Demoer og kunnskap som gjør det lettere å integrere batterisystem i distribusjonsnettet

Medforfatter: Kjersti Berg, SINTEF Energi

Batterisystem kan være til nytte for flere aktører og har forskjellige bruksområder. Ettersom kostnadene for batterisystem fortsetter å falle, blir de mer aktuelle for både nettselskap og sluttbrukere. I Norge har vi begrenset med kunnskap om planlegging og drift av batterisystem, særlig med tanke på hvilken nytte de kan ha for nettselskap.

I IntegER-prosjektet utføres forskjellige batteridemonstrasjoner (demoer) som skal illustrere hvordan implementering av batteri i distribusjonsnettet kan gjøres. Størrelsen på batteriene i demoene spenner fra 7 kWh til 1 MWh og både blybatterier og litium-ionbatterier er testet for ulike bruksområder (use case). Erfaringer fra demoene skal blant annet beskrives i en veileder for bransjen. I dette innlegget gir vi en kort beskrivelse av de forskjellige demoene.

Kan man integrere batterisystem i distribusjonsnettet?

IntegER (Integrasjon av energilager i distribusjonsnettet) er et FoU-prosjekt som startet i 2017, med målsetting om å bidra til ny kunnskap som gjør det lettere å integrere batterisystem i strømnettet. En viktig del av prosjektet er demoene, der ulike use case for batterier i distribusjonsnettet testes, inkludert:

• peak shaving for kunde (med formål å redusere effekttopper og dermed strømregningen)
• peak shaving for nettselskap (med formål å holde seg innenfor Forskrift om Leveringskvalitet (FoL))
• begrensning av innmating av solenergi til nettet
• egenforbruk av solenergi
• fasebalansering
• øydrift/mikronett
• vehicle-to-grid
• spenningsregulering
• nødstrøm/backup

Demoene er Evenstad Campus (Elvia), Plusskunde i svakt nett (Tensio TN), Skagerak EnergiLab (Skagerak Energi), Skarpnes Nullhus (Agder Energi Nett), Batteri i svakt nett (Elvia) og Brushytten (BKK). Resultater fra demoene vil underbygge anbefalingene i veilederen som er sluttresultatet i prosjektet.

Campus Evenstad

Campus Evenstad er en del av Høyskolen i Innlandet (HiNN) og gir et utdanningstilbud innenfor hovedsakelig skog- og utmarksfag. Campus Evenstad eies og driftes av Statsbygg, som jobber for å redusere statlige eiendommers klimaavtrykk. Her har Statsbygg gjennom flere år testet innovativ teknologi som legger til rette for nye løsninger, nødvendige for å realisere nullutslippssamfunnet.

I 2019 ble det bygget et nullutslippsbygg på eiendommen. Egen energi produseres ved hjelp av både solcellepaneler (PV), solfangere, flisbasert CHP-maskin (Combined Heat and Power) samt biokjel, og det er installert et stasjonært batteri. Høsten 2019 demonstrerte Statsbygg for første gang i Norge at man kan overføre strøm fra en elbil til bygg og strømnettet ved å ta i bruk vehicle-to-grid-lader (V2G). Det er et ønske om å holde essensielle laster oppe ved strømavbrudd, spesielt i vinterhalvåret. Da kan det lokale nettet kjøres i øydrift. Det omkringliggende nettet driftes av Elvia (tidligere Eidsiva Nett).

Batteriet på Evenstad har en samlet energilagringskapasitet på 204 kWh og er av typen litium-ion. Til sammenligning har batteriet i en Tesla Model S en energikapasitet på 100 kWh. Den maksimale effekten som kan leveres av batteriomformerne er 120 kW. Batteriet og omformerne er levert av Solcellespesialisten. Figuren under viser hvordan batteriet er tilkoblet i den elektriske installasjonen på Evenstad. På Evenstad tester man blant annet utjevning av forbrukstopper gjennom døgnet, vehicle-to-microgrid, øydrift/mikronett, samt optimalisering av samspillet gjennom smart styringssystem. Campus Evenstad er også et pilotprosjekt i Forskingssenter for miljøvennlig energi ZEN (Zero Emission Neighbourhoods in Smart Cities).

Plusskunde i svakt nett

Et 18 kWh/18 kW blybatteri er tilknyttet en plusskunde i Tensio TN sitt nett, se figuren under. Kunden har solcellepanel på 3 kWp og ligger i et svakt nett, med spenning ned mot 195 V og lav kortslutningsytelse. Kunden har vannbåren varme som trekker opptil 12 kW og en stor elbil (Tesla Model X), noe som har gitt spenningskvalitetsutfordringer. Forbruket til kunden har økt, og dermed mater kunden mindre solenergi inn på nettet enn tidligere. Use case som testes her er fasebalansering, som allerede har gitt svært lovende resultater, og peak shaving av husholdningsforbruket.

