Kan en kontrollert utbygging av solceller gi plass til mer solkraft i strømnettet?

Skrevet av: Lill Mari Engan (sommerforsker). Medforfattere: Sigurd Bjarghov (forsker) og Henning Taxt (forskningsleder)

Med høyere strømpriser, rimeligere solceller, og ikke minst Stortingets mål om å installere 8 terrawatt-timer (TWh) solkraft innen 2030, er det sannsynlig at det vil bygges ut mer solkraft i tiden fremover.

Kraftsystemet er imidlertid designet for store, sentraliserte kraftverk, ikke for distribuerte produksjonsanlegg. Derfor trengs det mer kunnskap om hvordan solkraft påvirker distribusjonsnettet, som er den delen av strømnettet som transporterer energi fra det sentrale strømnettet og fram til forbrukerne. På denne måten kan solkraftutbyggingen skje på en effektiv og samfunnsnyttig måte.

Ukontrollert utbygging av solkraft

I dag har vi en ukontrollert utbygging av solkraft i distribusjonsnettet. Det betyr at hvem som vil kan installere et solcelleanlegg opp til en viss størrelse, og levere overskuddsproduksjonen til nettet. Slike kunder kalles for plusskunder, fordi de både produserer og forbruker energi. Når disse kundene leverer energi, vil spenningen øke lokalt. Da er bekymringen at store mengder overskuddsproduksjon til tider vil øke spenningen mer enn forskrift om leveringskvalitet tillater. Dersom dette skjer, er nettselskapene ansvarlige for å utbedre nettet slik at forskriftene overholdes, men dette er både kostbart og tidkrevende.

Kontrollert utbygging av solkraft

For å unngå unødvendige utbedringer kan man installere solcelleanleggene på en smartere måte. Enkelte lavspentnett vil være mer sårbare for overspenning enn andre. I stedet for å ha en grense basert på overbelastningsvernet, vil det være mulig å bygge ut solkraft mer samfunnsmessig rasjonelt ved å tillate solkraft med hensyn til nettets tilstand. Ved å begrense utbygging i de sårbare nettene kan det være mulig å unngå overspenning samtidig som man får installert mer solkraft totalt sett. I praksis kan dette bety at kunder som vil investere i solceller må søke om å få installere et anlegg, men kan få lov til å installere mer om det er god plass i nettet. Er nettet fullt får man ikke lov til å installere mer solkraft på dette lavspentnettet før det eventuelt er oppgradert. En slik praksis vil utfordre konseptet om likebehandling, men muliggjør effektiv utbygging av solkraft.

Sammenligne kontrollert og ukontrollert

For å teste hypotesen om effektiv utbygging av solkraft er ukontrollert og kontrollert utbygging blitt simulert på en modell av et distribusjonsnett. Dette nettet består av CINELDI sitt referansenett for mellomspenningsnett (22 kV) og CIGREs europeiske lavspent-referansenett (400 V). For å sammenligne casene ser vi på hvor mye solkraft som kan installeres i nettet før ulovlige høye spenninger blir registrert. Dette vil være tilknytningskapasiteten til nettet. Arbeidet er gjort som et sommerforskerprosjekt i forskningsprosjektet FINE.

For den ukontrollerte utbyggingen ble solcelleanlegg tilfeldig plassert rundt omkring i nettet fram til overspenning ble nådd, mens for kontrollert utbygging ble lavspentnettene delt inn i fire nivåer. Disse er vist i figur 1. I nivå 0 finner man de sterkeste nettene, som tåler mest installert effekt fra solkraft, mens i nivå 3 befinner de svakeste nettene seg. For hvert nivå ble det funnet en sikker grense for tilknytningskapasitet. Denne ble brukt som begrensning for installert effekt for sitt nivå.

Siden tilfeldigheter knyttet til hvor anleggene installeres fører til variasjon i når nettet får overspenning, blir hver case simulert 50 ganger. En oppsummering av casene er vist i figur 2.

Som vi ser, ble det for nettet brukt i modellen installert rundt 3000 kW før overspenning ble registrert. Spredningen i resultatene (vist som et «boxplot») kommer av at hver simulering tilfeldig velger ut hvor et solcelleanlegg installeres i nettet, omtrent slik som nettselskapene opplever dagens situasjon. Ved kontrollert utbygging ble det derimot installert 6000 kW uten at det oppsto overspenning. Altså fikk man i dette nettet installert omtrent dobbelt så mye solkraft ved å kontrollere utbyggingen.

Et annet interessant funn var at ingen av lavspentnettene markert i blått trengte begrensninger. 34 av 43 nett kunne altså fritt installere solcelleanlegg under den kontrollerte utbyggingen. Det er noe usikkerhet tilknyttet disse resultatene da det relativt sterke CIGRE-lavspentnettet ble brukt, mens det i realiteten kan være større blanding av svake og sterke lavspenningsnett.

Det finnes alternativer til å begrense utbyggingen

Det som fører til overspenning er ikke produksjonen fra anleggene som brukes lokalt, men overskuddet som sendes ut på nettet. Det kan derfor finnes alternativer til å begrense selve utbyggingen. Det figur 2 ikke forteller noe om er blant annet hvor mange timer i året det er overspenning, eller hvor mange steder det blir overspenning. Er det for eksempel snakk om et par steder som får overspenning i noen timer hver i året, kan et alternativ være å strupe produksjonen på noen anlegg de timene det blir overspenning. Andre alternativer kan være å kombinere solcelleanlegget med forbrukerfleksibilitet eller koordinere strømbruken sammen med andre i «lokale energisamfunn». Dette fører til at den lokale solkraften i større grad kan dekke det lokale forbruket ved hjelp av fleksible ressurser, uten å være avhengig av at produksjon og forbruk samsvarer hos hver enkelt kunde.

Hva vil en kontrollert utbygging bety for sluttforbrukeren?

Studien viser at det er mer samfunnsøkonomisk å kontrollere utbyggingen av solkraft, og at alternative kontrollmekanismer bør undersøkes nærmere. Dette kan føre til mer fornybarproduksjon og økt integrasjon av solkraft i strømnettet. Ulempen med en slik kontrollert utbygging er at det i praksis gjør at sluttkundene ikke likebehandles, noe som må vurderes opp mot den økte samfunnsnytten. Dagens praksis der overbelastningsvernet fungerer som en grense for hva som er lov å installere er en enkel måte å regulere solkraft på, men vil i mange tilfeller ikke representere hva strømnettet faktisk tåler – i begge retninger. En kontrollert utbygging der nettet tilstand bestemmer hvor mye solkraft det er plass til, vil kunne øke mengden solkraft i det norske distribusjonsnettet.