#Energi Havvind Renewable energy

Hybridkabel enkelt forklart

Medforfatter: John Olav Tande

Hybridkabler har vært heftig diskutert i Norge de siste månedene, men hva er de egentlig og hva gjør dem til et så omstridt tema?

Vi er vant til at hybrid betyr å blande ulike løsninger. Som for eksempel hybride biler som kan bruke både strøm og bensin. Derfor kunne man se for seg at en hybrid kabel også har flere hensikter som for eksempel å frakte både strøm og internett, men de utfører bare en oppgave; å frakte strøm.

Det vi har begynt å kalle en hybrid kabel, er enkelt og greit en DC-kabel. En kabel som kan overføre elektrisk energi ved hjelp av like-strøm (DC) i motsetning til vekselstrøm-kabler (AC). Det som skiller en hybridkabel fra en mellomlandsforbindelse, er at den går mellom to land/regioner og har minst ett punkt langs kabelen der produsent/konsument er koblet på For at DC-kabelen skal kunne sende og motta strøm, må den også kobles til en konverterstasjon. Men mer om dette senere, for vi må først innom hvorfor behovet for hybride kabler oppstår.

Elektrifisering krever at vi produserer mer strøm

Olje- og gassutvinning og industri og bergverk står for nesten halvparten av klimagassutslippene i Norge. Dette er energikrevende sektorer og det er bred politisk enighet om at elektrifisering av disse og andre næringer er den viktigste nøkkelen for å nå våre klimamål. Men selv om vi har tilgang til mye elektrisitet fra eksisterende vann- og vindkraftverk, må vi øke produksjonen substansielt for å gjøre denne transformasjonen.

Vi mener at å bygge ut vindkraft til havs er et av de viktigste tiltakene vi kan gjøre for å produsere nok fornybar energi. Mange av løsningene som må på plass, jobber vi med i forskningssentrene NorthWind og LowEmission. Det tekniske potensialet for havvind er enormt stort. Ifølge det internasjonale energibyrået (IEA), kan det dekke 18 ganger verdens strømbehov.

Et hav av muligheter

For at olje-, gass- og landindustri skal kunne nyttiggjøre seg av strøm fra havvind, må vi ha kabler som fører strømmen dit den skal brukes. Og det er her vi møter på de hybride kablene og ulike løsninger for å overføre elektrisk energi over store avstander.

Strømmen må lagres eller brukes

Skal vindkraftparker forsyne oljeplattformer med strøm, må strømmen som produseres enten brukes med en gang eller lagres i energilagre. Et energilager er typisk et batteri, og det er stort, tungt og dyrt å etablere på plattformer som er optimalisert og sertifisert for den lasten de allerede bærer i dag. Dette gjør at distribusjon av kraften som blir produsert er mer aktuelt.

Les mer om vår forskning på utslippsreduksjon fra olje og gass i LowEmission

Et område som er aktuelt for havvindparker er Sørlige Nordsjø II, hvor det er ganske lik avstand fra vindmøllene til både Norge, Storbritannia og Europa. Hvis det kan etableres kabler som knytter havvindparken til alle disse tre markedene, øker muligheten for å få lønnsomhet i prosjektet fordi det er flere potensielle brukere av elektrisiteten som blir produsert.

Illustrasjon av et mulig Nordsjønett med vindparker og landtilkobling (SINTEF)

Vi skal ikke gå lengre inn i de politiske valgene om regulering av hvor mye strøm som skal brukes på hjemlig marked og hvor mye som skal selges. Men det er et faktum at så lenge man ikke lagrer energien fra vindparker, må den sendes dit den kan brukes hvis den ikke skal gå til spille. Den fornybare vannkraften som er vår hovedkilde til strøm i dag, er enkel å regulere gjennom vannmagasiner. Vannkraft sammen med vindkraft gi oss en robust energiforsyning ved at vi kobler på vindkraft når det blåser og kobler inn vannkraft når det er vindstille. På denne måten vil vannmagasinene bli mindre sårbare i perioder med lite nedbør.

