Elnät

Miljöfaktorer som kan påverka kraftnäten

Solstormar

De skapar färgsprakande norrsken, men kan också störa kommunikation, satelliter och flygtrafik, och skada vårt kraftsystem. Vi talar om fenomenet solstormar.

Solens inre är väldigt komplext. Ibland uppstår det kraftiga energiutbrott som består av partiklar och strålning. Det är det vi kallar solstormar. Solstormar som når jorden påverkar jordens magnetfält och partiklarna kan få gasmolekyler i atmosfären att lysa så att det bildas norrsken.
Solaktiviteten har en cykel på elva år, och i mitten av 2020-talet är vi på väg mot en topp. Det har märkts under vinterhalvåret, då sociala medier fyllts av bilder som allmänheten tagit av norrsken även lite längre söderut i Sverige än annars. Toppen i aktiviteten innebär högre risk för påverkan på kraftnätet.

Satelliter bevakar solfläckarna

Rent tekniskt så påverkar solstormarna kraftsystemet genom att det bildas strömmar på flera miljoner ampere uppe i jonosfären (höjd ca 80 km. Dessa skapar ett magnetfält som i förlängningen kan skapa risker för kraftsystemet. Därför behöver Svenska kraftnät alltid ha beredskap för att hantera effekten av solstormar.

Eftersom solstormar sammanfaller med förekomsten av solfläckar går det att prognosticera sannolikheten för en solstorm. Prognoserna är dock ofta ganska osäkra - det är svårt att prognostisera för lång tid framöver utan det handlar om några dagar eller timmar i förväg. Satelliter i jordens omloppsbana bevakar solfläckarna och solstormarna, och mäter den faktiska strålningen från solen. Svenska kraftnät abonnerar på information från satelliterna, så att vi får varningar när risken för allvarliga solstormar är stor.

Solstormarna kan ha väldigt olika intensitet. De med lägre intensitet är vanligast och hanteras rutinmässigt av vårt kontrollrum. Det händer ett par gånger per år att en ledning plötsligt kopplas bort och att störningsanalysen visar att en solstorm kan vara en trolig orsak.

Solen kan få kraftiga utbrott som består av partiklar och strålning. De kallas solstormar. 

Beredskap för stora solstormar

Men kommer det en varning för en extrem solstorm – en sådan som kanske bara drabbar jorden vart tionde år, eller till och med vart hundrade år – krävs det förebyggande insatser för att skydda kraftsystemet. Då behöver vi på Svenska kraftnät höja beredskapen för störningar genom att öka våra marginaler. Det gör vi genom att minska överföringskapaciteten mellan norra och södra Sverige.

Om vi inte gjorde det riskerade vi att stora krafttransformatorer i våra stationer vid en extrem situation skulle haverera. De skullevara unikt svåra att reparera, vilket skulle leda till oacceptabelt långa elavbrott. Solstormen skulle också kunna drabba hela jorden ungefär samtidigt och troligen orsaka en jakt på krafttransformatorer från alla länder på samma gång.

Extremhändelsen the Carrington Event år 1859.

Det experterna är rädda för är en upprepning av den extrema solstormen 1859, det vill säga innan dagens elnät kom till. Den går under namnet the Carrington Event. Telegrafsystem slutade att fungera och det började brinna i telegrafledningar. Detta i en värld som inte var tillnärmelsevis så ihopkopplad som idag. Med dagens el-och kommunikationsnät skulle skadorna bli mycket större.

Men för att ett sådant scenario ska kunna inträffa krävs inte bara att solstormen är extremt stark, utan också att jorden hamnar i direkt riktning för stormen så att den drabbar vår planet med full kraft. Det har inte hänt i modern tid.

Isstorm

Fenomenet isstorm definieras som ett vinteroväder med underkylt eller frysande regn i kombination med höga vindhastigheter. Vid stora nederbördsmängder kan tjocka lager av is bildas på kraftledningsstolpar, radio- och telemaster och andra installationer och anläggningar vilka riskerar att rasa eller skadas till följd av den extra tyngden i kombination med den vindlast som stormen utvecklar. Även fysiska kommunikationer drabbas hårt av stormen, isbeläggning och fallande träd gör vägar oframkomliga, järnvägarna blir oframkomliga på grund av nedfallna kontaktledningar, igenfrusna växlar, flygtrafiken inom området störs kraftigt av utslagna flygsäkerhetssystem.

