Gud og hans trong til terningspel, er derimot ein flåsete måte å poengtera at ting som skjer, skjer på slump. Og om du les vidare, så håper me at me kan overtyda deg om at, nettopp det at ting skjer på slump, gjer at straumnettet kanskje ikkje alltid er så fullt.
“So God does play dice with the universe. All the evidence points to him being an inveterate gambler, who throws the dice on every possible occasion.”
– Stephen Hawking
Dei siste åra har dei fleste (særleg i Sør-Noreg) merka at høge straumprisar gjer større og større innhogg i privatøkonomien. Det er det fleire grunnar til, blant anna handlar det om innestengt kraft. Store prisskilnader mellom ulike delar av landet kan følast urettferdige, men som poengtert av Straumprisutvalet er det ikkje kapasitet i nettet til å utjamna prisskilnadene på ein økonomisk måte. Eit anna regjeringsutnemnd utval, Nett i tide, seier derimot at ein stor del av nettet sin tekniske kapasitet ikkje vert utnytta. Det er mange omsyn å ta når ein planlegg og driftar nettet. Det er både ein teknisk kapasitet i kvar komponent, men også fysiske samanhengar mellom komponentane ein må ta omsyn til. For å forstå kvifor den tekniske kapasiteten ikkje vert brukt fullt ut så er det nyttig å sjå kva som kan skje om ein bruker kapasiteten fullt ut og det skjer ein feil i nettet.
Her er eit enkelt kraftsystem som består av to område kopla saman av to linjer. Internt i områda er det også fleire linjer, men her går me ut i frå at dei alltid har nok kapasitet.
Figur 1: Eksempel på kva som skjer om ein tillet full flyt og ein får feil på ei linje (N-0)
Den tekniske kapasiteten for straumoverføring mellom områda er lik summen av kapasiteten til begge linjene.
Figur 1: Eksempel på kva som skjer om ein tillet full flyt og ein får feil på ei linje (N-0)
Dess meir flyt ein tillèt mellom områda dess mindre vil det kosta samfunnet.
Figur 1: Eksempel på kva som skjer om ein tillet full flyt og ein får feil på ei linje (N-0)
Om ein let det flyta like mykje straum over linjene som summen av kapasiteten til linjene har ein eit problem om ei av linjene skulle falla ut, eit eksempel her er brot på grunn av lynnedslag
Figur 1: Eksempel på kva som skjer om ein tillet full flyt og ein får feil på ei linje (N-0)
Etter brot på den eine linja fører den resterande linja meir straum enn teknisk kapasitet, og linja vert overlasta. Store overlastar kan igjen føra til at kundar mister straumen og nettselskapet får kostnader gjennom ordninga med ikkje levert energi (KILE).
Figur 1: Eksempel på kva som skjer om ein tillet full flyt og ein får feil på ei linje (N-0)
Tradisjonell drift N-1
Den tradisjonelle måten å handtera potensielle feil i nettet på er å drifta nettet slik at utfall av ei enkelt linje ikkje fører til overlast på ein einaste annan komponent i kraftsystemet. Denne strategien for å drifta nettet på er illustrert i Figur 2 og kallast for N-1. Strategien er enkel å forstå og fylgja, men ein ulempe er at ein stor del av nettet sin tekniske kapasitet ikkje vert brukt mesteparten av tida.
Tradisjonell drift N-1/2
Ein ulempe med å drifta nettet etter N-1 prinsippet er at ein berre bruker ein liten del av nettet sin totale kapasitet. Dette fører til større prisskilnader mellom prisområda og totalt sett dyrare straum for alle. I Noreg bruker me av og til ein strategi, som kallast N-1/2. Denne strategien går ut på at ein tillèt litt meir flyt enn ved N-1 drift, med eit vern aktivert. Dette vernet kallast eit systemvern (forkorta SPS), og aktiverast ved feil i nettet for å sikra kraftsystemet. Eit eksempel på korleis dette fungerer er vist i Figur 3.
I Noreg bruker me av og til ein variant av N-1. I denne varianten let ein det flyta litt meir straum på linjene, men har aktivert eit vern for å redusera flyten på linja som er att om noko skulle skje.
Figur 3: Eksempel på å drifta straumnettet med N-1/2
Denne strategien vert av og til kalla N-1/2 og verna kallast systemvern (SPS, system protection scheme, på engelsk).
Figur 3: Eksempel på å drifta straumnettet med N-1/2
Ved en feil vil vernet kopla ut produksjon som vil redusera flyten mellom områda slik at den kjem innafor kapasiteten.
