Mener vannkraftverk kan optimaliseres med åpen kildekode-verktøy

De norske vannreservoarene utgjør nesten halvparten av Europas kapasitet for vannreservoarer og den norske vannkraften spiller en betydelig rolle i det europeiske sammenkoblede strømnettet, og bidrar til å balansere den samlede variabiliteten forårsaket av intermittente energikilder som sol- og vindkraft. Innføringen av innovativ teknologi og markedsbaserte løsninger er avgjørende for å sikre driftssikkerheten i fremtidens strømnett.

Dette er bakgrunnen for doktorgradsavhandlingen til Madhusudhan Pandey, som disputerte ved Universitetet i Sørøst-Norge i høst. Her viser han at et oppdatert åpent kildekode-basert vannkraftbibliotek kalt OpenHPL med muligheter for bedre simulering, kan være løsningen for å oppnå maksimal produksjon av vannkraft. Ved bruk av dette biblioteket kan man implementere driften av vannkraftverk under ulike scenarier, inkludert avvisning og aksept av elektrisk belastning og dermed finne de beste løsningene før de implementeres.

Mange faktorer og flere utfordringer

Professor Bernt Lie ved Universitetet i Sørøst-Norge, som har vært Pandeys veileder i forskningen, forklarer til Digi at et vannkraftbibliotek er samlingen av alle regnemodellene som er nødvendige for å beregne den optimale driften av vannkraftverk til enhver tid.

Lie forklarer at en optimalisering av vannkraftsystemene kort sagt betyr å utnytte ressursene best mulig ut fra et gitt mål i form av billig strøm, sikker leveranse, fortjeneste eller lignende, samtidig som konsesjonsvilkår og strømkvalitet, det vil si spenning, frekvens, og lignende blir tilfredsstilt. Vannkraftproduksjonen kan ifølge ham optimaliseres på flere måter, blant annet ved å tilpasse produsert effekt slik at den balanserer forbrukt effekt, og dermed holder kontroll på rotasjonsfrekvensen i vannturbiner og generatorer.

– Elektrisk kraft produsert fra vannkraft er i stor grad kjent og kan styres, men forbruket er mindre forutsigbart og kan variere, forklarer han.

Kraftprodusentene er pålagt flere begrensninger, blant annet når det gjelder avvik i frekvens og nettspenning, for å unngå skade på elektriske apparater og utstyr.

– Utfordringene til kraftprodusenter og nettverksoperatør er at dersom det er ubalanse mellom total produksjon og totalt forbruk i nettverket, vil nettfrekvensen begynne å drive bort fra 50 hertz, forklarer Lie.

Dermed blir det viktig med prognoser fra dag til dag, slik at produsentene kan vite hvor mye kraft de skal produsere.

– Men det vil alltid være avvik fra prognosene – det er derfor også viktig med metoder for å kompensere for slike avvik, legger han til.

Lie forklarer at det å holde nettfrekvensen på 50 hertz når man ikke klarer å forutse forbruket nøyaktig er en ganske komplisert prosess, spesielt når det er flere produsenter i nettet.

– Fordi kraftprodusenter typisk har mange kraftverk, begynner det å bli vanlig med mer avanserte systemer for automatisk lastregulering, hvor en produsent kan fordele produksjonen på en mer optimal måte mellom ulike aggregater og grupper av kraftstasjoner, forklarer han.

Oppdatert vannkraftbibliotek og bedre simulering

– Når man samler de ulike regnemodellene for ulike elementer i vannkraftproduksjonen og tar med både innløpstunnel, ulike svingesjakt-modeller, ulik detaljgrad for trykksjakt, ulike turbinmodeller, ulike generatormodeller, ulike avsugmodeller og når dette lages slik at man enkelt kan bytte ut en regnemodell med en annen, så snakker vi om et vannkraftbibliotek, forklarer han.

I gode simuleringsverktøy kan man sette sammen en totalmodell fra enkeltelementer i vannkraftbiblioteket, slik at man for eksempel kan bruke en modell av en Francis-turbin og sjekke hva som skjer dersom man bruker en Pelton-turbin i stedet, uten at noe annet endres.

Madhusudhan Pandey har ifølge Lie blant annet videreutviklet OpenHPL ved å integrere et sett med modeller for svingesjakter og ulike modeller for avsug, samtidig som han har forsøkt å integrere OpenHPL med biblioteker for solkraft og vindkraft. Forbedringen av OpenHPL har dermed bidratt til bedre simuleringsmuligheter, slik at man lettere kan finne fram til de beste løsningene for å optimalisere vannkraftproduksjonen.

Denne forskningen er såpass fersk at den ennå er ukjent for NVE.

– Nå har vi ikke hatt anledning til å sette oss inn i denne konkrete oppgaven, men forskning på dette fagfeltet er viktig for å drive fram teknologiutviklingen, skriver senioringeniør Mette Eltvik Henriksen i NVE i en kommentar til Digi.