ska förbereda för att möta kunder och myndigheters krav och behov i framtiden. En vanlig utmaning som jag möter hos elnätföretag är hur man ska motivera investeringar, enbart för att bevara nätets nuvarande funktion och kapacitet, och hur man kan motivera och visa på verklig nytta av investeringar för ny funktionalitet i nätet.

Andra frågor som jag möter är hur energiomställning kommer att påverka det egna nätet, till exempel om det finns tillräcklig kapacitet för att koppla in en massa laddstolpar och hur säkerställer man elkvaliteten när många vill koppla in solceller. Efter ett decennium med goda intäkter, måste en nätchef troligtvis inom en snar framtid säkerställa tillräckliga intäkter med den osäkerhet och de förändrade förhållanden som Energimarknadsinspektionens, EI’s, intäktsram innebär. Och sist men inte minst, vad behöver man göra för att säkerställa hela nätsamhetens långsiktiga överlevnad?

Det går inte att exakt veta vilka krav och behov som kommer att ställas på nätet i framtiden. Det jag med säkerhet vet är att det inte kommer att vara samma som idag och att kraven på nätets funktionalitet och komplexitet ökar. Distributionsnätet kommer inte så länge till vara en passiv transportör av el från stora centrala produktionsanläggningar för vatten- och kärnkraft till kunderna. Nätet kommer att behöva vara en aktiv part i framtidens energisystem. Då måste distributionsnätet också vara dynamiskt med många fler funktioner än idag, allt från att balansera och styra till att ta emot perifert producerad el. Elnätet står alltså inför ett paradigmskifte, att bli någonting helt nytt, det kan man kalla en utmaning. Ska det gå att klara den här omställningen då måste man, och jag menar verkligen måste, veta mer om vad som händer i det egna nätet på en mer noggrann, detaljerad och aktuell nivå än vad som är vanligt idag.

För att vilken anläggning som helst ska fungera över tid krävs alltid investeringar och det gäller självklart också distributionsnätet. Nätchefer brottas med frågor som hur ska man förklara och påvisa att investeringarna behövs bara för att inte försämra dagens funktion. Självklart finns det begränsningar för hur mycket pengar som man får investera, men hur ska man prioritera? Hur kan man visa att investeringarna lönar sig? Finns det eftersläpningar i tidigare investeringar, som ju egentligen är underinvesteringar, och som riskerar nätets funktion? Har man tidigare gjort investeringar som inte gett något tydligt resultat och alltså visat sig vara onödiga överinvesteringar? Varför gjorde det inte det? Frågorna är många enbart för det nät man har idag.

Jag är övertygade om att det är lika bra att redan nu börja fundera på framtida behov. Med det menar jag inte att redan idag installera väldigt avancerad utrustning eller komplexa system, utan mer att skaffa noggrann och korrekt kunskap om hur nätet verkligen fungerar och beter sig i dag för att när det blir dags att investera veta var man har sina problem och möjligheter. Jag menar också att en blick på framtiden krävs för att man inte ska bygga in sig i gammaldags eller begränsande lösningar. Det kommer helt säkert bli problem i framtiden om man idag använder utrustning och system med unika gränssnitt som gör att man fastnar och blir helt beroende av en specifik leverantör. Det går alltså bra att redan idag förbereda både nätets komponenter och den egna organisationen för att lättare kunna möta morgondagens ökade krav.

Att en verksamhet säkerställer sin långsiktiga överlevnad är samma sak som att utveckla en hållbar verksamhet. Grunden för ett hållbart distributionsnätsföretag är alltså en sund affärsmässig utveckling. Så vad måste då nätchefen göra för att få hela verksamheten hållbar? Hela den här boken handlar om en effektiv nätverksamhet, ett nätmanagement, och är egentligen en beskrivning av hur en elnätchef kan göra hela verksamheten långsiktigt hållbar.

