Dette er fortellingen om hvordan kald beregning, og et samarbeid mellom forskere og en hel bransje, kan spare Norge for flere milliarder kroner i utbyggingskostnader.
Det handler om å skvise mer ut av tuben.
En sammenligning mellom kabelnettet og en tannkremtube er upresis, men ikke helt på jordet. I begge tilfeller handler det om en ressurs vi vet er der, og som vi gjerne vil bruke, men som er vanskelig tilgjengelig.
I kabelnettet kan det være så mye som 20 prosent som kan «klemmes ut» hvis vi gjør de rette grepene, forklarer forsker Kristian Solheim Thinn ved Sintef Energi.
– Faktisk kan det være så mye som 70 prosent mer kapasitet å hente ut for noen spesielle tilfeller, sånn som enkelte solparker, forklarer Thinn.
Kontroll på temperaturen inni kablene er nøkkelen i dette prosjektet. Og den påvirkes mye av omgivelsene.
Kapasitet og strømnett
Kapasitet: Hvor mye strøm en kabel eller linje kan overføre uten å bli overbelastet.
Hva påvirker kapasiteten?
- Varmeutvikling i kabelen
- Kjøling fra jord, luft og fuktighet
- Kabeltype og konstruksjon
- Belastningsmønster
- Transformatorer og koblingspunkter
- Aldring og teknisk tilstand
- Flaskehalser mellom regioner
Statisk kapasitet: Fast grense basert på konservative antakelser.
Dynamisk kapasitet: Grensen justeres etter faktiske forhold i sanntid.
Jo høyere kapasitet, jo mer strøm kan leveres til industri og husholdninger uten å bygge nye kabler.
Gull i grunne grøfter
– INCA er en type samarbeid mellom industri og forskning som løser samfunnsutfordringer – ikke bare på papiret, men reelt ute i kabelgrøfta, sier Thinn.
Prosjektet er organisert med REN AS som prosjektansvarlig og en rekke samarbeidspartnere.
Det trampes i sand og grus på befaring. Ledningsevne i sanda måles. Det gjettes – hvor mye bedre holdes temperaturen nede med mer finkornet sand?
– Vi i Sintef Energi utvikler de dynamiske modellene og metodene som gjør det mulig å beregne kapasiteten i sanntid, forteller Thinn. – Men uten samarbeidet med aktørene ville det ikke skapt så store verdier. Det ligger mye gull i de grunne grøftene der ute, og sammen klarer vi å grave dem frem.
Prosjektet har ulike teststeder rundt om i Norge. Flere steder får kablene selskap av en rekke sensorer som følger med på temperatur og fuktighet sekund for sekund. Informasjonen fra disse er noe av det som vil hjelpe oss med å klemme mer ut av strømnettet.
Tar tempen på kablene
I Trondheim tester Tensio ut temperaturovervåkning via optiske fibre og sammenligner målte verdier med beregnede verdier.
– Vi gjør dette for å skaffe oss lærdom om ulike målemetoder og sammenstille virkelige verdier med beregnede verdier, forteller Jan Petter Svegård, som er prosjektleder for INCA i Tensio.
– Når vi får etablert gode målinger av kabler i drift, kan vi i tillegg sjekke effekten av både luft og vannkjøling av kabelforbindelser.
Resultatet er at beregningsmodellene blir mer presise enn de er i dag. De tester også ut hvor stor betydning typen sand og masser rundt kablene i bakken har på temperaturen inni kablene.
%2520propulsion%2520pic%25206.jpg)
Kaldt klima er kjekt
For kablenes del gjelder at jo kaldere, jo bedre. Og kabler er følsomme for omgivelsene – både fukt og temperatur spiller en rolle for hvor hardt de klarer å flytte på strøm. Kabler er ikke så gode på deilige sommerdager, de presterer faktisk best i arktisk vintervær.
I dag beregnes overføringskapasiteten til kabler etter en fast og ganske konservativ temperaturgrense – som om det alltid var den varmeste, tørreste og mest ugunstige dagen i året. Sett fra kablenes ståsted.
– Hvis vi utnytter alt nettet kan gi, kan vi hente ut mer kapasitet når forholdene tillater det – uten å øke risikoen for overbelastning, fordi vi vet den reelle kapasiteten, forklarer Sintef-forskeren.
Jorden blir en termos
I forskningsprosjektet ser de på kraftnettet som et system i konstant bevegelse og i samspill med omgivelsene. Jorda rundt kablene endrer både temperatur og fuktighet, og kapasiteten følger disse endringene. Derfor kan den ikke lenger forstås som en fast grense, men som noe som endrer seg time for time, forklarer Thinn.
La oss si at en kabel er 70 grader ved 500 A (strøm). Dersom kabelsanden tørker ut, stiger den termiske resistiviteten, altså hvor mye et materiale motsetter seg varmeledning, i materialet som ligger inntil kabelen. Sanden isolerer da varmen som kabelen genererer bedre, og temperaturen i kabelen stiger.
Jorda rundt blir mer og mer som en termos. Da kan kabelen bli 80 grader ved 500 A strøm bare fordi massene «endrer seg» og derfor isolerer bedre. Og det er verre for kabelen.