Radial tilkobling eller hybrid tilkobling

Det er to måter å koble en havvindpark til markedet – radial tilkobling eller hybrid tilkobling. En radial tilkobling er en kabelforbindelse mellom vindparken og et punkt i det sentrale strømnettet. En havvindpark med en radial tilkobling vil altså sende elektrisiteten fra havvindparken og til det norske kraftnettet.

Man kan også se for seg at man kobler havvindparker til olje og gassanlegg på norsk sokkel. Vindparkene kan enten operere i et isolert system sammen med olje- og gass-plattformene, eller man kan ha en kabel til land. I et isolert system må gassturbinene stadig vekk være i drift som back-up for å ta vindvariasjonene. Med en kabel til land trengs ikke gassturbinene og hvis vindparken er stor nok kan man få en netto forsyning av kraft til land.

En vindpark med hybrid tilkobling har kabler som kan overføre kraft til for eksempel Norge eller Storbritannia eller begge veier. Så når vi snakker om hybride kabler, er det egentlig hybrid tilkobling vi mener.

Lange avstander krever høy spenning og likestrøm

Hvor langt vindparkene er fra land, avgjør hvilken kabel som er mest aktuell å bruke. På Utsira Nord som ligger ganske nært land, kan overføringen gjøres med vekselstrøm (AC).

Store havvindparker som ligger lengre fra land enn typisk 100 km vil normalt benytte en høyspent likestrømsforbindelse (HVDC forbindelse) for å overføre elektrisitetsproduksjonen til nettet på land. Dette gir lavere overføringstap og andre tekniske fordeler, men krever store og kostbare HVDC omformeranlegg på havet og på land.

AC = Alternating current = vekselstrøm

Vekselstrøm skifter retning periodisk slik at det i gjennomsnitt går like mye strøm i begge retninger langs en leder. Elektrisk energi føres til forbruker via vekselstrøm ved å transformere spenningen og sende vekselstrøm til en transformator i forbrukerområdet hvor den transformeres ned til 230 V før den fordeles til forbruker.

DC = Direct Current

Likestrøm skifter ikke retning og flyter i konstant hastighet. dette resulterer i minimale transmisjonstap og høy overføringskapasitet.

HVDC = High-Voltage Direct Current

Høyspent likestrømsoverføring fører DC-strømmen i én retning med samme styrke. Vekselstrømmen likerettes før den mates inn på kabelen, og gjøres om til vekselstrøm igjen før den mates inn i nettet på den andre siden.

Fordeler og ulemper ved begge løsninger

AC-kabler sender vekselstrøm og har et større energitap over avstand. Vi har teknologi for å redusere tapet ved hjelp av kompenseringsstasjoner langs kabelen, men da må kabelen brytes opp med jevne mellomrom noe som er fordyrende og teknisk krevende. En fordel med AC er at det er forholdsvis enkelt å bryte strømmen, og på den måten kunne isolere feil fra å forplante seg i kraftnettet – som er avgjørende for å kunne bygge ut ett kraftnett. For DC er dette vanskeligere, og det er fortsatt behov for videre utvikling for å realisere DC nett. Det er også en fordel for AC at en ikke trenger store omformerstasjoner i hver ende av kabelen, men DC kan overføre større energimengder over lengre avstander enn AC.

Tverrsnitt av elektrisk kabel (SINTEF)

Både AC og DC undervannskabler har en forholdsvis enkel oppbygging som består i leder, isolasjonssystem, vannbarriere (typisk ett lag med bly) og ytre armering som skal sørge for tilstrekkelig mekanisk styrke under legging og til å beskytte kabelen mot ytre påkjenninger. For DC kabler er isolasjonssystemet enten papir impregnert med en svært tyktflytende olje (masseimpregnert kabel), eller plast (kryssbundet polyethylene). Det stilles svært høye krav til denne typen kabler, og effekten som kan overføres med et HVDC kabelsystem har hatt en rask utvikling over de siste tiårene.

