Elektromekaniske løsninger har vi teknologi og kompetansemiljøer?

Transkript

1 Seminar 8. mars 2010, Gardermoen: Norge som svingnasjon Tekniske problemstillinger og rammepolitiske forutsetninger Elektromekaniske løsninger har vi teknologi og kompetansemiljøer? Eivind Solvang SINTEF Energi AS SINTEF Energi AS 1

2 Elektromekaniske løsninger har vi teknologi og kompetansemiljøer? Begrepet effektkjøring Norge som effektleverandør Omfang Løsninger Scenariostudie vedrørende effektkjøring i CEDREN/Hydropeak Målsetting og gjennomføring Eksempel på scenarioprofil FoU-prosjekt Verdiskapende vedlikehold innen vannkraft Endring av kjøremønster i Norge de siste 10 årene Sviktmodell for kritisk utstyr Teknologiske og kompetansemessige utfordringer for Norge Viktige områder Klarer vi å handle tidsnok? SINTEF Energi AS 2

3 Effektkjøring Effektkjøring Kortsiktige endringer (timer/minutter) i produsert mengde effekt (MW) styrt av varierende priser i spot-/regulerkraftmarkedet Endringer i produsert effekt (MW) av et visst omfang, inkludert start/stopp av aggregater, når endringene skjer ofte og/eller hurtig Kjøring med svært lav eller høy produksjon (MW) i forhold til normal produksjon Motiv for effektkjøring Kraftprodusentene ønsker å produsere mye (MWh) når prisen er høy (økonomisk motiv) Produksjonen styres på grunnlag av forventet spotpris det neste døgnet (time for time) Behov for å opprettholde effektbalansen (MW) lastfølging/avviksregulering Regulerkraftmarkedet benyttes til å regulere kraftsystemet slik at det alltid er balanse mellom forbruk og produksjon Systemansvarlig (Statnett) kan framskynde eller utsette planlagte (anmeldte) produksjonsendringer med inntil 15 minutter med den hensikt å få bedre samsvar mellom planlagt produksjon og forventet forbruksutvikling (og kompenserer produsentene for eventuelle tap) Negative konsekvenser av effektkjøring Konsekvenser for aggregatene Slitasje på utstyr som følge av mekaniske og termiske påkjenninger Konsekvenser knyttet til omfanget av effektkjøring i kraftverk Miljømessige skader som følge av store, hurtige og hyppige endringer av magasinnivå og vannføring SINTEF Energi AS 3

4 Verbrauch Deutschland Weihnachten 2009 SINTEF Energi AS 4

5 Norge som effektleverandør Dagens kapasitet mot utlandet 3700 MW ut fra Sør-Norge 2050 MW mot Sverige 950 MW mot Danmark (SK1, SK2, SK3) 700 MW mot Nederland (NorNed) 1270 MW ut fra Midt-/Nord-Norge 1100 MW mot Sverige 120 MW mot Finland 50 MW mot Russland Scenario mot DK, NL, DE og UK SK1-3 + NorNed1 (2010): 1650 MW + SK4 + NordNed2 (2016): 2950 MW + NORD.LINK + NorGer (2018): 5750 MW + England (2020): 7150 MW Hva med MW innen ? 50 % av planlagt vindkraftinstallasjon i den sørlige delen av Nordsjøen før 2020 SINTEF Energi AS 5

6 Kjartan Hauglum, Statnett: Visjon for Nordsjøområdet - kabler og kraftnett SINTEF Energi AS 6

7 Økt effektkapasitet mot utlandet Oppgradering og modifikasjon Maskinteknisk utstyr Vannvei oppstrøms/nedstrøms Magasin/reguleringsanlegg Nye kraftverk Nye pumpekraftverk Nye kraftverk i parallell med eksisterende kraftverk Transportkapasitet Mellom områder i Norge Fram til eksportterminalene Mot utlandet Internt på kontinentet? Hva må gjøres hvis kapasiteten skal økes fra 5000 MW i dag til MW innen ? SINTEF Energi AS 7

8 CEDREN HydroPEAK WP1 Scenarier Målet er å se på hvilke konsekvenser det framtidige energimarkedet i Europa kan ha på det norske og europeiske vannkraftsystemet - med spesiell fokus på behovet for betydelig økt effektkjøring SINTEF Energi AS 8

9 Scenariebygging i prosjektet Beskrive og vurdere relevante (og sannsynlige) utviklingsveier og framtidsbilder Identifisere og beskrive viktige/kritiske utfordringer, problemstillinger og sammenhenger Bygge på og ha referanse til dokumentert viten Skal ikke utføre egne simuleringer e.l Fase 1 Norske workshops: februar og april Renewable Energy Research Conference, Trondheim juni 2010 Sluttrapport ferdigstilles i juni 2010 SINTEF Energi AS 9

