NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk Institutt for elkraftteknikk 7491 Trondheim Sammendrag av Hovedoppgaver ved Institutt for elkraftteknikk 2004
NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk Institutt for elkraftteknikk Her er vårt sjette Grønn-hefte som inneholder sammendrag av Hovedoppgavene ved Institutt for elkraftteknikk - fra 2004. Heftet vil bli distribuert til alle studentene i 4. og 5. årskurs ved linje for Energi og miljø, til avdelingene på SEfAS, til alle ved Institutt for elkraftteknikk og til institutt for Energiog prosessteknikk. NTNU, 20.10.2004 Erling Ildstad Postadresse Besøksadresse Telefon +47 73 59 42 41 Side 1 av 1 N-7491 Trondheim O.S.Bragstads pl. 2e Telefax +47 73 59 42 79 forord.fm Norway Org. no. NO974 767 880
Innholdsfortegnelse side Oversikt, student, oppgavetittel og faglærer 6 Oversikt over faglærere 8 Oversikt over faggrupper med faglærere Energiomforming ENO 9 Elektriske anlegg ELA 11 Kraftsystemer KS 13 Sammendrag fra studenter ved Kraftsystemer: Arnesen, Alexander Strøm 16 Dårflot, Ingeborg 18 Eide, Anders-Laurentius Haaskjold 20 Engen, Haakon 22 Falch, Ida Matilde 24 Grimsmo, Lars Nesje 26 Hagstrøm, Espen 28 Holte, Geir Kristian 30 Nysæter, Tone 32 Rindal, Liv Bjørhovde 34 Risnes, Anne Sofie Ravndal 36 Åsheim, Kjartan 38 Sammendrag fra studenter ved Energiomforming Bjørgum, Torstein 40 Elvebakk, Anders 42 Grøvan, Oddmund 44 Higraff, Geir 46 Holt, Øystein Oddan 48 Idland, Fredrik 50 Johannessen, Tor Magne 52 Lindtjørn, John Olav 54 Lægreid, Torstein 55 Marvik, Jorun Irene 56 Motzfeldt, Johan Harbitz 58 Muniz-Casais Cèsar 60 Olsen, Trond Rikard 61 Strand Øyvind 62 Skaar, Christofer 64 Sammendrag fra studenter ved Elektriske anlegg Brunovskis, Gaute Briseid 66 Dikanovic, Vladan 68 Hagen, Monica 70 Nguyen, Son Ngoc 72 Norheim, Sturle 76 Skogli, Dag Ivar 78 Soknes, Dan 80
Oversikt (student, oppgave-tittel og faglærer) Student Hovedoppgave tittel Faglærer Asker, Geir Utlandet - utsatt Brunovskis, Gaute Briseid Belysningsforhold ved gangfelt Hansen, Eilif Hugo Dikanovic, Vladan Teknisk og økonomisk analyse av elektrotekniske Eilif Hugo Hansen bygningsinstallasjoner med EiB kontra konvensjonell einstallasjon Hagen, Monica Karakterisering av sugetransformator i Hans Kristian Høidalen jernbaneanlegg i ordinær drift. Nguyen, Son Ngoc Overspenningsvern i lavspenningsnett Høidalen, Hans Kristian Norheim, Sturle Utvikling av et avansert styringssystem for Eilif Hugo Hansen veibelysning. Development of an Advanced Road Lighting Control System. Skogli, Dag Ivar Dynamiske forhold i tidevannkraftverk Dynamic Nysveen Arne Analysis og a Tidal Water Plant Soknes, Dan Levetidsvurderinger av transformatorer Høidalen, Hans Kristian Bjørgum, Torstein Dobbeltmata asynkronmaskin - analyse av Undeland, Tore maskindynamikk Elvebakk Anders Modellering av vindpark med asynkrongenerator i Undeland, Tore PSCAD, statisk og dynamisk kompensering av reaktiv effekt Grøvan, Oddmund Identifisering og regulering av en synkronmotor Nilsen, Roy Higraff, Geir Modellering og simulering av komponenter til Nilsen, Roy elektriske motordrifter i PSCAD Holt, Øystein O. Inverter Analysis - Three Phase Inverter in Reliable Distributed Generation of Electrical Power Undeland, Tore Idland, Fredrik Optimering av store aksialmagnetiserte maskiner - Robert Nilssen bruk av genetisk optimering Johannessen, Tor Magne Analyse og styring av Active Front End Nilsen, Roy Converter Lindtjørn, John Olav Calculation and Design of two Types of Axialflux Robert Nilssen Permanent Magnet Generators for a Direct Drive Wind Turbine Application Lægreid, Torstein Sensorløs styring av permanentmagnet Nilsen, Roy synkronmotor Marvik, Jorun Irene Nettstabilitet i vindpark med asynkrongeneratorer Undeland, Tore Motzfeldt, Johan Sensorløs styring av asynkronmaskin Nilsen, Roy Muňiz-Casais, César Permanent Magnets: Use and Preliminary Design Robert Nilssen of an Axial Flux PM Machine for Winches Application Olsen, Trond Asynkronmaskinen i vindkraftapplikasjoner Undeland, Tore Strand, Øyvind FEMLAB 3.0 as a MultiPhysic 3D Analysis Tool. Applied on a Three-Phase Electrical Arc Furnace for Production of Silicon Metal Robert Nilssen 6
Oversikt (student, oppgave-tittel og faglærer) Student Hovedoppgave tittel Faglærer Skaar, Christofer Øko-effektiv elektrisitetsproduksjon - Vindkraft i Undeland, Tore et livsløpsperspektiv Ambathy, Ramnath Høsten 2004 Arnesen, Alexander Strøm Sensitivitetsanalyse av stokastiske vareable i Shop Gjengedal, Terje Dårflot, Ingeborg Analysis of the barriers to the convergence of Gjengedal, Terje support to renewables in Europe Eide, Anders L. H. Energy Planning in Longyearbyen, Svalbard Gjengedal, Terje Engen, Haakon Pålitelighetsstudier, metoder og verktøy Holen, Arne T. Falch, Ida Matilde Metodikk og planverktøy for lokale Per Finden energiutredninger og lokale energi og klimaplaner Grimsmo, Lars N Sind and Hydrogen Stand-Alone Power Systems Gjengedal, Terje Hagstrøm, Espen Large Scale Wind Power Integration in Norway Fosso, Olav Bjarte and Impact on Damping in the Nordic Grid Haugan, Espen Regulering og systemdrift ved storskala Fosso, Olav B. integrasjon av vindkraft Holte, Geir Kristian Spenningskvalitet i Skagerak Netts regionalnett Olsen, Karstein J. Lindberg, Karen B. Modellering, simulering og analyse av region Per Finden Oslo/Akershus ved bruk av modellverktøyet MARKAL/TIMES Nybakke, Karen Hovedoppgaven utsatt til høsten 2004 pga svangerskapspermisjon Nysæter, Tone Tiltak i maskenett: pålitelighet og nytteverdi Holen, Arne T Rindal, Liv Bjørnhovde Carbon emissions trading; scenario analysis for Gjengedal, Terje the initial allocation of allowances to the power industry in Spain Risnes, Anne Sofie Modellstudie av energitransport basert på biobrensel som grunnlast for varme Holen Arne T. Ulseth, Solveig HammerhaugBeslutningsstøtte for vedlikehold og rehabilitering Solvang, Eivind av vannkraftverk Åsheim, Kjartan Analysemodell for vedlikehold og fornyelse Solvang, Eivind 7