Kortfattat kan man säga att en modern nätverksamhet går ut på tre, kanske självklara, men tydliga principer. Att lära känna sitt nät, innebär inte så som det såg ut när det en gång konstruerades eller som det ter sig i rapporteringen till EI utan vad som faktiskt finns i nätet idag och vad som händer där just nu. Sedan måste man systematiskt analysera data och dra faktabaserade slutsatser.. Och till slut fattar man beslut utifrån slutsatserna och styr hela verksamheten, både nätet och organisationen, på ett systematiskt och strukturerat sätt för att säkerställa nätets funktion, lönsamhet och den långsiktiga överlevnaden. Det är det här sättet att tänka jag använder mig av i den här boken.

"Hur är det (faktainhämtning), vad betyder det för oss (analysen) och hur ska jag använda kunskapen för bästa möjliga resultat (styrningen)?"

Det här förhållningssättet är egentligen inget konstigt eller ovanligt och något de flesta redan känner till. Den stora utmaningen är att faktiskt genomföra det systematiskt i hela verksamheten, i verkligheten. Med ett aktiv nätmanagement, så som jag beskriver i den här boken, kan elnätchefen skapa ett lönsamt, välfungerande och hållbart nät som möter både dagens och morgondagens krav och möjligheter.

Jag kommer att i följande kapitel presentera ett konkret och praktiskt sätt att steg för steg skapa ett effektiv nätmanagement. Jag beskriver aktiviteter som behöver göras för att uppnå ett önskat resultat för nätföretaget. Jag förstår självklart att man har olika sätt att arbeta på nätföretagen men eftersom beskrivningen är så konkret tror jag att det är ganska enkelt för varje enskilt nätföretag om man vill översätta och anpassa till den egna verksamheten.

Jag är medvetna om att det pågår en snabb teknikutvecklingen och att det i framtiden, kanske ganska snart, kommer att ställas nya krav och ges nya möjligheter som man inte känner till idag. Men jag är övertygade om att det inte fungerar att sitta och vänta på vad framtiden eventuellt ger. Tekniken kommer aldrig att kunna lösa alla problem – det är hur man använder tekniken på ett effektivt sätt som kommer att skapa nytta. Jag ser det som nödvändigt att redan nu börja samla in korrekt data på ett strukturerat sätt och dokumentera den i system som skapar översikt och grunden för ett tillförlitligt beslutsunderlag.

Mycket data som behövs finns redan idag men inte alltid kontinuerligt och strukturerat insamlad eller lättillgänglig för många medarbetare, och inte enbart för experter. Systemet, eller systemen, där data lagras är inte alltid uppdaterade. Ska man kunna fatta bra, effektiva och hållbara beslut för elnätet så måste man ha korrekt och aktuella data från nätet som sedan analyseras och blir användbar information. Informationen ska alltså vara rätt, i rätt tid och lagras på rätt plats.

När det gäller att lära känna och hantera sitt nät smart har jag valt att dela in texten i tre områden. Jag har valt just de här områdena för de motsvarar den organisation som jag möter hos de flesta elnätföretag, så att det blir lättare att känna igen sig. Det första området är driften som är nätets funktion här och nu, gärna i realtid. Det andra området är anläggningarna, nätets funktion över tid och sist men inte minst nätets ekonomi. God ekonomi är effekten ett gott nätmanagement.

När man känner sitt nät väl så har man alltså aktuell kunskap om hur driften fungerar och elöverföringen ser ut, vilken utrustning man har överallt, hur den fungerar och hur ekonomin är. Med den kunskapen blir det mycket lättare att sedan analysera verksamheten och med analyser som grund veta vilka möjligheterna är och vilka beslut man kan, behöver och ska fatta.

För varje område går jag igenom hur man skaffar sig data om hur det ser ut idag, vad man behöver göra för att få mer och bättre kunskap, hur data kan samlas in, lagras, analyseras och presenteras. De aktiviteter som jag föreslår för att få mer aktuell kunskap om nätet utgår från den erfarenhet jag har fått i samarbeten med svenska elnätföretag. Alla aktiviteter är kanske inte användbara för alla nätföretag och några kanske redan är genomförda. Man kan då använda föreslagna aktiviteter som en checklista att man fått med det viktigaste.

