Sol- og vindenergi gir nettproblemer: Statnett ser etter løsninger

[EHDisen]

 

 

Dette er spenningsfall og ikke frekvensavvik. Årsakssammenhengene er forskjellige, selv om det i akkurat den sammenhengen muligens kan være sammenheng med bortfall av produksjonskapasitet lokalt i et område.
Slike motorer er forresten gjerne drevet av frekvensomformere. Tviler på at de resistive elementene til smelteovnen bryr seg om den får 45 eller 55Hz.

Resultatet er at strømkonsumentene kjøper inn ekstra utstyr for å forsøke å minske sårbarhet. I ytterste konsekvens vil de vil kutte kabelen helt. Er slike tiltak 1) realistisk mulige og 2) hvor mye skal slikt koste ? Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[dguzs]

 

https://brage.bibsys.no/xmlui/bitstream/handle/11250/2561840/18798_FULLTEXT.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Kapittel 2.4.5

Besvarer ikke spørsmålet mitt.

Hvis du ønsker å få kildekoden bak algorytmene til invertere som leverer dette, så må du gjerne spørre Siemens eller ABB, de utvikler disse og selger i produktene sine. Tviler på at får noe svar da. Den nærmeste info i åpen tilgang har jeg gitt deg.

[Twinflower]

Hvis du ønsker å få kildekoden bak algorytmene til invertere som leverer dette, så må du gjerne spørre Siemens eller ABB, de utvikler disse og selger i produktene sine. Tviler på at får noe svar da. Den nærmeste info i åpen tilgang har jeg gitt deg.

Jeg hadde en mellomting i tankene.

 

Grunnen til at jeg spør er fordi jeg har nylig testet batterisystemer på skip.

Med vanlige dieselgeneratorer er nettet svakt, men likevel sterkt nok til at hvis én av to generator faller ut av (hvor begge er lastet 50% av nominell), så blir det et lite blink i lyset.

Hvis man gjør samme test hvor én av de to generatorene er en tilsvarende størrelse inverter med batteribank så blir blinket i lyset så markant og langvarig at man i sitt stille sinn tenkte at nå ble det blackout. Frekvensen kan dippe 20% i enkelte tilfeller før nettet drar seg opp.

 

Årsaken til dette er selvsagt den manglende svingmassen, og jeg lurer på hvordan en omformer kan emulere denne.

 

Jeg lurer også på om den teknologien du henviser til er ment for slike laststeg eller har en mer glatteeffekt på nettet.

[Espen Hugaas Andersen]

Ang Hornsdale : "To cover the shortfall over those five days we would need 1550 such batteries for a volume of 1.9 million cubic metres, or an area of nearly 1 km by 1 km and 2 m high. The price would be £77 billion, far more than the cost of the wind farms themselves." http://greenbarrel.com/2019/02/06/january-wind-power-output-shows-why-batteries-are-insufficient-for-storage/

Det er ikke snakk om å dekke opp bortfall av produksjon over lengre tid med batterier. For å kunne ha karbonnøytral strøm ved bortfall av vind- og solkraft må man over på pumpekraft, hydrogen, biodrivstoff, atomkraft, vannkraft, mm.

 

Det det er snakk om her er å sørge for stabil frekvens/spenning. Artikkelen snakker om å dekke opp behov for frekvensstabilisering i perioden 2-30 sekunder etter en hendelse, og da fungerer batterier fint.

 

Hornsdale er riktignok satt opp til å kunne levere 100 MW i 1,3 timer, men man kan konfigurere batteribanker til å prioritere effekt over energi til større grad. Hornsdale ville relativt enkelt kunne settes opp til å levere 200 MW i 40 minutter, kanskje også 300 MW i 25 minutter, men det ville altså kreve 2-3 ganger mer kraftelektronikk.

 

Med andre battericeller (og svært mye kraftelektronikk) kunne et batteri på størrelse med Hornsdale kunne settes opp til å levere noe sånt som 1 GW i 6 minutter.

Endret 17. april 2019 av Espen Hugaas Andersen

[Stefse]

 

 

Resultatet er at strømkonsumentene kjøper inn ekstra utstyr for å forsøke å minske sårbarhet. I ytterste konsekvens vil de vil kutte kabelen helt. Er slike tiltak 1) realistisk mulige og 2) hvor mye skal slikt koste ?

