Globalt samarbejde skal finde tekniske veje til stabile, grønne elsystemer

Energinet er med i internationalt konsortium, der skal finde løsninger på de tekniske udfordringer, der opstår, når sol og vind – og ikke kraftværker - udgør rygraden i elsystemet. Forskningsinstitutioner, herunder DTU og Aalborg Universitet, er med.
Brødtekst

Traditionelle kraftværker centralt placeret i elnettet har i mange årtier udgjort rygraden i elsystemet, og de leverer stadig mange af de ydelser, der sikrer et stabilt og robust system, fx dynamisk stabilitet, inerti, kortslutningseffekt mv.

Men i takt med at vindmøller og solceller bliver det bærende element i den samlede elproduktion over større regioner, udfordres den stabilitet, og der er ikke bare brug for nye løsninger og ny viden – det skal også tilvejebringes hurtigt, for overalt går den grønne omstilling stærkt.

Nyt konsortium har stor global opbakning 

Derfor har Energinet sammen med fem andre ”Founding System Operators” dannet det globale konsortium G-PST, Global Power System Transformation Consortium.

Med er også amerikanske National Renewable Energy Lab (NREL) og en række forsknings- og uddannelsesinstitutioner, som vil bidrage til at udvikle fremtidens løsninger og inspirere beslutningstagere, andre systemoperatører og verdenssamfundet til at accelerere den grønne omstilling, bl.a. deltager tyske Fraunhofer, britiske Imperial College London og de danske universiteter Danmarks Tekniske Universitet og Aalborg Universitet.

G-PST er både en stor mulighed for Energinet og danske universiteter for at bidrage til at finde gode, globale løsninger, der kan fremme en sikker og hurtig grøn omstilling, men også en stor mulighed for at arbejde sammen med nogle af verdens førende systemoperatører, der har samme udfordringer som os.

Sammen med systemoperatørerne fra Californien, Irland, Storbritannien, Australien og Texas vil vi også stå stærkere i forhold til leverandører af de nye tekniske løsninger.

Manglende indbygget stabilitet 

Modsat kraftværksgeneratorer er vindmøller, solceller og store forbrugsanlæg som PtX typisk koblet til elnettet via effektelektronik - via en inverter. Der er derfor ikke den samme indbyggede stabilitet som rotationsmassen - inerti - kraftværkerne giver.

Inverterbaserede anlægs kortslutningsbidrag er desuden væsentligt mindre, og det kan give anledning til udfordringer med udbredelse af spændingsdyk samt udfordrer den relæbeskyttelse, der sikrer elsystemet under fejl.  Samtidig genererer inverteranlæggene ”elektrisk støj”, som kan skade andet elektrisk udstyr.

Også på forbrugssiden giver omstillingen udfordringer. Elbiler, varmepumper og batterilagre er ligeledes tilsluttet gennem effektelektronik og påvirker elnettet helt anderledes end traditionelt elforbrug.

G-PST-konsortiet har organiseret opgaverne i fem ”søjler”, hvoraf der her og nu særligt er fokus på de to første.

ARTIKELN FORTSÆTTER UNDER BILLIEDET 

Konsortiets organisering af arbjedet
Illustration: G-PTS-konsortiet

 

Søjle 1 omfatter arbejdet med at etablere en ”fælles research agenda”, der beskriver de centrale forsknings- og udviklingsindsatsområder. G-PST konsortiet har defineret fire F&I-indsatsområder:

  • Analyseværktøjer er et centralt fundament for alle indsatsområder. Her fokuserer man på udvikling af de simuleringsmodeller og metoder, der skal anvendes i det inverterbaserede elsystem. Det er bl.a. modeller, hvor man kan beregne, om elsystemer med meget store mængder vindkraft og solcelleanlæg, højspændingsforbindelser med jævnstrøm (HVDC) osv. er robuste og stabile i alle situationer.
     
  • Design af inverter dominerede systemer vedrører udvikling af robuste og omkostningseffektive systemdesigns, med de inverterbaserede teknologier. Ud fra denne viden kan der udvælges robuste designs og stilles de nødvendige krav til leverandører af anlæg.
     
  • Fremtidens kontrolrum indeholder en langt højere grad af automatisering for at håndtere det inverterbaserde elsystem. Når der observeres ustabilitet i elsystemet, er der behov for meget hurtigt at kunne gennemregne konsekvensen af driftsbeslutninger. Der kræves derfor nye tilgange, hvor beregningsmodeller kombineres med avancerede målinger og kunstig intelligens (AI) for at understøtte systemdriften.
     
  • Langsigtet planlægning kræver viden om, hvordan det samlede system mest omkostningseffektivt kan gøres robust.  Det er således en kombination af både analyse, design og kontrolrumsfunktioner, som skal indgå i den langsigtede planlægning. Udviklingen af nye designs og nye kontrolrumsfunktioner tager ofte adskillige år. Den langsigtede planlægning skal proaktivt sikre, at man hele tiden er 5-10 år fremme i tiden med valg af de rigtige løsninger – både i systemdesign og i kontrolrumsfunktioner.

Søjle 2 vedrører samarbejde og vidensdeling med lande i transition på energiområdet, typisk udviklings- og vækstøkonomier. Det kan være lande, som ikke i dag har en stor andel vind og sol, men ønsker fremover at indpasse store mængder grøn energi. Det kan bl.a. være lande og partnere, som Energinets internationalt rådgivende enhed ”Associated Activities” og Energistyrelsen allerede i dag samarbejder med eller planlægger at samarbejde med. Muligheden for samarbejder med nye finansieringsveje og nye partnerkonstellationer kan ikke bare skabe global grøn fremdrift, men kan også rumme nye forretningsmuligheder for danske virksomheder.

Søjle 3 har udvikling af kompetencer indenfor uddannelse som et centralt indsatsområde. Her vil et samarbejde mellem forsknings- og uddannelsessektorer og elsystemansvarlige (praktik, trainee-forløb osv.) være en del af indholdet.

Søjle 4 har fokus på at håndtere de lokale tilpasninger omkring standardisering og grid codes/netregler.

Søjle 5 har åbne data og open source-værktøjer til systemanalyse, planlægning og drift af nye VE-baserede elsystemer som indsatsområde.

Energinet ser G-PST som et globalt supplement, til det arbejde, som allerede foregår regionalt mellem TSO’er som Energinet, fx i European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E). Et arbejde som kan trække på globale erfaringer og bringe store forskningskræfter og fonde tættere til vores fælles opgave med på en og samme tid at sikre 100 procent grøn omstilling, fortsat høj forsyningssikkerhed, og at en effektiv omstilling også er betalbar for forbrugere og samfund.