INSTITUTT FOR ELKRAFTTEKNIKK Oversikt over faglærere: Telefon Rom 1 1.0 Energiomforming (ENO) 1.1 Robert Nilssen, prof. 73594243 E-455 1.2 Lars Norum, prof. 73593196 E-467 1.3 Tore M. Undeland, prof. 73594244 E-468 1.4 Roy Nilsen, prof. 73594240 E-417 1.5 Anders Gytri, førsteam. 73594245 E-365 2.0 Elektriske anlegg (ELA) 2.1 Erling Ildstad, prof. 73594226 F-468 2.2 Hans Kristian Høidalen, førsteam. 73594225 F-411 2.3 Eilif Hugo Hansen, førsteam. 73594568 E-317 2.4 Arne Nysveen, prof. 73594263 F-367 2.5 Magne Runde, prof. II 73597662 SEfAS-157 3.0 Kraftsystemer (KS) 3.1 Hans H. Faanes, prof. 73594281 SEfAS-453 3.2 Arne T. Holen, prof. 73594277 SEfAS-353 3.3 Karstein J. Olsen, førsteam. 73594268 SEfAS-354 3.4 Ivar Wangensteen, prof. 73597189 SEfAS-428 3.5 Olav B Fosso, prof. 73597282 SEfAS-316 3.6 Eivind Solvang, førsteam.ii 73597181 SEfAS-227 3.7 Per Finden, prof. II 63806107 IFE, Kjeller 3.8 Terje Gjengedal, prof. II 24067038 Statkraft SF, Oslo 8
2 Oversikt over fagområder ved: 4.0 Energiomforming (ENO) 4.1 Robert Nilssen, professor Fagområde:Feltberegninger innen elkraftteknikken. I dette fagområdet legges det nå stor vekt på analyse av elektriske maskiner og komponenter der det er nødvendig å regne på elektriske og magnetiske felter. Delemner: - Praktisk konstruksjon med bruk av nye materialer og produksjonsteknikker. - Utforming av nye elmaskinkonsepter, eks.: Transversalfluksmaskiner og Aksialfluksmaskiner. - Beregning med avanserte regneverktøy som Matlab, Flux2D, Flux3D, KREAN. 4.2 Lars Norum, professor Fagområde:Kraftelektronikk, Industriell elektronikk Fagområdet omfatter styring og regulering av elektrisk og elektromagnetisk energiomforming. Her inngår dynamisk simulering, digital regulering og signalbehandling i kraftelektronikk omformere og mekatronikk systemer. For tiden bearbeides følgende problemstillinger i samarbeid med industripartnere og SINTEF Energiforskning: - Energioptimal drift av elmotordrift ved hjelp av Fuzzy logic. - Digital regulering av kraftelektronikk-omformer for styring av aktiv og reaktiv effekt i elforsyningsnettet. (FACTS) - Utvikling av systemprogrammer og maskinvare til instrumentering og måling i industrielle elkraftsystemer. Bruk av simuleringsprogrammene Matlab/Simulink, SABER/PSpace og digitale signalprosessorer og mikrokontrollere er sentralt i arbeidet. 4.3 Tore M. Undeland, professor Fagområder:Kraftelektronikk. Feltet mitt omfatter miljøvennlig energiomforming innen elgenerering som vindkraft, solenergi, brenselceller og miljøvennlig elbruk som elbiler, tog, pumper og vifter. Det legges vekt på konstruksjon av omformere i anvendelser som svitsjede kraftforsyninger, nødstrømvekselrettere, induksjonsvarme og for motordrifter i marine/undervanns-installasjoner og integrert i smart motor -løsninger. Dette inkluderer bruk av nye typer krafthalvledere, resonansomformere, snub- 9
3 bere, EMC og konstruksjon av drossler og transformatorer, Videre inngår kraftelektronikk i elforsyningssystemet: HVDC og harmoniske FACTS-anvendelser og hybride filtre og ikke minst innen vindkraft. Emner som er spesielt aktuelle er: - Elomforming innen optimal bruk av vindturbiner og vindparker. - Avbruddsfri kraftforsyning med naturgass eller propan som energilager. - Kompakte nødstrømvekselrettere. - Integrert likeretting med sinusformet nettstrøm med snubbere og resonansomformere. - Integrert vekselretter med motor. - Bruk av nye typer krafthalvledere i omformere for bl.a. induksjonsvarming. - Analyser og simuleringer av FACTS-anvendelser i overføring og distribusjon. Jeg har god kontakt med kraftelektronikkindustrien i Norge og forskningsmiljø i utlandet. 4.4 Roy Nilsen, professor Fagområder:Elektriske motordrifter og kraftelektronikk Feltet innbefatter analyse og design av omformere til motordrifter, samt utvikling av styrestrategier for disse. Motordrifter for elektriske biler og variable turtallsgeneratorer (ASD) er aktuelle forskningstemaer. Mulige emner for diplomer er: - Analyse, design og styring av variable turtall generatorer (ASD) - Styring av elektriske biler. Design og analyse av ladere for elbiler - Studie av topologier og styrestrategier for resonans-omformere. - Alternative måter å måle ventilstrøm i IGBT omformere. - AC regulatorer, nett-tilbakevirkning og støydempende tiltak. - Realisering og utprøving av system for simulering av dynamiske systemer ved hjelp av strømrettermatet likestrømsmaskin. 4.5 Anders Gytri, amanuensis Laboratorieorienterte hovedoppgaver innen elektriske maskiner og kraftelektronikk. 10
4 5.0 Elektriske anlegg (ELA) Innen Elektriske anlegg pågår det forskning og utvikling av ny teknologi og kompetanse innen flere fagområder: Innen analyse arbeides det med modellering og beregning av overspenninger både i distribusjonsnettet og internt i høyspenningskomponenter, som f.eks. transformatorer. Induserte lyn overspenninger i lavspenningsnettet forårsaker hvert år store skader og økonomiske tap i form av branner, ødeleggelse av utstyr og strømavbrudd. Behovet for bedre overspenningsbeskyttelse og strengere krav til spenningskvalitet øker dessuten med hardere utnyttelse av nettet, og økt bruk av følsomt elektronisk utstyr. Den største aktiviteten pågår innen fagområdet komponenter og apparater. I nært samarbeid med industrien arbeides det med utvikling av bedre høyspennings-isolasjonsmaterialer både for AC- og DC-spenninger. Nye isolasjonsmaterialer for kabler er et viktig satsingsområde. Innenfor kraftledninger arbeides det med virkning av snø og is samt industriforurensninger. Andre miljøaspekter som livsløpskostnader vies stadig større oppmerksomhet. Innen bryteranlegg arbeides det med nye og miljøvennlige isolasjonssystemer for komplette anlegg. Forsyning av elektrisk kraft til havbunnsanlegg er et nytt og voksende forskningsfelt med omfattende industrikontakt. Nye anleggsløsninger og isolasjonssystemer er sentrale tema Vedlikehold er et annet fremtidsrettet hovedtema. Her arbeides det med utvikling av metoder for tilstandsstyrt vedlikehold, for bedre økonomisk utnyttelse av komponenter i elkraftsystemet. For å kunne oppnå dette må det tas i bruk nye og avanserte metoder for overvåking av den faktiske tilstanden til elkraftkomponenter. Kunnskap om aldringsfenomener og bruk av moderne datateknologi er derfor nødvendig for å kunne realisere slik tilstandsbasert vedlikehold. 5.1 Erling Ildstad, professor Fagområde:Aldring og diagnostisk prøving av isolasjonssystemer Aktuelle emner: - Høyspenningsisolasjonsmaterialer og systemer. - Studie av nedbrytingsmekanismer og utvikling av ulike diagnostiske prøvemetoder for tilstandskontroll av kabler og transformatorer. - Isolasjon for likespenningskabler, både olje/papir og polymer-isolasjon. - Høyspennings måleteknikk. - Anvendelser av høyspenningsteknikken innen olje- og gassproduksjon. 5.2 Hans Kristian Høidalen, førsteamanuensis Fagområde:Isolasjonskoordinering / Tilstandsovervåking Fagområdet omfatter problemstillinger rundt utvikling av analysemetoder og komponentmodeller for overspenningsberegninger, isolasjonskoordinering i elkraftsystemer, samt konstruksjon, dimensjonering, prøving og tilstandsovervåking av høyspenningskomponenter. 11