Det er riktig at noen iverksetter tiltak. Men tiltakene er ikke nødvendigvis veldig kostbare. Det kan hende en ny softwarealgoritme er nok.
Poenget er at man ikke bruker store resurser på å sikre et helt nett, når det kun er enkelte forbrukere med relativt lav effekt som trenger tiltak.
Men igjen, fasiten har jeg ikke, jeg bare etterspør en utredning eller en undersøkelse før man setter i gang å investere i stor skala i slikt utstyr. Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[dguzs]

 

Hvis du ønsker å få kildekoden bak algorytmene til invertere som leverer dette, så må du gjerne spørre Siemens eller ABB, de utvikler disse og selger i produktene sine. Tviler på at får noe svar da. Den nærmeste info i åpen tilgang har jeg gitt deg.

Jeg hadde en mellomting i tankene.

 

Grunnen til at jeg spør er fordi jeg har nylig testet batterisystemer på skip.

Med vanlige dieselgeneratorer er nettet svakt, men likevel sterkt nok til at hvis én av to generator faller ut av (hvor begge er lastet 50% av nominell), så blir det et lite blink i lyset.

Hvis man gjør samme test hvor én av de to generatorene er en tilsvarende størrelse inverter med batteribank så blir blinket i lyset så markant og langvarig at man i sitt stille sinn tenkte at nå ble det blackout. Frekvensen kan dippe 20% i enkelte tilfeller før nettet drar seg opp.

 

Årsaken til dette er selvsagt den manglende svingmassen, og jeg lurer på hvordan en omformer kan emulere denne.

 

Jeg lurer også på om den teknologien du henviser til er ment for slike laststeg eller har en mer glatteeffekt på nettet.

Slik jeg har forstått denne teknologien så faktisk emulerer man svingmasse ut av tilgjengelig energi. Prøver å forklare: for å få syntetisk inertia må man fortsatt ha energi lagret et sted.

For vindmøllene tar man energien ut av den kinetiske energien til den roterende rotoren - altså sakker rotorhastigheten for de øyblikkene da inertia er påkrevd. Man tar altså mer energi ut av vindmøllerotoren enn det vinden tilfører.

For HVDC bruker man energien tilgjengelig på den andre enden av HVDC annlegget, man tar altså mer energi ut HVDC anlegget enn setpoint'et er satt for.

Og da kommer altså disse algorytmene til frekvens- og spenningsregulatorene inn.

Håper det ga noe klarhet. Jeg jobber ikke med dette direkte men som elkraftingeniør prøver å forstå så godt jeg kan ut av de tigjengelige kildene.

[Espen Hugaas Andersen]

Grunnen til at jeg spør er fordi jeg har nylig testet batterisystemer på skip.

Med vanlige dieselgeneratorer er nettet svakt, men likevel sterkt nok til at hvis én av to generator faller ut av (hvor begge er lastet 50% av nominell), så blir det et lite blink i lyset.

Hvis man gjør samme test hvor én av de to generatorene er en tilsvarende størrelse inverter med batteribank så blir blinket i lyset så markant og langvarig at man i sitt stille sinn tenkte at nå ble det blackout. Frekvensen kan dippe 20% i enkelte tilfeller før nettet drar seg opp.

 

Årsaken til dette er selvsagt den manglende svingmassen, og jeg lurer på hvordan en omformer kan emulere denne.

Det kommer vel mye an på hvordan ting gjøres.

 

Det man får med roterende masse er *øyeblikkelig* respons. Batterier er raske, men de kommer ikke i gang helt øyeblikkelig. Men det at det skulle ta flere sekunder på at et batterisystem skulle klare å hente seg inn tilsier at systemet er underdimensjonert effektmessig. Et batterisystem kan være oppe i full drift på noen millisekunder. Hornsdale bruker noe sånt som 100 ms på å være oppe i full effekt. Kan se noen grafer her: https://reneweconomy.com.au/deep-dive-into-first-year-of-tesla-big-battery-at-hornsdale-93479/

Endret 17. april 2019 av Espen Hugaas Andersen

[Twinflower]

Slik jeg har forstått denne teknologien så faktisk emulerer man svingmasse ut av tilgjengelig energi. Prøver å forklare: for å få syntetisk inertia må man fortsatt ha energi lagret et sted.

