Hjem
Nr. 07 – 2019

Forsker på
smarte nett

Stine Fleischer Myhre og Kasper Emil Thorvaldsen er i gang med ph.d.-prosjekt i regi av forskningssenteret CINELDI for å finne smarte løsninger for fremtidens kraftnett.

innhold

FORSKNINGSBILAG
  • Statsråden har forventninger 4
  • Netteierne trenger mer kunnskap 5
  • Skagerak Energilab vekker oppsikt 6
  • Elbiler kan gi et smartere nett 8
  • Legger stor vekt på innovasjon 9
  • 5G lovende for fremtidens nett 9
  • Forsker på datasikkerhet 11
  • Energibruk for mindre CO2-utslipp 13
  • Smartgridlaboratoriet 14
  • Mye å hente på økt fleksibilitet 15
  • Fra master til ph.d-studiet 16
  • Økt bruk av elbiler i nettet 18
  • Partnere om CINELDI 19
  • Batterier som spenningsstøtte 20
  • Forsker på fremtidsnettet 21
  • Sensorer som «øyne» i nettet 22
  • Digitalisering for beslutningsstøtte 24
  • Forsker på omformere i mikronett 25
  • – Dyrt å ikke være fleksibel 25
  • Tok master i hurtiglading 26
  • Nettressursene kan utnyttes bedre 26
[Foto: Stein Arne Bakken]

Energiteknikk

Leder

leder

CINELDI gir nyttig viten

Det er et betydelig potensial for å drifte det norske distribusjonsnettet mer effektivt.

Landets strømkunder har fått installert smarte målere. AMS gir muligheter til å hente ut verdifulle data om tilstanden i nettet og strømforbruket, kunnskap som kan brukes til å finne smarte løsninger for drift og utbygging av nettet.

I de snart tretti år som er gått siden energiloven kom, har det vært et forholdsvis lavt investeringsnivå i distribusjonsnettet. Det er mye som må tas igjen i et aldrende nett. Ifølge NVE skal det investeres anslagsvis 140 milliarder kroner i kraftnettet de neste ti årene, Det gjenstår å se om nivået blir så høyt.

Uansett er det viktig at nettselskapene får et best mulig grunnlag for å treffe riktige beslutningene om investeringer og drift. Da er kunnskap om nettet og strømkundenes forbruk helt sentralt.

Forskningssenteret CINELDI skal fremskaffe viten som trengs for å drifte og bygge fremtidens smarte nett. Det skal forskes frem løsninger som reduserer behovet for investeringer og kostnader til drift, med fokus på høy forsyningssikkerhet. Denne publikasjonen viser at CINELDI er i oppe i god marsjfart, de første resultatene er kommet, og mye spennende FoU er på gang.

Vi håper at våre leserne vil finne mye interessant stoff på de neste sidene, og at publikasjonen vil bidra til å øke forståelsen i energibransjen og hos energistudenter for forskningens betydning.



Bilag til Energiteknikk

Nr. 7, 2019, 132. årgang
ISSN - 1890-9957

Publisher:

Stein Arne Bakken
[email protected]
Mobil: 922 56 358

Redaktør:

Øyvind Lie
[email protected]
Mobil: 980 47 286

Utgiver:

ElektroMedia AS
Postboks 4 – 1371 ASKER
Tlf: 922 56 358
E-post: [email protected]

Energiteknikk eies av
Norsk Elektroteknisk Forening

Denne publikasjonen utgis av ElektroMedia AS som bilag til Energiteknikk nr. 7/2019, i samarbeid med forskningssenteret CINELDI.

Neste utgave:

Nr. 1, uke 6
4. februar 2020

Annonser:

[email protected]
Arne Aardalsbakke
(annonseansvarlig) [email protected]
Mob: 900 43 282

Materiellfrist: 16. jan. 2020
Tema: Drift/vedlikehold/utbygging av nett

Abonnement:

MediaConnect AS
[email protected]
tlf. 22 99 80 52

Bedriftsabonnement (med papirutgaven): kr. 1200 + mva
Personabonnement (med papirutgaven): kr. 900 + mva
Personabonnement digital: kr. 780 + mva

Redaksjonelle medarbeidere:

Tore Halvorsen
[email protected]
Mobil: 954 49 544

Atle Abelsen
[email protected]
Mobil: 406 16 444

Mona Sprenger
[email protected]
Mobil: 934 26 949

Grafisk formgiving:

VATNE design

Trykk:

Merkur Grafisk AS

Forsidefoto:

SINTEF/John-Ivar F. Eidsmo

Copyright ElektroMedia. Forbud mot ettertrykk.

Mer fornybart gir større prishopp
[Foto: SINTEF/Shutterstock]
Kort om CINELDI
CINELDI - Centre for intelligent electricity distribution - er ett av i alt åtte forskningssentre for miljøvennlig energi (FME) som Norges forskningsråd har opprettet.

F ME-sentrene arbeider med langsiktig forskning rettet mot fornybar energi, energieffektivisering, CO-håndtering og samfunnsvitenskap.

  • CINELD skal bidra til å utforme fremtidens fleksible og robuste elektriske distribusjonsnett til en akseptabel kostnad
  • CINELDI skal legge til rette for fornybar kraftproduksjon, elektrifisering av transport og mer effektiv bruk av energi

CINELDI vil utvikle et kunnskapsgrunnlag for nettselskaper og myndigheter til å etablere gode strategier for å optimalisere nettvirksomheten. Dette vil gi:

  • Reduserte kostnader til investeringer og drift
  • Fremtidsrettet regulering av nettselskapene, for samfunnsmessig rasjonell utvikling og drift av kraftnettet

CINELDI vil også gi nye forretningsmuligheter for teknologileverandører:

  • Nye produkter og tjenester
  • Utvikling av kommersielle løsninger
  • Styrking av nasjonal og internasjonal konkurransekraft
  • Økt synlighet og rekruttering

FME-senteret ble etablert i 2016 og skal avslutte sin virksomhet i 2024. Budsjettet for denne perioden er 365 millioner kroner. SINTEF Energi leder programmet, i samarbeid med NTNU. I alt 29 partnere er tilknyttet CINELDI; nettselskaper, leverandører, myndigheter og organisasjoner.

Forskningen blir gjennomført i en rekke ph.d./post doc-prosjekter på ulike institutter ved NTNU. I tillegg er det etablert flere pilotprosjekter hos nettselskap og andre partnere.


VIRKSOMHETEN I CINELDI ER ORGANISERT I SEKS ARBEIDSPAKKER:

WP1: Utvikling og vedlikehold av fremtidens nett: Det skal utvikles metodikk, verktøy og beslutningsstøtte for optimal utvikling og vedlikehold av et fremtidig robust, fleksibelt og intelligent distribusjonsnett. Dette skal bidra til bedre utnyttelse av eksisterende og ny infrastruktur, mer målrettede investeringer og bedre risikostyring.

WP2: Smart nettdrift: Arbeidspakken skal utvikle og teste nye konsepter og løsninger som best mulig kan utnytte nye teknologier for overvåking og kontroll, og som kan anvende sanntidsdata fra ulike systemer, kunder og fleksible ressurser. Målet er å oppnå mer fleksibel drift, samt å bidra til reduserte driftskostnader, mer effektiv energibruk og økt pålitelighet og sikkerhet.

WP3: Interaksjon DSO/TSO: Det skal utvikles konsepter og løsninger for å utnytte fleksible ressurser i ulike markedsprodukter og systemtjenester på en smart og lønnsom måte. Dette skal gi bedre observerbarhet mellom distribusjons- og transmisjonsnettet og forretningsmodeller for mer bruk av fleksibilitet.

WP4: Mikronett: Her utvikles konsepter, løsninger, teknologier og modeller for mikronett og deres interaksjon med distribusjonssystemet. Målet er å bidra til en kostnadseffektiv og robust utnyttelse av mikronett i distribusjonsnettet, og bedre utnyttelse av distribuert, fornybar energi.

WP5: Fleksible ressurser i kraftsystemet: Arbeidspakken utvikler metoder og modeller for kostnadseffektiv integrasjon av fleksible ressurser i distribusjonsnettet. Forskningen skal bidra til mer effektiv nettdrift ved å utnytte fleksibilitet som en viktig ressurs i kraftsystemet.

WP6: Scenarier og transisjonsstrategier for smarte nett: Her utvikles scenarier for fremtidens distribu-sjonsnett som underlag for forskningen i senteret. Basert på scenariene og forskningsresultatene fra de øvrige arbeidspakkene skal det utvikles retningslinjer og anbefalinger for transisjonen til et fleksibelt, robust og kostnadseffektivt elektrisk distribusjonssystem i 2030–2040.

Mer kunnskap for et smartere nett
– Vi er godt i gang, og de første resultatene begynner å komme, sier leder for FME-senteret CINELDI, Gerd Kjølle.
Mer kunnskap for
et smartere nett
Netteierne står overfor store utfordringer – ikke minst knyttet til elektrifisering og digitalisering. Det gjelder å finne smarte løsninger og ta teknologien i bruk. Da trenger nettselskapene ny kunnskap og økt kompetanse.

Tekst og foto: Stein Arne Bakken

D et skal forskningen i CINELDI bidra til, understreker Gerd Kjølle, leder for FME-senteret. Hun legger til at målet er å realisere en kostnadseffektiv gjennomføring av det som skal bli fremtidens fleksible og robuste elektriske distribusjonsnett.

SINTEF Energi i Trondheim er vertskap for CINELDI (Centre for intelligent electricity distribution). Det er ett av i alt åtte teknologiske forskningssentre for miljøvennlig energi (FME) som Norges forskningsråd har etablert. Sentrene kom i gang i 2016 og skal avslutte sin virksomhet i 2024. For denne perioden har CINELDI et budsjett på 365 millioner kroner.

Kjølle viser til at det finnes mange tilgjengelige teknologier for drift og utbygging av distribusjonsnettet, for eksempel har det i mange år vært sensorer på markedet som kan tas i bruk.

Mer systemforståelse

Men dette må kunne fungere sammen i nye systemløsninger, påpeker Kjølle, som for eksempel i selvhelende nett der de enkelte enhetene må kommunisere med logiske styreenheter og med driftssentralen i nettselskapene. Det gjør det hele mer komplekst.

– Det trengs mer systemforståelse, ikke minst for å utnytte mulighetene etter at smarte målere nå er på plass hos alle strømforbrukere. Samtidig er det fortsatt behov for teknologiutvikling. Kravene til responstid vil bli skjerpet, og det setter kommunikasjonssystemene på prøve, sier Kjølle, som viser til at det nå blir forsket på 5G-teknologien.

Økt nettnytte av AMS og hva alle målerdataene skal brukes til, er også ett av temaene for forskningen i CINELDI.

Smarte løsninger

– En viktig driver hos nettselskapene i årene fremover vil være å finne smarte og kostnadseffektive løsninger for drift, vedlikehold og utbygging av nettet. For å kunne ta i bruk ny teknologi og IKT-systemer på en måte som også ivaretar forsyningssikkerheten, trengs kunnskap og oppbygging av kompetanse, sier Kjølle om bakgrunnen for CINELDI.

Hun viser til at distribusjonsnettet blir stadig eldre, og mange selskaper står overfor store reinvesteringer og behov for nye investeringer som følge av elektrifisering. Et viktig spørsmål er hvor mye av dette man kan unngå ved å utnytte mest mulig av dagens nett på en smartere måte. Det vil kunne blant annet gjøres ved å ta i bruk AMS-data og IKT-systemer for tilstandsovervåkning og styring av distribusjonsnettet. Har selskapet god kontroll på vedlikeholdet, vil det kunne utsette kostbare reinvesteringer.

Selvhelende nett

Kjølle nevner også selvhelende nett som et stikkord for forskningen i CINELDI. – Når vi er kommet til 2024, regner jeg med at vi har fått frem viktige resultater fra forskningen og ser hva som fungerer for nettet med det som vil være dagens teknologiske løsninger. Da håper jeg vi har fått testet ut kommunikasjonsløsninger med 5G, funnet ut av sikkerhetsproblematikken rundt IKT og testet ut ulike algoritmer for angivelse av feilsteder i nettet.

CINELDI-toget i farta

– Ting tar tid, også i CINELDI, medgir Kjølle. Det har vært krevende å få i gang et forskningssenter med alle aktivitetene.