Figur 3: Eksempel på å drifta straumnettet med N-1/2
Aktiveringa av vernet vil redusera flyten mellom områda og dermed auka kostnadene, men ein vil unngå KILE, som ville vore dyrare.
Figur 3: Eksempel på å drifta straumnettet med N-1/2
Val av driftsstrategi
Når ein skal velja driftsstrategi er det fleire ulike moment ein må vega opp mot kvarandre. Om ein tillèt mest mogleg flyt så vil ein utnytta nettet betre, noko som totalt sett vil gje billigare straum, men potensielt store konsekvensar og kostnader om det oppstår ein feil. Det er difor viktig å evaluera kor mykje ein kan spara på å tillata meir flyt og kva ein risikerer om noko skulle skje feil. I tillegg så skjer det stort sett ikkje feil. Det vil sei at om ein alltid held igjen flyten så risikerer ein å drifta unødig dyrt. Med andre ord så kan det vera gode argument for å tillata meir flyt når det er lågt sannsyn for feil og å halda att når sannsynet er høgt.
Feilsannsynet er typisk lågt når det er fint vêr og høgt når det er dårleg. Ei vêrmelding kan difor vera eit nyttig verktøy for å avgjerda kor mykje flyt ein kan tillata. Ein kan sjå på det som om at når det er fint vêr så kastast ein terning som nesten alltid landar på seks og ikkje gjer utfall. Medan det under dårleg vêr kastast ein terning som mykje oftare landar på eit tal som gjer utfall. Jobben med å velja den beste driftsstrategien går difor ut på å evaluera sannsynet for at noko kan gå gale, kva konsekvensen av det vert og kor mykje ein kan spara, som illustrert i Figur 4. I tillegg så må ein vurdera kva tiltak ein har for å redusera sannsynet for feil og konsekvensen av feil. Me har vist tri ulike strategiar som vil gje ulike konsekvensar og kostnader. Der N-1 strategien er reint preventiv og N-1/2 er ein strategi som baserer seg på både preventive og korrigerande tiltak. I et reelt nett, vil mengden moglege preventive og korrigerande tiltak vera veldig stor.
Reknekompleksitet
Om ein skal ta omsyn til både førebyggande og korrigerande tiltak for alle moglege feil i kraftsystemet blir dette veldig tidkrevjande å rekna ut. I Figur 5 har me illustrert kor mange situasjonar ein må rekna på i eit tenkt tilfelle der ein har eit system som består av to linjer, og ein vurderer berre fire førebyggande og to korrigerande tiltak. I eit verkeleg system kan ein ha fleire tusen linjer og hundrevis av moglege tiltak.
Den store fordelen med å bruke N-1 strategien er at ein ikkje treng å vurdera korrigerande tiltak, sidan ingen feil skal føra til overlast. Ein treng heller ikkje å vurdera like mange førebyggande tiltak, sidan veldig mange openbart vil vera uaktuelle, som for eksempel full flyt på alle linjer. Det er difor mykje lettare å gjennomføra ein N-1 strategi i praksis enn ein såkalla sannsynbasert strategi. Ein sannsynbasert strategi tek omsyn til kostnaden av ulike tiltak og vektar kostnaden av feil med sannsynet for å vektlegga kva tiltak som skal brukast mot ulike feil.
Fremtidens driftsstrategier i kraftsystemet
I forskingsprosjektet RaPid, støtta av Noregs forskningsråd, har NTNU og SINTEF saman med Statnett og NVE sett på metodar for å raskt kunna rekna ut den beste strategien for å drifta kraftsystemet både ved hjelp av N-1 strategien og den sannsynbaserte. Hovudfokuset har vore på å verifisera at metodane er raske nok og fungerer på overføringsnettet i Noreg (Statnett sitt ansvarsområde). Me har ikkje fokusert på å finne ut kor mykje ein potensielt kan spara på å drifta annleis, men heller å bekrefte at me er i stand til å raskt evaluera ulike situasjonar slik at me er i stand til å drifta annleis. Ei grundigare skildring av studien med avgrensingar vert nærare diskutert i ein artikkel.
Eit eksempel på resultat som metoden gjev er vist i Figur 6, der tala er gitt som prosent av N-1 kostnaden. Om ein les figuren frå venstre mot høgre så startar ein med N-1 strategien. I denne strategien ser ein at den største kostnaden er førebyggande tiltak. Det vil sei at kapasiteten mellom prisområda vert redusert slik at me toler alle utfall, noko som fører til mindre kostnadseffektiv utnytting av systemet. Søyla til høgre for denne er strategien sannsynbasert, der ein antek at sannsynet for feil er veldig lågt (gjennomsnittleg for eit år fordelt utover ein time). Metoden viser då at det ikkje løner seg å gjera noko førebyggande, sidan forventningsverdien av kostnad av feil er veldig liten, og me kan køyra med full flyt. Om ein derimot antek høgare sannsyn for linjefeil, eit sannsyn på 1 %, då får ein den neste søyla. Ein ser då at metoden vil foreslå å bruka litt pengar på førebyggande tiltak og at den planlegg for ein del korrigerande tiltak. Om ein også aukar sannsynet for feil på ei av dei viktigaste linjene i systemet til 5 % så vil metoden planlegga for enno fleire førebyggande tiltak.