Aktuelle emner: - Datamaskinsimulering og analyse av overspenninger i kraftnett - Overspenninger og lynnedslag som årsak til skader og branner - Anvendelse av det nordiske lynregistreringssystemet - Tilstandskontroll av komponenter i elektriske anlegg 5 5.3 Eilif Hugo Hansen, førsteamanuensis Fagområder:Elektroinstallasjoner, Lysteknikk Fagområdet elektroinstallasjoner omfatter lavspente elektroinstallasjoner i bygninger, både på utstyrs- og systemsiden. Aktuelle emner kan være systemløsninger for bygningsinstallasjoner, bruk av installasjonsbuss-systemer, vern, kostnader, markedstiltak i installajonsbransjen, jording. Fagområdet lysteknikk omfatter både de fysiske forhold ved lysstråling og kvalitative og kvantitative forhold ved belysningsanlegg både ute og inne. Emner kan være lyskilder, beregningsmetoder, instrumentering, effekt- og energisparende tiltak, belysningskonsepter. 5.4 Arne Nysveen, professor Fagområde:Elektriske apparater og anlegg Fagområdet omfatter design, dimensjonering og modellering av elektrisk utstyr og anlegg. Det legges vekt på en helhetlig forståelse og tverrfaglighet både ved konstruksjon og bruk av utstyre og anlegg. Dette inkluderer isolasjonsteknikk, magnetisk og termisk design og analyse. Aktuelle temaer: - Utstyr for offshore kraftdistribusjon inkludert havbunnsutstyr for olje/gassutvinning og tidevannskraftverk. Skipselektriske anlegg - Koblingsanlegg - med fokus design og dimensjonering av kompakte elektriske anlegg (switchgear). - Elektriske maskiner - spesielt optimal utnyttelse og drift av vannkraftgeneratorer. 5.5 Magne Runde, professor II Fagområde:Komponenter og anlegg Aktuelle emner: - Tilstandskontroll-metoder for høyspenningskomponenter - Elektriske kontakter og brytere - Anvendelse av superledere i elkraftteknikken. 12
6 6.0 Kraftsystemer (KS) 6.1 Hans H. Faanes, professor Fagområde: Tekniske og økonomiske analyser av produksjons- og overføringssystemer. - Produksjon:Utbyggingsplanlegging, driftsplanlegging. Energi- og effekt problemstillinger. - Overføring:Utbyggingsplanlegging, systemanalyser, systemjording, stabilitetsberegninger. Realisering av nye store overføringsforbindelser til kontinentet vil aktualisere såvel tekniske som økonomiske problemstillinger for norsk kraftforsyning. Spørsmålet om eksport/importkontrakter krever studier av kostnadsstrukturen for elproduksjon (energi, effekt, reserveeffekt, regulereffekt) hos både selger og kjøper. Kartlegging av miljø-ulemper/gevinster er nødvendig. Ved inngåelse av slike kontrakter må økte påkjenninger på overføringssytemene være kartlagt, slik at overbelastning eller stabilitetssvikt unngås. Påvirkninger på omverdenen er også viktig å kartlegge. 6.2 Arne T. Holen, professor Fagområder: Energisystemer, nettplanlegging. Pålitelighet og driftssikkerhet i kraftnett. - Nettplanlegging under usikkerhet Energilovens krav om dokumentasjon av leveringspålitelighet, nettselskapenes nye rammevilkår med inntektsregulering samt ordningen med kvalitetsjusterte inntektsrammer for ikke-levert energi (KILE) fører til behov for systematiske analyser der leveringspålitelighet, økonomiske forhold og mer kvalitative forhold (personsikkerhet, opinion m.m.) inngår. Håndtering av usikkerhet og behov for å velge robuste løsninger blir viktig. - Distribuerte energisystemer, lokal energiplanlegging Flere energi- og nettselskaper har planleggingsoppgaver der en ser på energiforsyning med alternative/komplementære energibærere (el, vannbåren varme, gass). Dette krever fornyelse og integrasjon av metoder for å planlegge slike systemer. Revisjon av eksisterende verktøy, utvikling og bruk av nye verktøy for slik planlegging står sentralt. - Driftssikkerhet i kraftnettet Med de rådende rammebetingelser for nettutbygging, spesielt økonomi og miljø, blir kraftnettet stadig hardere utnyttet. Det frie kraftmarkedet gir også et sterkt press i retning av økende utnyttelse av nettets overføringskapasitet. Dette krever igjen bedre kontroll med driftssikkerhet og stabilitet. Denne typen oppgaver kan være fokusert mot pålitelighet og risiko, og dels mot mer tekniske aspekter: vern og dynamiske analyser innrettet på å påvirke driftssikkerheten. Integrasjon av vindkraft gir utfordringer på dette området. 13
6.3 Karstein J. Olsen, førsteamanuensis Fagområde: Vern i elkraftnett. Spenningskvalitet og harmoniske i elkraftnett Fagområdet vern i elkraftnett omfatter analyse av feiltilfelle, behov for og vurdering av ulike typer vern av komponenter og nettvern i elkraftsystemer. Valg av vern, innstilling og selektivitetsanalyse for vern i høy- og lavspente nett inklusive offshorenett med utarbeiding av nødvendig underlag i form av last- og kortslutningsanalyser samt innhenting av data for installerte vern og brytere. - Bruk og vurdering av ulike dataprogram til ovennevnte oppgaver - Numerisk vern og vernealgoritmer - Utstyr for testing og testing av vernereleer Fagområdet spenningskvalitet og harmoniske i elkraftnett omfatter kilder og utbredelse av harmoniske strømmer og spenninger, spesielt i offshore- og skipsnett. - Normer for spenningskvalitet - Måling av spenningskvalitet - Bruk og vurdering av ulike dataprogram for beregning av utbredelse av harmoniske 7 6.4 Ivar Wangensteen, professor Fagområde: Markedsbasert kraftomsetning Fagområdet omfatter problemstillinger rundt kraftomsetning over nasjonale og internasjonale kraftbørser. Herunder inngår utvikling og bruk av prognosemodeller, tariffering av overføringstjenester i kraftnett og utforming av tariffer for sluttbruker. 6.5 Olav B. Fosso, professor Fagområde: Driftsplanlegging Fagområdet omfatter optimal drift av produksjons- og overføringssystem. Viktige tema innenfor nettanalyser er: spenningsstabilitet, effektpendlinger og termiske overbelastninger ved feil på systemkomponenter. Slike analyser danner utgangspunkt for bestemmelse av riktige overføringsgrenser mellom delområder. Disse grensene gir igjen rammebetingelser for kraftmarkedet. Innfor produksjonsplanlegging er optimal bruk av ressursene viktig. Dette omfatter hele spekteret fra strategiske vurderinger på lengre sikt til den kortsiktige tilpasning ved handel i kraftmarkedet for neste dag. Beslutningsstøtte basert på optimaliseringsteknikker er et sentralt tema både for nettdrift og produksjonsplanlegging. 6.6 Eivind Solvang, førsteamanuensis II Fagområder:Energi og nettplanlegging Aktuelle emner: 14
