Så funkar elektricitet

I debatten om ”förnyelsebar” el, är det många, inte minst politiker, som saknar grundläggande kunskaper om el, elproduktion och eldistribution. Till exempel påstod Lennart Isaksson (MSÅ) i en insändare att elen på Åland till 30–35 procent var fossil-el, vilket är fel, Åland får CO2-fri el från Sverige. Här presenterar jag fakta, som kan vara bra att veta om man ger sig in i debatten.

Effekt är arbetet en maskin momentant utför, förr angavs den i hästkrafter, hk, för el har man alltid använt watt, W. 1.000 W = 1 kW, 1.000 kW = 1 MW (megawatt). Sedan kommer GW (gigawatt) och TW (terawatt). Energi är effekt x tid, därav kWh, (kilowattimme), MWh och så vidare. Elektricitet har två komponenter, spänning (volt) och ström (ampere). Genom att multiplicera dem får man effekten i watt. Spänning kan jämföras med trycket i en vattenledning, strömmen med flödet.
Vi har växelström i elnätet. Växelström kan visas som en sinuskurva, en vågformad linje, som svänger kring en nollinje. Nätet i Europa och en stor del av världen har växelström med frekvensen 50 Herz (Hz), plus och minus byter plats 50 gånger per sekund. Man har tre faser i nätet, tre olika strömmar samtidigt men i var sin tråd och en gemensam ledning, 0-ledningen. Detta möjliggör större effekt.
El genereras med vattenkraft, kärnkraft, ångkraftverk med fossilt bränsle eller biomassa. El kan också genereras med gasturbiner eller dieslar. De har synkrongeneratorer, de går helt i takt med frekvensen. Sådan elproduktion kallas planerbar, då den kan styras. Vind- och solkraft kan inte styras. Vindkraft har asynkrongeneratorer och solkraft har inga generatorer. I bägge fallen krävs omformare för att kunna ge ström till nätet.

El är en kvalitetsvara och elen i nätet måste ha mycket hög kvalitet,. Frekvensen ska hållas exakt kring 50 Hz och spänningen måste vara konstant. Det får inte vara störningar i nätet, sinuskurvan måste vara helt jämn. Många apparater kanske inte fungerar korrekt eller går sönder om elen inte håller måttet. Frekvensen tillåts variera mellan 49,9 och 50,1 Hz. Blir frekvensen för låg, måste förbrukare kopplas bort. Är avvikelsen mer än 0,2 Hz kan nätet kollapsa, strömavbrott i en hel region. Att återstarta kan ta dagar.

Elproduktion är känsligt, produktion och konsumtion måste vara exakt lika. Om konsumtionen ökar, sjunker frekvensen, om produktionen är för stor, ökar den. Det här måste korrigeras genast. Vissa kraftverk ska snabbt kunna ändra produktionen. Finns det vattenkraft är det ofta den, som tar variationerna. Första korrigeringen vid ökad konsumtion görs med de stora generatorerna i kärnkraft, vattenkraft eller ångkraftverk. Genom så kallad svängmassa, rotationsenergi som i ett svänghjul, kan en stor generator kortvarigt ge mer el och därmed stabilisera nätet tills produktionen ökat någonstans.
All överföring ger förluster. De kan minskas med hög spänning, stora kraftledningar är på 400.000 volt. Svenska Kraftnät räknar med 10 procent förlust vid överföring från norra till södra Sverige och 20 procent vid export. Nätet har en maximal kapacitet, det går inte att bara ansluta mer el till ett befintligt nät som vissa tror.
Att bygga ut ledningsnätet är dyrt och tidskrävande. Kostnaderna är i miljardklass. Kapaciteten i elnätet påverkas av produktionens placering. Den bör vara jämnt fördelad i nätet, eftersom lång överföring ger förlust och störningar. Oplanerbar el ger höga kostnader för korrigerande stödtjänster. När kärnkraft stängdes ner i Sverige, förlorade man både produktion och överföringskapacitet.

Jan Grönstrand