For vindmøllene tar man energien ut av den kinetiske energien til den roterende rotoren - altså sakker rotorhastigheten for de øyblikkene da inertia er påkrevd. Man tar altså mer energi ut av vindmøllerotoren enn det vinden tilfører.

For HVDC bruker man energien tilgjengelig på den andre enden av HVDC annlegget, man tar altså mer energi ut HVDC anlegget enn setpoint'et er satt for.

Og da kommer altså disse algorytmene til frekvens- og spenningsregulatorene inn.

Håper det ga noe klarhet. Jeg jobber ikke med dette direkte men som elkraftingeniør prøver å forstå så godt jeg kan ut av de tigjengelige kildene.

Alle omformere har energi tilgjengelig på DC-linken sin, som regel i form av kondensatorer (VSI-er).

Når man i tillegg har batteri tilgjengelig så er den problemstillingen borte.

 

Slik jeg oppfatter problemet fra testingen er at ved store lastpåslag, så må frekvensen og spenningen falle *før* inverteren kan respondere på det.

En roterende masse vil bremse dette fallet «av seg selv».

 

En inverter er derfor langt mer reaksjonær enn f.eks en vannkraftturbin, og en mulig løsning ville vært å bruke batteriet til å holde et gigantisk svinghjul i drift for å fange opp de mest transiente endringene.

[dguzs]

 

Hvis du ønsker å få kildekoden bak algorytmene til invertere som leverer dette, så må du gjerne spørre Siemens eller ABB, de utvikler disse og selger i produktene sine. Tviler på at får noe svar da. Den nærmeste info i åpen tilgang har jeg gitt deg.

Jeg hadde en mellomting i tankene.

 

Grunnen til at jeg spør er fordi jeg har nylig testet batterisystemer på skip.

Med vanlige dieselgeneratorer er nettet svakt, men likevel sterkt nok til at hvis én av to generator faller ut av (hvor begge er lastet 50% av nominell), så blir det et lite blink i lyset.

Hvis man gjør samme test hvor én av de to generatorene er en tilsvarende størrelse inverter med batteribank så blir blinket i lyset så markant og langvarig at man i sitt stille sinn tenkte at nå ble det blackout. Frekvensen kan dippe 20% i enkelte tilfeller før nettet drar seg opp.

 

Årsaken til dette er selvsagt den manglende svingmassen, og jeg lurer på hvordan en omformer kan emulere denne.

 

Jeg lurer også på om den teknologien du henviser til er ment for slike laststeg eller har en mer glatteeffekt på nettet.

Jeg vil også ikke være enig i at det er fravær til svingmasse som er årsaken til den situasjonen du beskriver. Og det fordi en dieselgenerator har ikke en synkronmotor men en asynkron, asynkrone motorer bidrar ikke med svingmasse.

Jeg tror at i ditt tilfelle var rett og slett inverteren ikke laget å respondere så raskt som en dieselgenerator kan. Man kan altså få invertere som har hurtige responstider på frekvensendring. Hvorvidt slike invertere er hyllevare er meg ikke kjent.

 

Syntetisk inertia anlegg er i MW klassen, altså som kan levere MW i løpet av ~100 ms. Det tviler jeg utstyr til båter er skapt til å få til.

[dguzs]

 

 

Alle omformere har energi tilgjengelig på DC-linken sin, som regel i form av kondensatorer (VSI-er).
Når man i tillegg har batteri tilgjengelig så er den problemstillingen borte.

Slik jeg oppfatter problemet fra testingen er at ved store lastpåslag, så må frekvensen og spenningen falle *før* inverteren kan respondere på det.
En roterende masse vil bremse dette fallet «av seg selv».

En inverter er derfor langt mer reaksjonær enn f.eks en vannkraftturbin, og en mulig løsning ville vært å bruke batteriet til å holde et gigantisk svinghjul i drift for å fange opp de mest transiente endringene.

Den må ikke falle så mye, pådraget til regulatorene styres av ROCOF (rate of change of freq), altså den deriverte av frekvensen. Med en gang den deriverte oppnår en viss verdi vil et anlegg som leverer syntetisk inertia begynne å virke og kompensere, og dermed vil den respondere tilnærmet like hurtig som den mekaniske svingmassen. Det er altså essensen til syntetisk inertia. Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[Twinflower]

Jeg vil også ikke være enig i at det er fravær til svingmasse som er årsaken til den situasjonen du beskriver. Og det fordi en dieselgenerator har ikke en synkronmotor men en asynkron, asynkrone motorer bidrar ikke med svingmasse.