8 - Nettplanlegging med spesiell vekt på fornyelser og vedlikehold. Nettselskapene skal innen gitte inntektsrammer fornye og vedlikeholde sitt nett på en effektiv og kostnadsriktig måte. Usikkerhet i datagrunnlag og risiko for å gjøre uriktige beslutninger er viktige aspekter i de beslutninger et nettselskap må gjøre når de legger sine planer. Metoder og verktøy for slik planlegging er et meget interessant område for disse selskapene, og dette har vært tema for noen hovedoppgaver de senere år. 6.7 Per Finden, professor II Fagområde: Energisystemer Fagområde omfatter: Regional og lokal energiplanlegging med vekt på rasjonell energibruk og på modellering og analyse av energisystemer hvor ulike energibærere kan inngå Aktuelle emner: - Energiplanlegging - Energisystemer 6.8 Terje Gjengedal, professor II Fagområde: Energiplanlegging - Fornybare og miljøvennlige energikilder: Dette fagområdet tar for seg fornybare og miljøvennlige energikilder (vindkraft, tidevannskraft, saltkraft, småkraftverk, bioenergi, solenergi, gass, mm.) samt deres tekniske, økonomiske og miljømessige karakteristika og egenskaper. - Energisystemer og energiplanlegging: Dette fagområdet tar for seg systemintegrering av fornybare og miljøvennlige energikilder, og ser på hvilke utfordringer en står ovenfor når en skal planlegge og operere energisystemer med multiple energibærere og ulike system for transport av energi. Problemstillinger knyttet til distribuert generering, samkjøring mellom energibærere samt operative og reguleringsmessige utfordringer en har ved styring, drift og vedlikehold av energibærere. Miljørestriksjoner, utslippskvoter og handel med grønne sertifikater inngår også som virkemidler for å sikre bærekraftige energisystemer. - Energidisponering og krafthandel: Dette er et bredt fagområde som omfatter langsiktig og kortsiktig energidisponering og produksjonsplanlegging, handel på fysisk kraftbørs og bruk av finansielle instrument for risikostyring, trading og origination. Kortsiktig og langsiktig prisprognosering er også en del av fagområdet. Fagområdet åpner for mange tema som for eksempel bruk av operasjonsanalytiske og statistiske metoder, bruk av mikroøkonomisk teori, spillteori, fundamentale markedsmessige analyser mm. 15
16
17
Analysis of the barriers to the convergence of support to renewables in Europe Student: Ingeborg Dårflot Faglærer: Terje Gjengedal, Statkraft SF og prof. II ved NTNU Veileder: Pedro Linares Llamas, Instituto de Investigación Tecnológica (IIT) Utføres i samarbeid med: Statkraft SF og IIT ved Universidad Pontificia Comillas i Madrid Problemstilling I forbindelse med et prosjekt IIT utfører for EU skal ulike støtteordninger som eksisterer for fornybar energi i de ulike EU-landene studeres. Hovedsakelig Danmark, Tyskland, Nederland, Spania og Storbritannia vil være i fokus. Oppgaven vil inngå som en del av dette prosjektet og vil benyttes i EU s videre arbeid med tilrettelegging av grønne sertifikater i Europa og vil blant annet ta for seg de ulike barrierene ved innføring av et felles grønt marked i Europa. Oppgaven Første del av oppgaven gir en generell presentasjon av hovedargumenter for innføring av støtteordninger for fornybar energi, internasjonalt regelverk innen EU, samt hovedtrekk ved de ulike typer insentiver som er i bruk i dag. Deretter evalueres situasjonen i de nevnte EU-landene, og hvor spesielt nasjonale og internasjonale forpliktelser, samt historisk bakgrunn beskrives for å få forståelse for motivene for støtteordningene. Videre analyserer oppgaven de ulike barrierene ved innføring av et felles grønt marked i Europa. Både energisystemene og energipolitikken varierer innad i EU, og dette danner ulike utfordringer i forbindelse med en eventuell harmonisering av markedene for fornybar energi i medlemslandene. Viktige aspekter som diskuteres er ulik definering av fornybar energi, ulike tradisjoner for planlegging og subsidiering, samt geografiske forhold og holdning til fornybar energi. Fordeler og ulemper, samt forskjeller og resultater ved eksiterende støtteordninger analyseres også. Innføringen av fornybare energikilder anses for å være en avgjørende faktor for at kravene inngått i Kyoto Protokollen skal oppnås, og som et resultat har EU vedtatt at 22 % av energibehovet innad i EU skal dekkes av ny fornybar energi innen 2010. Analyser viser derimot at EU vil ha problemer med å møte dette kravet, og strategier for å redusere dette avviket evalueres videre i oppgaven. Til slutt vurderes videre utvikling av energimarkedet og mulighetene for innføring av et grønt marked i Europa. Konklusjon Motivene for valg av ordning har variert blant de ulike EU-landene, men enkelte faktorer går igjen. Generelt startet ikke subsidieringen av fornybare energikilder før etter oljekrisen på 70- tallet. Ønsket om å oppnå leveringssikkerhet innad i EU, i tillegg til å redusere avhengigheten av land utenfor unionen spilte en stor rolle i denne forbindelse. Et annet motiv har vært økt sysselsetting i områder med lav økonomisk vekst. I de senere årene, i lys av økte klimaforandringer, har fornybare energikilder også blitt ansett som et godt alternativ til termisk produsert elektrisitet som fører til økte utslipp av drivhusgasser. Historisk sett var investeringsstøtte fra myndighetene den første utbredte ordningen for å fremme produksjon av grønn elektrisitet. Tidlig på 80-tallet ble derimot økonomiske insentiver i form av lån og reduserte avgifter et viktig middel for å øke produksjonen fra fornybar energi. De mest 18