10 Eksempel på et scenarioprofil Norge blir en betydelig eksportør av balansekraft innen 2030 Initiert/styrt av internasjonale avtaler/forpliktelser Elementer i scenariet Europeisk balansekraftmarked med regulering på minuttnivå Eksportkapasitet i 2030 på MW Tverrpolitisk klimamotivert balansekrafteksportforlik i Norge God miljøprofil ved utbygging og drift Kritiske faktorer (bremsekrefter) Mangelfull politisk styring og forankring Norske interesser får ikke gehør i EU Høy økonomisk risiko for utbyggere Mangelfull markedsløsning/finansiering Mangelfull kapasitet hos utbyggere, leverandører og myndigheter Motstand fra miljøorganisasjoner og lokalbefolkning Hvor sannsynlig er scenariet? Forutsetninger/drivkrefter EUs fornybardirektiv blir implementert Betydelig EU-finansiering (risikodeling) Vannkraft oppnår allmenn aksept som lønnsomt og viktig klimatiltak SINTEF Energi AS 10

11 Verdiskapende vedlikehold innen kraftproduksjon Energi Norge er prosjekteier SINTEF Energi er utfører Varighet: Deltakere Energi Norge Agder Energi Produksjon Akershus Kraft BKK Produksjon E-CO Vannkraft EB Kraftproduksjon Eidsiva Vannkraft Hafslund Norsk Hydro Lyse Produksjon Nord-Trøndelag Everk Otra Kraft Sira-Kvina kraftselskap Skagerak Energi Statkraft Sunnhordland kraftlag Tafjord Kraftproduksjon Deltakere forts. Trondheim Energi Kraft (nå del av Statkraft) TrønderEnergi Kraft Østfold Energi Produksjon Alstom Vannkraft Rainpower SN Power Invest ELFORSK E.ON Vattenkraft Fortum Generation Vattenfall Vattenkraft Skellefteå Kraft Jämtkraft Sollefteåforsens AB Karlstads Energi Öresundskraft SINTEF Energi AS 11

12 Endring av kjøremønster 103 norske vannkraftaggregat Type aggregat: 81 Francis 11 Pelton 8 Kaplan 2 rørturbiner 1 ikke spesifisert Type verk: 70 magasinverk 19 elvekraftverk 14 ikke spesifisert 1994/ /08 SINTEF Energi AS 12

13 Analyseverktøy Operation Changes Analysis Tool (OChAT) Produsert energi (MWh/h) Antall start/stopp per år Andel kjøring i ulike lastområder Antall timer pr år drift / stans SINTEF Energi AS 13

14 Analyse av alle 103 aggregat Endring av start/stopp Økning 50 aggr. (48 %) Reduksjon 42 aggr. (41 %) Ingen endring 11 aggr. (11 %) Andel kjøring i ulike lastområder Noen få endringer T. Welte, B. Børresen, E. Solvang: Analyses changes to operating conditions at Norwegian hydro plants (Hydropower & Dams, Issue One, 2010) Antall timer drift/stans Ingen trend Kun årlige variasjoner Tørre/våte år SINTEF Energi AS 14

15 Sviktmodell for kritisk utstyr Vedlikeholdsobjekt Design Skadetyper Påkjenning Teknisk tilstand Tiltak Svikt (uønskede hendelser) Konsekvensreduserende tiltak Konsekvens av svikt Risiko (svikt/konsekvens) SINTEF Energi AS 15

16 Tilstandsdata + Driftshistorikk Ekspertvurderinger + Teknisk tilstand TC 1 TC 2 Levetidskurve for gitt skadetype og påkjenning TC 3 Svikt Håndbøker for tilstandsfastlegging TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, rehabilitering, etc. Tid [år] Verktøy for estimering av årlig sannsynlighet for svikt basert på tilstand SINTEF Energi AS 16

17 Elektromekaniske løsninger har vi teknologi og kompetansemiljøer? Teknologiske utfordringer Kompetanseutfordringer Mer effektiv overførings-/kabelteknologi HVDC med VSC omformere (Voltage Source Converter) Pålitelige sjøkabelanlegg Effektoppgradering/modifikasjon av eksisterende kraftstasjoner Vedlikeholdsvennlig anleggsdesign (modulært vedlikehold) Effektiv vedlikeholdsteknologi (f.eks. pit stop metodikk) Overvåking av teknisk tilstand og risiko Svikt-/risikomodeller for kritisk utstyr Rekruttering av teknologer Behov for betydelig kapasitetsøkning Tida er knapp Sikre ekspertkompetanse Kompetanse på eksisterende utstyr Kompetanse på ny teknologi Kompetanse-/ekspertnettverk Tida er veldig knapp FoU er en kritisk ressurs Teknologiutvikling/-overvåking Kontinuitet og faglig bredde Kompetanseutvikling/-formidling Undervisning av B.Sc, M.Sc og PhD SINTEF Energi AS 17

18 Takk for oppmerksomheten SINTEF Energi AS 18