Hur algoritmer stärker den tyska pumpkraften

Det verka slöseri: att använda el för att pumpa upp vatten i en damm, sedan släppa på genom en turbin för att få el igen, bara mycket mindre än som gick åt för att pumpa. Men med modern automatisering och smart optimering har pumpkraft blivit en av de mest mångsidiga tillgångarna i ett energisystem med stor andel förnybar energi.

Vattenfall äger och driver sex pumpkraftverk i Tyskland. Under många år var schemat enkelt: pumpa på natten när elpriserna var låga och producera under dagen när priserna var högre.

Idag är systemet betydligt mer komplext. Kol- och kärnkraftskapaciteten har fasats ut (kärnkraften helt), och ersatts främst av vind- och solkraft. Produktionen varierar nu med vädret, vilket ställer högre krav på pumpkraftverken.

En ny plan var 15:e minut

Jörg Seidel, som ansvarar för intradagshandel och optimering för Vattenfalls verksamhet på kontinenten, förklarar hur detta fungerar:

– Idag, och särskilt på vår och sommar, pressar solkraften ner priserna runt middagstid, ibland är de till och med negativa. Det innebär att vi ofta har två cykler per dag: vi pumpar på natten, producerar på morgonen, pumpar igen vid middagstid och sedan producerar vi igen på kvällen. Dessutom är turbinproduktionen ofta partiell; man kanske vill ha 70 procent produktion vid en viss tidpunkt på dagen, 80 procent nästa ögonblick, och så vidare, säger han och fortsätter:

– Dessa små justeringar av effekten sker konstant över alla anläggningar och görs var 15:e minut, vilket innebär 96 gånger per dag. Att göra den planeringen och beräkningen manuellt skulle vara helt omöjligt.

Lösningen är algoritmer. De tar hänsyn till alla relevanta faktorer – marknadspriser, väderprognoser, nivån i reservoaren, pumparnas och turbinernas status och tekniska begränsningar – och gör nya beräkningar om optimala planer för varje anläggning i princip varje minut.

Den första versionen, som introducerades 2018, kunde bara köpa eller sälja produktionen från en turbin som redan var igång. Senare lades pumpar, start-stopp-beslut och lägesväxling till. Idag fattas nästan alla operativa beslut i den tyska vattenkraftportföljen autonomt, och algoritmerna lägger även bud för nästa 15-minuters marknadsintervall.

Enorm leverantör av flexibilitet

Tillsammans levererar Vattenfalls tyska pumpkraftverk 2 500 megawatt. Det är som två stora kärnkraftverk, men med förmågan att öka eller minska produktionen inom några sekunder för att balansera elnätet. De fungerar som gigantiska batterier och kan leverera el i upp till tio timmar innan de behöver laddas om.

– Pumpkraftverk är en av de viktigaste källorna till flexibilitet i det tyska elnätet, säger Brit Gericke, BA Markets där hon leder teamet på 13 specialister som ansvarar för algoritmer och optimering inom.

– Med dessa algoritmer kan vi tillhandahålla flexibilitet var 15:e minut under hela dygnet, jämfört med endast några få gånger per dag när planeringen gjordes manuellt.

Algoritmerna gör det möjligt för anläggningarna att leverera både aktiv effekt och stödtjänster – de verktyg som hjälper till att stabilisera nätet – med mycket större precision. Resultatet blir ett mer stabilt och bättre balanserat elsystem.

Men betyder automatiseringen att folk blir av med jobbet? Brit Gericke är noggrann med att betona att så inte är fallet.

– Automatisering eliminerar inte behovet av människor, utan förändrar deras roller. Operatörerna måste förstå vad algoritmen gör, varför den fattar vissa beslut och upptäcka när något är fel. Komplexiteten har ökat enormt och denna nivå av automatisering är inte möjlig utan mänsklig övervakning.