Høyspente sjøkabler: Reduserte kostnader med et enklere design

Kablene er typisk det dyreste elementet i den elektriske infrastrukturen som skal til for elektrifisering av olje- og gassinstallasjoner eller tilknytting av havvind til nettet på land. Det er derfor viktig å utvikle nye teknologiske løsninger som kan redusere prisen på kablene uten å redusere påliteligheten.

En mulighet er å fjerne blylaget som hindrer vann fra å trenge inn i isolasjonssystemet. Dette vil føre til et lettere mer kostnadseffektivt design, som også reduserer pris på legging av kabelen og gjør at den tåler bedre dynamisk mekanisk påkjenning (bly har lett for å sprekke opp under slik påkjenning). Ulempen er at vann som trenger inn i isolasjonssystemet kan føre til degradering på sikt ved vekst av såkalte vanntrær under AC spenning som sakte reduserer påliteligheten til kablene og vil kunne føre til havari. For DC har en også observert vanntrær, men for DC er ikke effekten av vann like godt kjent og det er mer usikkert i hvor stor grad dette reduserer levetiden til kabelsystemet.

Elektrifisering angår alle land

For å kunne utnytte det potensialet vi har for kraftproduksjon via havvind, og på den måten skaffe nødvendig energi for det grønne skiftet er vi avhengig av en velfungerende infrastruktur. Her utgjør kablene en helt sentral del. Fokuset til kabelprodusentene og deres forskningspartnere (inkludert SINTEF) er på å utvikle bedre kabler som kan brukes for å overføre enda mer energi enn dagens kabler.

Det er også en viktig drivkraft i utviklingen av framtidens kabler å bruke bærekraftige løsninger for å gjøre alle deler av livsløpet til kabelen mer miljøvennlig. Dette inkluderer naturlig nok å se på alternative materialsystem for å sikre at en i framtiden kan gjenbruke materialene etter at levetiden til systemene er nådd.

Debatten om hybride kabler handler til syvende og sist om balansen mellom å være selvforsynt og bidra til en europeisk overgang til fornybarsamfunnet. Med å bruke hybride kabler mellom vårt nasjonale nett og havvindparker, legger vi til rette for en mulig fremtidig kraftutveksling med andre markeder.

7 kommentarer på “Hybridkabel enkelt forklart

  1. Avatar photo

    Forvirrende og unødvendig begrep – hybridkabel.

    I den senere tiden har et nytt begrep dukket opp i diskusjonen om utbygging av offshore vindkraft og de kablene som skal bygges for disse anleggene; nemlig ‘hybridkabel’. Forklaringen på begrepet er ‘kabel/kabler fra en vindpark mot to ulike land’, f.eks. mot Norge og UK (eller Danmark) for en vindpark i Nordsjøen. Begrepet promoteres (dessverre) av både fagmiljøene (f.eks. Statnett og SINTEF), og journalister og politikere.

    Dette er et litt merkelig begrep og ganske forvirrende. Det samme gjelder alternativet som av en eller annen grunn kalles ‘radialkabel’.

    Hybridkabel har alltid, i alle fall mens jeg jobbet i kabelbransjen, betydd en kabel med to ulike bruksområder; f.eks. en telekomkabel med både kobberpar og optiske fibre, eller en kraftkabel med integrert fiberkabelement. Dette stemmer godt med begrepet ‘hybrid’ som noe ‘som er framkommet ved krysning eller sammensetning av flere elementer’ (Bokmålsordboka); da med ‘elementer’ tradisjonelt i betydningen plante- eller dyrearter. Vi kjenner begrepet også innenfor bil&motor der en hybridbil har to ulike motortyper (el og forbrenningsmotor) og her gir det god mening.

    Men det nye begrepet slik dette er forklart (av SINTEF her) er på ingen måte analogt med denne tradisjonelle forståelsen. I tillegg vil jo begrepet bli enda mer forvirrende hvis kablene får integrerte fiberkabelementer, noe til trolig vil få (for telekommunikasjon eller temperaturovervåking).