Det er verdt å merka seg at i tilfella me har sett på så kan kostnadene av nokre av feila vera veldig store, men sidan sannsynet for at dei skjer er veldig låg, så vert dei ikkje vektlagt så mykje. Om ein skal drifta kraftsystemet etter ein sannsynbasert strategi så er det viktig å ha gode estimat for sannsynet av feil og ha klart for seg kva som er akseptable og uakseptable konsekvensar for samfunnet. Det kan vera at enkelte konsekvensar er så store at me ikkje vil tillata dei sjølv om sannsynet er svært lågt.
Eit anna aspekt er kva ein gjer når sannsynet for feil vert veldig høgt, for eksempel under ein storm. I slike situasjonar er det sannsynleg at meir enn ei linje fell ut samtidig. Om ein då driftar nettet med N-1 strategien så er det eit overvegande sannsyn for at noko som ein ikkje har planlagt for kan skje, og dermed trugar forsyningssikkerheiten (at folk har straum i stikkontakta). Slike situasjonar er lettare å handtera ved hjelp av proabilistiske metodar, dette er noko NTNU såg på saman med Universitetet i Wisconsin-Madison. Analysane vart her gjort på syntetiske kraftnett som er opne for alle å bruke. Dei har mange av dei same eigenskapane, og oppfører seg veldig likt som dei ekte kraftnetta.
Ut frå analysane ser ein at den forventa kostnaden som resultat av feil på fleire komponentar på likt kan vera ulik summen av kostnaden for enkeltfeila. Nokre gonger høgare og nokre gonger lågare. Det er viktig å kunne identifisere desse, og kva konsekvensar dei har. Nokre linjer er spesielt utsett for sterk vind under ein storm, typisk på fjellovergangar. Då vil ein velja å redusera straumflyten på desse utsette linjene endå meir enn ein normalt gjer med N-1. Det reduserer dei forventa kostnadene etter ein eventuell feil, men gjev auka produksjonskostnader. Dei sannsynbaserte metodane veg desse omsyna mot kvarandre og gjev ei anbefaling for korleis nettet bør driftast.
Analysane våre viser at kan vera mogleg å drifte nettet billegare ved å bruke sannsynbaserte metodar utan at det treng å gå utover forsyningssikkerheita. Ved å laga robuste verktøy som fungerer for alle typar ver vil ein kunna meir presist seia kor mykje produksjon og forbruk det er plass til i nettet til ein kvar tid. Målet er å utnytta kraftnettet me allereie har bygd best mogleg slik at kostnadar og naturinngrep kan haldast nede medan forsyningssikkerheita kan haldast oppe.
Om ein går tilbake til påstanden om at Gud speler med terningar og at straumnettet kanskje ikkje alltid er så fullt, så viser våre analysar at det kan vera pengar å spara på å tillata meir flyt. Dette kan føra til totalt sett billigare straum (dyrare for nokre) og betre utnytting av straumnettet. Det er også viktig å hugsa på at om ein driftar strengt etter ein N-1 strategi så kan ein i nokre tilfelle, for eksempel når det er kraftige stormar, ta ein for stor risiko. Den beste strategien vil då vera å drifta med mindre risiko, som kan føra til totalt sett dyrare straum (billigare for nokre).
Det me vil at du som lesar skal sitja att med etter å ha lese denne bloggen er ikkje at straumen kan verta billigare eller dyrare for den enkelte, men at den beste måten å drifta nettet på er ein måte der ein tek omsyn til at tilfeldigheitar styrer verda (Gud speler med terningar). Då kan me utnytta kraftnettet optimalt og total kostnad vert lågast mogleg. For å få til det trengst det meir arbeid for å sikra gode verktøy for å finna beste strategi og gode estimat for sannsynet for feil. Samfunnet må også ha eit bevisst forhold til kor mykje risiko me er villig til å ta.
Ekspertise
Forsyningssikkerhet
SINTEF har ekspertkompetanse og erfaring innenfor temaet forsyningssikkerhet.
Kommentarer
Ingen kommentarer enda. Vær den første til å kommentere!