– Det er som å bytte fra sommerdyne til vinterdyne, sier Thinn.
Med sanntidsmålinger fra sensorene som ligger rundt kablene, og samtidig fra innsiden av kablene selv, får forskerne fram et presist bilde: De ser hvordan temperatur, fuktighet og jordens egenskaper helt reelt påvirker hvor mye strøm kablene tåler før de når grensetemperaturen sin. Og det som før var skjult og ubrukt kapasitet, blir plutselig synlig – ikke som en teoretisk mulighet, men som et handlingsrom nettselskapene kan bruke.
Jordnært arbeid
For å få til dette, må beregningsmodellene og virkeligheten møtes. All kunnskapen og dataene som samles inn, må gjøres om til et verktøy som nettselskaper kan bruke. Her kommer inn. De har gjort grøfta til et landskap som kan forstås i detalj.
De har flere angrepsmåter for å finne ut hva kablene tåler. Én handler om å utnytte fiberkabel som er inni eksisterende strømkabler for å beregne temperaturen i kabelen.
Andre pilotprosjekter handler om å måle fukt og temperatur rundt kabelen. Et tredje prosjekt skal forene tre verdener som normalt ikke trives sammen: Vei, vann og strømkabler.
Se for deg et byggefelt eller utbygging av vei: Det jobbes hardt med drenering – for ingen vil ha vannet stående i bakken, det må ledes vekk. Det er jo akkurat det motsatte av hva som er optimalt for kabler. Så når kabelgrøfter skal få plass i samme område, trengs det litt kreativitet for å gi best mulige omgivelser for både kabler og annen infrastruktur. En mulig løsning kan da være vannbåren kulde.
Kapasitet: Minutt for minutt
– Vi bruker noe vi kaller Grøft Design, forteller Marius Engebrethsen fra REN.
– Det er en programvare for å beregne overføringskapasitet, et verktøy som bransjen allerede kjenner og bruker til beslutningsstøtte. Så det vi gjør, er å teste oss frem til en måte å gi bransjen muligheten til å kunne ta beslutninger minutt for minutt om hvor mye hver enkelt kabel kan tåle.
Så vil nettselskapene kunne justere såkalt maks last deretter. Maks last er den høyeste belastningen strømnettet kan håndtere på et gitt tidspunkt før kapasiteten er brukt opp og nettet risikerer feil eller utkoblinger. For en kabel er det sånn at den tåler temperaturer opp til 90 grader. I dag er det ingen temperaturmåler koblet til selve kabelen – det har vært gjort beregninger på hva som er garantert godt innafor, og så er det satt en grense for belastning basert på dette.
– I realiteten kan faktisk en kabel tåle å presses over 90 grader i en krisesituasjon, i en liten tidsperiode, forteller Engebrethsen.
– Akkurat hvor mye vi kan presse nettet i en beredskapssituasjon, det vil vi finne ut nå.
Fortsatt er alt dette på forsøksstadiet. Og gradvis skal dette testes ut i full skala – i vannkraftverk, i regionalnett og i distribusjonsnett. Så vil det vise seg om modellene holder. Og når de gjør det, er tiden kommet for å klemme hardere på tuben: Å hente den reelle kapasiteten fra de kablene vi allerede har.
Mer av alt, raskere
Verdien av 20 prosent mer kapasitet i kabelnettet ligger først og fremst i alt vi slipper å gjøre – og alt vi plutselig kan få til raskere, ifølge Engebrethsen.
På den ene siden har du investeringene som unngås eller utsettes: Milliarder i nye kabler og oppgradering, konsesjonsprosesser, naturinngrep og tidsbruk. På den andre siden har du verdien av det som kan kobles på tidligere: Ny industri, datasentre, batterifabrikker, elektrifisering av transport og sokkel, mer fornybar kraft inn i nettet uten å møte veggen.
Det sentrale er at kabelen kjøles ned i perioder med lav last og ofte ikke rekker å varme seg opp til en stabil (steady state) temperatur gjennom kortvarige topplaster.
Seig solvarme
Og så var det de 70 prosentene vi kan klemme ut fra solparker?
– 70 prosent er kanskje et hårete mål, men enkelte solparker lagrer strøm i løpet av dagen og sender det inn på nettet over et veldig kort tidsrom på noen få timer. Det gjør at kablene som ligger i bakken, kan avkjøle seg mellom slagene og har betydelig høyere kapasitet når det gjelder. Som med alt annet tar det tid å varme opp både kablene og alt jordsmonnet som ligger rundt, forklarer Thinn.
– Norge står foran en kraftig vekst i behovet for strøm. Ny industri, elektrifisering og mer fornybar energi krever økt kapasitet i nettet. Samtidig er det både kostbart og tidkrevende å bygge nye kabler. Derfor er det et stort poeng å utnytte infrastrukturen vi allerede har, så godt det lar seg gjøre.
Artikkelen ble først publisert på Gemini.no
Ny sprekk for signalsystem: Vil bli kostnadsøkninger og forsinkelser