Beskrivning av näten

Inom elförsörjningens struktur i Sverige och många andra länder delas nätverket upp i tre olika nivåer: stamnät, regionnät och lokalnät. Varje nivå har en specifik roll och ansvarar för olika delar av el överföringen från produktion till slutkonsument. Här är en förklaring av skillnaderna:

1. Stamnät

• Definition: Stamnätet är elnätets "ryggrad" och används för att överföra stora mängder el över långa avstånd.

• Spänningsnivå: Här ligger spänningen ofta mellan 220 kV och 400 kV.

• Ansvar: I Sverige ansvarar Svenska kraftnät för stamnätet.

• Syfte: Stamnätet transporterar el från stora kraftverk (som vattenkraft och kärnkraft) till de större elförbrukningsområdena och vidare till regionnäten. Det är nödvändigt för att kunna flytta el från områden med överskottsproduktion till de delar av landet med hög förbrukning.

• Exempel på funktion: Överföring av el från Norrland, där mycket av vattenkraften produceras, till södra Sverige där många industrier och tätorter finns.

2. Regionnät

• Definition: Regionnäten utgör mellanlagret och distribuerar el från stamnätet till lokalnäten och större förbrukare som industrier.

• Spänningsnivå: Spänningen i regionnätet ligger vanligtvis mellan 40 kV och 130 kV.

• Ansvar: Regionnäten ägs och drivs av stora elnätsföretag, som tillexempel Ellevio, E.ON och Vattenfall i Sverige.

• Syfte: De fungerar som länken mellan stamnätet och lokalnäten och levererar el till både stora industriförbrukare och lokalnät för vidaredistribution till hushåll.

• Exempel på funktion: Förse en större stad och dess kringliggande industriområden med el från stamnätet.

3. Lokalnät

• Definition: Lokalnätet är det nät som levererar el direkt till slutkonsumenterna – hushåll, kontor, småföretag och lokala verksamheter.

• Spänningsnivå: Spänningen i lokalnäten ligger normalt på 400 V till 20kV.

• Ansvar : Lokalnäten ägs och drivs ofta av mindre, lokala nätbolag, men kan också skötas av större elnätsföretag i vissa områden.

• Syfte: Det är lokalnäten som ser till att hushåll och företag får den el de behöver på ett säkert och tillförlitligt sätt. Transformatorstationer används för att sänka spänningen till en nivå som kan användas i hemmen (230 V).

• Exempel på funktion: Leverera el tillbostadshus, skolor och mindre företag inom ett visst område eller en kommun.

Sammanfattning av skillnaderna

• Stamnät: Transporterar el långa avstånd över hela landet, hög spänning, ägs av staten (Svenska kraftnät).

• Regionnät: Fördelar el från stamnät till lokalnät och större industrier, medelhög spänning, ägs av större elnätsföretag.

• Lokalnät: Distribuerar el direkt till slutkonsumenter, låg spänning, ägs av mindre lokala nätbolag eller större företag i vissa fall.

Varje nivå i elnätet har en viktig roll för att säkerställa en stabil, säker och pålitlig elförsörjning från produktion till slutkund.

Transformator

Den största transformatorn i det svenska stamnätet är en imponerande och tekniskt avancerad anordning som hanterar mycket höga spänningar och strömmar för att möjliggöra effektiv överföring av el över långa avstånd. Här är en detaljerad beskrivning:

1. Storlek och kapacitet

• Effektkapacitet: De största transformatorerna i stamnätet har en effektkapacitet på upp till 1 000 MVA (megavoltampere) eller ännu mer. Detta gör det möjligt att överföra en stor mängd el vid en mycket hög spänning.

• Fysiska dimensioner: De största transformatorerna är stora, tunga enheter som kan väga uppemot 500 ton eller mer. De kan vara upp till 10 meter långa, 5 meter breda och 5 meter höga.

• Placering: Dessa transformatorer finns vanligtvis i stora transformatorstationer, ofta nära områden där elproduktionen är hög, exempelvis vid vattenkraftverksdammar i Norrland eller kärnkraftverk.

2. Spänningar och strömmar

• Primärspänning: Stamnätets största transformatorer hanterar de högsta spänningarna, vanligtvis 400 kV på primärsidan(inmatningen). Detta är en standardspänning för stamnätet, som möjliggör överföring av el över långa avstånd med minimal energiförlust.

