Flexibilitet stärker kärnkraften

Flexibilitet stärker kärnkraften

Energiforsks årliga kärnkraftskonferens hade temat flexibel kärnkraftsdrift och hade flera internationella experter bland talarna. Ett framtida nordiskt kraftsystem med en hög andel väderberoende kraft kan komma att ställa nya krav på flexibilitet för den planerbara delen av kraftproduktionen. Idag räcker vattenkraftens reglerförmåga i de allra flesta lägen men nu riktas blickar mot kärnkraftens potential att användas som flexibel produktion för att möta det framtida kraftsystemets behov. (2019-03-15)

Den svenska stamnätsoperatören Svenska kraftnät och den svenska kärnkraftsindustrin har gemensamt undersökt förutsättningarna för flexibel drift för att möta eventuella framtida behov av reglerförmåga som kanske inte kan täckas upp av vattenkraften allena [läs artikeln här]. Hundra deltagare träffades vid Energiforsks konferens i början av 2019 för att diskutera detta i ett globalt och nordiskt perspektiv.

Inom IAEA har alternativ till kärnkraftens baskraftdrift studerats i flera år. Skillnaden mellan baskraftdrift och flexibel drift ligger i orsaken till att kraftverket ändrar sin genererade effekt. Om orsaken till effektändringsbehovet härrör från omständigheter utanför kraftstationen brukar man beteckna driften som flexibel. I de fall effekten justeras för att parera för väderberoende kraft eller ändrade elförbrukningsbehov blir effektändringarna mycket frekventa, till skillnad mot baskraftproduktion då man i princip kör kraftverket på konstant effekt. Enligt Ness Kilic, IAEA, har intresset för flexibel drift av kärnkraftverk ökat under det senaste decenniet. Han underströk att det är behoven i stamnätet som styr utvecklingen av flexibel kapacitet i anläggningen. Värdet av flexibiliteten och dess påverkan på kraftstationen och på nätet måste analyseras och förstås av både kraftproducenten och stamnätsoperatören.

Flexibel kärnkraft sänker systemkostnaden
Jesse Jenkins, Harvard, förklarade utifrån sina systemstudier att för ett fossilfritt elsystem erhålls drastiskt lägre systempris (kostnad för elkund) om man har en viss del planerbar produktion i systemet. Redan en relativt liten del planerbar kraft får stor effekt på systempriset. Med en liten del planerbar kraft sänks behovet av lagring betydligt och behovet av överkapacitet, som bara skulle användas i liten omfattning, begränsas kraftigt. Jesse föreslår en indelning av olika kraftproduktionslag i tre grupper, som alla har viktiga roller i ett fossilfritt elsystem:

  • Bränslebesparande kraft: Till exempel solenergi, vindkraft och vattenkraft med begränsade vattenmagasin
  • Snabb momentantillförsel: Till exempel batterilager och efterfrågeflexibilitet
  • Flexibel planerbar kraft: Till exempel kärnkraft, vattenkraft med säsongsmagasin, kraftvärme, fossil elproduktion med koldioxidinfångning och gasturbiner eldade med olika former av syntetiskt framställd gas.

Att baskraften kännetecknas av flexibilitet ser Jenkins som en viktig faktor för att uppnå ett helt fossilfritt energisystem på ett kostnadseffektivt sätt. Istället för att lägga ner kärnkraftverk bör de istället ställas om till flexibla produktionsenheter som bättre möjliggör integration av väderberoende kraft. Den rollen i kraftsystemet är på många håll runt om i världen på väg att tas av fossilgasen, men det är inte en långsiktigt hållbar lösning ur ett klimatperspektiv.

Professor Jacopo Buongiorno, MIT, underströk vikten av att kostnaderna för ny kärnkraft måste minska om kärnkraften ska ha någon framtid. I MIT:s analyser visar att om kostnaden för ny kärnkraft minskar med 25 procent kan kärnkraften bidra signifikant till de framtida fossilfria energisystemen.

Potential hos befintliga reaktorer
Generellt kan sägas att kärnkraftverk i de flesta fall kan ställas om till att kunna anpassa sin effekt efter varierande last och andra kraftslags varierande produktion för att täcka gapet i det momentana effektbehovet. Det säger Thibaut Gain, Framatome, som levererar utrustning för flexibel kärnkraftsdrift. I Frankrike och Tyskland drivs en del reaktorer redan idag flexibelt. I Frankrike är skälet främst att man behöver anpassa produktionen efter lasten. Av de 16 TWh kärnkraftsproduktion som föll bort förra året för att man tillämpade flexibel drift kan 1 TWh hänföras till att kärnkraften parerar väderberoende kraft. I Tyskland däremot är det först och främst den väderberoende kraften som sätter villkoren för driften. I Tyskland sker därför snabbare förändringar av effektbehovet vilket medför att kärnkraftverkens flexibilitet är automatiserad (hos fyra block). Det gör att upp emot hundra stora effektändringar kan behöva utföras varje dygn, till skillnad mot i Frankrike där typiskt två stora effektändringar utförs varje dygn, enligt Tatiana Salnikova, Framatome. I kombination med de här stora effektändringarna sker kontinuerligt mindre effektvariationer för att hålla frekvensen in nätet. I Frankrike har alla reaktorer utom tio anpassats för flexibel drift, men där hanteras flexibiliteten i stor utsträckning manuellt i kontrollrummet.

Enligt Framatome tar det typiskt sex år att ställa om en reaktor helt till full flexibel drift, men det beror helt på anläggningen och vilka investeringar som behöver göras. Men, om det görs kan kärnkraftverket därefter bidra med balanserande kraft och systemtjänster minst lika bra som ett gaskraftverk.

Bibehållen driftsäkerhet
Erfarenheten från kraftverksoperatören Edf i Frankrike under 35 år med flexibel drift är att ett flexibelt driftsätt inte medför ökade kostnader, incidenter eller produktionsbortfall. I jämförelse med de tio reaktorer som körs som konstant basproduktion ser man inga avgörande skillnader. Dock kräver flexibel drift ett analysbaserat och proaktivt underhåll. Det krävs också särskilt utbildad personal och stödsystem i kontrollrummet.