Digitale generatorer skal analysere kraftnettet som en sjakkspiller

– Vi jobber med å utvikle en komplett digital tvilling til den gammeldagse generatoren. Ved hjelp av algoritmer og avanserte regulatorer oppfører den seg som en sjakkspiller, som spår fremtidige trekk i kraftnettet og tar egne avgjørelser, forklarer Thomas Øyvang.

Han er stipendiat på fakultetet for teknologi, naturvitenskap og maritime fag ved Universitetet i Sørøst-Norge (USN). I desember disputerer han for sin doktorgradsavhandling, som er skrevet i samarbeid med Statkraft, Statnett og Skagerak Energi.

Ideen kom fra Universitetets avdeling i Porsgrunn, hvor flere av de ansatte har bakgrunn fra industrien på Herøya.

– I industrien bruker man prediktive regulatorer som har en innebygget modell av prosessen de styrer. Regulatoren samler informasjon fortløpende og beregner om noe er i endring. Hvis noe skjer, kalkulerer den konsekvensene i forkant og kan korrigere i tide. Vi ville se om dette kan brukes i vannkraften, sier Jan Petter Haugli i Statkraft.

• Slår alt annet på pris: Verdens største nettselskap har suksess med batterier

– Langt unna makspuls

Mange generatorer i norske vannkraftverk er fra 1960-tallet, men å skifte ut en hel generator er både arbeidsomt og kostbart.

– Mange av komponentene er fortsatt holdbare og kan utnyttes mye mer enn i dag. Det er ledig kapasitet som bare står der og aldri blir brukt. Derfor må vi få mer informasjon om hva som skjer i maskinen, sier førsteamanuensis Jonas Kristiansen Nøland, som har hjulpet Øyvang i arbeidet med oppgaven.

Selv forsker Nøland på ny børsteløs teknologi for magnetisering av generatorer og kjenner godt til mulighetene i økt utnyttelse av generatorer.

– I dag settes maks-kapasiteten til generatorene ut fra konservative beregninger, så ikke generatoren skal bli for varm. En robotisert generator kan derimot overvåke sin egen temperatur, og dermed kjøre seg selv opp eller ned etter behov, sier Nøland.

• Teslas gigabatteri: Kuttet 90 prosent av strømbrudd-kostnadene

Kan redde oss fra kriser

– Generatoren er i de fleste tilfeller langt unna makspulsen sin og kan derfor presse grensene mye mer enn i dag. Vår generator overvåker sin egen tilstand, tilsvarende en pulsklokke på treningssenteret, og kan derfor trå til mer i krisesituasjoner, sier Øyvang.

Når en viktig kraftlinje faller ut må generatorene på de andre linjene yte mer. Det er da dette systemet blir særlig nyttig.

– Uforutsette hendelser i kraftsystemet kan føre til at strømnettet i verste fall kan kollapse. I et slikt scenario kan den robotiserte generatoren overvåke hvordan den selv har det, og levere den ekstra ytelsen for å redde kraftsystemet. Det skjer ikke ofte, men det er nettopp i disse situasjonene at det er viktig å beholde kraften, sier Øyvang.

• Vil frigjøre svensk by fra strømnettet: Har vært off-grid i 150 timer

Mulig å sette inn større turbiner

Dette er selvsagt en fordel for alle som arbeider med forsyningssikkerhet. I tillegg kan en smart generator gi direkte effekt på bunnlinja til kraftselskapene:

– Turbinene skiftes oftere enn generatorer, og når man får mer informasjon kan produsentene oppgradere til større turbinhjul og få større effekt. Norge har mye kraft installert, så det beste for oss er å utnytte det utstyret vi har, sier Øyvang.

Den digitale generatoren kan gjøre langt mer enn å passe på egne tålegrenser.

– Det skjer mer og mer kommunikasjon i kraftsystemet, og Statnett får inn målinger fra nettet. Denne informasjonen kunne også generatoren fått. Og når nettet trenger mer reaktiv effekt, kan den levere mer og samtidig påse at den selv ikke blir for varm, forklarer Øyvang.

• Ny regel fra 2020: California påbyr solceller på alle bolighus

En sjakkspiller i vannkraftverket

Men han går også lenger, og ser for seg at fremtidens generator blir prediktiv som en sjakkspiller.

– Når generatoren får informasjon om at en linje faller ut, kan den se flere trekk framover, og lage en optimal sti for å regulere og redde nettet. Den kan også få tilbakemeldinger underveis og optimere ruta på nytt.

Med stadig mer væravhengig og uregulerbar kraft fra vind og sol, tror Øyvang at de norske demningene vil fungere som et grønt batteri i stadig større grad. Da vil robot-generatoret være en viktig brikke.

– Vi ser internasjonalt at det har kommet smart nett og smarte transformatorer, men smarte generatorer finnes fortsatt ikke. Det er virkelig noe vi i Norge kan ta tak i, sier Øyvang.

Jan Petter Haugli i Statkraft er enig, men sier at det også er grenser for hvor mye som kan og bør digitaliseres i vannkraftverdenen:

– Alt kan digitaliseres med tiden, men det går nok en grense for hva som er nyttig og økonomisk fornuftig. Også det nærmeste tiåret vil datakraft være såpass kostbart at man må holde litt igjen. Foreløpig må simuleringene være enkle nok til at en regulator rekker å regne innenfor en svært kort responstid. Man må vurdere kostnader opp mot nytten av å regne på alt. Den kostnaden blir nok høy i mange år fremover, sier Haugli.