Aktiviteten på sola er på sitt sterkeste nå. Du har vel sett det vakre nordlyset? Perioder med så intens aktivitet skjer om lag hvert 11. år, og følger en kjent syklus.
Men det er ikke fargene på himmelen som fenger forskerne. Mens nordlyset danser over himmelen, sitter forskere og studerer dets mørke tvilling: De geomagnetiske stormene.
Magnetstormene som kommer fra sola rister seg nemlig ned i bakken. De sprer seg utover, og kan skape overraskende mye trøbbel for transformatorstasjoner. Men dette gjelder ikke alle slike stasjoner – bare noen få. Og noen stasjoner står på mer følsomme steder enn andre. Hvorfor er det sånn?
Sola slynger ut partikler som skaper både vakkert nordlys og farlig romvær. Det skaper en geomagnetisk effekt vi ikke kan nok om. Illustrasjon: SOHO/LASCO/EIT/ESA /NASA
Dette er et av spørsmålene forskere nå søker svar på. Og svaret skal de finne ved å studere hvordan magnetstormene forplanter seg på uventede måter gjennom bakken.
Noe av svaret kan ligge i hendelser som har skjedd i Namsos og Sandnes. Begge steder har transformatorer blitt koblet ut ved starten av en sterk solstorm, fordi målinger viste at de var i ferd med å bli overbelastet. Til tross for at globale indekser ikke viste det samme.
Vibrasjoner som velter vekselstrømmen
Men hva er så disse “hendelsene”?
– Geomagnetiske stormer er som naturens bassfrekvenser. De er usynlige, men når de treffer riktig, kan de få en transformator til å skurre – akkurat som en høyttaler som presses for hardt, sier Kristian Solheim Thinn, forsker hos SINTEF Energi.
Kristian Solheim Thinn er forsker i SINTEF. Hans ekspertise er på elektrisk kraftforsyning – nærmere bestemt kraftkabler, solstormer og elektromagnetiske felter. Her viser han fram innmaten i en kraftkabel. Foto: Hege Tunstad
Den mer tekniske forklaringen er at når sola under solstormen sender ut en sky av ladde partikler, så øker koblingen og energioverføringen mellom jordas magnetfelt og solvinden, altså strømmen av ladde partikler fra sola. Dette får det til å gå kraftige elektriske strømmer øverst i atmosfæren. Det forstyrrer magnetfeltet på og i bakken – ikke som et lynnedslag, men altså mer som en tung bassfrekvens som brer seg under jordskorpa.
– Geomagnetiske stormer er som naturens bassfrekvenser. De er usynlige, men når de treffer riktig, kan de få en transformator til å skurre – akkurat som en høyttaler som presses for hardt.
En geomagnetisk storm er i praksis naturens måte å skru opp volumet i jordas magnetfelt. Og når naturen skrur opp dette volumet, dannes det elektriske felt i jordskorpa som kan presse uønskede og skadelige strømmer inn i kraftlinjer og transformatorer. Helt uten at noen har rørt en bryter.
Den blå grafen viser hvor stor den geomagnetiske aktiviteten er, altså effekten av solstormen på bakken. Den grå prikkete linja viser når trafostasjonen i Namsos ble påvirket.
Det var nettopp dette som skjedde i Namsos i 2024. En transformator fikk så mye lavfrekvent «støy» fra bakken at den rett og slett ga opp og ble koblet av strømnettet. Lokalt i Namsosområdet var altså vibrasjonen sterk nok til å merkes i selve hjertet av kraftsystemet.
– Vi kan sammenligne dem, men trafostasjoner er jo ikke høyttalere. Og de reagerer litt annerledes, forklarer Spencer Hatch. Han er forsker ved Universitetet i Bergen, og leder prosjektet som har fått navnet “Ny modell av induserte strømmer i norske trafostasjoner”.
– Det er nemlig endringer i magnetfeltet, ikke det absolutte volumet, som gir utslag, forklarer han.
Spencer Hatch er forsker ved Universitetet i Bergen, og leder prosjektet som har fått navnet “Ny modell av induserte strømmer i norske trafostasjoner”. Foto privat.
– Disse endringene blir særlig sterke når noe stort som kommer fra solen først treffer jordens magnetfelt, altså når stormen begynner. På engelsk heter denne fasen “storm sudden commencement”.
Ikke akkurat hyllevare
– I verste fall kan det få ganske store konsekvenser for trafostasjonene våre hvis vi ikke fanger opp dette i forkant, forteller SINTEF-forsker Solheim Thinn.
– De er helt avgjørende for at vi skal få strøm i kontakten.
Komponentene som lider under solstormene er ikke akkurat hyllevare på den lokale nærbutikken, så samfunnet vil spare mye ved å ligge i forkant her.
