Demonstrasjon av enklare prekvalifisering av FCR

Freki-prosjektet utviklar metodar slik at kraftprodusentane kan godkjennast som leverandør av primærreservar – også kalt FCR (frequency containment reserves) på ein enklare og billigare måte enn i dag.

Dei nordiske systemansvarlege (TSOane) har nyleg innført nye krav for å levera FCR (frequency containment reserves). Desse krava inneber testar som er både tid- og resurskrevjande.

For å balansera produksjon og last i kraftsystemet og oppretthalde forsyningssikkerheiten er det viktig med FCR; dette er fyrste forsvarslinje for å halda straumnettet stabilt når frekvensen avviker frå 50 Hz. Denne tenesta sel produsentane til dei systemansvarlege, som i Noreg er Statnett.

Utviklar enklare prosess

Både Statnett og kraftprodusentane har interesse av at kraftverk kan prekvalifiserast som leverandør av FCR på ein enklast mogleg måte. I Freki, som er eit innovasjonsprosjekt for næringslivet (IPN), støtta av Forskningsrådet, skal me utvikla og verifisera ein ny og enklare prosess for prekvalifisering av FCR.

For å testa eit kraftverk så kan ein tenkja seg at ein gjer kraftverket eit velretta spark for så å sjå korleis det responderer. Eller meir spesifikt som i TSO-testane; eit sprang og ein rekke sinussignal på frekvensinngangen til turbinregulator. Deretter målast responsen. Dette tek veldig lang tid og må gjennomførast på fleire ulike driftspunk.

I Freki er tanken at eit sprang inneheld alle sinusar (Fourier) og at normale endringar (støy) under normal drift og inneheld alle sinusar. Tanken er difor å testa kva ein kan få til med målingar frå normal drift eller målingar frå ein enkel test, som illustrert i Figur 1.

Prosjektet bygger på idéar frå eit doktogradsstudium utført ved NTNU (Noregs teknisk-naturvitskaplege universitet). Prosjektet har jobba i rundt eit år. Fornybar Norge er prosjekteigar og Sintef Energi er forskningspartnar, mens Statnett, Statkraft, Hafslund ECO, Skagerak Energi, Å Energi og Aker Solutions Hydropower er industripartnare.

Hovudtemaa prosjektet har jobba med til no er:

• Implementering av TSO-ane sitt testprogram for samanlikning.
• Laga forslag til nye testar.
• Testa ulike identifiseringsmetodar.
• Utvikla metodar for å finna regulatorparametarar.

I tillegg har me gjort ein jobb med å samla data frå kraftverk og å utvikla eit rammeverk for å simulera kombinert kraftverks og kraftsystemdynamikk. Dette rammeverket har to formål. Hovudformålet for prosjektet er å få validert metodar. Til det treng me å modellera opp mange kraftverk med ulik vassvegsdynamikk, ulike regulatorar kopla til kraftsystem med ulik styrke og ulik grad av målestøy. Ein fin sideeffekt er at rammeverket kan brukast av produsentar til å sjekka om kraftverk klarer krava ved hjelp av hurtige og fleksible simuleringsverktøy. Rammeverket er laga i Modelica og bruker biblioteka OpenHPL for vassvegsdynamikk og OpenIPSL for kraftverksdynamikk. I tillegg er det utvikla eigen funskjonalitet for FCR-testar og generering av støy.

Regulatorinnstillingane er enklast å justere

Om eit kraftverk klarer FCR-krava eller ikkje er avhengig av fleire faktorar, som dynamikk i vassveg, mekanikk i reguleringsmekanismar og regulatorinnstillingar. Det enklaste å gjera noko med i praksis er regulatorinnstillingane. I Figur 2 er blokkdiagrammet som ligg til grunn for krava i frekvensdomenet skissert og resultat frå to tenkte regulatorinnstillingar teikna inn. Det er desse krava som var fokuset på arbeidsmøtet

Vellukka testing av dei nye metodane

I september 2025 samlast prosjektpartnarane i Kristiansand til eit arbeidsmøte for å testa metodane som me i SINTEF så langt har utvikla.

Metodane bruker data som mange produsentar allereie har for å sjå om kraftverk kan prekvalifiserast. Metodane kan også foreslå regulatorparametare som gjer at eit kraftverk klarer krava, med minst mogleg slitasje på mekaniske delar. Metodane funkar med modellar av kraftverket som kan brukast for simuleringsanalysar og med måledata frå kraftverk.

Eit viktig mål for prosjektet er at metodane som utviklast er nyttige for partnarane etter prosjektslutt. Ofte så bruker ein arbeidsmøte til å presentera metodar og resultat etterfylgt av diskusjon. Eit opplegg som også funkar fint å køyra over Teams. Det er derimot ikkje så lett å sjå basert på ein presentasjon om eit verktøy vil vera nyttig. I tillegg risikerer ein å verta litt passiv av å sitja og sjå på presentasjonar ein heil dag. Me valde difor å setja opp eit online testmiljø med alle metodane installert og eksempel-datasett. Dette gav alle høve til å testa metodane sjølv, noko som gav betre diskusjonar enn det ein typisk opplev om ein køyrer ei rekke med presentasjonar.

Les meir om moglegheitene ved vLab, som er SINTEFs interaktive nettverksmiljø

I Figur 3 ser ein eit eksempel på ein kodesnutt som let ein stilla regulatorparametarar for eit kraftverk for å sjå om det klarer frekvensdomenekrava. Modellen er laga basert på målingar frå eit kraftverk. På grunn av ein dårleg dempa pendling vil aldri dette kraftverket klara både kravet til yting og stabilitet.

Figur 4 viser ein annan kodesnutt som finn kombinasjonar av regulatorparametarar som gjer at eit kraftverk klarer krava. I tillegg så viser koden eit enkelt mål på kva kombinasjon av regulatorparametarar som gjer minst slitasje på kraftverket. Dette vil la kraftverkseigar gjera eit kompromiss mellom margin til å klara krava og slitasje på kraftverket.

Fordelar med fysisk testmøte og felttur

Pandemien gjorde oss flinke til å køyra presentasjonsshow over Teams. Det er også ein møteform som sit i ryggmargen. Det var difor skummelt å kalla inn masse folk til eit arbeidsmøte utan ein tettpakka agenda, men med god tid til å la dei køyra koden og metodane me hadde utvikla. Heldigvis vart opplegget tatt godt imot og det vart kommentert at det var det nyttigaste møtet så langt i prosjektet.

For å få inspirasjon til arbeidsmøtet og la nedstøva forskarar få sett røynda med eigne auge tok arbeidsmøtet også ein liten tur ut til det idylliske kraftverket Nomeland. Ein av maskinane stod denne dagen, så ein del vatn måtte sleppast forbi turbinane, noko som laga ein fin regnboge. Kraftverket inneheldt elles gamle maskinar som vitnar om ein stolt industrihistorie.

Oppsummert så var det ei positiv oppleving å la industripartnarane få testa metodane og fått diskutert vegen vidare ansikt til ansikt. Etter kvart som arbeidet skrid fram håper me å få validert metodane og presentert anbefalingar til korleis ein kan prekvalifisera eit kraftverk raskare og enklare.