• Sekundärspänning: På sekundärsidan, där spänningen sänks innan distribution till regionnäten, ligger spänningen ofta på 130 kV eller 220 kV beroende på behovet och regionens nätstruktur.

• Strömmar: Strömmen som flödar genom en sådan stor transformator kan vara mycket hög och variera beroende på belastningen, ofta i storleksordningen 2 000 – 3 000 A(ampere) på lågspänningssidan. På högspänningssidan, där spänningen är högre, är strömmen lägre för att minska förlusterna.

3. Uppbyggnad och konstruktion

• Kärna: Kärnan i en transformator är tillverkad av laminerade stålkärnor. Lamineringsprocessen minskar förlusterna från virvelströmmar och möjliggör en mer effektiv energihantering. Stål plattorna staplas och isoleras från varandra för att optimera effektiviteten.

• Lindningar: Transformatorn har koppar- eller aluminiumlindningar för både primär- och sekundärsidan. Lindningarna är placerade runt kärnan och är utformade för att klara höga strömmar och spänningar. De är noggrant isolerade med olja eller specialisolering för att motstå de höga spänningarna och minimera risken förkortslutningar.

• Kylsystem: Stora transformatorer genererar betydande värme under drift, så de är utrustade med avancerade kylsystem. Kylningen sker oftast med transformatorolja som både kyler och isolerar lindningarna. Oljan cirkulerar genom radiatorer eller kylflänsar, och vissa transformatorer har också fläktar eller vattenkylning för att hantera den höga temperaturen.

• Isolering: Högspänningsisoleringen är avgörande för att hantera de mycket höga spänningarna. Förutom oljan används ofta olika isolationsmaterial, som papper och pressboard, för att separera lindningar och förhindra överslag.

• Säkerhet och skydd: För att skydda mot fel som kan orsakas av överhettning, överspänningar och mekaniska problem, är transformatorerna utrustade med säkerhetssystem som kan stänga av enheten vid kritiska fel. Ett vanligt skydd är buchholz reläet, som övervakar gasbildning och oljetryck.

4. Exempel på en stortransformatorstation

• Hallsberg och Ljusdal: Två av de största transformatorstationerna i Sverige ligger i Hallsberg och Ljusdal. De har flera transformatorer med hög effektkapacitet, som hanterar de stora energiflödena i stamnätet.

• Vattenkraft: I norra Sverige, nära vattenkraftverken, finns flera stora transformatorstationer som omvandlar el från 400 kV ner till 220 kV eller 130 kV för vidare distribution till regionnäten och söderut där förbrukningen är högre.

Sammanfattning

Den största transformatorn i det svenska stamnätet är en stor och kraftfull enhet med en kapacitet på cirka 1 000 MVA som omvandlar 400 kV till lägre spänningar för distribution vidare i nätet. Med robusta stålkärnor, stora kopparlindningar, effektiv kylning och avancerad isolering spelar dessa transformatorer en nyckelroll i att överföra elektricitet över långa avstånd på ett effektivt sätt.

Hur elnäten är uppbyggda

Det svenska elnätet är uppbyggt i en hierarkisk struktur och består av flera olika nivåer som samverkar för att förse landet med elektricitet. Här är en översikt över de olika nivåerna:

1. Produktionsnivå: Elproduktionen i Sverige sker huvudsakligen genom vattenkraft, kärnkraft, vindkraft och även viss mängd solkraft. Det finns olika elproducenter som ansvarar för att generera el från dessa källor.

2. Överföringsnivå: Efter att elen har genererats transporteras den på högspänningsnivå genom det svenska överföringssystemet. Detta nät omfattar kraftledningar med hög spänning, vanligtvis 220 kilovolt (kV) eller 400 kV. Den viktigaste aktören på denna nivå är Svenska kraftnät, som ansvarar för att övervaka och styra överföringssystemet över hela landet.

3. Regional distributionsnivå: Efter att ha passerat överföringsnätet omvandlas den högspända elen till lägre spänningsnivåer för att vara lämplig för distribution till slutanvändare. Detta görs genom transformatorstationer som finns på regional nivå. Transformatorstationerna är anslutna till överföringsnätet och omvandlar högspänd el till mellanspänd eller lågspänd el.