– Men nå har det svære CINELDI-toget fått opp hastigheten. Etter hvert kommer også resultatene av forskningen, de første har vi allerede fått.

Så langt CINELDI kommet i gang med 12 PhD/post doc-prosjekter innenfor de i alt seks tematiske arbeidspakkene som utgjør forskningen i CINELDI. 10 pilotprosjekter er satt i gang ute hos nettselskap-partnere, i det som blir kalt «living laboratory», for å teste ut ulike løsninger, og flere er under planlegging.

Nettbransjen er med

– Pilotprosjektene er med å skape oppmerksomhet og engasjement rundt CINELDI i nettbransjen. Samtidig er det krevende å få nettselskap til å sette av ressurser til FoUvirksomhet i en travel hverdag. Vi har likevel lykkes godt med dette, og det er jeg stolt over, sier Kjølle.

CINELDI-lederen legger vekt på at i alt tretten nettselskap er partnere i CINELDI. Disse selskapene dekker om lag to tredjedeler av sluttbrukerne i Norge. – Vårt ønske er å komme i inngrep med flest mulig nettselskap ved å spre kunnskap og skape debatt rundt FoU-resultatene, sier hun.


Det store «levende» energilaboratoriet
Prosjektleder Signe Marie Oland i Skagerak Nett stolt frem solcelleanlegget på taket på fotballarenaen. I bakgrunnen skimter vi omformere som sørger for at likestrøm blir til vekselstrøm. En vindmåler gir klimatiske data for beregning av strømforbruket. [Foto: Stein Arne Bakken]
Det store «levende»
energilaboratoriet
I Skagerak Energilab kan forskerne i CINELDI teste ut mikronett i fullskala. Odds nye fotballstadion i Skien har 4300 kvadratmeter med solceller på taket, og ved inngangen står et batteri på 800 kW.

Tekst: Stein Arne Bakken

N år batteriet er fulladet, har det nok kapasitet til flombelysning av stadion de drøye to timene en fotballkamp varer. Anlegget fungerer også som en back up for forsyningen av strømkundene i området rundt stadion, foruten at energi kan sendes ut på distribusjonsnettet.

– Disse boligene og næringsbyggene inngår i et mikronett. Avansert utstyr i nettstasjonen sørger for «øydrift» når bryteren kobler ut hovednettet, forteller Signe Marie Oland i Skagerak Nett AS. Hun er prosjektleder for Skagarak Energilab.

Det er Skagerak Nett, en av partnerne i CINELDI, som eier testanlegget. Da Oland viste Energiteknikk rundt en mørk og regntung novemberdag, var produksjonen fra solcellanlegget på et lavmål. Men på årsbasis skal det kunne produsere 660 MWh, nok til å forsyne 35 boliger med strøm.

Skagerak Energilab ble offesielt åpnet i sommer, mens testplaner og detaljer på laben ble ferdigstilt nå i høst. ABB har levert batteriet, nettstasjonen med det luftisolerte bryter-anlegget og det øvrige av elektroteknisk utstyr, mens solcelleanlegget kommer fra FUSen.

– Spennende variabler

– Skagerak Energilab gir oss muligheter til å finne ut hvordan lokal produksjon fra solceller og lagring i batterier kan spille sammen med det eksisterende strømnettet. Det er mange spennende variabler om strømforbruket og nettdriften som her kan testes ut i fullskala, sier Oland.

Hun legger til at nettselskapet får mye informasjon fra nye AMS-målerne som de kan bruke, blant annet til å forutse hvordan batteriet burde lades og forbrukes gjennom døgnet for å øke kvaliteten på strømforsyning til forbruker. Utstyret i laben vil gjøre det lettere å håndtere disse svære datamengdene.

Fokus på FoU

– Som nettselskap står vi overfor store utfordringer i årene fremover, ikke minst elektrifiseringen, og det gjelder å kunne finne de smarte løsningene. Skagerak Nett har stor oppmerksomhet rettet mot FoU, derfor har vi også satset på dette unike anlegget, sier hun.

Energilaben er spekket med avansert utstyr som Skageraks egne folk og forskere utenfra kan bruke til ulike tester, blant annet om hvordan driften av mikronettet («øydrift») virker inn på spenningskvalitet og frekvens.


Skagerak Arena ble åpnet i juli, og i løpet av høsten er utstyret til energilaben kommet på plass. På taket er det 4300 kvadratmeter med solceller. [Foto: ABB]

Analysere forbruket

– Vi kan blant annet kjøre en rekke ulike beregninger og simuleringer, for eksempel om hva som vil bli produksjonen fra solcelleanlegget og forbruket ute hos kundene neste dag, og om overskuddet av kraft bør lagres i batteriet eller selges på markedet. Vi kan også analysere bruken av effekt, og se hva som skjer dersom toppbelastningene blir flyttet utover døgnet.

Et viktig stabilt og godt nett er et viktig mål for oss. Vi ønsker å redusere slitasje og vedlikehold, og vil se nærmere på hvordan vi kan bruke batteriet for å jobbe forebyggende i nettet. Batteriet har en rekke funksjoner som kan bidra til effektiv drift av nettet, også det vil vi teste ut.

Simuleringer av øydrift

Oland legger til at det vil bli interessant å kjøre simuleringer av øydrift. – Vi har definert en rekke «use case» for mikronettet som vi ønsker å få gjennomført. Det kan for eksempel være undersøke konsekvensene og mulighetene ved elbillading, samt problemstillinger knyttet til plusskunder, sier Oland. Hun viser til at det er satt opp en hurtigladestasjon for elbiler utenfor inngangen til arenaen.

Skagerak Energilab har kostet 30 millioner kroner. Nesten halvparten av dette er gitt som tilskudd fra Enova. Denne støtten gjorde det mulig for Skagerak å realisere prosjektet.

En vill idé

Det hele startet som en vill idé hos Odds daglige leder Einar Håndløkken. Han har lang fartstid fra miljøbevegelsen, blant annet som leder i Miljøstiftelsen Zero. Under Håndløkken fremstår Odd med ambisjon om å være landets mest miljøvennlige klubb.

Skagerak Arena skulle bygges, og Håndløkken mente at det store taket kunne brukes til noe, til å produsere miljøvennlig energi. Han koblet på Odds mangeårige samarbeidspartner Skagerak Energi, så begynte snøballen å rulle.

Celebert besøk fra Kina

Resultatet er altså blitt Skagerak Energilab. Det unike anlegget har vakt oppsikt også utenfor landets grenser. Nylig kom sjefen for SGCC, et av de største energiselskapene i Kina, på besøk og lot seg begeistre over det han så.

– Vi er stolte over å ha fått etablert Skagerak Energilab. Det viser at vi er et energiselskap med en fremtidsrettet tankegang, og at vi tar samfunnsansvar for en bærekraftig utvikling av strømnettet, sier prosjektleder Signe Marie Oland i Skagerak Nett.


Batteriet har en kapasitet på 800 kW, nok til å sørge for flombelysningen under en fotballkamp. [Foto: Stein Arne Bakken]
Denne hurtigladestasjonen er viktig når mikronettet skal testes. [Foto: Stein Arne Bakken]
Mer kunnskap for et smartere nett
– Nå ser vi frem til å teste ut ting ute i felten, i pilotprosjekter i samarbeid med nettselskapene. Vi ønsker derfor å involvere oss i piloter som blant annet Skagerak Energilab og Utsira-prosjektet til Haugaland Kraft, sier professor Olav Bjarte Fosso.
Elbilparken som
«living laboratory»
Intet annet land i verden har så stor elbiltetthet. Jeg ser for meg Norge som et «levende laboratorium», der vi tester ut hvordan elbiler kan bidra til et smartere kraftsystem, med innslag av lokale mikronett.

Tekst og foto: Stein Arne Bakken

P rofessor Olav Bjarte Fosso på Institutt for elkraftteknikk ved NTNU er opptatt av å kunne utnytte mulighetene som ligger i vår voksende park av elbiler, også i en internasjonal forskningssammenheng:

– Batteriene i elbilene blir stadig større, og de kan bidra med aktiv effekt til kraftsystemet og sørge for at forbrukere tilkoblet mikronett, kan få strøm. Samtidig gir dette en rekke teknologiske utfordringer som forskningen må finne svar på. Også forskere i andre land vil være interessert i det, sier han.

Fosso leder arbeidsgruppen (WP4) i CINELDI som forsker på problemstillinger knyttet til mikronett. Så langt er det få slike lokale elnett her i landet, men Fosso mener dette vil endre seg mye i årene fremover etter hvert som flere bygg får solcelleanlegg og det blir flere elbiler. – Konseptet mikronett vil bli stadig viktigere, sier han.

Mikronett

Et mikronett kan for eksempel være et alternativ til strømforsyning fra land til et øysamfunn, der kraftproduksjon kommer fra vindturbiner. Men det kan også dreie seg om et borettslag eller sameie, der boligene er koplet sammen og får strøm fra solcellepaneler på takene. Et mikronett vil vanligvis være koblet til det øvrige nettet, men kunne drives isolert i perioder når situasjonen krever det.

– For nettselskapene vil mikronett kunne bety lavere inntekter ettersom forbrukerne bruker mindre strøm fra distribusjonsnettet. Men slik lokal produksjon og lagring av energi kan også gjøre det mulig for nettselskapene å utsette oppgraderinger av nettet. Det gjelder å kunne utnytte eksisterende infrastruktur best mulig for å spare kostnader, sier Fosso.

Mange utfordringer

Professoren ser for seg at de teknologiske utfordringene vil vokse etter hvert som de blir etablert flere mikronett og vi får mer aktive laster.

– Solcellepanelene leverer likestrøm, som må omformes til vekselstrøm. Anleggene vil ha flere omformere nært hverandre geografisk, og disse vil gi interaksjon og bidra til ustabilitet i nettet. Når du har separat drift som i et mikronett, er ikke frekvensen lenger tilnærmet konstant som i det vanlige kraftnettet, den blir ulineær.

Fosse påpeker at dette er sentrale problemstillinger i WP4, blant annet i ph.d.- prosjektet til Fredrik Gøhtner (se s. 28).

Effekt i begge retninger

– Vi har undervurdert de dynamiske utfordringene som elektrifiseringen skaper for nettet, ikke minst effektproblematikken knyttet til lading. Kraftproduksjon fra solceller innebærer at effekten går i begge retninger, og dette er ikke distribusjonsnettet designet for, blant annet når det gjelder vern som skal beskytte komponentene. Det kan oppstå mange interaksjoner vi ikke har tatt høyde for.

På mange områder er teknologien på plass. Vi har for eksempel kommet langt i forskningen på kraftelektronikk og omformerteknologi som kan bidra til spenningsregulering og styring av aktivt effekt.

Men vi vet for lite hvordan vi skal kunne samkjøre enhetene, f.eks. i isolert drift i et mikronett, for å unngå frekvensproblemer i balansen mellom produksjon og laster. Det skal vi prøve å få svar i CINELDI, sier han.

Fosso viser til at smarte nett, spesielt mikronett, er et forholdvis nytt område for forskning i Norge. – På noen områder er vi gode, men ikke best. Gjennom CINELDI skal vi løfte vår forskning til et høyt internasjonalt nivå.

Gode laboratorier

Han trekker frem de gode laboratoriefasilitetene i Trondheim, spesielt Smartgridlaboratoriet.

– Flere universiteter i utlandet har kuttet ut laboratorier, fordi de er kostbare å drive. Det er blitt langt merke til internasjonalt at vi har bygget ut vår infrastruktur. Våre gode laboratorier har tiltrukket seg doktorgradsstudenter fra utenlandske universiteter, forteller Fosso.

Problemstillingene rundt mikronett reiser mange utfordringer, og det er mye som gjenstår av krevende oppgaver. Likevel har Fosso god tro på at de vil nå sine ambisiøse mål for forskningen i årene som gjenstår frem til 2024.


Forskningen skal gi verdiøkning
– Innovasjon er en kritisk suksessfaktor for CINELDI, forskningen må skape verdier for brukerne, sier Grete Coldevin.
Forskningen skal
gi verdiøkning
CINELDI legger stor vekt på innovasjon og kommersialisering. Forskningen skal gi verdiøkning ved at resultatene tas i bruk av andre, ikke minst nettselskap og leverandører

Tekst og foto: Stein Arne Bakken

I 2024, ved utløpet av programperioden for CINELDI, skal det presenteres en liste på minst femti slike potensielle innovative forskningsresultater.

