Slipper omformer: Den største fordelen med lavfrekvent vekselstrøm er at det ikke trengs noen omformerstasjon offshore til å gjøre om strømmen fra vindmøllene fra vekselstrøm til likestrøm før den sendes gjennom kabelen til land, ifølge ny Nexans-studie. Bildet viser legging av kabel til Hywind-turbinen. (Bilde: Nexans)

VEKSELSTRØM VS LIKESTRØM

– Lavere frekvens kan gjøre vekselstrøm bedre enn likestrøm også på lange avstander

Når det skal bygges sjøkabler for høyere spenninger for lengder over 100 -150 kilometer, velges i dag gjerne likestrømsoverføring (DC), selv om kraften i nettet på land er vekselstrøm (AC). Årsaken er at tapene ved lange vekselstrømskabler er store.

Tapene kan imidlertid reduseres ved å endre frekvensen. Om frekvensen for eksempel senkes fra 50 til 16 2/3 hertz, vil også de ohmske tapene reduseres betraktelig (se graf). Jernbanenettet i Norge drives på 16 2/3 hertz.

En enda større fordel ved å senke frekvensen er imidlertid reduksjonen av reaktiv effekt.

Reduksjonen her er direkte proporsjonal med frekvensen, slik at for eksempel en «jernbanefrekvens» ville redusert disse tapene med to tredeler sammenlignet med om man brukte 50 hertz.

Ny studie

Nexans laget sammen med svenske Vattenfall og britiske HVDC Tech nylig en studie av muligheten for å bruke lavfrekvent AC istedenfor DC for å overføre 1200 MW fra en havmøllepark 200 kilometer fra land.

Den konkluderte med at dette er fullt mulig og at den aller største fordelen med lavfrekvent AC er at det ikke trengs noen omformerstasjon offshore til å gjøre om strømmen fra vindmøllene fra vekselstrøm til likestrøm før den sendes gjennom kabelen til land.

Store DC-omformerstasjoner til havs har nemlig vist seg å være sårbare for feil forårsaket av et tøft klima og sensitive komponenter, og det kan gå lang tid før de blir reparert.

Disse likeretterstasjonene er også kostbare og tidkrevende å bygge, og risikoen for problemer og lange utetider er stor, ifølge studien.

– Investeringskostnadene blir mye lavere med lavfrekvent AC, fordi man slipper å bygge en gigantisk offshore-installasjon til å huse omformerstasjonen fra AC til DC. Omforming til 50 hertz skjer på land isteden, hvor man har enkelt tilgang til vedlikehold, sier Espen Olsen i Nexans til Teknisk Ukeblad.

Han har ledet arbeidet med studien.

Les også: Ny kunstig lagune skal forsyne 155.000 hjem med strøm

Billig lavfrekvens: Figuren viser at investeringskostnadene blir lavere for både lavfrekvent AC og 50 Hz AC enn for DC. På lengder over 125 km vil lavfrekvent AC bli billigere enn 50 Hz AC.
Billig lavfrekvens: Figuren viser at investeringskostnadene blir lavere for både lavfrekvent AC og 50 Hz AC enn for DC. På lengder over 125 km vil lavfrekvent AC bli billigere enn 50 Hz AC. Nexans

Billigere enn omformere

En forutsetningen er at vindturbinene kan levere ut lavfrekvent energi på offshore-nettet, og det er ifølge Olsen fullt mulig med dagens turbinteknologi.

Man må fortsatt opptransformere spenningen fra turbinene offshore, på lik linje med DC-anlegg, for å få opp spenningen for ilandføring uten for store elektriske tap.

Men det vil ikke være på langt nær så utfordrende og dyrt som å bygge AC/DC-omformer offshore, ifølge studien.

Velger man lavfrekvent AC-overføring vil en omformerstasjon på land gjøre strømmen om til 50 hertz AC for bruk i nettet.

Les også: – Hvis dette er sant, blir oljen verdiløs

Større transformatorer

Når frekvensen blir lav, må enhetene for kraftproduksjonen bli desto større. Spesielt vil kraft-transformatorene måtte lages større. 

Årsaken er at effektiviteten til transformatoren reduseres med frekvensen. For å bøte på dette må volumet på jernkjernen økes.

I teorien må man øke volumet, og dermed også vekten, når man reduserer frekvensen for å opprettholde den magnetiske fluksen som en spenningstransformering krever.

I tillegg kreves noe utvikling av ny teknologi for vindturbiner og brytere, men det bør ifølge Olsen ikke være en veldig krevende oppgave.

Størrelsen bør ifølge Olsen heller ikke bli noe stort problem å håndtere og vil ikke dra opp kostnadene mye.

– Håndteringsstørrelsene vil fortsatt være beskjedne i forhold til hva man vil oppleve ved installasjon av DC-stasjoner, sier han.

Olsen mener de standardiserte målingene og beregninger som gjøres i bransjen ofte blir satt opp slik at AC-overføring kommer dårligere ut enn det er grunnlag for sammenlignet med DC-overføring.

– Det er en relativt konservativ bransje vi opererer i, og det vil ta tid å overbevise beslutningstagerne om fordelene med lavfrekvent AC-overføring, sier han.

Les også: Denne næringen eksporterte for 8 milliarder - kan den ta av i Norge?

Håper på Doggerbank

Det planlegges store havvindanlegg utenfor kysten av Storbritannia, for eksempel East Anglia-anleggene og Doggerbank-anleggene, ca. 200 kilometer fra land.

Olsen håper lavfrekvent AC kan tas i bruk på disse stedene. For han kan ikke komme på noen tekniske utfordringer som kan sette en stopper for det.

– Men for å introdusere det i markedet må man ha et prosjekt som noen tør å satse på. Det ville vært veldig spennende om noen gikk for en slik løsning i Storbritannia, sier Olsen.

– Hvor raskt kan det komme?

– Jeg tror veien er rimelig kort. Trafoleverandørene og turbinleverandørene må gjøre en liten jobb her, men det er ikke noen kjempeutviklingsoppgave for dem. I løpet to til tre år burde det fint kunne realiseres, sier Olsen.

Les også:

Nye utenlandskabler tvinger fram mer fleksibel kraftproduksjon

Rapport: Den beste temperaturen for solceller er under fem minus

Statoil lokker kinesisk turbingigant til storstilt havvind-prosjekt i Norge