Sol og vind på cruisekontrol
Den synkrone kompensator gør come-back. Siemens har genopfundet teknologien.
2
Billeder
10 gange 10 meter fylder den genopfundne synkronkompensator, der skal sørge for, at elsystemet forsat fungerer stabilt, selvom elproduktionen fra sol og vind svinger. Foto: DTU Elektro
Nu gør den såkaldte synkrone kompensator come back. Siemens har genopfundet teknologien.
- Vi har genopfundet synkronkompensatorerne. I Danmark og efterhånden også i en række andre europæiske lande har man høje andele af vedvarende energi. Samtidig bliver de store centrale kraftværker lagt i mølpose. Dermed mister man egenskaber, der kan stabilisere elsystemet. Det betyder, at kompensatorerne er aktuelle igen, siger account manager Peter Weinreich-Jensen, Siemens Danmark.
Virksomheden har foreløbig leveret fire kompensatorer i Europa og to i USA, mens yderligere en række projekter er på vej. Begge de to amerikanske kompensatorer er placeret i det sydlige Californien. Her har man en stor andel af solcellestrøm, hvor produktionen i sagens natur svinger betydeligt. Problemstillingen minder om den, vi kender herhjemme fra vindkraft.
- Operatørerne melder, at de har fået væsentlig lettere ved at styre spændingsniveauet. Tidligere måtte de hele tiden koble anlæg ind og ud, men nu justerer systemet sig selv. Det er lige før, at arbejdet i kontrolrummet er kommet på cruisekontrol, fortæller Peter Weinreich-Jensen.
Da kompensatorerne blev udrangeret
En synkron kompensator fylder godt i landskabet. I Siemens’ version er den 10 meter høj og står i en bygning på 30 gange 30 meter. Princippet minder om en elektrisk drevet generator. Til forskel fra en generator er apparatets aksel imidlertid ikke forbundet med en turbine, men roterer frit. Formålet med apparatet er at modvirke små udsving i spændingen på elnettet. Ordet synkron henviser til, at kompensatorens aksel roterer med en hastighed, der svarer til elnettets frekvens. I Danmark, hvor vi har 50 Hz, vil det sige med 3.000 omdrejninger i minuttet. Sker der et lille fald eller en lille forøgelse af spændingsniveauet på nettet, vil apparatet af sig selv modvirke ændringen. Det sker inden for millisekunder.
I elsystemets barndom var synkrone kompensatorer ene om at hjælpe kraftværkernes generatorer med at holde det korrekte spændingsniveau på nettet. Siden er der imidlertid sket store fremskridt inden for den såkaldte effektelektronik, som omformer elektrisk energi. Effektelektroniske apparater af typen SVC – Static VAR Compensator – viste sig at være en smartere måde at holde spændingsniveauet. Selvom en synkron kompensator er optimeret til at have minimal friktion, kan man ikke helt undgå interne tab af energi i apparatet. En SVC derimod har væsentlig lavere tab.
Derved var grunden lagt til, at synkrone kompensatorer blev faset ud. Det skete gradvist fra 1960’erne og frem.
Når lyset blinker
Til gengæld kan effektelektronikken ikke erstatte en anden rolle, som de synkrone kompensatorer tidligere spillede. Nemlig at afhjælpe de kortslutninger, som jævnligt sker i elsystemet. En stor fugl flyver ind i nogle ledninger, eller et træ vælter ind i en elmast. Som forbruger oplever man typisk, at lyset lige blinker en gang. At det ikke går værre, kræver, at systemet indeholder en tilstrækkelig reserve af såkaldt reaktiv effekt.
- En kortslutning giver en pludselig kraftig udledning af energi, som er let at genkende, så man kan koble den defekte ledning eller komponent ud og hurtigt genetablere normal drift. Det sker fuldt automatisk. Men man er trods alt nødt til at have strøm i den korte periode på millisekunder eller måske sekunder, som det tager systemet at udføre de handlinger, forklarer Peter Weinreich-Jensen.
- Standardkompenseringen i nettet er at koble kondensatorbatterier ind. Dette går godt, så længe man stadig har et overordnet reaktivt system. Hvis der opstår overskud af effekt, bliver systemet selv-oscillerende (-svingende, red.). Her kan en synkronkompensator give systemet den reaktive karakteristik tilbage uden aktiv regulering. Det samme kan man ikke opnå med et system baseret på SVC-effektelektronik.
Når man alligevel kunne sende synkronkompensatorerne på pension, var det, fordi behovet for reaktiv effekt blev dækket af de store centrale kraftværker, hvor man meget hurtigt kunne føde stor ekstra kraft ind i systemet. Men nu, hvor kraftværkerne bliver afviklet eller koblet ud i længere perioder, har man ikke deres kortslutningseffekt til rådighed. F.eks. kan hele strømforsyningen på Sjælland om sommeren klares ved hjælp af vindkraft suppleret af udenlandsk strøm, men så mangler man kortslutningseffekt. Her er det langt billigere at have to-tre synkrone kompensatorer i drift frem for at have et kraftværk kørende alene med det formål at levere reaktiv effekt.
DTU simulerer styringen
Da stadig flere lande investerer i vedvarende energikilder, spår Siemens en lys fremtid for de synkrone kompensatorer. Samtidig med at virksomheden har genoptaget produktionen af apparaterne, har Siemens Danmark indledt et forskningssamarbejde med Center for Elteknologi på DTU Elektro. Samarbejdsprojektet har fået navnet ’SCAPP’ – ’Synchronous Condensers APPlication in Low Inertia Systems’.
- Vi er stolte af, at Siemens har valgt os som deres akademiske partner for udviklingen af synkrone kompensatorer, siger lektor Guangya Yang, som er leder af ’SCAPP’-projektet på DTU.
- Vores ekspertise er systemer til kontrol af apparaterne. Vi ser også på, hvor kompensatorerne skal anbringes i et givent elsystem for at give størst mulig nytte.
DTU-forskerne simulerer alternative løsninger for integration af synkrone kompensatorer i laboratoriet PowerLab.
- I PowerLab kan vi få simuleret effekterne på hele elsystemet. Det er en vigtig test af, om de idéer, vi har til at forbedre kompensatorerne og styringen af dem, faktisk kan bære, siger Peter Weinreich-Jensen, Siemens Danmark.
- Vi har genopfundet kompensatorerne, men vi er ikke tilfredse med de gamle løsninger. Bl.a. vil vi naturligvis gerne udnytte de mange muligheder for smartere styring af kompensatorerne og deres samspil med elsystemet, som man har fået i mellemtiden. Samtidig passer projektet godt med vores strategiske interesse i at samarbejde med DTU, ikke kun om forskning, men også for at sikre, at der uddannes højt kvalificerede ingeniører med kompetencer inden for elteknologi.
Kilde: DTU Elektro
