Integrasjon av distribuert fornybar energi og energilagring i Trøndelag

Abstract

Distribuert energiproduksjon vil spille en betydelig rolle i fremtidens kraftsystem. Tilstrekkelig med fleksibilitet i nettet vil også være en nøkkel for å takle overgangen til et mer volatilt kraftnett, med større variasjoner i spenning og effektflyt som følge av uregulerbar fornybar energiproduksjon. Elektriske batterier vil, i tillegg til å øke fleksibiliteten, kunne tjene nettet globalt med blant annet aktiv effektkompensering for frekvensstabilisering.

Den økende elektrifiseringen av transportsektoren er viktig for utviklingen mot lavutslippssamfunnet, men stiller krav til kraftnettets effektkapasitet. Både akkumulert effektforbruk fra lading av elbiler og individuelle effektuttak for kraftkrevende elektriske kollektivtransportmidler er noe som må tas hensyn til av netteiere og regulatoriske myndigheter når det fremtidige kraftsystemet i Trøndelag og resten av landet planlegges.

Resultatene fra nettanalysen gjennomført i softwaren MATPOWER av kraftnettet rundt Heimdal videregående skole, impliserer at nettet virker å være godt nok dimensjonert for å ta i mot overskuddsproduksjonen fra skolens distribuerte energiressurser, uten store konsekvenser for spenningsnivå eller risiko for overbelastning. Radialen når termisk overbelastning av kablene før spenningsnivåene i nettstasjonene blir uakseptable i henhold til EUs anbefalinger på pluss-minus 6%. For at kablene skal nå maksimal termisk driftsstrøm på 345 A, må lasten i systemet øke med 595% i forhold til verdiene som ligger i TrønderEnergi Nett sine databaser i NETBAS.

Heimdal videregående skole vil derimot bli begrenset av plusskundeavtalen mellom skolen og TrønderEnergi Nett, når det kommer til kraft eksportert ut fra systemet. Eksportbegrensningen på 99 kW fører til at 1% av all energien skolen produserer, strupes vekk og dermed ikke blir utnyttet. Dersom skolens energiproduksjon antas å nå merkeeffekt i den timen med høyest produksjon i løpet av året, øker denne dumpingen av energi til 6% av total produsert energi. Dette er en direkte konsekvens av eksportbegrensningen i kombinasjon med offseten mellom skolens lastprofil og produksjonsprofilen fra de distribuerte energiressursene.

Energilagring kan benyttes til å øke fleksibilitet i energisystemer ved load-shifting. Det finnes mange ulike alternativer for energilagring, blant annet pumpekraftverk, komprimert luft(CAES), kinetiske energilager(flywheel), superledende magnetiske lagre(SMES), lagring av energi i hydrogengass og elektriske batterier. Endringer i programmet WINDHYDTOOLS, har muliggjort en analyse av Heimdal videregående skoles energibalanse med integrasjon av et elektrisk batteri. Resultatene fra analysen viser at andelen strupet distribuert energi over et år reduseres fra 5,516% til 5,318% ved installering av et 150 kWh batteri med C-rate C/3. Videre viser sensitivitetsanalyser at dersom batteriet skal kunne påvirke andelen dumpet energi bør forholdet mellom batteriets effektkapasitet og energilager, kalt C-rate, være mindre enn 1/1. Lading- og utladningseffekten til batteriet bør i tillegg være større en 20 kW.

En økonomisk analyse resulterer i at de sparte strømkostnadene som følge av batteriets utnyttelse av tidligere dumpet egenprodusert energi, ikke er store nok til å dekke batteriets kapitalkostnad. Dersom batteriet skal være lønnsomt i denne case-studien, må prising av effekt utgjøre en stor del av skolens strømkostnader, kontrollstrategien må forbedres og batterikostnadene må sannsynligvis subsidieres.