Tittel: Gjør det lettere med solparker i kraftnettet

Tekst: Stein Arne Bakken

FoU-prosjektet er nå i sluttfasen. Det startet i regi av REN for to år siden på bakgrunn av at nettselskapene etterlyste felles retningslinjer for sikker tilknytning av solkraft til sine nett.

Det ble også vist til at solkraft byr på en rekke utfordringer for nettdriften, ikke minst når det gjelder spenningsstabilitet og støy, dette fordi solparker er knyttet til nettet via kraftelektronikkomformere.

FoU-prosjektet skal bidra til mer effektiv og forutsigbar tilknytningsprosess og etablere tydelige tekniske krav for solparker. Et annet viktig mål er å identifisere hvordan solparker kan bidra til spenningsregulering og frekvenstjenester i kraftsystemet.

Sintef Energi har hatt ansvaret for forskningsdelen i prosjektet. Energiteknikk har fått tilsendt et notat som oppsummerer de viktigste resultatene i form av ulike rapporter. 

Underlag for tekniske krav

Et av de første hovedresultatene fra SoliNett-prosjektet er rapporten som tar for seg tekniske krav som bør stilles ved tilknytning av solparker i kraftsystemet, basert på norske og internasjonale krav, standarder og retningslinjer.

Det viste seg at det allerede eksisterer et omfattende grunnlag av tekniske krav som kan brukes for solkraftparker i Norge, slik at det ikke er behov for å utvikle et regelverk fra grunnen.

Det blir konkludert med at rapporten gir et solid grunnlag for å kunne utvikle fremtidige RENblader og nasjonale tekniske retningslinjer for kraftparker.

Resultatene i FoU-prosjektet er blitt brukt som underlag for det nye RENbladet 315 «Tekniske funksjonskrav til kraftparker, Høyspennings distribusjonsnett» og for oppdatering av RENblad 314.

Bidra til drift og stabilitet

Rapporten understreker at fremtidige solkraftparker bør betraktes som aktive ressurser i kraftsystemet.

Solkraft bør ikke bare oppfylle minimumskrav for nettilknytning, men også bidra til drift og stabilitet, gjennom spenningsregulering, reaktiv effekt og ulike frekvenstjenester.

Utvidet støykalkulator

Den eksisterende støykalkulatoren til REN var utviklet for radiale nett, slik man ofte finner i distribusjonsnettet. Regionalnett og større deler av kraftsystemet driftes derimot som masket nett, der kunder og produksjonsanlegg påvirker flere forsynspunkter samtidig. Dette gjør beregning av harmoniske utslippskvoter betydelig mer komplisert enn i radiale nett.

En viktig del av forskningsarbeidet i FoU-prosjektet har vært å utvikle nye beregningsmetoder for harmoniske utslippskvoter i maskede nett.

Beregne THD og flimmer

I tillegg til harmoniske strømmer og spenninger, beskriver rapporten hvordan støy-kalkulatoren kan utvides til å håndtere beregning av kvoter for total harmonisk forvrengning (THD), flimmer og spenningsusymmetri i maskede nett. Det blir dermed utviklet et mer helhetlig verktøy for vurdering av spenningskvalitet ved tilknytning av større produksjonsanlegg.

Et viktig resultat fra prosjektet er at støy-kalkulatoren kan importere beregningsresultater fra simuleringsverktøy som PowerFactory. Dette gjør det mulig å kombinere detaljerte nettanalyser med et praktisk verktøy for kvoteberegning og saksbehandling.

Skyer skaper lite flimmer

Det er utarbeidet en egen rapport om flimmerproblematikk relatert til solparker, blant annet om variasjon av solstråling, spesielt som følge av skyer, kan føre til flimmerproblemer i nettet ved tilknytning av solparker.

Konklusjonen er at flimmer forårsaket av endringer i skydekket sannsynligvis ikke vil være noe utbredt problem for solparker i Norge. Skyene beveger seg normalt for sakte til å skape flimmerintensiteter som overskriver gjeldende grenser. Risikoen øker først når store solparker kobles til relativt svake nett.

I prosjektet er det utviklet en enkel metode for anslå maksimalt forventet flimmerbidrag fra solparker, basert på installert effekt og kortslutningsytelser i nettet.

Spenningsregulering

I FoU-prosjektet har også forskerne undersøkt hvordan spenningsregulering bør utføres i distribusjonsnett med solparker og annen omformerbasert produksjon.

Bakgrunnen er at eksisterende krav og praksis for spenningsregulering i stor grad er utviklet for synkrongeneratorer og anlegg tilknyttet regional- og transmisjonsnettet. Det har i liten grad blitt laget tilsvarende retningslinjer for omformerbaserte anlegg.

Beste reguleringsmetode

En sentral del i arbeidet har omfattet simuleringer av ulike metoder for regulering av reaktiv effekt i representative distribusjonsnett. Resultatene viser at spenningsregulering og spenningsavhengig reaktiv effektregulering, forkortet til Q(U)-regulering, gir den beste balansen mellom spenningskontroll og energieffektiv drift.

Metoden gjør det mulig å tilpasse leveransen av reaktiv effekt til de faktiske spenningsforholdene i nettet, slik at reaktiv effekt kan brukes når det er nødvendig.

Praktisk metode for netteierne

På grunnlag av simuleringer som forskerne har gjort, er det utviklet en metodikk for parameterisering av Q(U)-regulatorer. Målet er å utvikle en praktisk metode som nettselskapene kan bruke ved planlegging og tilknytning av nye kraftparker.

Rapporten vurderer også hvordan eksisterende RENblader kan oppdateres for bedre å kunne håndtere omformerbasert produksjon. Den gir et konkret grunnlag for videre utvikling av RENblader og fremtidige krav til spenningsregulering for solparker og annen omformerbasert produksjon i norske distribusjonsnett.

Frekvensreguleringer

En egent rapport tar for seg hvordan raske frekvensreguleringer, særlig Fast Frequency Reserve (FFR), påvirker spenningskvalitet og stabilitet i kraftnettet.

Analysene som er gjort i prosjektet, viser at de viktigste utfordringene ved FFR ikke er harmoniske spenninger eller flimmer, men raske spenningsendringer. Risikoen er størst i svake nett, der raske effektendringer fra batterier eller andre omformere kan gi merkbare spenningssprang.

FRR- og Q(U)-regulering

Det er gjort simuleringer som viser at dynamisk regulering av reaktiv effekt kan redusere spenningsendringer betydelig. Rapporten analyserer også stabiliteten i nett der FFR kombineres med Q(U)-regulering. Resultatene indikerer at slike kombinasjoner normalt fungerer godt dersom regulator er riktig innstilt.

Hovedkonklusjonen er at raske frekvenstjenester kan integreres i distribusjonsnettet uten vesentlige negative konsekvenser for spenningskvalitet og stabilitet, forutsatt at det stilles hensiktsmessige krav til reaktiv effektregulering, spenningssprang og rampetider.

Resultatene gir grunnlag for forslag til nye krav og anbefalinger i RENs regelverk, særlig knytet til batterier, solparker og andre omformerbaserte ressurser som skal levere frekvenstjenester.