suksessfulle eksemplene er Danmark og Tyskland hvor staten tilbød fortrinnsberettigede lån for vindkraft. Senere, på midten av 90-tallet, ble støtteordningene etter hvert basert på regulerte tariffer mer utbredt i de ulike EU-landene, og i den siste tiden kan man også se utbredelse av ordninger tilpasset innføringen av et liberalisert elektrisitetsmarked. I tillegg til forskning og utvikling, kan dagens støtteordninger i Europa deles inn i hovedsakelig fire ulike kategorier; investeringsstøtte, feed-in tariffer, anbudsrunder og grønne sertifikater. Selv om ordningene for subsidier har eksistert i flere tiår, byr integreringen av fornybare energikilder inn i en ny, liberalisert markedsmodell på vanskeligheter. De fleste teknologier basert på fornybar energi er enda ikke økonomisk konkurransedyktige i forhold til konvensjonelle kraftverk, og et fritt marked kan derfor skade utviklingen av fornybar energi. En innføring av en felles støtteordning for fornybar energi i Europa viser seg derfor å være av stor betydning i fremtiden dersom EU skal oppfylle sine mål innen 2010. Som et resultat av dette, ble et harmonisert system basert på grønne sertifikater foreslått innen EU i 2001. I mellomtiden har derimot forholdene forandret seg på flere måter. Flere medlemsland har innført nye og moderniserte systemer basert på feed-in tariffer, og i 2002 stoppet nederlandske myndigheter det nasjonale systemet for grønne sertifikater. Dette har resultert i en redusert sannsynlighet for et felles system basert på grønne sertifikater på kort sikt. Men likevel er ikke spørsmålet om et felles marked avgjort. De potensielle fordelene ved et grønt marked basert på sertifikater vil kunne hjelpe en rekke land med å øke deres installerte effekt fra fornybare energikilder på en kostnadseffektiv måte. Bedre kontroll på kvoter, innføringen av konkurranse blant produsenter og insentiver for lavere kostnader er blant hovedårsakene for å velge et system basert på grønne sertifikater. Men så lenge usikkerheten vedvarer angående drift av markedet og dets regelverk, vil det mest sannsynlig ta tid før grønne sertifikater blir innført i Europa. I mellomtiden vil feed-in tariffer bli ansett som den beste løsningen for å fremme fornybare energikilder i Europa. 19
Energiplanlegging for Longyearbyen Student: Anders Laurentius Haaskjold Eide Faglærer: Terje Gjengedal Veileder: Terje Gjengedal Utføres i samarbeid med: Statkraft/UNIS/SSD Problemstilling Longyearbyen på Svalbard har 1700 innbyggere. Det arktiske miljøet på Svalbard er svært følsomme for forurensninger, og eventuelle klimaendringer som følge av CO 2 utslipp fra forbrenning av fossile brensler vil ramme Svalbard hardt ved at isbreer og drivis smelter, noe som vil ha stor innvirkning på livet til de polare dyrene. Det er derfor naturlig at Svalbard blir forsynt med så ren energi som mulig. Per dags dato er energiforsyningen Longyearbyen basert på kull. Gjennom et helt år produserer kraftverket 90 GWh elektrisitet og varme til fjernvarmeanlegget. Dette medfører samlede CO 2 -utslipp på 80 000 tonn, samt partikkelutslipp, NO X og SO 2. Dersom kullkraftverket skal erstattes med en fornybar energikilde vil vindkraft være det mest naturlige valget på Svalbard. Siden vinden er uforutsigbar og varierende vil det kreves energilagring når en benytter vind som energikilde for øydrift. For korttids energilagring vil konvensjonelle batterier være egnet til lagring av elektrisk energi, men for å imøtekomme sesongvariasjoner i vinden vil hydrogen produsert med elektrolyse være bedre egnet. I perioder med lav vind og høy last vil hydrogenet kunne utnyttes i en brenselcelle eller i en hydrogenmotor til å produsere elektrisitet. I perioder med mye vind og lav last vil en utnytte overskuddsenergien til å produsere hydrogen med elektrolysøren. Et annet alternativ er å bruke kjemiske strømningsbatterier. Varmebehovet i Longyearbyen dekkes nå med spillvarme fra kullkraftverket. I et vindhydrogen system, må alternative varmekilder benyttes og det må undersøkes mulighetene for varmelagring. Det eksisterende fjernvarmenettet er overdimensjonert og drives ved høye temperaturer som gjør det vanskelig å benytte kilder som for eksempel varmepumper. Oppgaven Oppgaven går ut på å designe og dimensjonere et fornybart energisystem basert på vind for Longyearbyen. Hvilke komponenter skal brukes, hvordan skal energien lagres og hvordan skal energien distribueres til forbrukerne? Ulike konfigurasjoner sammenlignes for å finne den optimale løsningen. Den optimale løsningen sammenlignes med fortsatt drift av kullkraftverket. Hvilke insentiver må til for at en slik løsning kan iverksettes i Longyearbyen? Modell/målinger Både statistiske og kronologiske metoder er utviklet for å kunne analysere vindkraftpotensialet i øydriftsystemer basert på fossile energikilder. Statistiske metoder baserer seg på sannsynlighetsfordelinger for energibehov og vinddistribusjon. Kronologiske metoder tar for seg et stort sett med data for vinddata og energibehov og simulerer ulike konfigurasjoner. De statistiske metodene har en stor andel usikkerhet tilknyttet dimensjoneringsmetodikken, mens de kronologiske metodene krever en stor mengde data og en omfattende behandling av disse. I denne oppgaven er det gjort kronologiske beregninger basert på vinddata fra Metereologisk institutt og IFE. Der det er korte måleserier eller mangler er vind data korrelert mot vindmålere i nærheten. 20
Målinger av sjøvannstemperatur for en eventuell VP er utført av Frank Nilsen ved UNIS. Målinger av effekt og energibehov for Longyearbyen er utført av Energiverket til SSD. Beregninger Beregningene i oppgaven går ut på å dimensjonere fornybart energisystem spesifikt for Longyearbyen. Resultatene skal gi en pekepinn på hva som kreves av installasjoner og investeringer for et slikt system, og dermed informasjon om prosjektet er realistisk og om mulig hvor langt fram i tid en realisasjon ligger. Kostnadsberegningene er samfunnsøkonomiske. Det vil si at miljøkostnader også er med i beregningene. Det er knyttet stor usikkerhet til miljøkostnadene. Å verdsette natur og livskvalitet er vanskelig. Konklusjon Vindkraft kan være en realistisk energikilde for øydriftsystemer. Med vannelektrolyse kan en få til helt fornybare systemer, der overskuddsvind utnyttes til å produsere hydrogen. Elektrisitet produseres i en brenselcelle når en har underskudd av vind. Det tøffe klimaet på Svalbard krever et spesielt pålitelig system, og det vil derfor likevel være fordelaktig å ha ett forsilt backupsystem, for eksempel diesel generatorer. Longyearbyen vil være et godt eksempel på et helt fornybart øydriftsystem. Svalbard ligger helt utilgjengelig fra ethvert elektrisitetsnett og må være selvforsynt med energi. Samtidig har Svalbard et av jordens mest sårbare miljø, derfor er det spesielt viktig med reduserte klimagassutslipp. Vindkraft som energikilde og hydrogen som energilagringsmedium i Longyearbyen vil være et særdeles godt demonstrasjonsprosjekt. Økonomisk sett ligger det en stund fram i tid, og den mest naturlige utviklingen vil være å gradvis installere vindkraft for å på lang sikt å utfase kulldriften. 21
