Til hovedinnhold
Tekst: Seniorforsker


Høsten 2003 ble USA, Canada, London og Italia rystet av store sammenbrudd i elkraftsystemet. Heller ikke det nordiske systemet ble spart: 23 august ble Helsingfors utsatt for et kortvarig strømbrudd og 23 september mistet hele Sør-Sverige og Sjælland strømmen i flere timer. I tillegg til strømbruddene, har vi også vannmangelen og de høye prisene vinteren 2002/03 ferskt i minne.

På bakgrunn av disse hendelsene, har det fra flere hold vært stilt spørsmål om liberaliseringen av kraftmarkedene er i ferd med å øke systemenes sårbarhet, i en tid hvor samfunnets avhengighet av en sikker strømforsyning bare øker.

For å se nærmere på denne viktige problemstillingen, har Nordisk Ministerråd engasjert SINTEF Energiforskning til å gjennomføre en systematisk analyse av sårbarheten av det nordiske kraftsystemet. Begrepet sårbarhet omfatter i denne sammenhengen:

  • risiko for effektbrist
  • risiko for energiknapphet
  • risiko for systemsammenbrudd

Studien begrenser seg til den overordnede balansen mellom forbruk og produksjon og hovednettet. Lokale problemer og distribusjonsnettet faller utenfor, og det samme gjør risiko knyttet til terror- og krigshandlinger.

Uønskede hendelser
Ifølge Sårbarhetsutvalgets rapport fra 2000 er sårbarhet ”uttrykk for de problemer et system får med å fungere når det utsettes for en uønsket hendelse, samt de problemer systemet får med å gjenoppta sin virksomhet etter at hendelsen har inntruffet”.

Når det gjelder kraftsystemet, defineres følgende uønskede hendelser:

  • svært høye priser
  • rasjonering
  • systemsammenbrudd

Periodevis høye priser er et vanlig fenomen i et marked med store svingninger, i både tilgang og forbruk. Men svært høye priser over lang tid har en rekke uheldige virkninger, som gjør det uønsket at en slik situasjon oppstår. Dette kan skje i et system med mye vannkraft etter lengre perioder med lite nedbør. Svært høye priser kan også opptre i kortere perioder av ekstrem etterspørsel under en kuldeperiode, men da er varigheten kort. Rasjonering er en kontrollert form for forbruksreduksjon som i ekstreme tilfeller kan være nødvendig ved energiknapphet eller effektbrist. Systemsammenbrudd oppstår når en uforutsett sekvens av feil ender med mørklegging av større deler av kraftsystemet.

Risikoanalyse
Risikoanalyse har vært det sentrale verktøyet i arbeidet. Risiko oppstår som en kombinasjon av sannsynlighet og konsekvenser. For hver av de tre uønskede hendelsene er årsakssekvenser identifisert, sannsynligheter vurdert og konsekvenser klassifisert.

Sannsynligheter deles inn i fem grupper: ofte (mer enn 10 ganger i året), sannsynlig (mellom 1 og 10 ganger i året), sjelden (mellom årlig og hvert 10. år), uvanlig (mellom en gang hvert 10. og hvert 100. år) og usannsynlig (mindre enn en gang hvert 100. år).

Konsekvenser deles inn i 5 klasser: ubetydelig, moderat, alvorlig, kritisk og katastrofal. Den konkrete inndeling er avhengig av type hendelse. Resultatet fra risikoanalysen vises i en risikomatrise:


Sannsynlighet

Konsekvenser

Ubetydelig Moderat Alvorlig Kritisk Katastrofal
Ofte          
Sannsynlig          
Sjelden          
Uvanlig          
Usannsynlig          

 

De hvite feltene indikerer lav risiko – ingen aksjoner er nødvendige. De lysegrå feltene indikerer en medium risiko situasjon – aksjoner for å redusere risikoen bør vurderes. De mørkegrå feltene betyr høy risiko – risikoreduserende tiltak må settes i verk. Grensene mellom områdene er nødvendigvis tentative, det bør til syvende og sist være en politisk beslutning å bestemme hva som er et akseptabelt risikonivå.