4. Lågspänningsdistributionsnivå: På denna nivå distribueras elen från transformatorstationerna till hushåll, företag och andra slutanvändare. Detta sker genom lågspänningsnätet, vanligtvis 230/400 volt. Ansvaret för distributionen ligger vanligtvis hos lokala nätbolag eller eldistributionsföretag som äger och driver det lågspända distributionsnätet.

Det svenska elnätet är välutvecklat och har generellt sett hög driftsäkerhet. Det finns ett starkt fokus på att integrera förnybar energi, såsom vind- och solkraft, i elproduktionen och att utveckla smarta nät (så kallade smart grids) för att optimera effektiviteten och hanteringen av eldistributionen.

Smarta Elnät

1. Smarta elnät: Smarta elnät, även känt som smart grid, har varit ett växande område inom eldistribution. Dessa nät använder digitalteknik för att övervaka och styra elnätet i realtid. Det möjliggör en effektivare distribution av el och ger konsumenter möjlighet att ha mer kontroll över sin energianvändning.

2. Ökad användning av förnybar energi: Förnybar energi, som sol- och vindkraft, har fortsatt att växa som en del av energimixen i många länder. Elföretag och eldistributionsföretag har anpassat sig för att integrera dessa förnybara energikällor i sina nät. Detta har lett till behovet av att uppgradera och utvidga eldistributionssystemen för att hantera den variabla och distribuerade naturen hos förnybar energi.

3. Energilagring: Energilagringstekniker har blivit alltmer relevanta för eldistribution. Batterilagringssystem, såsom litiumjonbatterier, har utvecklats och används för att lagra överskott av el från förnybara energikällor och sedan släppa ut den i nätet när det behövs. Energilagring hjälper till att jämna ut belastningen och öka driftsstabiliteten i eldistributionssystemet.

4. Elektrifiering av transportsektorn: Elektriska fordon (EV) blir allt vanligare, vilket skapar en ökad efterfrågan på laddningsinfrastruktur. Eldistributionssystemen måste anpassas för att möta denna efterfrågan och se till att tillräcklig kapacitet finns för att ladda EV både på offentliga platser och i bostadsområden.

5. Resiliens och säkerhet: Säkerhet och resiliens inom eldistribution har fått ökad uppmärksamhet. Elbolag och myndigheter arbetar för att skydda elnäten från cyberattacker och andra hot. Dessutom finns det fokus på att förbättra nätens motståndskraft mot extrema väderförhållanden och naturkatastrofer för att minimera avbrott och snabbt återställa strömförsörjningen.

Det är viktigt att notera att den senaste utvecklingen inom eldistribution kan variera mellan olika regioner och länder, eftersom energisystem och politiska prioriteringar skiljer sig åt. För att få de allra senaste uppdateringarna rekommenderar jag att kontrollerar nyhetskällor och branschpublikationer som rapporterar om eldistribution i det geografiska område eller det specifika ämne du är intresserad av.

Det svenska transmissionsnätet för el, även känt som det svenska elnätet, består av ett nätverk av högspänningsledningar och transformatorstationer som används för att överföra el från kraftverk till fördelningsnätet och slutligen till elanvändare i hela Sverige. Transmissionsnätet är den högsta nivån av elnätet och ansvarar för att överföra stora mängder elektricitet över långa avstånd.

HVDC-länkar

1. Konti-Skan: Detta är den äldsta HVDC-länken i Sverige och den första HVDC-länken i världen. Den går mellan Västkusten och Jylland iDanmark och byggdes i början av 1950-talet. Länken används i dag för överföring av el mellan Sverige och Danmark.

2. Gotland: En HVDC-länk som går mellan fastlandet och Gotland. Den har en kapacitet på ca 330 MW och används för att säkerställa elförsörjningen till ön Gotland.

3. NordBalt: Detta är en HVDC-länk mellan Sverige och Litauen som har en kapacitet på omkring 700 MW. Den började operera 2016 och bidrar till att öka elflödet mellan länderna och förbättra energisäkerheten.

4. Fenno-Skan2: Detta är en planerad HVDC-länk mellan Finland ochSverige för att öka kraftutbytet mellan länderna. Vid min senasteuppdatering hade projektet fått grönt ljus men var ännu inte idrift.

Observera att informationen kan ha ändrats efter september 2021. Jag  rekommenderar att du konsulterar officiella källor ellerelnätföretag i Sverige för den senaste informationen om HVDC-överföringar i landet.