– Vi skal da kunne fortelle en innovasjonshistorie om nytteverdien av det CINELDI har gjort disse åtte årene, sier Grete Coldevin.

Hun leder komiteen i CINELDI som har ansvaret for innovasjon og kommersialisering. Til daglig er Coldevin sjef for Smartgridsenteret (The Norwegian Smart Grid Centre). Det er et nasjonalt kompetansesenter for innføring av ny teknologi, digitalisering og økt fleksibilitet i kraftsystemet i Norge.

Coldevin fremholder at forskningsresultatene fra CINELDI går to veier. De skal prøves ut mot annen type forskning internasjonalt, altså kunne tas i bruk av forskere. Resultatene skal også være til nytte for andre brukere, eksempelvis nettselskaper, myndigheter og leverandører av IKT og elektrotekniske komponenter.

Ambisjon om nytteverdi

– Allerede i starten av CINELDI var vi opptatt av å lage en ambisjon om hvilken nytte forskningen skal ha, og ikke vente med dette til halvgått løp. En liste over ulike typer forskningsresultater som kan ha et innovasjonspotensiale, er laget av CINELDI sin ledergruppe og teamet i de seks arbeidspakkene.

Som eksempler på slike potensielle forskningsresultater nevner Coldevin simuleringsmodeller, algoritmer som implementeres i styringssystemer, risikobaserte planleggingsmetoder og «use case» for fremtidens digitale nettstasjoner.

Systeminnovasjon

– Potensialet for innovasjon og kommersialisering er stort, og vi har en lang liste over mulige forskningsresultater. I tillegg har vi det vi kaller for systeminnovasjon. Det handler om den samlede virkningen av nye metoder og løsninger på distribusjonsnettet i Norge.

Smartgridsenteret som Coldevin er leder for, har siden etableringen i 2010 samlet forskere og fagfolk fra industrien som er opptatt av smarte nett eller smartgrid, et begrep som den gangen dukket opp internasjonalt og skapte stor oppmerksomhet. Også den forestående utrullingen av AMS var noe av bakgrunnen for etableringen av senteret.

Fremtidens digitale nettstasjoner er et sentralt tema for forskningen i CINELDI. Bildet er fra ABBs fabrikk i Skjien, der slike «smarte» nettstasjoner blir produsert.

AMS som byggesteiner

– Vi så AMS-målere som en av flere byggesteiner i det som ville bli en smartere overvåking og styring av kraftsystemet, og at smartgrid ville være selve navet i en utvikling preget elektrifisering av transportsektoren, distribuerte energiressurser og nye løsninger for å la aktører være aktive i energimarkedet med ulike former for fleksibilitet.

Med data fra smartmålerne skulle vi få langt mer informasjon om det reelle strømforbruket til folk, men også om kapasiteten og tilstanden i nettet, sier Coldevin.

– Vi trengte å samle aktørene rundt et bord og lage en møteplass for forskere og fagfolk fra nettselskap, leverandører, IKT-selskaper og standardisering. Smartgridsenteret er en medlemsforening, og mange medlemmer er også partnere i CINELDI. – Vi er et lavterskeltilbud for informasjon om utviklingen mot et smartere nett.

Kompetansesenter

Coldevin viser til at The Norwegian Smartgrid Centre er et nasjonalt kompetansesenter for smartgrid. Virksomheten omfatter promotering av forskning, undervisning, test- og demoprosjekter og næringsutvikling.

– Langt på vei har vi felles målsettinger med CINELDI, og senteret har synliggjort behovet for opprettelsen av CINELDI. Vi er i tillegg opptatt av andre forskningsprosjekter som dekker andre tema enn det som ligger innenfor CINELD.

Rolle som pådriver

Coldevin forteller at Smartgridsenteret var en viktig pådriver for å få etablert Smartgridlaboratoriet (se side 16) i 2014, blant annet ved å bistå NTNU og SINTEF i prosessen med å søke om midler.

Og viktigst av alt, senteret har bygget opp «Demo Norge for smartgrids» som en arena der nettselskaper deler erfaringer fra konkrete test og pilot-prosjekter sammen med Smartgridlaboratoriet.

Strategidokument

I 2014 utarbeidet senteret en strategi for forskning innenfor smarte nett, basert på innspill fra nettselskapene om hva det bør forskes på. Ifølge Coldevin har Energi Norge gjort seg nytte av dette strategidokumentet i den årlige vurderingen av nye forskningsinitiativer opp mot Forskningsrådets årshjul.

– Den gangen var forskningssentrene for miljøvennlig energi etablert, og mange etterlyste et slikt FME-senter for smarte nett. Da det skulle utlyses nye FME-sentre, fikk NTNU og SINTEF støtte fra Smartgridsenteret og deres nettverk i forbindelse med søknaden til Forskningsrådet om å få opprettet det som skulle bli CINELDI i 2016.

Stor interesse

– Er nettselskapene opptatt av smartgrid?

– Ja, og det ser vi tydelig på oppslutningen om Smartgridkonferansen, som vi arrangerer hvert år sammen med Energi Norge. I starten i 2011 samlet konferansen et syttitalls deltakere, siden har tallet gradvis økt, og i september var vi nærmere 300 deltakere. Interessen er stor, også etter at AMS er på plass.

Coldevin mener den økte interessen for smarte nett har sammenheng med de to utviklingstrekkene som nå preger energibransjen; elektrifiseringen og digitaliseringen.



5G øker funksjonaliteten
Konvensjonelle metoder for å analysere risiko og sårbarhet i nettene er ikke lenger tilstrekkelig. CINELDI legger grunnlaget for å utvikle ny metodikk som svarer på nye sårbarheter.

Tekst: Atle Abelsen

– 5G-teknologien har et lovende potensial som kommunikasjonsplattform i elkraftsystemer, sier postdoktor Michele Garau.

P ostdoktor Michele Garau ved NTNUs Institutt for informasjonssikkerhet og kommunikasjonsteknologi studerer potensielle risikoer i koplingen mellom kraft- og IKT-nettene, og ser nærmere på hvilken betydning framtidas 5G-nett vil ha for dette.

– Prosjektet avsluttes april 2020, men allerede nå kan jeg fortelle at 5G-teknologien har et lovende potensial som kommunikasjonsplattform i elkraftsystemer, sier Garau. Nåværende trådløs kommunikasjon, som for eksempel LTE, har ikke gode sanntidsegenskaper og pålitelighet.

Det framtidige, moderne kraftnettet, som kan ses på som en sammensmelting av et IKT- og kraftnett, kjennetegnes ved at de to disiplinene er gjensidig avhengig av hverandre. Uten kraftdelen, er det ikke noe IKT-nett. Uten IKT-delen, kan ikke kraftnettet styres.

5G er kun på pilotstadiet nå, og planlegges lansert i 2020. Etter hvert kommer en planlagt oppgradert versjonen av 5G, med høyere funksjonalitet. Systemet vil da støtte såkalt «slicing», der blant annet prioritert datatrafikk skal kunne foregå uforstyrret av all øvrig trafikk.

– De konvensjonelle metodene for å analysere sårbarhet og risiko i kraftnettene, er ikke tilstrekkelig i forhold til den virkeligheten vi er på vei inn i.

Dersom vi skal dra nytte av de mulighetene som 5G-teknologien gir, må vi også ha full kontroll på sikkerheten og påliteligheten. Nye sårbarheter introduseres. Vi må ha en fullstendig forståelse av systemet for å gi det en robust konstruksjon, og for å kunne iverksette mulige mottiltak, sier Garau.

Michele Garau (35) tok doktorgrad ved Universitetet i italienske Cagliari, og har i fire år jobbet på et postdoc-stipend ved NTNU.

– Å bli en del av dette tverrfaglige prosjektet, var en flott mulighet til å fortsette min forskning på dette feltet, og å få samarbeide med forskere og industripartnere som har samme visjon om framtidas kraftnett.


Lager treningssimulator for cyber-angrep
Forsker Thomas Haugan ved NTNU (midten) er en av veilederne til Alexander Hansen Bakken (t.v.) og Bjørn Olav Gjørven (t.h.) når de skal utvikle grunnlaget for en treningssimulator mot hackerangrep i en mastergradsoppgave. [Foto: Marie Moe]
Lager treningssimulator
for cyber-angrep
To mastergradsstudenter ved NTNU skal utvikle et digitalt treningsfelt der ITpersonell i nettselskapene kan trene på å håndtere hackerangrep.

Tekst: Atle Abelsen

Forskningsleder Marie Moe ved SINTEF Digital.

U nder kyndig veiledning av forskningsleder Marie Moe ved SINTEF Digital og forsker Thomas Haugan på Institutt for elkraftteknikk ved NTNU, skal to mastergradsstudenter ved Institutt for informasjonssikkerhet og kommunikasjonsteknologi utvikle grunnlaget for en framtidig treningssimulator mot hackerangrep i tilknytning til det nasjonale Smartgridlaboratoriet på NTNU.

– Her vil nettselskapenes IKT-personell og driftsoperatører på sikt kunne trene på å kjenne igjen og håndtere realistiske situasjoner der ondsinnede hackere bryter seg inn og forsøker å overta kontrollen over selskapets IT-systemer, sier Marie Moe.

SINTEF-forskeren forteller at de to studentene Alexander Hansen Bakken og Bjørn Olav Gjørven i første omgang skal utvikle et realistisk opplegg for hvordan et slikt angrep kan arte seg.

– Vi håper at de gjennom denne masteroppgaven vil kunne legge grunnlaget for at vi i neste omgang kan utvikle et fullverdig treningsopplegg for alle landets 130 nettselskaper, sier Moe.

Moe peker på at det finnes noen «bokser» på markedet som skal kunne detektere slike angrep ved hjelp av mønstergjenkjenning og kunstig intelligens.

– Men den viktigste faktoren vil alltid være menneskene. Derfor er det viktig at IT-personellet og driftsoperatørene får god trening i å oppdage og vurdere unormale hendelser på nettet.

Koples mot Smartgridlaboratoriet

Forsker Thomas Haugan ved NTNU utdyper oppgaven til de to studentene: – Oppgaven er primært orientert mot IT-/cyber securityområdet. I CINELDI-sammenheng betyr det å kople simulerte test-caser opp mot Smartgridlaben. Laboratoriet er blant de fremste i Europa når det gjelder sanntidssimulatorer og «power hardware-in-the-loop»-testfasiliteter, og det skal på sikt koples på dette treningssystemet.

Haugen forteller at treningssimulatoren til å begynne med legger opp til øvelsen «rødt mot blått lag» der hackerne skal bruke systemet for å aktivere en indikator på at de er inne.

– Etter hvert kan det være mulig for hackerlaget å ta seg inn i simulatorsystemene på Smartgridlaboratoriet, og påvirke eksempelvis brytere, generatorer eller kraftelektroniske komponenter.

Han legger til at bransjens sikkerhetsorgan KraftCERT også er med på laget. De har tidligere uttrykt et sterkt ønske om at nettselskapene bør øve mer på slike scenarier.

Risiko- og sårbarhetsanalyser

Forskningsleder Moe ved SINTEF Digital forteller at de i andre aktiviteter også utvikler scenarier for hvordan angrep mot kraftnettet vil arte seg, og det er utført risiko- og sårbarhetsanalyser i arbeidsseminarer med nettselskapene.


– Samfunnet tjener på CINELDI
Energiminister Kjell-Bjørge Freiberg har store forventninger til forskningen i FME-senteret CINELDI. Her er statsråden sammen med senterleder Gerd Kjølle i høyspenningslaboratoriet, i forbindelse med overrekkelsen av rapporten om effekter av energiforskning. [Foto: SINTEF]
– Samfunnet tjener på CINELDI
Det er ingen tvil om at det arbeidet som gjøres i CINELDI, i tett samarbeid med bransjen, kan bety mye for moderniseringen av kraftnettet, slik at det blir mer effektivt, mer fleksibelt og mindre sårbart.

Tekst: Stein Arne Bakken

S amfunnet tjener på forskningen for å utvikle fremtidens nettløsninger, sier energiminister Kjell-Bjørge Freiberg om betydningen FME-senteret har. – CINELDI er et av våre «landslag» innen energiforskning, og jeg har store forventninger til det som foregår i regi av sentret, legger han til.

