Fleksibilitet i strømnettet med dynamisk styrte nett

Veiledere: Maren Istad, Susanne Sandell og Silje Monstad 

Denne sommeren har jeg fått jobbet på et pilotprosjekt i forskningssenteret FME CINELDI, i samarbeid med nettselskapet Linja og teknologileverandøren Heimdall Power.

I pilotprosjektet prøver vi å finne måter å utnytte kapasiteten i dagens strømnett bedre, ved hjelp av dynamiske grenser basert på data fra sensorer og meteorologiske forhold. Min oppgave var å analysere data fra slike sensorer, kalt «Neuroner», utplassert på luftlinjer som leverer strøm til kraftkrevende industri. Industrianlegget er helt avhengig av kontinuerlig tilgang på tilstrekkelig med strøm, og å kunne redusere perioder der kapasiteten i strømnettet er for lav, har derfor stor verdi.

Konservative grenser gir dårlig kapasitetsutnyttelse

Strømmen i en kraftledning må være under en viss grense, kalt den termiske grenselasten. Overskrides denne, kan kraftledningen bli for varm, noe som blant annet kan føre til for lav avstand mellom ledningen og bakken. I dag driftes kraftledninger i Norge etter konservative strømgrenser. Disse grensene finnes på Fosweb og er gitt som grenser i ti-gradersintervaller, der lufttemperaturen er eneste tidsavhengige variabel. Det er blant annet antatt en vindhastighet konstant lik 0.6 m/s [1].

I virkeligheten er det flere kjølende mekanismer som kan gjøre at den faktiske kapasiteten i nettet er høyere enn dagens grenser tilsier. Dette fikk jeg undersøke nærmere ved å studere reelle data fra Neuroner utplassert i strømnettet. Strømnettet jeg analyserte har tre kraftledninger i parallell, med varierende kapasitet for strømoverføring, alt etter de meteorologiske forholdene. Disse ledningene skal driftes slik at dersom én av dem faller ut, skal de resterende to være i stand til å føre den ekstra strømmen slik at sluttforbrukeren ikke påvirkes, et driftsprinsipp kalt «N-1 forsyningssikkerhet».

I enkelte tilfeller kan Statnett være nødt til å spesialregulere produksjonen i dette strømnettet, for å sørge for at tilbud og etterspørsel er i samsvar med kapasitetsgrensene i nettet. Dette er en prosess som medfører ekstra samfunnsøkonomisk kostnader, og vil derfor unngås av både Statnett og nettselskapet. Jeg så derfor på om mer dynamiske grenser i nettet kunne redusere behovet for disse spesialreguleringene, ved å avsløre at det faktisk er mer tilgjengelig kapasitet som kan utnyttes. Da jeg ikke hadde noen data på faktiske spesialreguleringer tilgjengelig, lagde jeg en modell for å identifisere antatte spesialreguleringer i dataen jeg hadde. Med denne modellen som grunnlag fant jeg at med de nye dynamiske grensene ville kapasiteten øke med 20 %, og dermed kunne redusere antall timer med behov for spesialreguleringer med over 80 %. Som figuren under illustrerer, er det mye ubrukt kapasitet i nettet som potensielt kan utnyttes bedre.

Er vi villige til å ta risikoen?

Ifølge rapporten «Flaskehalshåndtering i regionalnett – forutsetninger for alternativ håndtering» er det en forventning i samfunnet om at nettselskaper og Statnett skal ta større risiko for å kunne utnytte den allerede eksisterende infrastrukturen bedre enn i dag [2]. For å drifte nettet nærmere den maksimale kapasiteten er ikke uten risiko. Det vil kreves en balansegang mellom det å utnytte nettets kapasitet optimalt og det å opprettholde den nødvendige påliteligheten og sikkerheten som kundene forventer.

Det vil kunne bli mer kritisk dersom det oppstår feil i nettet når man opererer med mindre marginer. Neurondataen brukes allerede til å gi en predikert kapasitetsgrense frem i tid (uten feil i nettet), og det kan være nyttig å kunne predikere hvordan linjetemperaturen vil utvikle seg ved et utfall av en kraftledning. Jeg startet så vidt på arbeidet med å utvikle en slik prediksjonsmodell, der jeg blant annet testet modeller som Random Forest regresjon og to typer nevrale nettverk for å predikere linjetemperatur ved ulike feilscenarioer.

Sommerforskerkonferansen

Som en avslutning på sommeren i SINTEF Energi fikk jeg og de andre sommerforskerne presentere arbeidet vårt på sommerforskerkonferansen. Her fikk vi holde en kort pitch for publikum, og muligheten til å fortelle mer om arbeidet vårt med selvlagede postere av oppgavene våre. Denne sommeren har gitt et godt innblikk i hverdagen som forsker, og har vært lærerik og spennende, både faglig og sosialt.

Referanser:

[1] Kjell Åge Halsan, Beregning av termisk grenselast på kraftledninger, 2023
[2] Eirik Haugen et al., Flaskehalshåndtering i regionalnett – forutsetninger for alternativ håndtering, 2024