Jeg tror at i ditt tilfelle var rett og slett inverteren ikke laget å respondere så raskt som en dieselgenerator kan. Man kan altså få invertere som har hurtige responstider på frekvensendring. Hvorvidt slike invertere er hyllevare er meg ikke kjent.

 

Syntetisk inertia anlegg er i MW klassen, altså som kan levere MW i løpet av ~100 ms. Det tviler jeg utstyr til båter er skapt til å få til.

Selvsagt har de synkronmaskiner!

 

Og hvorfor mener du at asynkronmaskiner *ikke* bidrar med svingmasse?

Når man beregninger kortslutninger på skip må man også regne mer alle tilkoblede DOL asynkronmaskiner *nettopp* fordi svingmassen bidrar til kortslutningsstrømmen.

 

 

Edit: vi leverer 1-2 MW, men har ikke rampetid for 100 ms ettersom det blir ustabilt for dieselgeneratorene

Endret 17. april 2019 av Twinflower

[Twinflower]

Den må ikke falle så mye, pådraget til regulatorene styres av ROCOF (rate of change of freq), altså den deriverte av frekvensen. Med en gang den deriverte oppnår en viss verdi vil et anlegg som leverer syntetisk inertia begynne å virke og kompensere, og dermed vil den respondere tilnærmet like hurtig som den mekaniske svingmassen. Det er altså essensen til syntetisk inertia.

Man kan ikke basere seg på ROCOF på et skip siden nettet er så svakt fra før.

Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[EHDisen]

Hvilke er systemfordelene med fornybarutbyggingen ? Vi ber om uomtvistelige empiriske sammenhenger, innhentet hos seriøse datakilder, på alle årene fornybarutbyggingen har pågått i Australia, Tyskland, UK, korrigert for eksport/ import, standby/ shedding, vind/ soltimer og relatert til indeksert total produksjon med økende andel av installert av navnplateeffekt ? 

 

1) Hvor mange navngitte nedstengninger av pålitelig basekraftkilder kull i Polen/Australia, kjernekraft i Sverige/Tyskland/Frankrike har blitt erstattet av tilsvarende pålitelighet fra fornybart ? ( Feks Sverige har jo stengt ned et par men det kan ikke bevises at fornybart har kunnet opprettholde leveransesikkerheten ) 

 

2) Hvor mye kullbrenning er spart ? Hvor mye uran har ikke behøvts lastes inn ? Hvor mye har norske vannmagasinnivåer økt ? 

 

3) Hadde fornybarutbyggingen i sin helhet kunne blitt erstattet av nettutbygging ? Hvorfor ikke ? Hvor mye kunne ha blitt spart ? Hadde denne nettutbyggingen blitt rimeligere enn den som skal til for å kople inn møller og paneler ? 

 

4) Hvor i verden finns et velfungerende "Smart Grid" pilotanlegg på regionnivå med GWe og hundretusentalls kunder som skulle kunne indikere at utfasing av pålitelig basekraft skal være mulig ? 

 

5) Eksakt hvilken andel av fornybar feed-in hadde likegodt ikke kunne blitt produsert av den pålitelige basekraftkildene som til enhver tid holdes i standby ? 

 

6) Hvor mye CO2 er totalt spart inn hittil sammenlignet med alternativet bedre nett og full produksjon fra eksisterende kilder ? 

 

7) Hvor stor blir collateral damage med lavere leveransesikkerhet i form av utstyr hos den enkelte forbruker ? 

 

Tips i)  Svar på disse finnes ikke. Mistenker at alle tall er i best fall praktisk talt null eller høyst sannsynlig betydlig negative. Jeg har bare kunnet se at Australia har spart inn 4% av navnplateeffekten i kullbrenning.

ii) Inadekvate forsøk på å svare på disse : Løsrevne TWh tall fra vind og sol separat inn i nettet (gjenspeiler bare vind og soltimer evt rotoromdreininger i løse lufta og feed-in prio) vs reelle TWh inn i kaffemaskinen ut av nettet. 