– Energisystemet vårt er i endring og blir stadig mer komplekst og dynamisk. Samtidig er samfunnet kritisk avhengig av forsyningssikkerhet. Forskningen kan bidra til at best mulig beslutninger tas både i forvaltning og i nettselskaper.

Dette kan gi både økte inntekter som følge av innovasjoner, men også besparelser, ettersom det er forventet å bruke store summer på nettet i tiårene som kommer.

Effekt-rapport

Freiberg peker på rapporten om effekter av energiforskning som kom på nyåret. – Rapporten bekreftet potensialet som ligger i forskningen og viser med all tydelighet at samfunnet tjener på den innsatsen som legges ned på CINELDI og de andre FME-sentrene, sier energiministeren.

Rapporten han sikter til, kommer fra konsulentselskapene Impello og Menon Economics. På oppdrag av Forskningsrådet og i samarbeid med åtte forskningssentre for miljøvennlig energi (FME), har de analysert effektene av energiforskning fra 2008 fram til i dag.

Effektvurderingen av deltema «Energisystemer » i rapporten er utarbeidet av Impello i samarbeid med SINTEF Energi. I alt sju prosjekter er blitt studert med hensyn til resultater, effekter og potensielle effekter.

100 forskningsprosjekt

Innenfor temaet energisystemer er det gjennomført i alt ca. hundre store forskningsprosjekter de siste ti årene. Forskningen har stor bredde, med fokus på både systeminnovasjon og nye/forbedrete komponenter. Det er blitt forsket frem nye metoder, analyseverktøy, strategier og testprosedyrer.

Resultatene fra de sju casene er i hovedsak økt kunnskap hos nettselskaper og i kraftbransjen for øvrig om hvordan de skal redusere eller utsette investeringer i nettet, samt få ned vedlikeholds- og driftskostnadene. Siden 2008 er det blitt uteksaminert 64 ph.d.-kandidater og utdannet om lag 800 masterkandidater fra fagmiljøer tilknyttet FME-senteret CINELDI.

6,6 milliarder kroner mindre

De tallfestede effektene av forskningen består i hovedsak i reduserte kostnader til investeringer og reinvesteringer i kraftnettet, til en samlet verdi på 6.6 milliarder kroner. I tillegg kommer reduserte KILE-kostnader på én milliard kroner.

Flere av innovasjonene og forskningsresultatene har potensial for å gi videre reduserte kostnader og økt forsyningssikkerhet. Ett eksempel er fra det ene caset, der det er ventet færre transformatorhavarier som følge av lynnedslag. Dette gir forventning om økt forsyningssikkerhet og reduserte avbruddskostnader med en nåverdi på inntil to milliarder kroner.



Vil redde verden!

Vil redde verden!
CO2-utslippene fra strøm kan kuttes gjennom bruk av fleksibilitet, mener forsker Kasper Emil Thorvaldsen.

Tekst: Mona Sprenger

Ph.d-stipendiat Kasper Emil Thorvaldsen studerer fleksibilitet i energibruk i bygg i de ulike prisområdene i landet. [Foto: SINTEF/John-Ivar F. Eidsmo]

V isste du at CO2-utslippene fra strømbruken i Sør-Norge kan være opptil fem ganger høyere om natten enn om dagen? Dette skyldes import av strøm fra Nederland, sier stipendiaten ved institutt for elkraftteknikk ved NTNU.

Kobler bygg og nett

Thorvaldsen tar doktorgrad (ph.d) ved å studere kraftplanlegging og fleksibilitetsstyring i en gruppe sammenkoblede bygninger med tilhørende infrastruktur ved NTNU.

– Gjennom smartere bruk av energi i et nabolag, kan vi sammen bidra til en mer optimal løsning. Dermed kan vi både unngå kostbare investeringer i nettet og kutte CO2- utslippene fra strømbruken. Her er fleksibilitet en nøkkel.

Stipendiaten ser også på hvordan et nabolag kan bidra til nettet og samfunnet for øvrig.

– Sånn sett er min doktorgrad en kobling mellom de to forskningssentrene ZEN og CINELDI.

– Gøy å skrive master

– Hva var din motivasjon for å begynne med dette arbeidet?

– Å redde verden. Det er ingen spøk. Det er vel motivasjonen til de fleste studentene som begynner på Energi og miljø ved NTNU. Det var veldig gøy å skrive master på et samfunnsnyttig emne. Jeg følte meg ikke ferdig med akademia, så da jeg fikk en forespørsel om denne doktorgraden, takket jeg ja. Temaet er både relevant og spennende.

Ulike løsninger

En ting som Thorvaldsen vil se på, er hvordan CO2-utslippene endrer seg når vi ikke er selvforsynt med kraft og må importere fra andre land.

– Jeg ønsker å se på energibruken i bygg og hvor fleksible de kan være i de forskjellige prisområdene i Norge. Det er også viktig å fange opp sesongvariasjoner og variasjoner med tanke på husholdningens fleksibilitet og utslippsbesparelser. Basert på hvor byggene er plassert i landet, vil det være forskjellige løsninger for hvordan de kan nå nullutslippsmålet.


Unikt laboratorie-konsept
Kjell Sand viser frem det store lokalet i kjelleren under Elektrobygget, som er selve krumtappen i NTNUs Smartgridlaboratorium, spekket med utstyr for de fleste formål.
Unikt laboratorie-konsept
NTNU fortsetter å utvikle og bygge ut Smartgridlaboratoriet i Elektrobygget, til stor glede for CINELDI og andre aktører i bransjen.

Tekst og foto: Atle Abelsen

S martgridlaboratoriet på NTNU, inkludert det tilliggende smarthuset, er et av Europas mest moderne og med størst spenn i bruksområder av sitt slag.

NTNU er med i et europeisk samarbeid kalt Erigrid, som omfatter 19 smartgridlaboratorier i 11 land.

– Vi opplever en økende etterspørsel etter laboratorietid fra aktører fra disse landene som også er medlemmer i Erigrid, forteller prodekan ved NTNU og faglig leder i Smartgridsenteret, Kjell Sand.

– Vi kan simulere alt fra mellomstatlige forbindelser, helt ned til mikrogridnett i hyttefelt. Samtidig vil vi fullføre utbyggingen av det vi har her i kjelleren på Elektrobygget, ikke minst koblingen til smarthuset.

Dette smarthuset er en liten toroms leilighet i elektrobygget som er ekstremt pakket med en mengde elektrisk utstyr. Det er rigget for å kunne kjøre tester og simuleringer på både 230 V- og 400 V-nivået. Smarthuset åpnet så sent som nå i september, og har allerede tiltrukket seg flere aktører som vil kjøpe seg tid i laboratoriet.

– Vi har blant annet fått en henvendelse fra en leverandør som ønsker å teste en spenningsregulator i smartgridlaboratoriet som de ikke har fasiliteter i sitt eget laboratorium til å teste og verifisere på tilfredsstillende vis, sier Sand.

I tilknytning til smarthuset ligger også et lokale med monitorer og annet nødvendig utstyr som skal brukes som kontrollrom ved forskjellige anledninger, for eksempel i realistiske øvelser ved bruk av en treningssimulator mot hacker-angrep.

Vernprosjekt i Hafslund

Kjell Sand er også vitenskapelig koordinator i CINELDI og prosjektleder for Smartgridlaboratoriet.

Laboratoriet i kjelleren på Elektrobygget er en svært viktig infrastruktur for forskningsaktivitetene i CINELDI, og Sand forteller at de allerede har gjennomført en rekke tester, verifikasjoner og større FoUprosjekter i anlegget. Han trekker spesielt fram Hafslunds vernprosjekt, som CINELDI premierte i fjor som det aller mest framtidsrettede og dagsaktuelle blant flere fremragende FoU-prosjekter.

– Vern er en viktig del av kraftsystemet. Bransjen, og NTNU, trenger å styrke og utvikle kompetansen på dette området. Hafslund initierte prosjektet, og gjennomførte forsøkene i laboratoriet med en betydelig innsats av egne ressurser. Og resultatene har vært positive, selv om konseptet foreløpig ikke dekker alle feilsituasjoner, sier Sand.

Hafslunds vernkonsept var spesielt rettet mot å bruke mulighetene i smartgridlaben, samt å sparke i gang et lovende pilotprosjekt. Det demonstrerte at deler av distribusjonsnettet kan drives som maskenett uten større investeringer i vern, som igjen vil medføre reduserte tap og bedre spenningskvalitet i nettet.


Oppsettet til Hafslunds vernprosjekt simulerer forskjellige trafokretser som kan konfigureres på ulike måter. Skapet i underkant av bildet er laget for å konstruere kortslutninger.
En liten toroms leilighet i etasjen over hovedlokalet til smartgridlaben utgjør det nye smarthuset. Leiligheten inneholder det nyeste og mest effektkrevende utstyret som finnes på markedet, for å simulere krevende hus i svake nett.

Vil bruke masket nett

Poenget i Hafslunds konsept er å utnytte mest mulig av dagens utstyr til å konfigurere et langt smartere oppsett av vernene. Man trenger noe tilleggsutstyr: Minst én fjernstyrt bryter i en nettstasjon og rask kommunikasjon mellom bryteren og vernene på trafostasjonen. Men det er likevel mye mindre enn om man skulle utstyre hele nettet med for eksempel retningsbestemte feilindikatorer.

Historisk har nettselskapene nesten aldri drevet distribusjonsnettene i maskedrift, slik man kjører regionalnett og Sentralnettet. Selv om man har kunnet drifte nettene i maske, har dette likevel skjedd radielt, på grunn av risikovurderingen.

Om man får en kortslutning, ville man i maskedrift mistet alle kundene knyttet til transformatorstasjonen. Man får raskere feilrettingstid, men må veie det opp mot flere strømløse kunder i masket nett.

Det er overstrømsvern som er brukt, og om alle vernene som er tilknyttet denne ene kretsen, detekterer høye kortslutningsstrømmer, vil bryteren slå ut.

– Ved fortsatt å bruke overstrømsvern, men med en litt annen logikk, har Hafslund nå demonstrert at de kan ha maskedrift som gir lavere tap og høyere spenningskvalitet, sier Sand.

Raskere feillokalisering er også et resultat av konseptet, noe som gir reduserte KILE-kostnader. SINTEF skriver på sin blogg at prosjektet i tillegg bør inspirere andre brukerpartnere i CINELDI-partnerskapet til å være proaktive med å foreslå bruker-case og konsepter som det er interessant å forske på og teste i CINELDI.

Lokaliserer feilen

FoU-koordinator Robert Seguin i Hafslund forteller at vernkonseptet også skal utvikle en metodikk for å lokalisere feil mer nøyaktig.

– Vi bruker feilstrømmene i forskjellige vern for å regne oss fram til sannsynlig feilsted. Da er det enklere å isolere feilen og redusere tiden som kundene er uten strøm, sier han.

Hafslund er tilfreds med resultatene fra prosjektet, men det er usikkert om de kommer til å utvide vernprosjektet til feltforsøk.

– Vi jobber med flere parallelle prosjekter, der også andre prinsipper kan gi oss resultatene vi ønsker. Men det er uansett formålstjenlig å utvikle denne metodikken og få den testet og verifisert i kontrollerte omgivelser i et laboratorium.

Seguin peker spesielt på hvor enkelt og hensiktsmessig Smartgridlaboratoriet er organisert. – Det er velig kort vei fra idé til praktisk gjennomføring. Ingen krevende søknader som skal skrives, ingen strenge avtaler som skal inngås. Det er en kort telefon til Kjell Sand, litt planlegging, og vips – så er vi i gang, sier han.


Unikt laboratorie-konsept
I arbeidspakke WP3 i CINELDI utvikles konsepter og løsninger for effektiv utnyttelse av fleksible ressurser i energisystemet. [Foto: SINTEF Energi]
Økt fleksibilitet i nettet er viktig
– Kraftsystemet må henge med i samfunnsutviklingen for å kunne ivareta forsyningssikkerheten, sier Hanne Sæle i forskningssenteret CINELDI.

Tekst: Mona Sprenger

K limamål, digitalisering og ny og stadig billigere teknologi endrer energisystemet vårt. Vi nordmenn investerer i solenergi og elbiler, og har fått smarte strømmålere i husene våre.