    Det man forsøker å forklare med begrepet er jo – som i artikkelen her – strukturen i kabelnettet, dvs. som ‘kabler i to ulike retninger’. En kabel kun til ett sted, f.eks. Norge, kalles da en ‘radial’ (Bokmålsordboka: ‘som hører til, faller sammen med en radius, stråleformet’) som heller ikke gir noen mening som kabeltype og alternativ til ‘hybridkabel’, men derimot også kan si noe om strukturen i nettet.

    Jeg har de senere årene vært involvert i mange offshore windfarms i UK og kablene til land er utelukkende kalt ‘windfarm export cable’; det gir mening fordi de eksporterer kraften (energien) fra vindparken inn til land. Et forvirrende element her blir jo da at ‘eksportkabel’ i manges øyne i dag forstås som en utenlandskabel som brukes til å ‘eksportere vannkraften vår’, så da blir det viktig å kalle utenlandskablene for ‘mellomlandskabler’ eller ‘interconnector cables’ som er de tradisjonelle begrepene.

    Et kjapt søk på nettet (DuckDuckGo) viser at de fleste av de få som bruker ‘hybridkabel’ eller ‘hybrid cable’ i den nye betydningen er norske medier (NRK, Nationen, SINTEF m.fl.), så vi må kunne si at dette er et typisk norsk fenomen. Vi som er fagfolk på området kan jo håpe på at begrepet dør ut så snart som mulig, men siden media og politikere nå har begynt å bruke det med støtte fra fagfolkene i Statnett så er vel det et fåfengt håp.

    Men; ingen kritikk uten alternative forslag: En bedre beskrivelse – og som samsvarer med tradisjonelle begreper – vil være f.eks. ‘vindparken vil få eksportkabler både til Norge og UK’ (hybridkabel), eller ‘vindparken vil få eksportkabel bare til Norge’ (radialkabel). Kablene i seg selv er ikke forskjellig fra dagens kabeltyper.
    Dette omfattende og kompliserte fagområdet er vanskelig å forstå for mange allerede – noe alle medieoppslag og debatter klart viser oss – så vi som er fagfolk bør bidra til folkeopplysningen ved å bruke lettforståelige og ikke-forvirrende begreper.

    Sverre K. Myren
    teknolog/elektroingeniør
    Oslo

    (innholdet ble foreslått som debattinnlegg i Teknisk Ukeblad men det ble – etter først positiv tilbakemelding – ansett som uinteressant av redaktøren uten nærmere forklaring eller tilbakemelding…)

  2. Avatar photo
    Geir Jensen

    Helt enig. Det er fantastisk mye å hente ved å bruke selvforklarende og teknisk entydige begrep. Teknisk Ukeblad bør være det korrigerende elementet som sikrer at nye begrep blir riktige i dagligtalen, før det er for sent.

  3. Avatar photo
    Bård Johan Svensson

    Helt enig med Sverre her, at å bruke begrepet «hybridkabel» for kabler som går i to ulike retninger ut fra ett offshore-annlegg er uheldig.
    Begrepet «hybridkabel» har allerede vært ett innarbeidet begrep om en kabel som har mer enn én funksjon, som f.eks fiber og kraft.
    Kabeldesignet som beskrives her er jo også helt tradisjonelle kabler, så det er ikke noen ny kabeldesign. Det er vel mer ett nytt systemdesign.
    Her bør SINTEF og fagmiljøet komme med ett mer entydig og dekkende ord fir det nevnte systemet.

  4. Pingback: Høyspente sjøkabler: Reduserte kostnader med et enklere design - #SINTEFblogg

  5. Pingback: Det er ikke bare elektrifisering som vil bidra til å kutte utslipp fra norsk sokkel - #SINTEFblogg

  6. Pingback: – Statsministeren har solgt skinnet før ulven er skutt - News WWC

  7. Pingback: – Statsministeren har solgt skinnet før ulven er skutt – E24 - Headline News Feeds

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.