Pålitelighetsstudier, metode og verktøy Student: Haakon Engen Faglærer: Arne T. Holen Veileder: Anna Bakken og Rune K. Mork, Statnett SF Utføres i samarbeid med: Statnett SF Denne masteroppgaven er gjennomført i samarbeid med Statnett for å finne frem til et hensiktsmessig verktøy for å utføre pålitelighetsstudier i regional- og sentralnett. Det er tidligere gjennomført et par prosjektoppgaver og en hovedoppgave innen samme tema, som denne oppgaven bygger på. I disse oppgavene ble et tysk verktøy brukt, Integral/Zuber, og nettet i Møre og Romsdal, fra Viklandet til Tornes, ble anvendt som konkret case,. Det ble spesielt sett på forsyningen av Hustad Marmor og det planlagte prosesseringsanlegget på Nyhamna i forbindelse med ilandføringen av gass fra Ormen Lange-feltet. Masteroppgaven tar for seg et amerikansk verktøy, TPLAN, som er utviklet av det amerikanske konsulentfirmaet PTI. Det er undersøkt om dette programmet er et mulig verktøy for tilsvarende pålitelighetsstudie som i de tidligere nevnte oppgavene. TPLAN kom på markedet for første gang i 1979, og er et frittstående datasystem for blant annet pålitelighetsanalyse for overføringsnettet. Dette programmet har ulike typer analytiske verktøy som kan brukes i denne type pålitelighetsstudie. Erfaringene dette programmet har gitt i arbeidet med det konkrete caset er blandet. Siden brukergrensesnittet til TPLAN ikke fungerte slik det var tenkt, måtte arbeidet foregå i dosmodus. Dette gjør programmet lite brukervennlig og arbeidskrevende. En stor mangel med TPLAN, er at det ikke har noen gode feilmodeller. Dette fører til at det ikke oppnås den samme forståelse av hvilke konsekvenser en feil får for nettet som med Zuber/Integral. I tillegg krever parameterne i filene til analysene i TPLAN veldig nøyaktige feilfrekvenser og utetider, for at resultatene av årlige avbruddkostnader skal bli akseptable. Analysene i masteroppgaven har vurdert to nettforsterkningsalternativer; et nett med 420kV ring om Nyhamna, mens det andre nettet er med en 420kV radiell forsterkning fra Viklandet- Tornes til Nyhamna. Med disse to nettene er det kjørt ulike simuleringer. I den første antas sjøkabelen 100% pålitelig, det er også kjørt to simuleringer hvor det er antatt en feil hvert 20.år på sjøkabelen for å se forskjellene fra analysen med 100% pålitelig sjøkabel. Det antas en økning av lastuttaket ved både Ormen Lange og Hustad Marmor i fremtiden, og det er derfor kjørt noen analyser for å se om det planlagte nettet tåler lastforbruksøkningen. Resultatene som analysene ga for årlige avbruddkostnader for nettet er som følger: 100% pålitelig sjøkabel Scenario 420kV ring Radiell innmating fra Tornes 1 22,5 36,1 2 27,7 235,8 3 377,8 En feil hvert 20.år på sjøkabelen Scenario 420kV ring Radiell innmating fra Tornes 1 31,7 286,8 22
Lønnsomheten av å bygge en 420kV ring hvor sjøkabelen er antatt 100% pålitelig er beregnet til 173 mill.kr med et lastuttak på Ormen Lange og Hustad Marmor på henholdsvis 150 MW og 115 MW. Analyseperioden er på 30 år og diskonteringsrenten på 7%. Hvis lastuttaket øker på de nevnte industriene til 300 MW og 140 MW, gir dette en lønnsomhet for å bygge en 420kV ring på 2618 mill. kr. Når det gjelder forskjellene i årlige avbruddkostnader i analysene hvor det er antatt en feil hvert 20 år på sjøkabelen og analysene med 100% pålitelig sjøkabel ga dette spesielt stort utslag med radiell innmating fra Tornes til Nyhamna. Differansen i årlige avbruddkostnader for nettet for disse analysene ble beregnet til 150 mill. kr. Ut fra dette kan det fastslåes at det vil være lønnsomt å bygge en 420kV ring, hvis lastuttaket øker på Ormen Lange og Hustad Marmor. 23
Metodikk og planverktøy for lokale energiutredninger og lokale energi- og klimaplan Student: Faglærer: Ida Matilde Falch Per Finden Problemstilling Bakgrunnen for at arbeidet med energi og klimaplaner nå har fått fokus, er dels som følge av den vanskelige kraftsituasjonen med manglende fleksibilitet spesielt på brukersiden og klimaproblematikken knytet til utslipp av klimagasser. Formålet med en energi -/klimaplan er utvikling av et strategisk underlag for fremtidige beslutninger med hensyn til både ressursforvaltning, energibruk, næringsutvikling og miljø. Hensikten er å kunne allokere ressurser til kostnadseffektive løsninger for energisystemet med minst mulig belastning av det ytre miljøet, innenfor en definert tidsperiode. Det er i dag mangel på både en omforent metodikk og gode og enkle planverktøy samt kompetanse i planarbeid ute i kommuner og nettselskaper. Det er også vanskelig å få detaljert oversikt over kvalitetsikrede data på lokalt nivå. I oppgaven skal det tas utgangspunkt i en overordnet metodikk som er skissert av Per Finden. Hensikten er å effektivisere utarbeidelsen av kommunale energiutredninger i regi av nettselskapene og lokale/regionale energi og klimaplaner i regi av kommuner og fylker. Oppgaven skal ivareta utvikling av en delløsning for datainnsamling og databearbeiding, som vil sikre en helhetlig prosess med et sett av ulike standardiserte verktøy for utarbeidelse av gode energi og klimaplaner. Oppgaven 1. Med utgangspunkt i det arbeidet som tidligere er gjennomført innen området lokal energiplanlegging, skal det lages en beskrivelse av de utfordringer en lokal energiplan skal søke å belyse. Det skal videre lages en beskrivelse av de datasett en slik utredning vil måtte baseres på. I tillegg skal det presenteres en oversikt over ulike aktører som er, og trolig vil bli involvert i denne form for planarbeid. 2. Det skal det skisseres en mulig metodikk for en slik planprosess. Dernest skal det presenteres et opplegg for registrering og behandling av stastistiske data. Det skal her utarbeides en metodikk for innhenting, kvalitetsikring og bearbeiding av det statistiske grunnlaget på et overordnet nivå. For noen få utvalgte områder f.eks bioenergi, skal dette også gjøres på et mer detaljert nivå. Metoder og utfordringer i forbindelse med scenarieutvikling og fremskrivninger skal kort belyses. 3. Basert på de resultater som er fremkommet, skal det foretas en evaluering og drøfting med hensyn på soliditeten i metodikken. Med dette menes hva som synes å ha et godt statistisk grunnlag hva gjelder kvalitet og nødvendig detaljeringsgrad og hva som mangler dette. Hva som eventuelt bør gjøres for å bedre på dette skal også drøftes. Sammendrag Formålet med en energi- og klimaplan er å utvikle et strategisk underlag for fremtidige beslutninger som tar hensyn til både ressursforvaltning, energibruk, næringsutvikling og miljø i kommunen. 24