– Dette åpner for nye muligheter, men også for utfordringer som må håndteres. Forbrukerne kan for eksempel enkelt flytte lading av elbiler i tid, uten at det går utover tilgjengelighet eller rekkevidde. Gjennom å utnytte denne fleksibiliteten på en smart måte, kan husholdninger gi et betydelig bidrag for å jevne ut forbrukstoppene i nettet, sier Hanne Sæle.

Utnytte fleksible ressurser

Sæle leder arbeidspakke WP3 i CINELDI, som utvikler konsepter og løsninger for å kunne utnytte fleksible ressurser på en smart og lønnsom måte i energisystemet.

– Vi ser på alle aktørene, fra Statnett til husholdningene, på forretningsmodellene og på bruken av fleksible ressurser i energisystemet. For eksempel kan solkraft og energilagring hos forbrukere bety mye for både drift og utbygging av energisystemet vårt.

De neste ti årene skal det norske kraftnettet oppgraderes for 140 milliarder kroner. Men investeringene kan dempes noe hvis det er mulig å kutte strømforbruket i de travleste periodene.

– Kanskje kan vi gjennom bruk av fleksibilitet begrense økningen i topplastforbruk, redusere noe av behovet for investeringen eller utsette investeringene. Det vil lønne seg for alle, sier Sæle.

CINELDI har undersøkt hvordan nettselskap- ene i dag bruker fleksible ressurser i driften.

– I dag blir fleksible ressurser hovedsake-lig brukt i kritiske situasjoner. Stort sett dreier dette seg om frakobling av elkjeler som har en utkoblingsavtale gjennom en redusert nettariff. Disse lastene kan vanligvis kobles fra i en lengre periode, sier Sæle, som forteller at enkelte fjernvarmeanlegg, drivhus og noe industri har en slik tariff.

Nye forretningsmodeller

CINELDIs undersøkelse viser at nettselskapene i fremtiden forventer at det vil være en økende tilgang på fleksible ressurser framover:

– Med andre ord forventes det at et bredere utvalg av fleksible ressurser vil være tilgjengelige i 2030/2040, og at disse også vil bli brukt i normal drift av nettet. Dette vil kreve en ny form for samarbeid og nye forretningsmodeller.

– Hvordan samarbeider Statnett og nettselskapene på dette området i dag?

– Nettselskapene har sine forsyningsområder som de er ansvarlige for, mens Statnett kan hente fleksibilitet fra flere nettområder. Vi ser derfor på hvordan denne koordineringen kan bli bedre, hvilke ressurser som kan brukes og til hvilke formål de ulike ressursene egner seg best til, sier WP3-leder Hanne Sæle.


– I dag blir fleksible energiressurser hovedsakelig brukt i kritiske situasjoner, sier Hanne Sæle, som leder arbeidspakke W3. [Foto: Mona Sprenger]
F A K T A :

Utfordringen for dagens strømnett er at samfunnets blir mer avhengig av elektrisitet. Toppbelastningen øker stadig, noe som kan trigge behovet for å investere i økt nettkapasitet.

FME CINELDI vil tilby nye visjonære smarte nettløsninger og teste dem i laboratorie- og virkelighetsmiljøer. Dette vil bane grunnlag for økt distribusjon fra fornybare ressurser, elektrifisering av transport og mer effektiv kraft og energibruk både i private hjem og i industrien.

WP3 i CINELDI har som formål å utvikle konsepter og løsninger for å utnytte fleksible ressurser i ulike markedsprodukter og systemtjenester, for økt observerbarhet mellom nettet og forretningsmodeller for økt bruk av fleksibilitet.

Mikronett som master

Mikronett som master
Interaksjon mellom mikronett og nettselskapets distribusjonsnett var tema for masteroppgaven til Stine Fleischer Myre på Institutt for elkraftteknikk ved NTNU.

Tekst: Stein Arne Bakken

– Det kan være svært interessant for nettselskap å undersøke mulighetene av spenningsregulering fra mikronett, sier stipendiat Stine Fleischer Myre. [Foto: SINTEF/John-Ivar F. Eidsmo]

H un var ferdig med energi og miljøstudiet i vår, og fortsatte i høst på forskerutdanning ved instituttet med et FoU-prosjekt i regi av CINELDI, i arbeidspakke 1. – Her skal jeg jobbe med problemstillinger i møtet mellom elkraft og kommunikasjonsteknologi, sier hun.

Det var under en forelesning av professor Olav Fosso, der han reklamerte for ph.d.- utdanning, at hun fikk lyst til å fortsette å studere. Fosso var også hennes veileder i masteroppgaven.

– Forsker har hatt lyst til å bli siden jeg var liten. Jeg liker å søke etter kunnskap. På videregående hjemme i Skedsmo var matte og fysikk favorittfagene, spesielt spennende syntes jeg det var det med elektromagnetisk induksjon.

Da Stine søkte NTNU, var energi og miljø-studiet et naturlig valg. – Jeg fant ut at elkraft var gøy, og ble tiltrukket av problemstillinger knyttet til kraftsystemer.

I masteroppgaven studerte Stine hvordan mikronettet kan bistå distribusjonsnettet, ikke minst med spenningsregulering ved hjelp av reaktiv effekt. Mikronettet hun testet ut, besto av last, produksjon fra vind og sol, og et batteri, mens distribusjonsnettet hadde ulike laster, men ingen produksjon.

– Ulike strategier ble testet for hvordan batteriet i mikronettet skulle utføre den viktige spenningsreguleringen, forteller Stine. Hun undersøkte hvordan to demand respons-programmer, basert på henholdsvis priser og utjevning av effekttoppene (peak shaving), kan påvirke spenning- og flaskehalsproblematikk i distribusjonsnettet.

Som ledd i masteroppgaven ble det bygd et fiktivt nett basert på et matpower testsystem, men dette ble modifisert til å være radialt, og linjedata ble delvis endret for å passe til et typisk norsk nett.



Forsker på gode ladesystemer
– Fleksible ressurser vil bli et felles satsingsområde for hele CINELDI neste år, så det blir veldig spennende framover, sier leder for arbeidspakke 5 i CINELDI, professor Magnus Korpås.
Forsker på gode ladesystemer
– Norge bør gå i front på integrering av elbiler på en kostnadseffektiv måte i nettet, mener NTNU -professor Magnus Korpås.

Tekst og foto: Mona Sprenger

H an leder arbeidspakke fem (WP5) i forskningssenteret CINELDI, som utvikler metoder og modeller for kostnadseffektiv integrering av fleksible ressurser i smarte distribusjonsnett.

– Vi i CINELDI arbeider med å lage gode simuleringsmodeller for kraftnettet med elbiler - med realistiske ladeprofiler og flyttbare ladninger i kraftsystemet. Norge har en spesiell posisjon med sin elbilpolitikk, og vi bør vise vei, mener Korpås.

Han viser til at Norge i dag er det største markedet i verden for elektriske biler, sammenlignet med det totale antallet solgte elbiler.

Villige til å utsette ladningen

Det økte antallet elbiler kommer ikke til å bli et energiproblem, men det kan bli et kapasitetsproblem for distribusjonsnettet hvis alle husholdningene lader elbilen sin samtidig.

Derfor har CINELDI undersøkt hvordan elbileiere stiller seg til å utsette ladetidspunktet fra dag til natt. I dag blir mesteparten av ladningen utført på ettermiddagen og i løpet av natten.

Så fremt dette skiftet i ladetid ikke hadde noen negative konsekvenser for brukeren, var 90 prosent villige til å utsette tidspunktet for ladning. Hvis dette reduserte kjøreavstanden neste dag til 80 prosent, ble andelen positive respondentene redusert til 56,5 prosent.

Velfungerende ladesystemer

Korpås er opptatt av at vi her i landet på plass et velfungerende ladesystem.

– Vi kan ikke bygge overdimensjonerte nett for å kunne ta høyde for den timen i døgnet da energiforbruket er høyest. Det trengs blant annet gode betalingsløsninger for nettilkobling og riktig prising for effekten som tas ut for elbillading. Samtidig må elbileiere få tilstrekkelig betalt for å flytte ladningen til andre tider på døgnet.

Batterier i strømnettet

Forskningssenteret jobber også med batteripakker i nettet og hvordan disse kan utnyttes på en mest mulig effektiv måte.

– Batterier kan blant annet levere hurtigere reserver ved et eventuelt utfall enn vannkraft og bidra til å holde frekvensen stabil. De kan bidra til en mer effektiv drift av nettet, og man kan tjene penger på prisvariasjonene.

CINELDI har også undersøkt husholdningenes potensial for fleksibilitet. Tre av fire husstander er på en kald dag, når det er begrenset nettkapasitet tilgjengelig, villige til å forsinke start av vaskemaskin og oppvaskmaskin til senere.

To av trehusstander kan godta fjernkontroll av varmtvannsberederen, så lenge de ikke får kaldt vann. Hver annen husstand vil redusere strømforbruket, hvis dette kan hjelpe andre til å få tilbake strømmen etter et avbrudd.

Etablerer testnett

CINELDI arbeider nå med å få opprettet nye testnett i samarbeid med flere nettselskaper.

– Vi trenger testnett som er relevante for Norge, hvor vi kan teste nye metoder, modeller og for å kunne regne på nytteverdien av fleksibilitet i norske nett. Fleksible ressurser vil bli et felles satsingsområde for hele CINELDI neste år, da vil alle arbeidspakkene arbeide med fleksibilitet. Så det blir veldig spennende framover!


F A K T A :

Det overliggende målet med arbeidspakke fem i CINELDI (WP5) er å utvikle metoder og modeller for kostnadseffektiv integrering av fleksible ressurser i smarte distribusjonsnett.

Den forventede effekten av forskningen er å bidra til økt effektivitet i systemdriften når fleksibilitet brukes som en viktig ressurs i kraftsystemet.

Et felles løft for fremtidens nett

Et felles løft for fremtidens nett
Etter en noe forsiktig oppstart, er det nå godt driv i fremdriften av CINELDI. Dette er den generelle tilbakemeldingen fra et utvalg partnere i FMEsenteret.

Tekst: Tore Halvorsen

E n rundspørring blant noen av partnere bekrefter inntrykket av at CINELDI er et vitalt knutepunkt for teknologiutvikling, og at det knytter seg betydelige forventninger om resultater fra forskningsvirksomheten.

Her svarer noen av de involverte på hvorfor de deltar i CINELDI og hvordan de er engasjert i mangfoldet av utviklingsprosessene.


Avdelingsleder system og utvikling SVEN ARILD KJERPESET, Sogn og Fjordane Energi (SFE):

– Vi er del av en bransje i betydelig endring. Det tas grep for å kunne møte de utfordringene vi står overfor, både teknologisk og kulturelt. CINELDI setter oss på sporet av fremtiden. Det er vår hovedmotivasjon for å delta i dette prosjektet.

Strømnettet i SFE er preget av lange avstander og store topografiske variasjoner. Nettet svinger seg mellom fjord og fjell, med mye nett per kunde. Med AMS i all hovedsak på plass, er det åpnet for store tilganger av informasjon. Utfordringen er å omsette dette til ulike former for verdiskapning, blant annet med vekt på forbrukerfleksibilitet.

CINELDI setter fart i disse prosessene, blant annet fordi FME-senteret er flink til å involvere partnerne med piloter i prosjektgjennomføringen. Det bidrar til forståelse av hvordan ny teknologi kan utnyttes og hvordan vi kan få til mer rasjonelle og effektive strømnett. Det kunne kanskje vært en tydeligere kobling mellom våre utfordringer og bruk av nye metoder for å nå målet.

Avdelingsingeniør JØRGEN TJERSLAND, Reguleringsmyndigheten i NVE:

– Som regulator er det viktig for oss å følge med på den teknologiske utviklingen i energibransjen. Ikke bare bidrar CINELDI til generell kompetanseheving, men også til kunnskap om hvordan løsninger kan implementeres i praksis. For oss er begge deler viktig.

Vi synes arbeidet med CINELDI er kommet godt i gang, og senteret har utviklet seg til å bli en viktig møteplass for dem som arbeider med utviklingen av fremtidens strømnett. Ved å være tett på dette, utvikles det bedre forståelse i NVE for hva som må til for å legge til rette for ny teknologi og organisatoriske tilpasninger.

