Flaskehalshåndtering i kraftsystemet med fleksibilitet som virkemiddel

Abstract

Det grønne skiftet fører til en økende elektrifisering av samfunnet. Et større forbruk av elektrisitet fører til en økt belastning på nettet. Denne raske utviklingen kombinert med et aldrende nett, som har en for lav dimensjonert kapasitet, skaper flaskehalser og andre utfordrende driftssituasjoner. Dermed kan det være nødvendig med nye virkemidler for å håndtere kraftbehovet i fremtidens strømnett. I bacheloroppgaven utforskes det om utnyttelse av tilgjengelig kapasitet i nettet, i form av fleksibilitet, kan være et av de nye virkemidlene.

Hensikten med rapporten er å diskutere de ulike virkemidlene, før de rangeres basert på en flaskehalssituasjon. Først blir det diskutert hvorvidt det nye virkemiddelet, fleksibilitet, kan bidra i drift av et flaskehalsområdet. Deretter blir fleksibilitet satt opp mot utkoblbare kunder og omkoblinger, som er virkemidlene et nettselskap har for tilsvarende situasjoner. Resultatene i rapporten blir presentert i form av en handlingsplan, hvor de ulike virkemidlene rangeres basert på en flaskehalssituasjon i Kristiansand.

Handlingsplanen er basert på pilotprosjektet NorFlex Demo Agder, hvor Agder Energi Nett testet ut fleksibilitet i sin operative drift. I prosjektet ble handel av fleksibilitet på en markedsplass benyttet som et virkemiddel på lik linje med de allerede eksisterende virkemidlene. Hensikten med Demo Agder var å bruke fleksibilitet i et scenario hvor det var behov for ekstra virkemidler for å opprettholde driften. Underveis i prosjektet oppstod det et havari på en transformator som skapte en flaskehals inn mot Kristiansand, hvor nettselskapet kunne teste fleksibilitet i sin faktiske operative drift.

For å undersøke om fleksibilitet kunne benyttes under operativ drift, måtte markedet i Demo Agder stimuleres for å oppnå et betydelig volum. Det gjør at prosjektet til en viss grad er preget av at det er en demonstrasjon, hvor kunstige markedskrefter har påvirket deler av handelen. Dermed må ikke resultatene fra Demo Agder benyttet som en nøyaktig gjenspeiling, men som en god antydning til hvordan handel av fleksibilitet ville sett ut. Prosjektet er testet ut så nært realiteten som AEN mener er mulig.

Resultatene fra Demo Agder skal vise i hvilken grad fleksibilitet kan benyttes under drift av utfordrende situasjoner på strømnettet. I tillegg til nytten av de resterende virkemidlene benyttet av AEN.

Resultatet viser at omkoblinger av forsyningsveien til Elkem og, produksjonen i Steinsfoss, er de mest effektive virkemidlene for å håndtere flaskehalser. Det er fordi omkoblingene flytter mest last av alle virkemidlene, i tillegg til at det er billig og tilgjengelig.

Utkoblbare kunder har muligheten til å tilby en betydelig mengde kapasitet, men usikkerheten rundt tilgjengeligheten av de fleksible kildene gjør virkemiddelet mindre nyttig enn omkoblinger. Handel av fleksibilitet på en markedsplass kan ikke utkonkurrere de andre virkemidlene nettselskapet har for flaskehalshåndtering per dags dato. Det er i hovedsak grunnet mangel av volum, utfordringer med leveringssikkerhet, og ulike krav om hviletid for fleksbilitetskildene. Det kan likevel fungere som et av flere virkemidler under operativ drift, og kan bidra til å redusere behovet for investeringer i kraftnettet. Omkoblinger i lavspentnettet er det siste anbefalte virkemiddelet å bruke, ettersom det innebærer en høy risiko for feilkoblinger, sett opp mot den potensielle gevinsten.

The green transition leads to an increase in the electrification of the society. The increase in consumption of electricity, leads to an increase in the grid load. This rapid development combined with an aging grid, which has a too low capacity, creates bottlenecks and other challenging situations. This makes it likely to be necessary with new tools to deal with the power demand in near future. The bachelor thesis explores whether the utilisation of available capacity in the network, in the form of flexibility, can be one of the new tools.

The purpose of the report is to discuss the various instruments, before they are ranked based on a bottleneck situation. First it is discussed whether the new tool, flexibility, can contribute to the handling of a bottleneck area. Flexibility is then compared to interruptible customers, and change of the operating power systems, which are the tools a network company already has available for similar situations. The results in the report are presented in the form of a ranked recommended list, where the various tools are ranked based on a bottleneck situation in Kristiansand.

The ranked list is based on the pilot project NorFlex Demo Agder, where Agder Energi Nett tested flexibility in their daily operations. In the project, trading of flexibility in a marketplace was used as a tool on the same level as the already existing tools. The purpose of Demo Agder was to use flexibility in a scenario where extra tools were needed to maintain daily operations. During the project, a breakdown occurred on a transformer that created a bottleneck in towards Kristiansand. This situation made it possible for the grid company to test flexibility in their actual operations.

To investigate whether flexibility could be used during daily operations, the market in Demo Agder had to be stimulated to achieve a significant volume. The project is to a certain extent characterised by the fact that it is a demonstration, where artificial market forces have affected parts of the trade. Therefore the results from Demo Agder must not be used as an accurate reflection, but as a good indication of what trading of flexibility would look like. The project has been tested as close to reality as AEN believes is possible.

The results from Demo Agder will show the extent to which flexibility can be used during the handling of challenging situations in the power grid. This is in addition to the usefulness of the remaining tools used by AEN.

The results show that change of the operating power systems in the supply route to Elkem and, production in Steinsfoss, are the most effective tools for dealing with bottlenecks. This is because they move the most load of all the tools, in addition to being cheap and accessible.

Interruptible customers have the opportunity to offer a significant amount of capacity, but the uncertainties surrounding the availability of the flexible sources, makes the tool less useful than changing the operating power systems. As of today trading of flexibility on a marketplace cannot outperform the other instruments the network company has for bottleneck management. This is mainly due to a lack of volume, challenges with security of delivery, and various requirements for resting time required by the various flexibility sources. However it can function as one of several tools during daily operations, and can help reduce the necessity of investments in the power grid. Change of operating power systems in the low-voltage grid is the last recommended tool to use, because it involves a high risk of disconnection, compared to the potential gain.