Endret 17. april 2019 av EHDisen

[Espen Hugaas Andersen]

Edit: vi leverer 1-2 MW, men har ikke rampetid for 100 ms ettersom det blir ustabilt for dieselgeneratorene

Da kan man altså få mer stabilt nett ved å kvitte seg med dieselmotorene fullstendig...

 

Man kan vel ikke kvitte seg helt med de, ettersom batterier ikke produserer elektrisk energi, bare lagrer den. Men man kunne kanskje forsøke å isolere dieselmotorene fra nettet, slik at batteriene kan gjøre jobben sin uten at dieselmotorene klikker.

Endret 17. april 2019 av Espen Hugaas Andersen

[Yngve LK]

Kan vel ikkje være en god ide å legge ned kjernekraft så lenge det er kull og gass kraftverk i Europa.

[Twinflower]

Da kan man altså få mer stabilt nett ved å kvitte seg med dieselmotorene fullstendig...

 

Man kan vel ikke kvitte seg helt med de, ettersom batterier ikke produserer elektrisk energi, bare lagrer den. Men man kunne kanskje forsøke å isolere dieselmotorene fra nettet, slik at batteriene kan gjøre jobben sin uten at dieselmotorene klikker.

De kan jo det.

Enten ved å sløve ned batteriet litt eller ved å samle alt på en felles DC-link.

[dguzs]

Man kan ikke basere seg på ROCOF på et skip siden nettet er så svakt fra før.

Så da ser vi hvor forskjellig er utstyr beregnet på forskjellig bruk. I kraftnettet bruker man ROCOF i anleggene som leverer syntetisk inertia, det er den eneste måten å regulere hurtig nok.

 

Asynkrone motorer kan ikke bidra med noe treghet (inertia) fordi rotoren i en asynkronmaksin er bare et stykke gods som ikke er magnetisk koblet med statoren. I en synkronmaskin er rotoren en tung jævel med massevis av kobberviklinger som fungerer som magnetiske poler, og rotorfeltet er låst med statorfeltet.

 

Visste ikke at dieselgeneratorer ombord på skip hadde synkronmotorer. Trodde det var av vekthensyn ikke rasjonelt. Forstår heller ikke hvordan vil spinnet (L) til en synkronmotor la være å påvirke skipets stabilitet. Videre forstår jeg ikke hvordan vil en synkronmotor som oppføre seg i en kobling med en forbrenningsmotor - er det en kløtsj i mellom de?

Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[Twinflower]

Så da ser vi hvor forskjellig er utstyr beregnet på forskjellig bruk. I kraftnettet bruker man ROCOF i anleggene som leverer syntetisk inertia, det er den eneste måten å regulere hurtig nok.

 

Asynkrone motorer kan ikke bidra med noe treghet (inertia) fordi rotoren i en asynkronmaksin er bare et stykke gods som ikke er magnetisk koblet med statoren. I en synkronmaskin er rotoren en tung jævel med massevis av kobberviklinger som fungerer som magnetiske poler, og rotorfeltet er låst med statorfeltet.

 

Visste ikke at dieselgeneratorer ombord på skip hadde synkronmotorer. Trodde det var av vekthensyn ikke rasjonelt. Forstår heller ikke hvordan vil spinnet (L) til en synkronmotor la være å påvirke skipets stabilitet. Videre forstår jeg ikke hvordan vil en synkronmotor som oppføre seg i en kobling med en forbrenningsmotor - er det en kløtsj i mellom de?

Kødder du?

 

Er du elektroingeniør..?

Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[dguzs]

Kødder du?

 

Er du elektroingeniør..?

Er det et problem at noen som jobber med kraftsystem på land ikke vet i detalj om marin kraftutstyr?

Har du noe saklig å si? Jeg skal la være å provoseres denne gangen.

Endret 18. april 2019 av Hårek
Tull med sitat-tagg

[Twinflower]

Du påstår at stator og rotor ikke er magnetisk sammenkoblet. Hvordan ellers skal maskinen fungere?

 

Stabiliteten er til nettet, ikke til skipet. Og det er tregheten til massen og ikke induktansen som bidrar.

 

Og sammenkoblingen mellom generator og dieselmotor er via en direktekobling som er litt fleksibel.

Endret 17. april 2019 av Twinflower