Nätchefen är ansvarig för att nätet fungerar, helst perfekt, är lönsamt och motsvarar dagens krav från kunder, myndigheter och ägare. Det är den allra viktigaste uppgiften. "Det ska f-n vara elnätchef"! Inte nog med att man måste försöka få fram resurser för att bara bevara nätets funktion idag och så ska man dessutom förbereda sig på ett smart sätt för framtiden och ovanpå alltihopa skapa en hållbar verksamhet! Känns det som en omöjlig uppgift? Det behöver det inte vara. Med den här boken vill jag på ett realistiskt och konkret sätt visa att det går.

2 Driftens behov av kunskap

Idag är det vanliga uppdraget för driften att hantera larm om fel och avbrott i nätet genom att identifiera påverkat nätavsnitt, felsöka och ge arbetsorder till linjemontörer att åtgärda avbrotten. Huvuduppdraget har varit att reagera på problem i elöverföringen men man har också ansvar för planerad driftsomläggning.

Energiomställningen och nya kundkrav kommer att kräva en helt ny funktionalitet i nätet, som jag antar kommer att bli driftens uppgift eftersom det kommer att krävas åtgärder i realtid. Driften kommer därför att få ett nytt och ordentligt utökat uppdrag. Det nya uppdraget kommer många gånger kräva proaktiv istället för reaktiv handling. Verksamheten måste då bygga mer på analys och slutsatser, till exempel att genom avvikande spänningsmönster hitta fel innan de uppstår, istället för att åtgärda felen när de väl har uppstått.

I det här kapitlet har jag valt att visa på vad driften behöver veta idag men också när uppdraget förändras. I en framtid kommer det säkert att vara många olika faktorer som driften behöver känna till. Här har jag valt att presentera de områden som jag bedömer är det viktigaste för driften att ha kännedom om inom en snar framtid, förutom traditionell avbrotts- och larmhantering samt driftomläggningar.

Mellan mottagningsstationen och slutkunden finns det idag för det mesta otillräckligt med mätning för att lösa det utökade uppdraget. Den mätdata som finns är ofta från för få mätningar, från för få punkter och med stor tidsfördröjning. Det som mäts, vilka parametrar, är ofta otillräcklig för en modern nätsamhet och kvaliteten på mät-data är inte alltid validerad. Sammanfattningsvis kan jag se att kunskapen om vad som händer i nätet idag är otillräcklig för att möta energiomställningens nya krav.

All driftsinformation måste inte komma till kontrollrummet i realtid men jag har sett en utveckling där ju mer man som ansvarig för driften vet, desto mer vill man veta och mer eller mindre i realtid. Även här gäller naturligtvis att både den tekniska utvecklingen och de förändrade kundkraven kommer att medföra behov av annan kunskap än den som jag beskriver. Se det här som en början till effektiv nätdrift. Med det här förhållningssättet blir det också enklare att i framtiden anpassa verksamheten till förändrade krav och möjligheter.

Med god kontroll och kunskap om situationen i nätet här och nu kan data användas, som jag går igenom i kommande kapitel, för att göra analyser, dra kloka slutsatser och vidta rätt åtgärder.

2.1 Den här kunskapen kommer driften behöva

Här gör jag en sammanfattad beskrivning om vad driften mycket snart kommer att behöva veta om vad som händer i nätet. För en mer detaljerad beskrivning, till exempel exakta elparametrar, hänvisar jag till speciallitteratur [1,2,3].

Driften kommer att behöva data från nätet när den är aktuell, ofta i realtid, och inte med dagar eller månaders fördröjning. Driften kommer att behöva data om mängden överförd el i hela nätet från mottagningsstation, via fördelningsstation och nätstation till kunderna. Man måste ha kontroll på tillgängligheten, permanenta eller tillfälliga avbrott samt elkvalitet, vid mottagning från överliggande nät och i hela distributionsnätet fram till kunderna. Ett annat område är kapacitetsutnyttjande i nätet, hur mycket av nätets maximala kapacitet som används och var det finns flaskhalsar. Aktuell belastningssituationen, möjlighet till lastutjämning och, i framtiden, efterfrågeflexibilitet behövs också. Och, inte minst, behövs kunskap om aktuell reaktiv effekt, effekt som inte gör någon nytta. Nedan beskriver jag lite närmare vad driften behöver veta, vilka behoven är av ökad kunskap.