– Disse geomagnetiske stormene er jo ikke noe vi kan stanse. Men det er likevel noe man kan gjøre for å unngå trafotrøbbel. Flere av tiltakene gjøres manuelt og må koordineres, og det er derfor helt nødvendig med god varslingstid før stormen treffer, forteller forskeren.
– Så nå er vi i gang med å finne ut eksakt hva som har skjedd i Namsos og et annet sted i landet. Da kan vi oppdatere modellene vi bruker for å overvåke belastningen strømnettet vårt utsettes for.
Merkelige magnetiske fenomener
Noe av jokeren ligger i at strømmene som brer seg i bakken ledes på ulike måter alt etter hva slags grunnforhold det er der. Så forskerne skal tegne opp et nytt kart over hvordan disse geomagnetisk induserte strømmene kan bre seg, og sette det sammen med oversikten over hvordan kraftsystemet vårt ser ut i dag.
Når de har sydd sammen all denne informasjonen i en ny modell, kan de både forstå tidligere hendelser – og simulere ekstremhendelser før de skjer, som for eksempel en hundreårs-solstorm. Sannsynligvis kan den komme innen relativt få år.
De som sitter med ansvaret for at det verste ikke skal skje, er Statnett.
Montasje av solstormmålere på en norsk transformator. Disse måler likestrøm i nøytralpunktet til transformatorene. I et ideelt system skal denne strømmen være like null, men forstyrrelser i jordas magnetfelt forårsaket av solstormer skaper likevel sterke likestrømmer som kan skade transformatorene. Foto: SINTEF
– Vi har lenge vært opptatt av hvilken skade geomagnetiske strømmer kan ha på transformatorer, forteller John Olav Tande. Han er tidligere SINTEF-forsker, og nå er han direktør for FoU i Statnett.
– Vi snakker her om kostnader for utstyr i hundremillionklassen, og tilsvarende for utfall avhenging av størrelse og varighet.
Han mener at forskning på feltet er viktig for å forstå sammenhenger mellom romværprognoser, geoinduserte strømmer, og mulige konsekvenser for kraftnettet. Målet er å hindre skade på utstyr og utfall av kraftforsyningen.
John Olav Tande, direktør for FoU i Statnett.
– Vi snakker her om kostnader for utstyr i hundremillioner-klassen, og tilsvarende for utfall avhengig av størrelse og varighet. Strømnettet er grunnmuren i samfunnsberedskapen, fordi nesten alle kritiske samfunnsfunksjoner enten er avhengige av elektrisitet, eller raskt mister funksjon uten den, sier direktøren.
Fakta om solstormer og risiko:
Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap har gjort en analyse av krisescenarier for Norge. Der slår de fast at “Geomagnetiske induserte strømmer kan overbelaste kraftlinjer og i enkelte tilfeller skade transformatorer. Det norske kraftsystemet er imidlertid relativt robust overfor solstormer, blant annet på grunn av et desentralisert produksjonssystem og færre lange overføringslinjer. Enkelte områder i Norge vil likevel være mer sårbare enn andre da de har færre lokale produksjonskilder og mindre nettkapasitet inn og ut av området.”
DSB vurderer de økonomiske konsekvensene som middels store, og at de kan bli totalt opp mot fire milliarder kroner. Konsekvensene for liv og helse vurderes som små i Norge, med mindre det skjer andre hendelser samtidig.
”
Dersom andre uønskede hendelser inntreffer i perioden hvor strømtilførselen og satellittsignalene er ustabile, kan dette få alvorlige konsekvenser for liv og helse på grunn av manglende kommunikasjonsmuligheter til nødnumre, sentrale beredskaps- og nødetater, samt manglende mulighet for nødetatene til å kommunisere seg imellom.”. De slår fast at “Gode rutiner for overvåkning og varsling av romvær er viktig for å kunne iverksette konsekvensreduserende tiltak.”Stille før solstormen
I samisk tradisjon finnes fortellinger om at nordlyset kan lage svake, statiske eller knitrende lyder, særlig på stille, kalde netter. De kaller nordlyset guovssahas – et ord som betyr «det lyset du kan høre». Nordlyset og solstormenes påvirkning på jorda er ikke noe nytt, og fortellingene om nordlyset knyttes ofte til guddommelige budskap.
Men det er andre varsel de er opptatt av i forskerverden.
– Vi har visst i over hundre år at solstormer kan ha negativ innvirkning på infrastruktur og teknologi, forteller Magnar Gullikstad Johnsen fra UiT Norges Arktiske Universitet.
Han forsker på geomagnetisme og romvær. Altså det som skjer i solsystemet og som kan påvirke teknologien på jorda.