Programleder FoU
JØRN EGIL JOHNSEN, Statnett:

– Koblingen mellom vårt ansvar i sentralnettet og distribusjonsnettet har flere viktige berøringspunkter. CINELDI adresserer mange relevante og spennende utfordringer som Statnett ønsker å være med å diskutere.

Det er spesielt på to områder vi mener det er mye å hente for oss og for aktører med ansvar for lavere spenningsnivåer i infrastrukturen. Det er i grensesnittet mellom spenningsnivåene det er viktig å legge til rette for fornuftig samhandling. Dette blir blant annet gjort med piloter for å høste praktiske erfaringer.

Å legge til rette for fleksible markedsløsninger, er en annen viktig del av CINELDI, sett med fremtidsøynene til Statnett. Utfordringen er optimal utnyttelse av muligheter. Også her er det viktig å jobbe sammen om fornuftige løsninger.

Direktør KRISTIN LIND, Energi Norge:

– For å nå målet om et fullelektrisk samfunn, med lavest mulig kostnad for forbrukere og samfunnet, er vi avhengig av å finne gode løsninger, også på nettsiden. Vi har forventninger om at FME CINELDI skal bidra til de kostnadseffektive løsningene, blant annet ved hjelp av ny teknologi.

FoU har gjennom mange år stått høyt på dagsorden i Energi Norge, og dette er ikke blitt mindre med de utfordringene vi nå står over for. Det var derfor naturlig at vi skulle bli en aktiv deltager i CINELDI.

CINELDI skal bygge fremtidens smarte distribusjonsnett, og har en tidshorisont på åtte år. Samtidig har vi en forventning om at CINELDI underveis skal bidra til flere FoUaktiviteter i form av prosjekter med kortere varighet og som gir konkrete resultater raskere. CINELDI har også egne piloter og innovasjoner. Vi opplever derfor at CINELDI leverer resultater underveis.

Med forente krefter gjør mange aktører på ulike nivåer i verdikjeden en samordnet innsats for å utvikle teknologiske nyvinninger. Det gir kostnadseffektive løsninger i kraftsystemet som vil bringe oss mot det fullelektriske samfunnet. CINELDI markerer seg som en drivende kraft i innsatsen mot det grønne skiftet.

Direktør Energy ESPEN KÅSIN, Rejlers:

– Som en teknologidrevet virksomhet er det av stor betydning for oss å delta i CINELDI. Med de store endringene som bransjen står foran, er CINELDI en viktig arena for å meisle ut fremtiden i distribusjonsnettet, i nært samarbeid mellom kunder og leverandører. Det legges til rette for en stor grad av praktisk tilnærming til de utfordringene bransjen står overfor.

I de prosessene som pågår, bidrar vi med innspill fra vår kompetansebase, samtidig som vi tilegner oss kunnskap fra andre aktører i verdikjeden. Vi føler at vi deltar i innovative aktiviteter som har potensial til å kaste mye av seg, og som vil gi svar på mange av de utfordringene bransjen står over for.

Oppmerksomheten er i betydelig grad konsentrert om fleksibilitet i nettet og adferdsendringer hos kundene i distribusjonsnettet. Vi opplever dette som viktige føringer i CINELDI-prosjektet, og ønsker å bidra positivt med de ressursene vi rår over.


Tester batteri i nettet
– Vi ser at batteriet fungerer, sier prosjektleder Aina R. D. Serigstad, og viser frem skapet som inneholder fire batterimoduler, tre invertere og en overgangstransformator. [Foto: Lyse]
Tester batteri i nettet
Lyse Elnett har koblet til batteri som spenningsstøtte i strømnettet, og det fungerer godt så langt.

Tekst: Mona Sprenger

I samarbeid med forskningssenteret CINELDI tester vi nå ut om batterier egner seg som spenningsstøtte i lavspentnettet. Det er nyttig å dele erfaringer med forskere og andre nettselskap, få innspill og oppfølgning, forteller prosjektleder Aina R. D. Serigstad i Lyse Elnett.

Enkelte distribusjonsnett har i dag problemer med spenningskvalitet, og det er grunn til å tro at disse problemene vil øke i takt med elektrifiseringen av samfunnet.

Dette er bakgrunnen for Lyse Elnetts pilotprosjekt, som blant annet tester ut hvilke parameter for spenningsregulering som er optimale i forhold til lasten i nettet.

Pilotprosjektet skal blant annet fokusere på reaksjonstiden ved spenningsvariasjoner, tap og virkningsgrad i batterisystemet.

Spente på vinteren

Batteriet er plassert på Ims i Sandnes, og ble satt i drift i august i år:

– Vi har ennå ikke så mange kost-nytte analyser, men vi ser at batteriet fungerer. Det har ikke så rask responstid som vi ønsker, men bidrar til å holde spenningen stabil. For oss er det også viktig å se hvordan batteriet fungerer i drift, se på vedlikeholdsbehov og stabilitet, forteller Serigstad, som er spent på hvordan batteriet vil fungere i vinter når belastningen i nettet blir høyere.

Detaljerte målinger

Kort fortalt er dette batterisystemet installert i ett lite 230 V luftnett med periodevis lav spenning. Systemet består av et utendørs batteriskap med fire batterimoduler, tre invertere og en overgangstransformator.

Batteriet kan lagre 19,6 kWh og har installert effekt på 18 kW. Det er koblet til luftlinjen via et tilkoblingsskap. I skapet er det installert en automatisk strømmåler for å kontrollere energiflyten inn og ut av nettet, og en Elspec-måler.

– Denne gir detaljerte målinger som skal brukes til å analysere spenningskvaliteten og evaluere virkningen av systemet. Lading og utlading skal reguleres etter spenningsnivå, slik at batteriet mater inn i nettet når spenningen er under et bestemt nivå, og lades opp når spenningen går over et annet bestemt, forteller prosjektlederen.

Fordeler med batterier

Batterier har økt i popularitet de siste årene. Fordelene er at de kan ha svært mange forskjellige bruksområder og er mobile. Det betyr at de kan benyttes akkurat der det er behov. Serigstad har tro på at det vil komme flere batterier i nettet framover.

– I vårt prosjekt ser vi kun på en tjeneste som er spenningsstøtte. Men flere elbiler åpner for nye muligheter. Elbilene kan fungere som batteripakke som kan mate energi inn til nettet når de står parkert, og lade når det ikke er et så høyt behov. Det vil vi nok få se mer av framover.

– Men er batterier i nettet som spenningsstøtte lønnsomt i dag?

– I dette prosjektet kunne vi forbedret spenningskvaliteten for en mye billigere penge. Selve batteriet utgjør bare en del av kostnadene. Det er mye som kommer i tillegg til batterikostnadene: Nettet må tilpasses, det må finnens et egnet sted for plassering av batteriet og inngås avtale med grunneier.


Systemet består av et utendørs batteriskap som gir spenningstøtte til ett lite 230 V luftnett med periodevis lav spenning. [Foto: Lyse]
Trener på framtidas nett
Forskningsleder Henning Taxt ved SINTEF Energi og resten av aktørene som er engasjert i CINELDIs Arbeidspakke 2, bruker Smartgridlaboratoriet for alt hva det er verdt når de skal analysere morgendagens distribusjonsnett.
Trener på
framtidas nett
Det er utfordrende å forske på og analysere et nett som ikke eksisterer ennå. CINELDI vil avdekke problemer og unngå ineffektiv drift av distribusjonsnettene en hel generasjon framover.

Tekst og foto: Atle Abelsen

V år største utfordring ligger i å beskrive og analysere et nett som ennå ikke finnes, sier forskningsleder Henning Taxt i SINTEF Energi. Han leder Arbeidspakke 2 (WP2), som skal utvikle og teste nye konsepter og løsninger i høyspent distribusjonsnettet (opp til 132 kV).

– Vi ser ikke bare på hvordan morgendagens distribusjonsnettet bør driftes. Vi skal løfte blikket høyt, og sette perspektivet helt fram til 2040, sier han. Det kan bety utfordringer når forskerne også skal ha med seg nettselskaper og leverandørindustri som helst vil ha løsninger de kan ta i bruk mer eller mindre umiddelbart.

– Men vi har også respekt for industriens kortsiktige behov, og skal sørge for noen «give-aways» underveis, sier Taxt.

Nye konsepter og løsninger

I Arbeidspakke 2 skal deltakerne utvikle og teste konsepter og løsninger som best mulig utnytter nye kontroll- og overvåkningsteknologier i distribusjonsnettet. Løsningene skal basere seg på omfattende sanntidsovervåking av tilstanden til kritiske anleggsdeler, tilstanden hos nettverkskundene og definerte fleksible ressurser.

Forskerne og industrien forventer resultater som bidrar til en mer fleksibel drift av distribusjonsnettet, til kostnadsreduksjoner, økt energieffektivitet og forbedret systemsikkerhet og sikkerhet, og dessuten åpner for standardiserte løsninger.

Taxt peker på smartgridlaboratoriet på NTNU, og hva det betyr for disse aktivitetene:

– Smartgridlaben gir oss unike muligheter i europeisk sammenheng; vi kan simulere og kjøre tester under forhold som er ganske identiske med de vi finner ute i de fysiske nettene, sier han.

Bruker-caser og pilotprosjekter

– Vi har jobbet en del med å utvikle brukercaser og etablere pilotprosjekter. Det nærmeste akkurat nå, er en pilotstudie som ser på effektive måter å detektere jordfeil, sier han.

I dag må oftest kundene selv melde inn forstyrrelser som kan skyldes jordfeil. Nettselskapet sender da ut mannskaper for å finne ut hvor feilen kan ligge og hva den eventuelt kan skyldes. Deretter må feilen rettes.

Dette gjøres av nettselskapet dersom feilen er i forsyningsnettet. Men når feilen har oppstått i et privat anlegg, er det kunden selv som er ansvarlig for at feilen rettes. Dette er derfor en prosedyre som normalt tar fra et par dager til opptil flere uker.

Skal også rette feil

CINELDIs pilotprosjekt skal utvikle metoder og prosedyrer som ikke bare oppdager feilen før kunden selv merker at noe er unormalt, det vil også kunne lokalisere feilstedet, diagnostisere typen feil og rette feilen dersom den er i forsyningsnettet.

– Dette pilotprosjektet er en av grunnene til at vi er med i CINELDI, sier senioringeniør Kjell Anders Tutvedt hos Hafslund Nett. – Vi engasjerer oss også innenfor flere andre temaer som er av stor betydning for oss, for eksempel selvhelende nett. Men også muligheten for å bygge kompetanse er verdifullt.

Vi ser dessuten på deltakelsen i CINELDI som effektiv nettverksbygging mot så vel akademia som mot leverandørindustrien, på en litt annen måte enn under rent kommersielle betingelser, sier Tutvedt.

Internasjonal interesse

Også målerleverandøren Aidon følger interessert med på utviklingen av dette pilotprosjektet, selv om jordfeilproblematikk er veldig spesifikk for det norske systemet.

– Vi ønsker uansett å være med der dagens utfordringer løses og morgendagens teknologiske løsninger utvikles, sier forretningsutvikler Rolf Pedersen hos Aidon.

– Vi ser også at mange av de øvrige temaene som er under utvikling, eksempelvis bruker-case og pilotstudier, er interessante også for de øvrige europeiske markedene der vi opererer: Frekvensproblematikk, spenningskvalitet og forbrukerfleksibilitet, for å nevne noe.

Det er hovedårsaken til at vi ønsker å bruke både interne ressurser og en del penger på forskningsinnsatsen i CINELDI, sier Rolf Pedersen i Aidon.


Flere «øyne» i nettet

Flere «øyne» i nettet
Det er mange måter å konfigurere sensorikk og automatikk på i lavspentnettet. Romina Muka jakter på de som er mest effektive til å overvåke.

Tekst: Atle Abelsen

Romina Muka (30) utnytter sine erfaringer fra trådløse sensornettverk i en doktorgrad i CINELDI. – For meg, er forskning en kunst, og jeg liker å være kreativ, sier hun. [Foto: SINTEF/John-Ivar F. Eidsmo]

N år doktorgradsstipendiat Romina Muka på institutt for informasjonssikkerhet og kommunikasjonsteknologi ved NTNU disputerer i begynnelsen av 2021, vil hun ha kommet langt i å analysere de norske lavspent distribusjonsnettene og mulighetene for effektiv styring, feildeteksjon og feilretting.