Ved utarbeidelsen av energiutredninger og energi- og klimaplaner for kommunene består en viktig del av arbeidet med innsamling og bearbeiding av data. Det er i denne oppgaven sett på tilgjengelige data for bruk i energi- og klimaplaner og mulige metodikker for videre bearbeidelse av disse data. Det er i dag relativt lite statistikk om energisystemer, energibruk og klimagassutslipp tilgjengelig på kommunalt nivå i Norge. Det meste av de data som kan benyttes er fra SSB, SFT og områdekonsesjonær. I rapporten er det vist at det i en energi- og klimaplan er ønskelig med en mer detaljert stuttbrukerinndeling av energibruken enn det som er tilgjengelig i dag. Oppgaven beskriver en metodikk for fordeling av energibruk på detaljerte sluttbrukergrupper med utgangspunkt i tilgjengelig data. Rapporten viser at det er lite tilgjengelige data, til bruk i metodikken, for noen av brukergruppene. Nødvendige datasett for husholdningssektoren og tjenesteytende sektorer er normtall for ulike bygningstyper, bruksareal, byggeår og oppvarmingsløsninger. Det er vist at det er mulig å lagre data om alle bygg med blant annet areal, byggeår og oppvarmingsløsning i GAB. I dag er det usikkert i hvilken grad slike data er lagt inn for alle bygg. For de øvrige sektorene, industri, primærnæring og mobile kilder finnes det i dag generelt lite data tilgjengelig for bedre brukergruppeinndelinger. Rapporten presenter en metodikk for ressurskartlegging i en kommune. Det er sett på ressursene vind, sol, vann, varmekilder varmepumper og bioenergi. Metodikken er basert på at den skal være lett å bruke og at den skal benytte tilgjengelige data. Det er sett på mulige metoder og viktige parametere for fremskrivning av energibruken i kommunen. Det konkluderes med at den beste metoden er å utvikle et sett med ulike scenarier. Scenariene er basert på usikkerhetene i utviklingen av aktivitetsnivå i kommunen og vilje til gjennomføring av energi- og klimamål. Skal usikkerhetene i fremskrivningene reduseres, og fremskrivningene tilpasses kommunale planprosesser er det konkludert med at en analyse periode på 12 år er godt egnet. Av det arbeidet som frem til i dag er gjennomført av energi- og klimaplaner og energiutredninger er det klart at et godt og lett tilgjengelig datagrunnlag er viktig for et godt resultat. I oppgaven er det diskutert hvilke type data som bør gjøres tilgjengelig og kvalitetsikkers for å sikre gode energi- og klimaplaner. 25
Tittel på hovedoppgaven (Times New Roman, 14 pkt, bold) Student: Lars Nesje Grimsmo Faglærer: Terje Gjengedal Veileder: Magnus Korpås Utføres i samarbeid med: Statkraft/UNIS Problemstilling Longyearbyen på Svalbard har 1700 innbyggere. De lever i et av verdens mest sårbare miljø, de arktiske områdene er de som raskest vil merke de menneskeskapte klimaendringene når polisen smelter og temperatursvingningene blir større. Energiforsyningen på Svalbard er basert på kull. Gjennom et helt år produserer kraftverket 90 GWh elektrisitet og varme til fjernvarmeanlegget. Dette medfører samlede CO 2 -utslipp på 80 000 tonn, og har miljøkostnader på 12.5 millioner kroner årlig for CO 2, NO X og SO 2. Vindkraft kan være en realistisk energikilde i energisystemer som ikke er tilknyttet et større, overliggende nett, såkalt øydrift. Siden vinden er uforutsigbar og varierende vil det kreves energilagring når en benytter vind som energikilde for øydrift. For korttids energilagring vil konvensjonelle batterier være egnet til lagring av elektrisk energi, men for å imøtekomme sesongvariasjoner i vinden vil hydrogen produsert med elektrolyse være bedre egnet. I perioder med lav vind og høy last vil hydrogenet kunne utnyttes i en brenselcelle til å produsere elektrisitet. I perioder med mye vind og lav last vil en utnytte overskuddsenergien til å produsere hydrogen med elektrolysøren. Oppgaven Elektrolyse er en moden teknologi, men tradisjonelt har elektrolysører vært beregnet for konstant drift. Tilknyttet et vindkraftverk vil elektrolysøren derimot bli matet med sterkt varierende effekt, både korttidsvariasjoner og sesongvariasjoner vil være problematisk for elektrolysøren. Denne oppgaven har til hensikt å utvikle og teste en metode for dimensjonering av et kombinert vind og hydrogenanlegg som imøtekommer elektrolysørens sårbarhet for effektvariasjoner, og samtidig utnytter vindens stokastiske og varierende natur. Deretter skal metoden benyttes til å dimensjonere et autonomt vindkraftanlegg med sesonglagring av hydrogen for Longyearbyen. Modell/målinger Integrasjon av vindkraft i autonome dieselsystemer er omfattende behandlet i litteraturen. Både statistiske og kronologiske metoder er utviklet for å kunne analysere vindkraftpotensialet i øydriftsystemer basert på fossile energikilder. Statistiske metoder baserer seg på sannsynlighetsfordelinger for energibehov og vinddistribusjon. Kronologiske metoder tar for seg et stort sett med data for vinddata og energibehov og simulerer ulike konfigurasjoner, her brukes gjerne monte carlo -simuleringer. De statistiske metodene har en stor andel usikkerhet tilknyttet dimensjoneringsmetodikken, mens de kronologiske metodene krever en stor mengde data og en omfattende behandling av disse. Denne oppgaven skal utvikle en statistisk metode basert på weibullfordelingen til vinden og korrelasjon mellom sesongvariasjoner i vinden og lasten til energisystemet. Metoden skal fremstilles som en algoritme og benyttes i et prosedyreorientert program for beregning. Utviklingen av det prosedyreorienterte vil være en del av oppgaven. Beregningene skal deretter benyttes i det objektorienterte programmet TRNSYS, sammen med HYDROGEMS- 26