– Og jo mer vi gjør oss avhengig av teknologien, jo mer sårbare blir vi.
Magnar Gullikstad Johnsen fra UiT Norges Arktiske Universitet er “romværvarsler”. Foto: privat
Og det er dette som gjør at vi må forstå lyset som vi også kan høre. Vi har bygget oss liv og samfunn som ikke klarer seg særlig godt og lenge uten strøm og annen teknologi.
– Ved et større strømutfall i Norden, vil det ta nettleverandørene dager å få systemene opp å gå igjen. Dette er selvsagt avhengig av andre faktorer, som vær og belastning på nettet, også. Men dersom vi kjenner årsaken til utfallet, eksempelvis at det er en solstorm, så vil det være lettere å komme i gang igjen raskt, sier Gullikstad Johnsen.
Solstormer kan måles i sjøkabler. Figuren viser påvirkning på sjøkabler til offshore vindturbiner og oljeplattformer.
Værkart for magnetfelt i bakken
For å finne ut hvordan solstormer lager elektriske felt i bakken, må forskerne først forstå hvordan magnetfeltet over Norge oppfører seg fra sekund til sekund. Det gjør de ved å bruke målinger fra en hel kjede av magnetometre, eller solstormmålere, som står plassert rundt i Norden?
– I stedet for å se på én måler om gangen, bruker vi en metode som lar dem sy sammen alle målingene til et slags «værkart» over magnetfeltet – et kart som viser hvordan feltet rister og bølger seg over bakken i sanntid, forteller prosjektlederen Spencer Hatch.
Slik kan et værkart over magnetiske forstyrrelser se ut. Illustrasjon: Magnar Gulliksen
Når dette kartet er på plass, kobles det sammen med informasjon om hva slags berggrunn og jordlag som finnes under oss. Ulike typer stein leder strøm forskjellig, og det påvirker hvor sterke elektriske felt som dannes når magnetfeltet svinger.
Til slutt bruker forskerne denne kombinasjonen – magnetfeltkartet og kunnskapen om bakken – til å regne ut hvor sterke elektriske felt som oppstår langs kraftlinjene rundt en trafostasjon. Og da kan de gjøre en vurdering på hvor mye storm den kan tåle å stå i.
Glasskule for fremtidsværet
Den nye såkalte GIC-modellen skal ikke bare forklare hva som skjer i og rundt norske transformatorstasjoner her og nå – den skal også gi muligheten til å se litt fremover i tid.
Modellen mates med sanntidsmålinger fra norske og nordiske magnetometre, og kan dermed kjøres kontinuerlig mens magnetfeltet over oss rister. Når modellen er på plass, kan den også brukes til å teste «hva hvis»-scenarier for ekstreme solstormer, og på sikt danne grunnlaget for en norsk romværvarslingstjeneste med varsler flere døgn frem i tid.
– Det er det denne modellen skal gi oss. Et godt beslutningsgrunnlag for å drifte kraftsystemet trygt og pålitelig. Vi ønsker ikke å overbelaste og dermed ødelegge transformatorene. På den andre siden ønsker vi heller ikke å koble dem før det er absolutt nødvendig når stormene uler som verst, og kan lede til strømbrudd over store områder, konkluderer SINTEF-forsker Kristian Solheim Thinn.
Et konkret varslingssystem rettet mot kraftnettet vil kunne være på plass i løpet av kort tid, basert på forskningen som nå gjøres av UiB, SINTEF, Statnett og UiT.
Fakta om prosjektet:
- Tittel: Ny modell av induserte strømmer i norske trafostasjoner
- Prosjektet ledes av Universitetet i Bergen, der Spencer Mark Hatch står ved roret. Han utvikler og tester selve modellen – både delen som beskriver hvordan magnetfeltet rister over Norge, og delen som viser hvordan disse vibrasjonene finner veien inn i kraftnettet.
- Fra SINTEF Energi bidrar Kristian Solheim Thinn med å kvalitetssikre nettmodulen og tolke hva resultatene betyr i praksis for norske transformatorer.
Tromsø Geofysiske Observatorium ved Magnar Gullikstad Johnsen sørger for at magnetometerdataene er pålitelige og at modellen speiler virkeligheten i nord. Han er også tungt involvert i arbeidet med å få på plass en nasjonal romværvarslingstjeneste som vil kunne bruke resultatene i prosjektet operativt.
Statnett finansierer prosjektet, koordinerer teknisk informasjon, og deler resultatene internt i organisasjonen. Sammen utgjør de et lite, men tett sammensveiset lag som følger naturens vibrasjoner – helt fra solvinden treffer atmosfæren til strømmen treffer transformatoren.