– Så langt har vi blant annet modellert misforhold mellom de fysiske nettene, og hvordan de er konfigurert i enkelte kontrollsystemer, sier hun.

Romina er opptatt av hva vi kan gjøre for å redusere varigheten på strømbrudd hos kundene, og konsekvensene ved utfall.

Mange sluttkunder opplever strømbrudd i størrelsesorden minutter og timer. Dette fordi det tar for lang tid å vite at noe har skjedd, for så å finne ut hvor problemet er, og til slutt utføre reparasjonen.

– Vi vil legge til flere «øyne» – altså sensorer – til nettet, slik at vi oppdager og lokaliserer strømbruddene raskere. Så vil vi ha «lange armer» – altså fjernkontroller – for å isolere problemet, slik at de fleste kunder får strømmen tilbake etter bare noen få sekunder. Vi vurderer til og med å gjøre dette automatisk, slik at nettet leger seg selv.

Doktorgradsarbeidet ved CINELDI skal gi svar på hvordan sensorene og fjernkontrollene kan utnyttes best. Det innebærer å gi en pekepinn på hvor mange enheter som trengs, optimal plassering, hvordan de skal kommunisere og konfigureres, samt hva kostnadene blir.

Romina Muka har allerede publisert en vitenskapelig artikkel om årsaker til inkonsistens mellom det fysiske kraftnettet og hvordan det observeres i kontrollsystemene. I begynnelsen av neste år håper hun å få antatt en ny vitenskapelig artikkel som tar for seg konsekvensene av slike inkonsistenser.



Tester batteri i nettet
Montør Tor Kristian Bergseth og hans kolleger i Nordlandsnett har utstyrt et tjuetalls nettstasjoner med sensorer og annet utstyr for å kunne overvåke anleggene kontinuerlig fra kontrollrommet. [Foto: Aksel Ørnes/Nordlandsnett]
Kontinuerlig inspeksjon
Digitaliseringen betyr et sjumilssteg for overvåking og vedlikehold av norske linjenett og nettstasjoner, fra manuell inspeksjon en gang i året - til døgnkontinuerlig fjernovervåkning.

Tekst: Atle Abelsen

S eniorforsker Eivind Solvang ved SINTEF Energi er task manager i CINELDIs Arbeidspakke 1. Han viser til at viktige aktiviteter i FMEsenteret foregår i pilotprosjekter, som pri-mært er initiert av og drives av nettselskapene.

– Vi har et pilot-tema i task 1.3 i CINELDI som vi kaller Digital Inspeksjon. Nettselskapene ønsker å utvikle og teste løsninger som gjør at de kan gå over fra periodiske, manuelle inspeksjoner til å få en kontinuerlig, automatisert overvåking av tilstanden på utstyret, sier Solvang.

I denne sammenhengen nevner han Hafslund Netts prosjekt med å utstyre to hundre av sine nettstasjoner med mikrosensorer. De måler blant annet temperatur og om dørene er lukket, slik Energiteknikk skrev om i nr. 6/2019.

Prosjekt i Nordlandsnett

Men også Nordlandsnett har utført et prosjekt gjennom CINELDI-piloten Digital Inspeksjon, med et liknende tema.

I samarbeid med Powel har nettselskapet utviklet en programvare som skal håndtere datastrømmer fra sensorer av forskjellige slag i nettstasjoner, transformatorstasjoner og i selve linjenettet.

Dette er nettkomponenter som hittil ikke har vært overvåket kontinuerlig. Nettselskapene har basert seg på årlige manuelle inspeksjonsrunder og risikobasert vedlikehold.

Innovasjonsprosjektet ble avsluttet nå i høst, og har materialisert seg blant annet som en API-basert tjeneste som alle leverandører kan abonnere på.

Halverte kostnadene

– Vi håper på en halvering av kostnadene tilknyttet inspeksjon og overvåking når vi i fremtiden har fått rullet ut sensorer til alle våre nettstasjoner, forteller avdelingsleder for vedlikehold, Gard Johansen.

– I tillegg vil det gi oss grunnlag for mer presise beslutninger og automatisering av oppgaver knyttet til vedlikehold av nettstasjoner og sentrale nettkomponenter, sier Johansen.

Prediktivt vedlikehold

Hos Powel forteller salgsdirektør Richard Schytte at de ønsket å bidra til en tjeneste som alle nettselskaper skal kunne bruke, uavhengig av hvilke IKT-systemer de ellers kjører på.

– Fra det automatiserte vedlikeholdssystemet mottar operatørene kontinuerlig informasjon om tilstanden i nettstasjonene. Dette bruker de i to ulike systemer: I vedlikeholdssystemet, som prosjektet Digital Inspeksjon primært har handlet om, og i et ADMS-system, eller en driftsovervåkningsløsning.

I nettsentralløsningen kan operatøren sitte og få alarmer og avlese tilstanden gjennom trendkurver. Det gir grunnlaget for det vi kaller prediktivt vedlikehold, sier Schytte. Schytte trekker også fram personsikkerheten som en stor fordel ved Digital Inspeksjon.

– Vi har sensorer som overvåker om dørene er åpne eller lukket. Alarmen går straks en dør åpnes og det ikke er innmeldt noen manuell inspeksjon eller vedlikeholdsarbeid på denne nettstasjonen. Dette er særdeles viktig på utstyr som befinner seg nært der barn og andre mennesker ferdes til daglig.

Han ser også for seg et betydelig utviklingspotensial for denne teknologien. – Vi har noen nye prosjekter på beddingen som vi håper å komme skikkelig i gang med. Da kan vi for eksempel supplere med AMS-data og sanntidsdata fra SCADA-systemene.

Ikke bare nettstasjoner

Digital inspeksjon kan selvsagt også utvides til alle deler av nettene, ikke bare i nettstasjonene. Sensordata kan like gjerne komme fra automatiserte droner og systemer som analyserer bilder. – Datakvaliteten er avgjørende, understreker Schytte.

– Det å gå fra tradisjonell, årlig nettstasjonsinspeksjon, til å se hva moderne teknologi kan gjøre for å digitalisere vedlikeholdsprosesser gjennom bruk av sensorer i nettstasjonene, har vært spennende og lærerikt for oss å vite mer om. Vi har tro på at fremtiden er å automatisere prosesser gjennom digitalisering, sier vedlikeholdslederen Gard Johansen i Nordlandsnett.


Salgsdirektør Richard Schytte i Powel forteller at de har utviklet egen programvare som bygger på metodikken de har utviklet gjennom sensorprosjektet til Nordlandsnett. [Foto: Powel]
Bedre digital nettplanlegging
Digitaliseringen krever bedre verktøy for nettplanlegging. [Foto: SINTEF/Shutterstock]
Bedre digital
nettplanlegging
CINELDI vil utvikle bedre beslutningsstøtte for nettselskapene, basert på mulighetene digitalisering gir. Kraftog IKT-systemene skal analyseres i sammenheng.

Tekst: Atle Abelsen

N ye nettstasjoner og mer IKT-utstyr øker instrumenteringen i kraftnettet, på nivåene fra 11 kV til 132 kV. Nettselskaper og konsulenter bruker tradi-sjonelle planleggingsverktøy, og får dermed ikke utnyttet mulighetene som ligger i den digitale utviklingen av nettet.

De trenger moderniserte verktøy til beslutningsstøtte, og det setter krav til både planleggingsmetodikk, modellering av risikoer knyttet til det integrerte kraft- og IKTsystemet og smart nettforvaltning.

Nettopp de siste tre punktene er også inndelingen av Arbeidspakke 1 (WP1) i CINELDI. Forskningsleder Oddbjørn Gjerde ved SINTEF Energi leder denne arbeids-pakken. Han forteller at de har størst oppmerksomhet rettet mot hvordan den tradisjonelle planleggingsmetodikken kan oppgraderes for å ta hensyn til nye muligheter i nettet.

Nye drivere

– Leverandører og nettselskaper må ta inn over seg at med smarte nett vil det komme nye drivere, barrierer og nye usikkerheter. For eksempel, hvordan skal vi ta inn i planleggingsmetodikken at vi har flere tiltak å spille på enn ren nettbygging?

Forbrukerfleksibilitet, energilagring og distribuert produksjon blir viktigere. – Det blir en sterkere kopling mellom planlegging og drift. Man planlegger for driftstiltak. Med ny kompleksitet, oppstår nye behov.

Gjerde mener at de største utfordringene blir hvordan man tar hensyn til usikkerhetene. – Vi vet lite om for eksempel lastutviklingen. Uregulert produksjon er en annen stor usikkerhet. En tredje er hva som er tilgjengelig av mulige sluttbrukertiltak, til enhver tid og i enhver situasjon.

Planlegger nytt prosjekt

CINELDI jobber nå med å få stablet på beina et prosjekt der dette er hovedfokus.

– Vi har jobbet med forskjellige prosjektforslag og søkt om industriens støtte. I løpet av vinteren skal vi utarbeide et forslag til et større prosjekt med fokus på lastprognoser, med tanke på å søke Forskningsrådet om støtte til neste høst. Vi er nå i konstruktiv dialog med industrien, som vi forutsetter blir med oss, understreker Gjerde.

Han peker også på utfordringene nettselskapene har i å integrere sine kraft- og IKT-systemer på en effektiv og sikker måte.

– Dette har ikke nettselskapene verktøy til å analysere i dag. Vi har utviklet en metode for å identifisere og modellere cybersikkerhetsrisikoer som påvirker forsynings-sikkerheten gjennom to caser med nett-selskaper. Den gjensidige avhengigheten mellom kraft- og IKT-systemet er et viktig tema.

Gjerde viser til at kraftmiljøene i selskapene oftest er adskilt fra IKT-miljøene, om de har noe slikt. – Det er ikke engang sikkert at de har samme vokabularet, påpeker Gjerde.

Enhetlig risikoanalyse

Lederen for WP 1 nevner et nytt IPN-prosjekt kalt InterSecure, eid av Lyse Elnett. I dette prosjektet går flere nettselskaper sammen med myndigheter og forskningspartnere (SINTEF Energi, SINTEF Digital og NTNU) om å utvikle retningslinjer og anbefalinger for nettopp å analysere risikoer knyttet til det kombinerte kraft- og IKT-systemet og dets økte kompleksitet.

I den tredje delen av CINELDIs arbeidspakke 1, om smart nettforvaltning, skjer det mye gjennom pilotprosjekter.

– Det går mye i instrumentering av nettstasjoner, hvordan vi kan hente ut denne informasjonen og behandle denne for å redusere behovet for manuelle inspeksjoner og optimalisere vedlikehold og restlevetid, sier Oddbjørn Gjerde.


Oddbjørn Gjerde fremhever at nettselskapenes planleggingsverktøy må oppgraderes når kraftsystemet digitaliseres. [Foto: Atle Abelsen]
F A K T A :

ARBEIDSPAKKE 1 ER TREDELT:
Første del handler om å utvikle en mer effektiv planleggingsmetodikk for smarte nett, basert på de mulighetene som digitaliseringen gir.
Andre del går på å utvikle metoder for å modellere den kompleksiteten som oppstår i det kombinerte kraft- og IKT-systemet. Tredje del går på smart nettforvaltning – for eksempel instrumentering av installasjoner som grunnlag for et bedre vedlikehold.

Mikronett gir bedre spenningskvalitet
Mikronett kan være med på å bygge opp smarte nett fra bunnen av og bidra til bedre utnyttelse av fornybare energiressurser, ikke minst sol, sier stipendiat Fredrik Göthner.
Mikronett gir bedre
spenningskvalitet
Ett av ph.d.-prosjektene i CINELDI tar sikte på å løse spenningsproblematikk knyttet til ulineære og ubalanserte laster i mikronett. Det kan gjøres ved å regulere impedansen til hver enkelt kraftelektronikkomformer sett fra nettet.

Tekst og foto: Stein Arne Bakken

S tipendiat Fredrik Göthner på Institutt for elkraftteknikk ved NTNU studerer regulering av slike omformere i mikronett. – Et mikronett kan bestå av flere energikilder, som solceller, vind og batterier, og et antall forbrukere er koblet sammen, eksempelvis husstander i et borettslag. Utfordringen er å kunne regulere disse ulike kildene, slik at de samarbeider om å bidra til systemtjenester, for eksempel reaktiv effekt og spenningskvalitet, sier Göthner.

