ES-01: Elektrifisering og resiliens i kraftsystemet

Motivasjon og relevans

Samfunnet elektrifiseres gjennom blant annet gjennom overgang til elektrisk transport og at industriprosesser bytter energibærer fra gass til elektrisitet. Økende elektrisitetsforbruk forutsetter at også produksjonen av elektrisk kraft øker i fremtiden, enten den kommer gjennom vindkraft til havs, vindkraft til lands og/eller solkraftproduksjon.

Når utbygging av nytt kraftnett ikke holder tritt forutsetter elektrifiseringen økt utnyttelse av det eksisterende nettet og potensielt økt risiko med hensyn på forsyningssikkerheten. Ambisjonen til forskningssenteret SecurEL er å muliggjøre elektrifiseringen samfunnet behøver for å nå klimamålene, samtidig som vi ivaretar forsyningssikkerheten. Dette bør gjøres med en risikobasert tilnærming og med vekt på motstandsdyktighet (resiliens) i kraftsystemet.

Bakgrunn

Norge har tradisjonelt hatt en høy forsyningssikkerhet og få strømbrudd. I gjennomsnitt er det bare ca. 0,02 % av den etterspurte elektriske energien som ikke når frem til strømkunder på grunn av feil eller utkoblinger i nettet. SecurEL skal bidra til at forsyningssikkerheten ivaretas i overgangen til et netto-nullutslippssamfunn som innebærer omfattende elektrifisering av energisystemet.

Den gjensidige avhengigheten og avveiningen mellom forsyningssikkerhet og elektrifisering er illustrert i figuren nedenfor: På den ene siden vil elektrifiseringen og tilknytning av ny kraftproduksjon, elektrisitetsforbruk og energilager utfordre forsyningssikkerheten. På den andre siden vil kravene vi stiller til forsyningssikkerhet sette grenser for hvor hurtig og omfattende elektrifisering som vil være mulig.

Mer risikobaserte kriterier for planlegging og drift av nettet muliggjør økt elektrifisering gjennom at vi bevisst utnytter nettet høyere og dermed tar en litt større risiko for strømbrudd. Hvilke kriterier som er hensiktsmessige og hvilke implikasjoner de vil ha er tema for pågående forskning i SecurEL.

Et kraftsystem som har høy forsyningssikkerhet og lite strømbrudd i gjennomsnitt kan samtidig ha lav resiliens (motstandsdyktighet) dersom det er sårbarheter som kan føre til sjeldne hendelser med store konsekvenser, altså ekstraordinære hendelser. Dette omtales ofte som HILP-hendelser, etter engelsk «high-impact low-probability events».

Se disse blogginnlegget om tidligere forskning ved SINTEF Energi på ekstraordinære hendelser i kraftsystemet og mulige sårbarheter ved storskala integrasjon av havvind og havnett i det norske kraftsystemet.

Internasjonalt brukes begrepet resiliens ofte om et perspektiv på forsyningssikkerheten som har større vekt på sjeldne hendelser med stor konsekvens og mindre vekt på den gjennomsnittlige hyppigheten av strømbrudd. Risiko er en kombinasjon av sannsynlighet og konsekvens, som illustrert i figuren nedenfor. Denne figuren illustrerer den overordnede problemstillingen for sommerjobben: Økt elektrifisering og høyere tilknytningskapasitet er mulig ved å ta litt høyere risiko for strømbrudd, men kan det gjøre kraftsystemet mer sårbart og dermed mindre resilient med hensyn på ekstraordinære hendelser?

Oppgave:

Oppgaven vil fokusere på ett av flere mulige nettnivåer og systemgrenser for case: Regionale distribusjonsnett med stor forventet forbruksøkning, nett med stort innslag av vindkraftproduksjon, eller koblede hav- og landnett med innslag av HVDC-teknologi. Den endelige oppgaven kan utformes etter bakgrunn og interesse til kandidaten. Oppgaven kan passe for to studenter som jobber på tilgrensende (men ikke identiske) tema.  

Oppgavene i sommerjobben tar utgangspunkt i modeller og kode for analyse av tilknytningskapasitet, forsyningssikkerhet og resiliens som er under utvikling ved SINTEF Energi. Disse kan brukes for å kvantifisere konsekvenser og risiko knyttet til feil og strømbrudd kraftsystemet. Avhengig av vinkling og fokusområde kan semi-analytiske Monte-Carlo-simuleringsmodeller og optimale lastflytmodeller med sikkerhetsrestriksjoner («security constrained optimal power flow – SCOPF») være relevante.

Kandidaten(e) forventes å sette seg inn i hvordan modellene fungerer og bidra til å videreutvikle dem. Kandidaten vil få en innføring i forsyningssikkerhet og resiliens og forventes ikke å ha kjennskap til dette på forhånd. Det er en fordel om arbeidet kan videreføres i en prosjekt- og masteroppgave. 

Sentrale arbeidsoppgaver kan bestå i å:

• Sette seg inn i teori for risikobaserte metoder, forsyningssikkerhet og resiliens i kraftsystemet.
• Sette seg inn i og videreutvikle eksisterende modeller og kode utviklet ved SINTEF Energi i samarbeid med NTNU.
• Sette opp og gjøre case-kjøringer som kvantifiserer risiko, resiliens, tilknytningskapasitet og nettutnyttelse i et nettområde. 
• Undersøke hvordan resultatene avhenger av grad av elektrifisering og valg av (risikobasert) kriterium for nettdrift og nettplanlegging.
• Dersom tid og interesse: Utvide case til å gjøre avveininger mellom resiliens, elektrifisering, og samfunnsøkonomi, inkludert forventede (gjennomsnittlige) avbruddskostnader og kostnaden av beredskapstiltak for å øke resiliensen i kraftsystemet

Oppgaven knyttes til forskningssenteret SecurEL og arbeidspakkene «Forsyningssikkerhet for elektrisk kraft» (WP1) og «Nettdrift og nettutvikling» (WP2). Oppgaven er også knyttes til arbeidspakken «Offshore grid reliability and resilience» i prosjektet «Utvikling av koblede hav- og landnett» (KSP DeCOOP). Begge prosjektene ledes av SINTEF Energi. 

Forutsetninger

Det er en fordel at sommerforskeren har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

• Programmering (fortrinnsvis Python)
• Sannsynlighetsteori og stokastiske prosesser
• Datasett og modeller for kraftnett
• Lastflytanalyse og optimal lastflyt (for noen mulige retninger på oppgaven)
• Samfunnsøkonomi (for noen mulige retninger på oppgaven) 

Slik søker du:

Søknad, CV og karakterutskrifter lastes opp der du søker.

Hos SINTEF Energi kan du søke på opptil tre sommerjobber. Om du søker på flere sommerjobber sender du en samlet søknad. Jobbnummer for de ønskede jobbene legges som overskrift i søknadsteksten i prioritert rekkefølge (f.eks ET-01, FE-04 ...). Vi gjør oppmerksom på at søkere kan vurderes for andre sommerjobber enn de har søkt på.

Stillingene fylles fortløpende. Vi anbefaler deg derfor å søke tidlig.

Søk her

Søknadsfrist er 08. november kl 23.59. 

Se alle sommerjobber i SINTEF Energi