Resultater
Analysene viser at det nordiske systemet for hvert av de tre feltene energimangel, effektbrist og systemsammenbrudd er i en medium risiko situasjon. Mer om de enkelte analysene er gitt i TR A5962. Når det gjelder energiknapphet, er sannsynligheten for en situasjon som i 2002/03 eller betydelig verre, estimert til en gang hvert 10. år. Uten vesentlig økning på tilgangssiden øker dette til en gang hvert 6. år i 2010. Med hensyn til effektknapphet er systemet i dag på grensen mellom lav og medium risiko, men beveger seg mot medium risiko i 2010. Sannsynligheten for en alvorlig effektbrist forårsaket av for lite produksjon er da estimert til en gang hvert 8. år. Faren for systemsammenbrudd ligger også i medium risiko klassen. Dette kommer av at risikoen for et større systemsammenbrudd i Sør-Skandinavia ligger i området en gang hvert 10. og hvert 15. år, og at dette berører svært mange mennesker. Samtidig må det understrekes at denne situasjonen er svært lik den vi har hatt de siste 20 årene.

Liberaliseringen av kraftmarkedet har økt faren for effektbrist eller energimangel. Det er ikke noe galt i dette fordi for stor sikkerhet gjør kraftforsyningen unødvendig kostbar, men utfordringen er å passe på at risikoen for uønskede hendelser forblir på et akseptabelt nivå. Når det gjelder faren for systemsammenbrudd, har ikke liberaliseringen hatt noen klar virkning så langt. Det er imidlertid usikkerhetsmomenter med hensyn til økt behov for store overføringer (som øker risikoen), endring i vedlikeholdsrutiner og reduksjoner i kompetent personale på grunn av kostnadseffektivitet. Det er all grunn til nøye overvåking av utviklingen på disse feltene.

Energiknapphet
Energiknapphet forårsakes i det nordisk systemet hovedsakelig av lite nedbør over lengre perioder og dermed redusert vannkraftproduksjon. Dette kan føre til svært høye priser over lange perioder og i verste fall fysisk rasjonering. Høye priser innen realistiske grenser er sannsynligvis ikke et stort problem for den totale nordiske økonomien. Imidlertid er fordelingseffekten av høye priser problematisk, dvs de rammer husholdninger med lave inntekter og stort strømforbruk og spesielt sårbare bedrifter. I studien brukes Samkjøringsmodellen til å beregne merutgiftene som høye priser påfører nordiske konsumenter. Ved hjelp av ulike resonnementer identifiseres grenser mellom klasser av konsekvenser.

En total merutgift til nordiske konsumenter på mindre enn 2,2 milliarder Euro (økning i midlere spotpris eks avgifter) anses innenfor normale prisvariasjoner. En merutgift mellom 2,2 og 5,5 milliarder Euro ses som en moderat hendelse (prisene i 2002/03 faller i denne klassen), og mellom 5,5 og 8,8 milliarder Euro anses konsekvensene som alvorlige. Over denne grensen er det fare for at myndighetene vil gripe inn, selv om den eksakte smertegrensen nok ikke lar seg angi på forhånd. I dette tilfellet betegnes situasjonen som kritisk.

Figuren nedenfor viser de simulerte merutgiftene til nordiske konsumenter med tilsigsstatistikken for 1931-2000 og dagens lastnivå, sammen med grensene mellom klasser av konsekvenser. Spesielt de lave tilsigene i 1941, 1942 og 1970 ville ført til alvorlige konsekvenser.

Situasjonen i 2010 er ikke vesentlig forskjellig, forutsatt at den forventede økningen i etterspørselen blir møtt med en tilsvarende økning i produksjonskapasiteten. Hvis denne uteblir eller forsinkes (norsk gasskraft, finsk kjernekraft), forverres situasjonen. Figuren viser risikografen for energiknapphet.

Systemet er i en medium risiko tilstand fordi sannsynligheten for kritisk høye priser og sannsynlig rasjonering er for stor. Det må bemerkes at dette ikke forårsakes av priser som i 2002/03 (som anses som en moderat hendelse), men av betydelig mer alvorlige hendelser.

