Vindkraftens förmåga att leverera stödtjänster

Bakgrund

Vindkraften har goda möjligheter att främja omställningen mot ett hållbart energisystem genom att bidra till alla de stödtjänster som SVK behöver, för att säkerställa ett robust elsystem med försörjningstrygghet. Framtidens vindkraft behöver stödja elnätet när så behövs. Vindkraftens förmåga och incitament att tillhandahålla systemtjänster relaterar till dess ekonomi. Med nya regelverk, som Svenska kraftnät (SVK) införde 2025, är det än mer viktigt att producera i enlighet med de bud som angetts. Annars finns risk för höga obalanskostnader.

Syfte

Syftet med detta projekt är att:

• öka vindkraftens bidrag till de olika stödtjänster som SVK upphandlar.
• visa potential och kostnader för en vindkraftspark att tillhandahålla stödtjänster.
• visa hur olika turbiner i parken kan och bör samverka för att leverera en stabil och förutsägbar kombination av elproduktion och stödtjänster.

Vindkraftens effektreserv

För att bistå med uthållig flexibilitet, liknande bas- eller reglerkraft, krävs någon form av effektbegränsning av vindkraftens möjliga effekt. Ersättningen för stödtjänster måste dock överstiga värdet av den energi spills. En avgörande storhet är ”Available power” och ”Reserv power”. Den senare utgör grund för ersättning från SVK när aktuell stödtjänst innebär att effekten ställs ner. Dessa storheter kan beräknas på olika sätt. 

En första tanke kan vara att använda anemomentern på nacell-taket för att mäta vind och baserat på den beräkna tillgänglig effekt. Den signalen innehåller dock flera systematiska fel, speciellt under drift. Projektet har tagit fram och validerat en algoritm för hur ”Available power” kan beräknas mer noggrant, se dokument ”Calculation and analysis  of available power signal” nedan.

Tester och valideringar på Chalmers forskningsturbin

Inom ramen för projektet har flera tester och valideringar utförts på Chalmers forskningsturbin på Björkö. Det är en turbin med 17 meters diameter och ca 30 kW effekt. Den har effektbegränsats under drift för att skapa en ”Reserv power”. Turbinen har sedan styrts för att följa en syntetisk nätfrekvens, där frekvensen har ändrats både stegvis och i sinusvågor. Turbinen har också kopplats mot den verkliga nätfrekvensen och visat hur vindkraftverkets effektuttag ändras för att motverka avvikelser från 50 Hz. Se mer om dessa spännande försök i nedan dokument ” Results from Björkö field tests”.

Laster och buller

Andra viktiga aspekter handlar om laster, livslängd och buller kopplat till leverans av stödtjänster till elnätet. När vindkraften medvetet effekt-begränsar och lämnar driftspunkten för maximalt Cp kan det ske på olika sätt, vilket får olika konsekvenser för laster på olika system samt buller. Man kan öka eller minska Tip Speed Ratio (TSR, dimensionslöst varvtal) och därmed minska Cp genom att röra sig vertikalt i grafen nedan. Ett annat sätt är att ligga på konstant TSR och minska effekten med ändrad pitchvinkel. Dessa två ytterligheter kan kombineras godtyckligt.

Projektet har analyserat hur en vindpark kan effektregleras på tre olika sätt och hur det påverkar turbinernas belastningar på olika sätt, se dokument ”Wind Farm Service dispatching” nedan. Här finns mer att göra för att skapa full klar i alla möjligheter.

Ytterligare analyser, simuleringar och tester har genomförts för att, på turbinnivå, se hur laster och buller påverkas av två olika effektbegränsningsmetoder ”Constant TSR” vs ”Variable TSR” operation. Mer information i presentation ”Structural loads and noise” nedan.

Presentation till Torque2026

Projektet har tagit fram en Poster-presentation “Frequency containment reserve with a wind turbine” som accepterats på konferensen Torque2026, https://torque2026.eu/. Presentation finns nedan.

Publikationer under “peer review”

Utöver dessa publika resultat och presentationer har två vetenskapliga artiklar skrivits inom ramen för projektet och är nu under “peer review”. Båda dessa beräknas kunna publiceras under 2026. Rubrikerna på dessa artiklar är: 

1. Frequency containment reserve with a wind turbine. 
   Corniglion, R., Sarkar, S., & Wickström, A. (2026). 
   In Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing.
2. Bayesian Parameter Identification of Aerodynamic Power Coefficient for Wind Turbines. 
   Sarkar, S., & Wickström, A. (2026). 
   In IEEE Transactions on Control Systems Technology.

Projektet har också jobbat vidare med den ekonomiska modell som togs fram och beskrivs i artikeln ”Wind power participation in frequency regulation: a profitability assessment for Sweden”, som kan laddas ner från https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ri:diva-64365. Det har resulterat i artikeln “Wind power participation in frequency regulation market: a profitability assessment for Sweden. Updated part 2, based on 2024”. Den visar hur mycket större intäkterna från en hel vindpark kan bli om parken samtidigt medverkar på olika stödtjänstmarknader. Även denna är nu under “peer review” och kan därför inte publiceras.