biblioteket utviklet ved IFE, for å verifisere metoden. TRNSYS er et modulbasert simuleringsprogram. Beregninger Beregningene i denne oppgaven har til hensikt å vise hvorvidt den utviklede metoden er tilstrekkelig for dimensjonering av autonome vindhydrogensystemer. Om metoden viser seg å holde mål, vil neste skritt bestå i å dimensjonere et system spesifikt for Longyearbyen. Resultatene skal gi en pekepinn på hva som kreves av installasjoner og investeringer for et slikt system, og dermed informasjon om prosjektet er realistisk og om mulig hvor langt fram i tid en realisasjon ligger. Konklusjon Vindkraft kan være en realistisk energikilde for øydriftsystemer. Med vannelektrolyse kan en få til helt fornybare systemer, der overskuddsvind utnyttes til å produsere hydrogen og elektrisitet produseres i en brenselcelle når en har underskudd av vind. Longyearbyen vil være et godt eksempel på et helt fornybart øydriftsystem. Svalbard ligger helt utilgjengelig fra ethvert elektrisitetsnett og må være selvforsynt med energi. Samtidig har Svalbard et av jordens mest sårbare miljø, derfor er det spesielt viktig med reduserte klimagassutslipp. Det tøffe miljøet på Svalbard krever et spesielt pålitelig system. Vindkraft som energikilde og hydrogen som energilagringsmedium i Longyearbyen vil være et særdeles godt demonstrasjonsprosjekt. 27
Large Scale Wind Power Integration in Norway and Impact on Damping in the Nordic Grid Student: Espen Hagstrøm Faglærer: Olav Bjarte Fosso Veiledere: Trond Toftevaag, SINTEF Energiforskning Ian Norheim, SINTEF Energiforskning Utføres i samarbeid med: SINTEF Energiforskning This master thesis was presented at Nordic Wind Power Conference 2004 in Göteborg, Sweden. Objective Observe how wind power integration in Norway affects the damping of interarea mode oscillations in the Nordic grid when a disturbance occurs. The interarea mode oscillations are observable as power oscillations. The results are from computer analyses with PSS/E of a simplified, yet realistic, Nordic equivalent of the Nordic interconnection. The Nordic interconnection Observation of interarea modes The so-called Hasle corridor between Norway and Sweden, where the 0.58 Hz is best observed. The tie between Finland and Sweden in the north, where the 0.30 Hz oscillation is best observed. Cases Case 1, which is the reference case, is without any wind power integrated in the Norwegian grid. Case 2 is with 1000 MW wind power integrated in the Norwegian grid. 28
Case 3 is with 5000 MW wind power integrated in the Norwegian grid. Wind turbine generators in Case 2 and 3 Squirrel cage induction machine (SCIM) Doubly fed induction generator (DFIG) Direct drive synchronous generator (DDSG) Results A. Interarea mode oscillation between Norway and Sweden Fig. 1 Comparison of the damping [%] of 0.58 Hz in Case 1 (no wind power) and Case 2 (1000 MW wind power) with different generator technologies Fig. 2 Comparison of the damping [%] of 0.58 Hz in Case 1 (no wind power) and Case 3 (5000 MW wind power) with different generator technologies B. Interarea mode oscillation between Finland and Sweden Fig. 3 Comparison of the damping [%] of 0.30 Hz in Case 1 (no wind power) and Case 2 (1000 MW wind power) with different generator technologies Fig. 4 Comparison of the damping [%] of 0.30 Hz in Case 1 (no wind power) and Case 3 (5000 MW wind power) with different generator technologies Conclusion Wind power in has an influence on the damping of the damping of the interarea mode oscillation between Norway and Sweden. Apparently the SCIM improves the damping of the interarea mode oscillation between Norway and Sweden, while the DFIG decreases the damping to some extent, while DDSG decreases the damping even further. The damping of the interarea mode oscillation between Finland and Sweden is not significantly disturbed by the wind power integration in Norway. 29
30
31
Tiltak i maskenett pålitelighet og nytteverdi Student: Tone Nysæter Faglærer: Arne T. Holen Veileder: Einar Lien, Eidsiva energinett as Utføres i samarbeid med: Eidsiva energinett as Problemstilling I forbindelse med investeringsanalyse i et maskenett spesielt ved utløp av teknisk/økonomisk levetid for ledninger og kabler, er nytteverdivurdering av enkeltforbindelser et sentralt tema. Ideelt sett er det ønskelig ved hjelp av enkle praktiske metoder å kunne beregne endringer i ulike kostnadselementer ved å fjerne eller legge til en forbindelse i et masket nett. Avbruddskostnadene (KILE-kostnadene) forventes å ha stor innflytelse og vil derfor være et avgjørende kostnadselement. Oppgaven knyttes til aktuelle problemstillinger i nettet til Eidsiva energinett AS. Oppgaven Nettet kjøres med ringdrift, og det er mange forsyningsveier og omkoblingsmuligheter i området. Produksjonen gjør at analyseområdet er tilnærmet selvforsynt. Linja, som i denne oppgava ble analysert, strekker seg fra Elverum til Rena med et spenningsnivå på 66 kv, og er en del av regionalnettet. Den er fra 1954 og tilstanden begynner å bli dårlig. Linja kan stå i 10 år til med godt vedlikehold. I analysen ble det gjort ulike beregninger for å kunne finne nytteverdien av linja. Beregning av pålitelighet og tap ble utført for normalsituasjon og med Elverum - Rena ute. Beskrivelse av hvilke alternativer det er utført beregninger for, er vist i tabellen under. Alternativ Beskrivelse Alt 1 Riving av Elverum-Rena i starten av år 1 Alt 2 Reinvestering av Elverum-Rena i starten av år 1 Alt 3 Riving av Elverum-Rena i starten av år 11 Alt 4 Reinvestering av Elverum-Rena i starten av år 11 Beregninger Totalkostnadene ble funnet og referert samme tidspunkt ved hjelp av nåverdimetoden. Dermed kunne alternativene sammenlignes på likt grunnlag. Tabellen under viser en oversikt over nåverdien av totalkostnadene for de ulike alternativene. Kostnader i kkr [6% rente] Alt 1 Alt 2 Alt 3 Alt 4 Utgangsverdier 40822 59111 44224 50902 Alternativ 1 og 2 ble tatt med for å se på totalkostnadene over hele 20-årsperioden, mens alternativ 3 og 4 er mer reelle da en reinvestering eller riving ikke vil skje før om 10 år. Differansen i KILE-kostnadene med og uten Elverum - Rena er tilnærmet lik null på grunn av omkoblingsmuligheten fra Koppang og andre forsyningsmuligheter. Det samme gjelder for 32