Effektbrist
Effektbrist oppstår i det nordiske systemet hovedsakelig på svært kalde vinterdager når behovet for romoppvarming fører til uvanlig høyt forbruk. I analysene skilles det mellom forbruk i en normal vinter (annet hvert år), en kald vinter (hvert 10. år) og en ekstrem vinter (hvert 30. år). For hver av disse sees det på tilgjengeligheten av produksjonssystemet (spesielt vann- og kjernekraft) og import.

Et viktig moment er hvordan tilgjengelig reserve i systemet brukes i slike situasjoner. Totalt skal det i det nordiske systemet være ca 2000 MW primærreserver og 4400 MW sekundærreserver, som sikrer at systemet tåler utfall og avvik fra lastprognoser. Når produksjonskapasiteten er for liten til å dekke etterspørselen er det to ytterpunkter for bruk av disse reserver. I det ener ytterpunktet anses reservekravet som absolutt, og forbruk kobles bort ufrivillig (rasjonering), mens reservene beholdes. I det andre ytterpunktet bruker man opp alle reserver før man kobler bort forbruk. I virkeligheten vil man legge seg et sted mellom disse ytterpunktene. Poenget er at systemsikkerheten da er redusert – ved eventuelle feil øker sannsynligheten for et alvorlig sammenbrudd. Konsekvensen av effektbrist er derfor både en eventuell ufrivillig bortkobling av forbruk og en økt sannsynlighet for systemsammenbrudd. I tillegg skades markedets anseelse i tilfellet rasjonering.

I studien er det gjort et estimat av bortkoblet energi for de enkelte situasjoner, og på basis av dette er situasjonene klassifisert på samme måten som for systemsammenbrudd. Resultatet er vist i figuren under.

For dagens system (2005) er systemet stort sett innenfor lav risiko området, mens systemet mot 2010 havner innenfor medium risiko området. I analysen er det forutsatt en balansert utvikling, det vil si at den forventede økningen i forbruket møtes av en tilsvarende utbygging på produksjonssiden. Imidlertid gir de mest aktuelle produksjonsteknologier (vind, gasskraft og kjernekraft) samlet et lavere effektbidrag enn den forventede økningen i maksimaletterspørselen.

Systemsammenbrudd
Risikoen for systemsammenbrudd avhenger av sannsynligheten for kombinasjonen av feil og forstyrrelser som fører til sammenbrudd og konsekvensene av det. Det er viktig å slå fast at systemsammenbrudd ikke kan unngås fullstendig. Et hvert komplekst teknisk system vil kunne feile uansett hvor mye som gjøres for å unngå det. Det er imidlertid viktig at sannsynligheten er på et akseptabelt lavt nivå, og at konsekvensene begrenses i størst mulig grad.

Konsekvensene av sammenbrudd avhenger av en rekke faktorer, men de viktigste er omfang i MW og varighet. Studier viser at avbrudd som går utover et halvt til ett døgn ved lave temperaturer kan få svært store skadevirkninger. På bakgrunn av dette og en rekke andre vurderinger er det i studien utarbeidet en klassifisering av systemsammenbrudd, som er vist i figuren under.

Figuren viser også plasseringen av en rekke potensielle og noen historiske systemsammenbrudd i dette diagrammet. Det er klart at det er de store utfallene i Sør-Skandinavia som medfører størst risiko. Dette er ikke fordi systemet er mindre sikkert her, snarere tvert imot, men fordi konsekvensene av utfall i antall MW og antall mennesker som berøres er størst her.

Neste figur viser risikografen for systemsammenbrudd. Figuren viser at systemet er i en medium risiko situasjon, som forårsakes av risikoen for større systemsammenbrudd i Sør-Skandinavia. Det må imidlertid understrekes at dette er svært lik situasjonen de siste 20 åra – det er ikke liberaliseringen som har ført til dette.

Situasjonen forventes ikke å endre seg vesentlig i fremtiden, men det er usikkerhetsmomenter mht økt behov for store overføringer, endringer i vedlikeholdsrutiner og tilgang på kompetent personale i lys av sterk fokus på kostnadsbesparelser.