Elöverföringen

Nätföretagen mäter elöverföring i mottagningsstationer och hos kunden. Tidsfördröjningen i dagens mätningar är för det mesta för lång för att vara användbar för driften, som kommer att behöva den i mer eller mindre realtid. Från mottagningsstationer kommer mätdata ofta med ganska hög tidsupplösning men den måste ibland valideras och korrigeras. Det är fortfarande ganska ovanligt med systematiska mätdata från alla nätstationer. Mätdata från kunder samlas för det mesta in på timbasis, och snart kanske per kvart, men rapporteringen sker med lång tidsfördröjning, vanligen en gång per dygn. Det är också vanligt att data från kundmätarna enbart finns hos mätavdelningen och därmed inte enkelt tillgänglig för driften.

Alltså är tillgången till data ofta för långsam och finns på fel ställe för att ge ett bra underlag för en effektiv drift av nätet. Det blir nu tydlig att driften behöver veta mer om elöverföringen från betydligt fler punkter i nätet. Data måste vara aktuell och finnas tillgänglig för driftsansvariga. Det behövs alltså fler mätpunkter i nätet, troligen mer eller mindre i varje nätstation, och överföring av data i realtid.

Tillgängligheten

Den här funktionen, tillgängligheten, är den som driften fokuserar på idag och som man är van att hantera. Driften hämtar information om avbrott och larm från SCADA-systemet eller från kundtjänst dit kunderna ringer och informerat om elavbrott. Ofta vet man inte exakt var avbrottet är, vilket nätavsnitt eller i vilken nätstation det uppstått, och sällan orsaken. När jag i den här boken skriver nätstation så menar jag dels de klassiska nätstationerna med transformatorer, kioskerna, men även friledningsstolpar som har transformatorer [3]. När det är intermittenta avbrott behöver driften veta hur ofta och länge de varar. Uppgifterna om intermittenta fel och avbrott måste dokumenteras så att de är lätta att komma åt och analysera. Man behöver också bestämma vem som ska har tillgång till data. Vad gör man med kunskapen idag mer än att rapportera till EI och som arbetsorder till linjemontörer?

För en effektiv drift behövs alltså kunskap om i vilken, eller under vilken, konkret nätstation som avbrott eller störning uppstått. Man behöver också ha information om hotande avbrott, till exempel genom antal jordfel och överströmsstarter. Egentligen behöver driften data som kan kopplas till en specifik nätstation, och allra helst till ett specifikt fack i nätstationen. Det är tydligt att man med dagens utrustning oftast har för lite data från nätet för en effektiv drift. Man behöver alltså mäta mer på flera ställen.

Kunskap om störningar och avbrott är också viktigt för andra avdelningar än enbart driften, till exempel anläggningsverksamheten. Därför behöver data samlas in, lagras på ett enhetligt sätt och göras tillgänglig för olika funktioner inom nätföretaget. Den information som man idag rapporterar in till EI är för de här syftena otillräcklig. Den informationen är inte tillräckligt noggrann och finfördelad, granulerad om man vill använda ett inneord, för att man ska ha någon verklig nytta i själva nätsamheten.

Elkvalitet

De flesta nätföretag mäter elkvalitet [4, 5] vid mottagningsstationerna för att veta vilken kvalitet man tar emot från överliggande nät. Det är inte alltid hel klart var denna data lagras och vem som ansvarar för att den är uppdaterad och korrekt. Driften behöver dessutom veta vad som sedan händer med elkvaliteten ute i distributionsnätet. Man behöver framför allt veta när kvaliteten ligger utanför normvärdena eller om man har egna, mer noggranna gränsvärden. När man mäter elkvalitet i distributionsnätet behöver också data valideras och lagras systematiskt. Man behöver också utse vem ansvarar för att data är korrekt och vad man använder den till? Om det finns kunder, till exempel större förbrukare, som själva mäter elkvaliteten i sin anslutning kan man avtala om att få ta del av vad den visar.

