Norsk referansenett for forskning på smarte strømnett

Medforfatter: Gerd Kjølle, senterleder i CINELDI og Sjefforsker i SINTEF Energi

Dette er referansenett og derfor trenger vi dem

Et referansenett er et digitalt strømnett som er representativt for det virkelige nettet. I referansenettet kan teknologier, scenarier og utfordringer testes i virkelighetsnære rammer. Når et referansenett er åpent tilgjengelig kan forskere teste ut sine metoder og teknikker og sammenlikne resultatene med tilsvarende analyser i andre miljø. Dette gir grunnlag for å vurdere både metoder og resultater samt visualisere overfor ulike interessenter hva som er hensiktsmessig å gjøre for å integrere nye elementer som distribuert fornybar kraftproduksjon, ladestasjoner for elbillading og nye typer elektrisk forbruk og å håndtere nye utfordringer som oppstår.

Kort sagt kan vi si at det muliggjør mer prinsipielle analyser og samtidig legger til rette for å analysere nye problemstillinger for fremtidens nett i et representativt nett.

Utfordringen med internasjonale referansenett

Det finnes en del internasjonale testnett som brukes til ulike formål. Dette er ofte nett av mer akademisk karakter, typisk for verifisering og validering av nye metoder, og ofte ikke så egnet til å studere problemstillinger i realistiske nett og krever derfor tilpasning. I tillegg er disse nettene basert på internasjonale data og er derfor mindre egnet til å gjøre tester mot norske forhold.

I forskningssenteret CINELDI har vi derfor jobbet med å etablere norske referansenett. Dette arbeidet startet i 2020, og det første CINELDI-referansenettet for høyspennings distribusjonsnett endelig på plass.

[blue_box]

Faktaboks om CINELDI

CINELDI (Centre for Intelligent Electricity Distribution) er er forskningssenter for miljøvennlig energi. CINELDI forsker på de teknologiene og løsningene som lar oss oppgradere og digitalisere strømnettet på en kostnadseffektiv og sikker måte, slik at strømnettet er rustet til å håndtere økt etterspørsel etter strøm, økt effektbehov og mer ikke-regulerbar fornybar energi.

CINELDI er finansiert av forskningsrådet og partnerne i senteret.

[/blue_box]

Målet er å etablere stiliserte nett representative for ulike typer distribusjonsnett med forskjellige driftsbetingelser og for ulike spenningsnivå. Planen har vært at disse skal kunne brukes til sammenlikninger, til å kvantifisere samfunnsøkonomiske kostnader knyttet til investeringer, drift, strømbrudd og elektriske tap for ulike scenarier for fremtidens nett.

Dette kan videre brukes til å si noe om betydningen av å ta i bruk nye teknologier og løsninger og til å kvantifisere nytteverdier og potensialer for kostnadsbesparelser. I CINELDI skal vi utvikle en strategi for overgangen til fremtidens nett, og slike referansenett kan brukes til å gjennomføre og teste ut ulike case for å bygge opp under denne strategien.

I CINELDI brukes referansenettet til å demonstrere og analysere metoder og konsepter utviklet for å ta i bruk fleksibilitet i forbruk, produksjon og energilager, og senere for å analysere forsyningssikkerhet. I tillegg skal vi gjøre nettdataene tilgjengelige  for andre aktører som ønsker å bruke det til å gjøre tilsvarende analyser.

Slik ble referansenettet utviklet

CINELDI har fått tilgang til dataene for et høyspennings distribusjonsnett fra et norsk nettselskap. Dette nettet har struktur og egenskaper som er representative for norske nett og som er godt egnet til å brukes som et utgangspunkt for utvikling av en slikt referansenett.

For at slike nettdata skal kunne gjøres åpent tilgjengelig så er det behov for å anonymisere data. Dvs. å sikre at det ikke direkte kan identifiseres som et bestemt nett i Norge. Det brukes derfor andre betegnelser på de ulike komponentene i nettet. Fordelen med dette er også at vi friere kan definere nye problemstillinger og gjøre endringer og tilpasninger i datasettet.

Det vi har gjort er å lage et standardisert datasett ut fra tilgjengelig materiale som kan karakteriseres som dagnes nett uten nye belastningstyper som ladestasjoner, batteri og lokale energisamfunn som eksempler. Etter behov kan vi legge inn alt i fra enkeltbatterier, solceller og andre komponenter, til lokale energisamfunn og på den måten si noe om hvordan nye komponenter og belastninger påvirker nettet.

Slik blir dette et standardnett hvor ulike scenarier for fremtidige nett kan testes og gi grunnlag for å vurdere nettforsterkning og investeringer i lys av nye komponenter og delsystemer. Alternativt kan det brukes til å demonstrere driftsproblemstillinger i nett med mer distribuert produksjon, lagringsmuligheter og elbilladning som representerer utypiske og ikke minst utfordrende belastningsprofiler.

Referansenett for å kunne demonstrere nye løsninger for fleksibilitet i nettet

I perioden 2020-2021 har CINELDI jobbet med fleksibilitet i nettet på tvers av forskningsområdene i senteret. Målet har vært å komme opp med nye tverrfaglige og helhetlige løsninger for fleksibilitet i nettplanlegging, drift og systemtjenester.

For å kunne demonstrere CINELDI sin felles prosjektaktivitet knyttet til fleksibilitet, har vi lagt inn nye elementer i  referansenettet (Figur 1) som inneholder flere av de problemstillingene som vi forventer blir dominerende i et fremtidig system. Dette systemet er utvidet med:

• Lokale energisystemer med produksjon (solceller), elbillading, lokal lagring
• Større lagringsenheter som batteri
• Høyeffekt ladestasjoner for elbil definert med antall plasser og en total kapasitet
• En fergeforbindelse der en kan variere lokal lagring for ulike ladebehov som vil være styrt av tidtabellen for fergen
• Det kan også være aktuelt å legge inn eksempelvis vindkraft hvis en vil ha en enda mer varierende ressurstilgang
• Nettet har også alternative forsyningsveier som kan kombineres med omkoblinger og forsyning av delsystemer.

I 2022-24 vil forsyningssikkerhet være hovedtema for forskningen på tvers av forskningsområdene i CINELDI. Referansenettet vil bli viktig i også denne satsingen, for å teste ut ulike alternative strategier for å håndtere forsyningssikkerheten.

Skal utvikle bedre løsninger for det norske strømnettet

Testnettet og hvordan det er tenkt brukt er presentert for partnerne i CINELDI og for eksterne miljøer knyttet til forskningssenteret. Både nettet og at det tilgjengeliggjøres for andre har blitt svært godt mottatt. Vårt håp er at dette referansenettet vil bidra til å utvikle bedre løsninger for det norske strømnettet enn de standardiserte testnettene som er tilgjengelige i dag. Vi jobber nå for at andre nasjonale aktører skal kunne ta det i bruk og at det kan bli et internasjonalt akseptert testsystem.

Hvis vi har et veldefinert nett som inneholder de data som er nødvendig og med gode beskrivelser over forutsetningner, så kan andre bruke dette systemet på et bredere sett av problemstillinger uten å måtte definere egne data. Dette forenkler sammenlikninger med andre analyser siden en er sikrere på at det er samme situasjon i utgangspunket. Hvis det er spesielle ting som skal sammenliknes så bør det være tilstrekkelig å definere mindre endringer fra standardtilfellet.