Han legger til at omformerne som styrer de ulike kildene, opprinnelig er designet for å levere maksimal effekt til vekselstrømnettet. Dette er imidlertid sjeldent tilfelle. Omformerne har derfor ofte ledig kapasitet, som kan benyttes til systemtjenester.

Et annet definerende trekk ved mikronett er at de kan operere tilkoplet et hovednett, eller være i øydrift. Det er spesielt utfordrende å regulere omformere i et separat nett, ettersom det da ikke finnes et stivt nett å forholde seg til. Omformerne må da sørge for nominell spenning og frekvens ved hjelp av en type statikkregulering, som imidlertid kan føre til en stor skjevfordeling av hvor mye hver omformer kompenserer ulineære og ubalanserte laster.

– Derfor jobber jeg med regulatordesign, som skal gjøre det mulig å få flere omformere til å samarbeide for å forbedre spenningskvaliteten i nettet. Ved å bruke en spesiell teknikk som kalles «virtuell impedans», kan vi styre omformeren til å virke som en gitt impedans ved en gitt frekvens, forklarer Göthner.

I et mikronett uten roterende masse benyttes kraftelektronikk for å skape balanse i spenning og frekvens. Men slike omformere kan altså gi utfordringer.




– Ikke like smart for alle
Smarte strømmålere og effekttariffering vil ikke bli like smart for alle, mener CINELDI-stipendiat Ingvild Firman Fjellså.

Tekst og foto: Mona Sprenger

D et kan bli dyrt å ikke være fleksibel, og de som har dårlig råd, vil nok merke dette hardest. Fjellså forsker på samspillet mellom mennesker og energikrevende aktiviteter og teknologier i norske husstander. Hun mener at effekttarifferingen kan slå skeivt ut og ramme forbrukere som ikke er så godt økonomisk stilt.

Norske hjem har fått en ny digital strømmåler. Nå vil også tariffsystemet endre seg, for NVE jobber med et nytt prissystem som vil gjøre det lønnsomt å redusere strømforbruket når det er høy belastning i nettet.

– Hverdagsaktiviteter som klesvask, lading av bilen og tv-titting i norske hjem, vil bli en del av et «tidsmarked» dominert av kraftsystemets behov. Dette er aktivitet forbrukerne opplever som hverdagsliv og familiekos, mens energibransjen ser på det som problematiske forbrukstopper.

Fjellså minner om at ikke alle kan selge fleksibilitet til nettselskapene. – Det er blant annet snakk om tilgang til informasjon og teknologi. I mange tilfeller designes det løsninger for en smal gruppe ressurssterke og teknologi-interesserte, som utgjør en liten del av befolkningen.

I sin doktorgrad i forskningssenteret CINELDI har Fjellså intervjuet vanlige folk og strømkunder om hvordan de bruker strøm, i tillegg til å studere hvordan forbruks-mønstre forstås og dannes.

Hennes foreløpige funn er at folk er åpne for ideen om å bidra til å senke forbrukstoppene.

– Jeg syntes det var spennende og utfordrende å skulle studere hverdagsliv og sosiale fenomener ved bruk av kvalitative metoder, og samtidig bidra med et samfunnsfaglig perspektiv i et ingeniørtungt forskningsfelt.

Det sier Fjellså, som har mastergrad i sosiologi, om bakgrunnen for at hun ville være med på PhD-prosjektet i CINELDI som doktorgradsstipendiat på Institutt for tverrfaglige kulturstudier, senter for teknologi og samfunn, ved NTNU.


– Et viktig spørsmål er hvem som skal tjene på salg av fleksibilitet. Dette må ikke bli en gavepakke til bransjen, pakket inn i noe grønt, advarer Ingvild Firman Fjellså.
Tester batteri i nettet

Master i hurtiglading
Eidsiva Nett ønsket å vite mer om hvordan elektrifiseringen av transportsektoren vil påvirke distribusjonsnettet, og tok kontakt med CINELDI. Det resulterte i en masteroppgave om hurtigladestasjoner for elbiler.

Tekst og foto: Stein Arne Bakken

N athalie Skyttermoen avsluttet energi- og miljøstudiet på Institutt for elkraftteknikk ved NTNU i vår med å foreslå ny metodikk for planlegging av hurtigladestasjoner.

– Det må tenkes nytt når nettselskapene skal planlegge store laster dersom fremtidens distribusjonsnett skal bli samfunnsøkonomisk lønnsomme. Godt samarbeid mellom nettselskapet og den som skal eie ladestasjonen, vil være avgjørende for å kunne utnytte strømnettet på en effektiv måte, sier hun.

I arbeidet med masteroppgaven brukte Skyttermoen trafikktall fra Vegvesenet for å lage nye lastprofiler for en tenkt hurtigladestasjon i konsesjonsområdet Eidsiva Nett.

Hun fant ut at topplasten for en hurtigladestasjon inntreffer som sommeren, i motsetning til vinteren, som er standard for dagens lastprofiler. Likeså er det langt større trafikk på en fredag ettermiddag enn på mandag, og i helgene er det flere biler som lader om kvelden på en søndag enn på en lørdag.

– Man kan ikke alltid velge plassering av en ladestasjon ut fra tilgjengelig kapasitet i nettet, det må blant annet være et logisk sted å stoppe. I enkelte tilfeller kan løsningen være å bruke batterier for å ta toppbelastningen fremfor å oppgradere nettet, sier Skyttermoen.

Hun har også sett på andre alternativer til tradisjonell reinvestering, som smart effektstyring, der det eksisterende nettet blir maksimalt utnyttet ut fra hva som er tilgjengelig effekt hos strømforbrukere i området.

– Det var spennende å få frem ny kunnskap. Men jeg ønsket å få meg en jobb for å kunne praktisere det jeg har lært gjennom ingeniørstudiet. Døren til en mulig ph.d.- utdanning er likevel ikke lukket, sier Skyttermoen, som i høst ble ansatt i Statnett.


Nathalie Skyttermoen vet mye om planlegging av hurtigladestasjoner.

Nettet kan driftes bedre
Nettselskapene trenger ofte ikke å investere i nytt utstyr når solceller og elbiler skaper utfordringer. Det kan være et stort potensial i å drifte nettene bedre.

Tekst: Atle Abelsen

– Å jobbe med kraftsystemet er ekstremt spennende, sier Güray Kara, som er glad for å kunne kombinere sine interesser innen ingeniørfaget, økonomi og anvendt matematikk. [Foto: SINTEF/John-Ivar F. Eidsmo]

S olceller, elbiler og annet effektkrevende utstyr setter strengere krav til fleksibiliteten i distribusjonsnettene. Nettselskapene trenger ikke alltid å investere i nytt utstyr, mulighetene ligger i å utnytte de eksisterende ressursene enda bedre.

Dette er et av funnene i doktorgradsarbeidet til Güray Kara ved NTNUs Institutt for industriell økonomi og teknologiledelse.

Kara, som disputerer i juni 2020, mener at vi kan løse mange av effektutfordringene i lokale lavspentnett ved å bruke forbrukerfleksibilitet på en smart og effektiv måte. – Det reduserer behovet for investeringer i nettet, sier han.

Unntakene kan være om det introduseres mange ladepunkter til elektriske kjøretøyer eller store mengder solceller.

– Jeg ser etter forskjellige markedsstrukturer, fleksibilitetsprodukter eller tjenester, handelsmuligheter for fleksibilitet og effekten av fleksibilitetsbruk på dagens energisystemdesign, sier han.

Kara peker på at økningen i fornybare ressurser, som vindkraft og solenergi, er en utfordring. – Det skaper en usikkerhet i energisystemet, og gir flere variabler med skiftende forhold under produksjonen, for eksempel værforhold. Derfor trenger vi et konsept for å takle denne usikkerheten.

I sitt doktorgradsarbeid tar Kara sikte på å produsere fire vitenskapelige artikler: De to første er allerede ferdig, og definerer hva fleksibilitet er og hvilke fordelene det har i et energisystem. Den tredje artikkelen er under utarbeidelse, og handler om hvordan markedene kan bidra til økt fleksibilitet. Den siste artikkelen skal se nærmere på koordineringen mellom DSO-er og TSO, og hvordan systemoperatøren (TSO) kan dra fordel av fleksibilitet på lavere nivåer.


– Samfunnet tjener på CINELDI
Fremtidens distribusjonsnett anno 2030–2040 vil bli et komplisert system av systemer, med innslag av en rekke nye teknologier for å kontrollere og styre kraftnettet. [Foto: SINTEF/Shutterstock]
Har laget omlag
120 miniscenarier
Noe av det første som ble satt i gang etter etableringen av CINELDI, var å lage scenarier som skal være ledetråder for hva det skal forskes på. Det er blitt utformet om lag 120 såkalte miniscenarier.

Tekst: Stein Arne Bakken

U tformingen av visjoner, scenarier og strategier for utvikling av et fleksibelt, robust og kostnadseffektivt distribusjonsnett i 2030-2040, er organisert som en egen arbeidspakke i CINELDI, WP6. Sjefforsker ved SINTEF Energi, Gerd Kjølle, leder dette arbeidet, i tillegg til å være senterleder i CINELDI.

– WP6 var den arbeidsgruppen som fikk spesielt mye å gjøre alt fra starten av. Det var viktig å ha scenarier på plass som grunnlag for arbeidet i de fem andre arbeidsgruppene. Følgelig var visjoner og scenarier viktige tema på alle workshopene og når partnerne møttes de første par årene, sier Kjølle.

Kartlegge trender

Hun påpeker at mye av denne foresightprosessen har gått ut på å identifisere drivkrefter og trender i utviklingen og se for seg hvordan distribusjonsnettet vil bli i 2030– 2040, ti til tjue år etter at smarte målerne kom på plass. – Det er snakk om å skue inn i fremtiden på en systematisk og strukturert måte.

Kjølle legger til at det i dette arbeidet ble undersøkt hva som finnes internasjonalt av scenario-studier og strategier for smarte nett. – Norge har ikke noe veikart for dette, men det har flere andre land. Vi har hatt mye å lære, men flere av drivkreftene måtte tilpasses norske forhold, sier hun.

Investerer i batterier på land

Dette arbeidet har altså resultert i om lag 120 såkalte ministrategier. Et eksempel er knyttet til at elektrifiseringen av transportsektoren fører til store effekttopper i kraftnettet. Det innebærer at ferjeselskapene investerer i store batterier på land til lading av ferjer. Disse batteriene kan også brukes som nettstøtte i høylast- og i feilsituasjoner.

I arbeidet med å lage scenariene har det ifølge Kjølle vært viktig å identifisere trender i utviklingen.

– Vi skiller mellom megatrender, eksterne og nettrelaterte drivkrefter. Megatrendene handler om elektrifisering, urbanisering og digitalisering. De eksterne drivkreftene er knyttet til samfunnsutviklingen, politikk og regulering, om endret forbrukeratferd. De nettrelaterte drivkreftene kan selskapene i stor grad påvirke selv, for eksempel gjennom laststyring.

Et veikart for 2030–2040

Med utgangspunkt i det som er laget av miniscenariene, skal det nå utformes hovedscenarier og et veikart, for 2030-2040, det som i CINELDI-sammenheng blir kalt transisjonsstrategier.

– Dette arbeidet har vi nå så smått kommet i gang med. Hva som skal inngå en slik overordnet strategi for CINELDI og hva som skal være temaene, ble diskutert under CINELDI-dagene i november. Hensikten er å integrere forskningsresultatene i CINELDI inn i en slik helhetlig transisjonsstrategi, sier Kjølle.

Nettselskap kan bruke scenariene

– Har nettselskapene gjort seg nytte av dette scenariearbeidet?

– Det er meningen at scenarier og anbefalinger fra CINELDI skal brukes av så vel nettselskapene som industrien til å oppdatere sine lokale strategier. Vi vet at noen nettselskaper har gjort dette i en viss grad, og vi håper at flere etter hvert vil gjøre seg nytte av arbeidet i CINELDI når de skal utvikle sine egne strategier og kompetanse for fremtiden, sier Gerd Kjølle.