Likestrøm gir god økonomi

  • energi

Overføring av elkraft fra land betyr høyere investeringer, men har lavere livstidskostnad. Denne konklusjonen vil avhenge av hvilke kalkyleparametere – så som gass/dieselpris, pris på elektrisk energi, virkningsgrader, internrente og CO2-avgift – som brukes.

Mens vekselstrømskabler, AC, ikke egner seg for overføring av elektrisk energi lenger enn 50-100 km, finnes det i praksis ingen tekniske begrensninger i overføringsavstand for høyspennings likestrømskabler, HVDC.

Overføring av elektrisk energi fra land kan skje til en enkelt installasjon eller til en enkelt forbruker. I større skala kan en installere en HVDC-overføring til en fordelingsstasjon, hvorfra elektrisk energi kan distribueres som vekselstrøm til en klynge av installasjoner. Det kanskje mest effektive konseptet vil være å forsyne et antall installasjoner ved hjelp av en multiterminal HVDC-overføring.

Miljøet spares for betydelige mengder CO2-utslipp, dersom den elektriske energien produseres på land i stedet for i kraftverk med lav virkningsgrad offshore. Et landbasert Combined Cycle gasskraftverk der spillvarmen utnyttes, kan ha virkningsgrad opp mot 75-80 prosent, og selv med inntil 10 prosent tap i en lang overføring til installasjon offshore, blir besparelsen signifikant for de fleste installasjonene.

120 millioner

Installasjoner til havs får sin elektriske energi fra gass- eller dieseldrevne generatorer. Mange av de eldre kraftverkene har totalvirkningsgrader så lave som 20 25 prosent under ideelle forhold. Resultatet er utslipp av store mengder CO2 – en belastning for miljøet og en utgiftspost (CO2-avgift) for oljeselskapene.

Når elektrisk energi overføres til installasjonene fra land, elimineres installasjonenes CO2-utslipp. Oljeselskapene kan spare store beløp – BP har antydet at de årlig kan spare om lag 120 millioner kroner i CO2-avgift til staten dersom de reduserer sine CO2-utlipp på norsk sokkel med 80 90 prosent.

Dessuten innebærer overføring av elektrisk energi fra land mindre vedlikehold, lengre levetid og høyere tilgjengelighet enn et gass- eller dieseldrevet kraftverk.

Dersom det elektriske overføringsutstyret kan plasseres på en forlatt installasjon offshore, kan den utsatte kostnaden for fjerning av installasjonen være en viktig faktor.

HVDC Light-teknologien

Nett- eller lastkommutert strømretterteknologi – slik den benyttes i klassisk HVDC – har i industrielle drivsystem i høy grad blitt erstattet av spenningsmatet strømretterteknologi (VSC – Voltage Source Converter). Den grunnleggende forskjellen mellom disse teknologiene er at VSC krever komponenter som selv kan bryte strøm. Ettersom strømmen kan brytes, er det ikke behov for spenning å kommutere mot i det tilkoplede AC-nettet. Det betyr at en vekselretter basert på VSC-teknologi kan mate ellers passive nett – uten at det er behov for roterende fasekompensatorer eller annen form for reaktiv kompensering. At teknologien er spenningsmatet, gjør det enklere å lage overføringer med flere terminaler eller avgreninger.

I 1997 lanserte ABB ny teknologi for likestrømsoverføring basert på spenningsmatet strømretterteknologi: HVDC Light, som bruker pulsbreddemodulering (PWM) for generering av grunnharmonisk spenning. Med PWM-teknikken kan spenningens amplitude og fasevinkel fritt styres innen visse grenser. Dette tillater uavhengig og svært rask regulering av aktiv og reaktiv effekt.

IGBT i serier

Komponenten som tilbyr de mest interessante mulighetene for HVDC Light, er IGBTen (Insulated Gate Bipolar Transistor). IGBTen er en metalloksidhalvleder (MOS) som krever et minimum av styreeffekt. Effekten kan tas fra hovedkretsen via dempekretser over hver IGBT, og dette muliggjør seriekopling av IGBTer med god spenningsdeling selv med skiftefrekvenser i kHz-området. Den høye skiftefrekvensen gjør at kun relativt små filtre er nødvendig.

Konseptet inkluderer også en annen nyvinning: HVDC Light-kabelen, en ekstrudert polymerkabel. For høyspent AC har det skjedd et teknologiskifte fra papirisolerte til ekstruderte polymerkabler. Den tilsvarende utviklingen for å fremstille en ekstrudert HVDC-kabel har gitt en fleksibel og kostnadseffektiv kabel som er en viktig del av hele konseptet.

Driftserfaringer fra to installasjoner bekrefter hurtig og presis styring av aktiv og reaktiv effekt i takt med variasjoner i nettene. De gode erfaringene med de allerede idriftsatte overføringene viser også at HVDC Light-stasjonene kan designes slik at vedlikeholdsstans er nødvendig kun hvert andre år – og da bare i et par døgn. Anleggets levetid er mer enn 30 år og den predikterte tilgjengeligheten er over 99 prosent.

Med Cross Sound og MurrayLink, er det kommersielle steget til HVDC Light-overføringer på 200-300 MW tatt.

Høyspent DC offshore

Ved offshore-anvendelse av høyspent DC må det tas mange hensyn. Offshore stilles det helt spesielle krav til sikkerhet for personell så vel som for utstyr. Viktigst er sannsynligvis kravet om at eventuell gass fra produksjon eller prosessering ikke må komme i kontakt med spenningssatt utstyr.

Omgivelsene offshore er spesielt tøffe. Salt og fuktig luft stiller strenge krav til materialvalg og overflatebehandling. Ventilasjonsutstyr må sørge for at høyspentutstyret og elektronikken ikke utsettes for salt og fuktig luft.

Viktig er det også at vekt- og plassreserver på en installasjon offshore vanligvis er små. Utstyret må bygges kompakt, og en må ta skritt for å minimalisere vekten av utstyret. Det er i denne forbindelse den spenningsmatede strømretterteknologien har spesielle fordeler i forhold til klassisk HVDC: Filtrene er små og det er ikke behov for roterende fasekompensator.

Den nye teknologien tilfredsstiller de krav som tidligere har vanskeliggjort overføring av elektrisk energi til installasjoner offshore – og den er til og med lønnsom. I løpet av året vil det bli avgjort om miljøgevinstene blir realisert.