Skagerak EnergiLab

Skagerak Arena er en idrettsarena med mål om å bruke mer fornybar energi. I samarbeid med Odd fotballklubb har Skagerak Energi installert solcellepaneler på tre av tribunetakene, samt et batteri. Idrettsarenaen er tilknyttet to forskjellige nettstasjoner, og har flere typer laster: kontorbygg, kioskvirksomhet, flomlys og leiligheter, som vist i figuren under.

Batteriet er av typen litium-ion og har en energikapasitet på 1 MWh og en effektkapasitet på 800 kW. Skagerak Energi ønsker å få erfaringer med teknologi og batteriets nytteverdi sett fra forskjellige aktørers ståsted (nettselskap, sluttbruker, kraftselskap, myndigheter). Use case som testes i IntegER-prosjektet er spenningsregulering, nødstrøm/backup og øydrift.

Skarpnes Nullhus

Skarpnes boligfelt er lokalisert utenfor Arendal i Aust-Agder. Boligfeltet var landets første med nullhus, og har blitt brukt som pilot for en rekke FoU-prosjekter. I tilknytning til de fem nullhusene i boligfeltet, ble et blybatteri installert for å undersøke hvordan det kan samspille med solcellepaneler og effektkrevende apparater. Batteriet har en energikapasitet på 10 kWh og effektkapasitet på 12 kW.

I IntegER-prosjektet har det blitt utført testing på Skarpnes fra juli 2019, i samarbeid med Agder Energi Nett og Pixii. Use case som har blitt testet er peak shaving for både kunde og nettselskap, egenforbruk av sol og innmatingsbegrensning av sol. Målet er å studere hvordan batteriet vil driftes forskjellig avhengig av hvilken aktør som vil ha nytte av det.

Batteri i svakt nett

Elvia (tidligere Hafslund Nett) har demoen «Batteri i svake nett», som er et godt eksempel for mange steder i det rurale nettet i Østfold. Formålet med demoen er å se hvordan et batteri fungerer i svakt nett, i kombinasjon med en spenningsbooster. Spenningsboosteren kan ta seg av faseusymmetri og langvarige spenningsvariasjoner, mens batteriet kan ta seg av de kortvarige spenningsvariasjonene, som boosteren ikke klarer å fange opp. En slik kombinasjon kan redusere batteristørrelsen som trengs betraktelig. Demoen skal gi svar på hvorvidt en slik løsning er enkel å sette opp, drifte og bruke som standardløsning, samt om samspillet mellom de to systemene fungerer uten problemer.

Brushytten

Brushytten er en populær turisthytte i Byfjellene i Bergen. BKK drifter det lokale nettet, som er svakt. Det har vært problemer med spenningskvalitet, og spenningsbooster er installert i enden av luftlinja for å avhjelpe dette. Dersom det skjer feil på linja, oppdages det ofte i helgene siden hytta ikke er i bruk ellers. Det er lite ønskelig med utrykning eller feilretting på helgedager. En batteripakke på 130 kWh/12 kW ønskes installert for å drifte hytta i 24 timer hvis det skjer et utfall i åpningstiden. Batteriet er ikke i drift enda, men blir testet (FAT – Factory Acceptance Test) for normaldrift med forsyning fra nettet, batterilading og -utlading og øydrift ved feil.

Veileder for bransjen

IntegER-prosjektet skal avsluttes i august 2020. En veileder for integrasjon av batterisystemer i distribusjonsnett er under utvikling, og vil bli sluttleveransen i prosjektet. Nylig ble det arrangert et fagseminar der innspill til og status for veilederen ble diskutert.

For å kunne avgjøre om batterisystem er et godt alternativ til nettinvestering, er det nødvendig å gjøre kost/nytte-vurderinger. Veilederen vil derfor inneholde en kost/nytte-metodikk fra både et samfunnsøkonomisk og bedriftsøkonomisk perspektiv. Veilederen vil være rettet mot nettselskap, men kan også være av nytte for andre aktører. Erfaringer fra demoene, både når det gjelder planlegging, anskaffelse og drift av batteri, vil bli beskrevet i veilederen.

Om IntegER-prosjektet

IntegER-prosjektet er finansiert av ENERGIX og eies av Skagerak Energi. SINTEF Energi leder prosjektet. Følgende virksomheter er partnere i prosjektet:

• Agder Energi Nett
• BKK Nett
• Elvia
• Helgelandskraft
• Lyse
• Tensio
• Energi Norge
• Smartgridsenteret
• NVE

Les også: Gemini – Batterier blir en del av strømnettet