Til hovedinnhold

Tekst: seniorforsker Astrid Petterteig

Det som engang var maskin- eller vindlaboratorium er blitt et fantastisk laboratorium for fornybar energi med ambisjoner om å inkludere smartgrid-aktiviteter.  

Nye tekniske utfordringer
I kraftnettsammenheng har det i mange år vært en tendens til redusert laboratorieaktivitet innen utdannelse og forskning. Både systemet og komponentene har vært velkjente og numeriske simuleringer har vært tilstrekkelig. Nå er det stort fokus på smarte nett, og nye nettløsninger vurderes også offshore. Nye nettkomponenter vil komme sammen med nye tekniske utfordringer i forbindelse med for eksempel kommunikasjon, styring, vern og feilhåndtering.

Dette har medført økt fokus på og behov for laboratorieforsøk som kan utfylle og verifisere teoretiske forskningsarbeider. Det er også en tendens til at forskningsmiljøer som skal hevde seg internasjonalt og være med i EU-prosjekter må ha laboratorie- eller demonstrasjonsaktivitet.

Ny distribusjonsmodell med hovedtransformatorstasjon, fleksibel linjeekvivalent og børsteløs synkrongenerator.

Danner bro
Gode laboratoriefasiliteter har stor betydning både for forskning og undervisning og gir også muligheter for industri og leverandører til å få teste sine produkter i realistiske omgivelser. Laboratorier kan danne en bro mellom forskning, undervisning og industri og vil være et viktig supplement til fullskala demonstrasjonsprosjekter. I laboratoriet kommer forskeren og studenten nærmere industriens utfordringer og løsninger, noe som gjør dem bedre i stand til å se og løse praktiske problemstillinger.

Sikker testing
I laboratoriet kan nye styresystemer eller nye komponenter testes på en sikker måte under kontrollerte forhold før de settes i drift i et virkelig nett. Der kan det gjøres forsøk som ikke kan gjøres ut i nettet. Ulike feilsituasjoner kan testes under kontrollerte forhold og kortslutningstester kan gjennomføres uten at nettets abonnenter blir berørt eller nettkomponenter blir ødelagte.

I laboratoriet kan man også undersøke fenomener som man ikke kan simulere for eksempel fordi tilstrekkelige datamodeller ikke eksisterer, samt at nye og ukjente komponenter kan kartlegges ved hjelp av målinger som igjen danner grunnlag for utvikling av nye modeller til simuleringer. I en forskningshverdag der simuleringer er et av de viktigste verktøyene er det også viktig å kunne foreta verifisering av simuleringsmodeller i laboratoriet.

Utstyr på ypperste nivå
SINTEF og NTNU har en lang historie med felles laboratorier. Det er også tilfelle når det gjelder fornybar energi laboratoriet [1]. Det er investert i nytt utstyr over lang tid og det som nå finnes er både i omfang og ytelse på et høyt internasjonalt nivå.

Laboratoriet har mellom annet store generatorer (55 kVA permanentmagnet generator og 50 kVA asynkrongenerator) samt fleksible og styrbare vannkjølte lastmotstander. De fleste større enhetene i laboratoriet er utstyrt med mange målepunkter og fleksible løsninger for måleinnsamling og overføring av data til PC. Et nytt Labview-system for innsamling av sentrale måleverdier og presentasjon av bryterstatus og effektflyt er under utvikling.


Laboratoriet har nylig fått en distribusjonsnettmodell bestående av en hovedtransformatorstasjon med to avganger som er utstyrt med standard linjevern, en modell av et småkraftverk med børsteløs synkrongenerator og standard magnetiseringsutrustning og vern og en linjeekvivalent med seks fleksible linjeseksjoner som alle har variabel resistans, induktans og kapasitans.

SINTEF-utviklet styresystem
Laboratoriet har fått helt ny kortslutningsimulator og flere nye egenutviklede omformerenheter (både 60 kVA og 20 kW enheter) som kan benyttes til mange forskjellige formål. Disse har et styresystem utviklet hos SINTEF, som med et moderne og raskt FPGA-baserte system, gir forskerne full kontroll over omformerens styring og frihet til å utvikle alternative regulatorer ved behov.

50 kVA permanentmagnet synkrongenerator. Foto: Kjell Ljøkelsøy

En engasjert Kjell Ljøkelsøy orienterer NTNU professorene om de nyeste omformerne med egenutviklet styresystem. Foto: Astrid Petterteig

Aktuelle aktiviteter og framtidig smartgrid laboratorium

Laboratoriet kan brukes til forsøk innenfor flere områder og temaer som for eksempel offshore nett, nettilknytning av offshore vind, integrasjon av småskala vind eller vannkraft i distribusjonsnettet, vern og feilhåndtering og testing av styresystemer eller komponenter for smarte nett.

I tillegg til forskere, gjester og studenter ved NTNU og SINTEF har industribedrifter anledning til å benytte laboratoriet til opplæringsformål eller for å teste nye komponenter eller styresystemer.

I 2010 ble The Norwegian Smartgrid Centre [http://www.sintef.no/Projectweb/Smartgrids/] etablert som et nasjonalt forsknings-, undervisnings, test- og demonstrasjonssenter for smartgrid. I senteret er det vurdert som nødvendig å ha undervisning, forskning og næringsutvikling som er tett knyttet mot laboratorie-, test og demonstrasjonsaktiviteter.

Som en direkte konsekvens av dette ønsker SINTEF, NTNU, NCE Halden og Høyskolen i Narvik å bygge et nasjonalt Smartgrid-laboratorium. Det planlegges en koordinering av pågående aktiviteter og videre investeringer både i SINTEF/NTNUs laboratorium og i utstyr for smartgrid-relatert forskning innen smarte hus og aktive sluttbrukere (Halden) og innen microgrids med småskala produksjon (Narvik).