Elkvalitet kan mätas med olika noggrannhet; A- respektive S-kvalitet samt i kundmätare. För A- och S-kvalitet är tidsupplösning på sekundnivå men för moderna kundmätare som mäter viss elkvalitet är tidsupplösning oftast på mellan 10 minuter och en timme. För att säkerställa att kvaliteten är inom normen behövs mätning med A-kvalitet enligt IEFS 2013:1[5] i många punkter.

Ibland glömmer driften den guldgruva till kunskap som finns i kundtjänst som har information från kunder som klagat på spänningsfall eller spikar. Även här är det effektivt att dokumentera så noggrann som möjligt för att kunna identifiera problemområden. Om ett visst nätavsnitt visar sig ha både ganska mycket intermittenta fel och klagomål på elkvalitet är det saklig kunskap som tydligt kan visa en risk för framtida störningar och avbrott.

Kapacitetsutnyttjande

Driften behöver veta hur stora laster som överförs i nätet och helst, på detaljnivå ner till utgående lågspänningsfack, i nätstationen. Det behöver också vara hög tidsupplösning, åtminstone minutintervall. Finns det sådan information idag, är den aktuell och var finns den? Det är en kunskap som behövs vid driftsomläggningen för att bedöma både under- och överdimensionering av nätet och som ju är av stor betydelse för att kunna veta om man närmar sig kapacitetstaket och var det kan finnas flaskhalsar.

Kapacitetsutnyttjandet har tidigare beräknats enligt Welander-formeln som utgår från den högsta belastningstimmen under året eller tioårsperioden. Men det anser jag inte är ett effektivt sätt att beräkna eftersom det inte speglar de lastvariationer som energiomställningen kommer att medföra. Det blir ofta onödigt dyrt att dimensionera för de högsta lasterna under någon eller några få timmar per år. Kunskapen om kapacitetsutnyttjande kommer också att vara oerhört viktig i framtiden när det ställs krav på ett dynamiskt nät som kan hantera laddstolpar, lokalproducerad el, energilager etcetera [6].

Laststyrning

Driften, med ansvar för det som händer i nätet här och nu, kommer mycket troligt att bli ansvarig för laststyrning och möjlighet att erbjuda efterfrågeflexibilitet i framtiden. Aktuell kunskap om lasten, helst i realtid, kommer alltså att vara nödvändig för att driften ska kunna styra lasterna. Laststyrning kommer ganska snart att bli en nödvändighet när kunderna förbrukar alltmer el. Sannolikt blir det nödvändigt med laststyrning på nätstationsnivå, eller i alla fall ner på nivån utgående fack i fördelningsstationerna. Driften kommer också att behöva hantera så kallad vändande last när lokalt producerad el kommer in i systemet. Laststyrning behövs också för att kunna sänka abonnemanget från överliggande nät under den högsta belastningstimmen och därmed möjliggöra en sänkning av kostnaderna. Mer och aktuella fakta om vad som händer i nätet behövs igen, så mät mera! En tillförlitlig prognos om framtida laster kommer också att bli nödvändig för en effektiv nätdrift.

Reaktiv effekt

Reaktiv effekt är ju energi som inte används till någonting men som uppstår i induktiv, till exempel motorer och lysrör, och kapacitiva laster. För de flesta nätföretag ökar den reaktiva effekten hela tiden på grund av att kunderna använder mer och mer utrustning med elektronik. Att betala för energi som aldrig kommer till användning känns både onödigt och dyrt. Viss reaktiv effekt kommer alltid att finnas på grund av fysikaliska förhållanden i elnät men den ska ju helst inte vara större än