Vindkraftens förmåga att leverera FFR, del 2

Framtidens vindkraft kan och kommer i allt större utsträckning bidra till ett stabilt och robust elnät. RISE fokuserar i detta projekt på att utreda möjliga och kostnadseffektiva sätt att leverera FFR för att säkerställa frekvensstabilitet i elsystemet. Fokus i del 2 handlar om ekonomiska konsekvenser.

Vindkraften har en god förmåga och kapacitet att bidra till sekundsnabb frekvens-reglering av elnätsystemet. Del 1 av projektet fokuserade på att utreda vindkraftens möjliga och kostnadseffektiva bidrag till systemtjänsten Fast Frequency Reserve (FFR). Den innebär att upprätthålla en effektreserv att snabbt stötta upp nätet med, om frekvensen sjunker under en viss nivå (cirka 49,7 Hz).

Genom att öka varvtalet, för vindar under märkvind, skapas ett tillskott av rotationsenergi som mycket snabbt kan omvandlas till extra effekt (FFR) ut på nätet, om frekvensen av någon orsak skulle sjunka snabbt. Med en samordnad och aktiv reglering av vindkraftverken är det teoretiskt möjligt att klara det värsta möjliga felfallet (en FFR-kapacitet på 280 MW) med enbart vindkraft. Kostnaden i förlorad energiproduktion skulle då uppgå till cirka en procent (1 %), som en följd av drift vid ett högre varvtal än optimalt vid låga vindar.

Denna del 2 av projektet, som Energimyndigheten finansierat, fördjupar studien och fokuserar på de ekonomiska konsekvenserna. Ett produktionsbortfall kostar olika mycket beroende på när bortfallet sker. Därför är det viktigt att gå ett steg vidare och beräkna om det är ekonomiskt fördelaktigt att erbjuda FFR eller inte för de timmar som kommer. Därför har driften av vindkraftverk på olika platser studerats och jämförts timme för timme utifrån vilken produkt (energi eller FFR) som ger bäst avkastning.

För att genomföra studien har vindhastigheten uppskattats, timme för timme. Dels har faktiska vindmätningar från 2016 och 2017 laddats ner från tolv (12) platser runt om i Sverige, tre (3) i vardera SE-område. Dels har vindhastigheten beräknats utifrån faktiska produktionsdata i vardera SE-områden. Resultatet från en jämförelse framgår av grafen nedan, som visar oktober 2017, där vindhastigheten har uppmätts på höjden 150 meter.

Jämförelse mellan uppmätt och beräknad vindhastighet, oktober 2017

Genom denna metod har vindhastigheten för senare år beräknas, då prisuppgifter finns för både energi och upphandlad FFR.

T0 och T1 är två generiska vindkraftverk IEA-3.4-130-RWT. Genom att simulera olika sätt att köra turbinerna, har ersättningen för att enbart producera energi jämförts med att ersättningen för att producera både energi och FFR. T0 kör på traditionellt sätt för att leverera maximal energiproduktion. T1 kör med förhöjt varvtal i låga vindar, förutsatt att FFR efterfrågas. T1 kan därigenom också få intäkter från FFR.

Ett exempel på hur intäkterna fördelas mellan de olika körsätten visas nedan, under två sommarveckor år 2021. Under denna period överstiger FFR-ersättningen med råge ersättningen från energiproduktionen vilket därigenom kompenserar för den lägre produktionen.

Intäkterna fördelade mellan de två olika körsätten

Genom att summera de totala intäkterna från respektive turbin T0 och T1 över hela året kan man se om FFR kan generera en extra intäkt. Levererad FFR innebär en beredskapstjänst, alltså att turbinen är redo för att stödja elnätet om frekvensen skulle sjunka under 49.5 Hz. Det innebär inte att den extra effekten faktiskt löser ut eftersom sådana frekvensfall är mycket sällsynta.

Resultaten visar att FFR skulle generera en extra intäkt på mellan 300 och 500 tusen kronor per år under 2021 och 2022 trots att energiproduktionen minskade med cirka 1 procent. Under 2023 har dock SVK upphandlat betydligt mindre volymer FFR, dessutom till lägre marginalpriser. Därför landar motsvarande förtjänst betydligt lägre för detta år.

Slutsats: Om ett vindkraftverk skulle erbjuda FFR så kompenserar intäkten från FFR det produktionsbortfallet som det högre varvtalet medför, vissa år med råge.