Elöverföring — överföring av elkraft via högspänningsnät och ledningar

Elöverföring: hur högspänningsnät och luft- eller underjordiska ledningar transporterar elkraft effektivt över långa avstånd — teknik, kostnader och energiförluster.

Elöverföring är överföring av elektricitet till platser där den ska användas. I praktiken innebär det framför allt överföring av elkraft från kraftverket till undercentraler nära befolkade områden. Distributionen av elkraft är sedan leveransen från undercentralen ut till slutkonsumenterna. På grund av de stora effektmängderna och de långa avstånden sker överföringen normalt med hög spänning (110 kV eller mer) för att minska ström och därmed de ledningsbundna förlusterna.

Elektricitet överförs vanligen över långa avstånd genom luftledningar eftersom dessa är relativt billiga att anlägga och underhålla. Underjordisk kraftöverföring används i huvudsak i tätbebyggda områden eller där landskaps- eller miljöhänsyn kräver det, eftersom kostnaderna för installation och reparation är betydligt högre än för luftledningar. Dessutom ökar energiförlusterna i många fall dramatiskt för långa, underjordiska kablar jämfört med luftledningar, såvida inte supraledare och avancerad kryoteknik används.

Ett kraftöverföringssystem brukar i vardagligt tal kallas ett "nät". Av ekonomiska och praktiska skäl är ett transmissionsnät sällan ett fullständigt, symmetriskt nät — istället byggs redundans och flera förbindelser in så att strömmen kan ledas från flera kraftverk till flera förbrukningscentra via alternativa vägar. Detta ökar robustheten, gör det möjligt att underhålla delar av systemet utan avbrott och optimerar elens leverans ur kostnadssynpunkt.

Viktiga komponenter i ett överföringssystem

• Kraftverk – genererar elkraften som ska överföras.
• Stegtransformatorer – ökar spänningen (step-up) vid kraftverket för effektiv överföring och sänker den (step-down) vid undercentraler.
• Överföringsledningar – luftledningar eller kablar för att transportera energi långa sträckor.
• Undercentraler och omformarstationer – kopplar överföringsnätet till distributionsnätet och hanterar skydd, mätning och kontroll.
• Skydds- och styrsystem – reläskydd, brytare och SCADA-system som övervakar och styr nätets drift.
• HVDC-omformarstationer – används vid likströmsöverföring (HVDC) för långdistans- eller undervattentransporter.

AC vs HVDC

Majoriteten av transmissionsnät är växelströmsnät (AC). För väldigt långa sträckor, för förbindelser under hav eller där man vill koppla ihop två nät med olika frekvens eller styrning, används ofta likströmsöverföring (HVDC). HVDC har lägre förluster över mycket långa avstånd och kräver inte synkronisering mellan de två ändarna, men har högre initialkostnad för omformarstationerna.

Förluster och effektfaktorer

Förluster i överföring uppkommer främst som värme i ledarna (I²R-förluster) och som reaktiva förluster i nätet. För att begränsa spänningsfall och förbättra överföringskapaciteten används åtgärder som:

• ökning av spänningsnivån,
• användning av flera parallella ledare eller högre ledartyper,
• kompensering av reaktiv effekt med kondensatorer, reaktorer eller avancerad kraftfeldelektronik (FACTS),
• bundna regler för lastbalansering och driftstörningshantering.

Drift, driftssäkerhet och skydd

Nätets driftsäkerhet upprätthålls genom övervakning, snabba skyddsreaktioner och planerat underhåll. Skyddssystem isolerar felaktiga delar av nätet för att förhindra utbredning av störningar. Reservkraft, redundanta ledningar och möjlighet att omlänka effektflöden är viktiga för att hålla leveranssäkerheten hög och minimera avbrott för konsumenter.

Miljö, kostnader och markanvändning

Byggande av luftledningar kräver ofta en bred rättighetzon (”separationsavstånd”) under ledningens sträckning för säkerhet och underhåll. Detta påverkar landskap, naturvärden och kan leda till visst motstånd från lokalsamhällen. Underjordiska kablar och sjökablar minskar det visuella och markmässiga avtrycket men är dyrare och kan ha annan miljöpåverkan vid anläggning. Valet mellan luftledning och kabel styrs därför av ekonomi, teknik, miljöhänsyn och planbestämmelser.

Internationella förbindelser och marknadsdrift

Transmissionsnät knyter ofta samman regioner och länder, vilket möjliggör import/export av el, ökad konkurrens och bättre utnyttjande av resurser (till exempel vattenkraft, vindkraft och annan intermittent produktion). För att allt ska fungera krävs regler för kapacitetsfördelning, nätavgifter, systemtjänster och överenskommelser mellan nätoperatörer.

Framtid och teknik

Utvecklingen inom elöverföring drivs av ökad mängd förnybar energi, behov av nätkapacitet för nya konsumtionsmönster (t.ex. elfordon), samt tekniska innovationer. Viktiga trender är:

• utbyggnad av HVDC-korridorer för långa avstånd och förbindelser under hav,
• implementering av smarta nät och avancerad styrning (digitalisering, realtidsdata, automatisk omlänkning),
• hantering av stora mängder variabel elproduktion genom lagring och flexibilitetsmarknader,
• forskning kring supraledande kablar, högtemperatursupraledare och andra tekniker för att minska förluster.

Sammantaget är elöverföring en kritisk del av energisystemet som binder ihop produktion och konsumtion. Val av teknik, utformning av nätet och driftstrategier avgör både ekonomi, leveranssäkerhet och miljöpåverkan.

Frågor och svar

F: Vad är elektrisk kraftöverföring?

F: Vad är eldistribution?

F: Varför sker överföring normalt med hög spänning?

F: Hur överförs el vanligtvis över långa avstånd?

F: När används underjordisk kraftöverföring?

F: Vad kallas ett kraftöverföringssystem ibland i vardagligt tal?

F: Vad är syftet med redundanta banor och ledningar i kraftöverföringssystemet?

Sök med bokstav