NYE METODER FOR REGULERING AV VANNKRAFTANLEGG - Kan automatisk regulering overta for en lokal spesialist? Jane Solvi, Skagerak Kraft AS Ingvar Andreassen, Skagerak Kraft AS Bernt Lie, Høgskolen i Telemark
Agenda Samarbeid om optimalisering av vannkraftproduksjon - Jane Solvi, Skagerak Kraft AS Eksempel: Flomhåndtering i Kragerøvassdraget - Ingvar Andreassen, Skagerak Kraft AS Eksempel: Styring av flomluker ved bruk av MPC - Bernt Lie, Høgskolen i Telemark 2
3
Modell av kraftsystemet Frekvensregulering i kraftsystemet forenklet skisse av dynamisk system: Kraftsystem Kraftverk med statikk/primærregulering Bridag fra statikk r e Turbin regulator Ledeapparat Turbin Generator Nordiske synkrone kraftsystemet + LFC bidrag Vannvei (energi) Sekundærregulering Frekvens Statnetts LFC Effekt Frekvens- og effektmåling Set-punkt AGC/ Network manager Eventuelt tertiærregulering Produksjonsplan 4
Mål for samarbeidet mellom Skagerak Kraft, Statkraft og Høgskolen i Telemark Få tilgang til Human kapital Utvikle matematiske modeller for kraftverk og vannvei 5
Resultater fra samarbeidet Få tilgang til Human kapital - 100 studenter har gjennomført fag tilpasset Skagerak Kraft/Statkraft - 100 studenter har gjennomført minst en studentoppgave - 2 PhD oppgaver er påbegynt - 15 publikasjoner er utgitt Utvikle matematiske modeller for kraftverk og vannvei - Mer enn halvparten av studentoppgavene har omhandlet modellering og simulering - Eksempel: Sammenligning av PID-regulator med MPC-regulator 6
Flomregulering i Kragerøvassdraget - ett spennende fellesprosjekt 7
Kragerøvassdraget 5 stasjoner, 105 GWh 8
Toke Årstilsig = 7 x magasinvolumet Middelvannføring: 24 m³/s Dimensjonerende flom: 960 m³/s Vannspeil: 30 km² Nedbørsfelt: 1 156 km² Reguleringskrav ved Merkebekk Merkebekk Dalsfos 9
Krav til regulering Reguleringshøyde vinter: 55,75 60,35 moh Minstevannsføring: 4 m³/s Flomdempingsområde i sommerhalvåret Etter flomtopp: vannføring ut > vannføring inn Maks 20 m³/s fra ca 1. april til sommer LRV Vannføring så stabil som mulig 10
Utfordringen er da. Finnes muligheter for: - mer optimal bruk av flomluker? - bedre oversikt over flomstatus? - samtidig som reguleringsregimet blir ivaretatt? Finnes det reguleringsteknikk for slikt?... 11
MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 12
MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 2. Optimalt valg er gjort trekket utføres: 13
MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 2. Optimalt valg er gjort trekket utføres: 3. Vente på mottrekk og deretter returnere til punkt 1: 14
MPC: 1 å tenke N dager framover Modell innstrømning, utstrømning, nivå, lukeåpning 15
MPC: 2 optimal sekvens & 3 måle respons Hva er optimal lukeåpning? Hvorfor måle respons? Optimal sekvens forutsetter: - perfekt modell av Toke - perfekt meteorologi-/hydrologimodell Ulineær Programmering optimal sekvens for flomlukeåpning UREALISTISKE forutsetninger - mål resulterende nivå i Toke - gjenta optimalisering med faste mellomrom (hver time? hver 4 time? etc.) Dette gir feedback/tilbakekopling reduserer feil 16
Lukeåpning [m] Nivå [m] MPC: repetisjon av trinn 1, 2, 3 62 MPC-regulering, Dalsfos-Toke 60 58 56 Nivå, Merkebekk Nivå, Dalsfoss Nivå-settpunkt (Merkebekk) 54 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 dager 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 dager 17
Flomregulering: prosjektorganisering Skagerak Kraft AS Prosjekteier Prosjektledelse Bidra med spesialister: - Hydrologi - Drift - IT Høgskolen i Telemark (HiT) Masterstudie: - Hovedprosjekt H-2013, 6 studenter - Hovedoppgaver V-2014, 2 studenter - Div. kurs: 75 studenter Leveranse 1/4 2014 & 30/6 2014 Ansvarlige: fast ansatte ved HiT - MPC-spesialist - IT-spesialist 18
Oppsummering Erfaringer fra 2009-2014 100 studenter har fått interesse og kunnskap om vannkraft (BSc, MSc) Flere studenter har fått arbeide i vannkraftbransjen Lærere ved HiT har fått kompetanse innen vannkraft To PhD-studier pågår, en rekke publikasjoner Fremtidsønsker Ansatte ved HiT engasjeres i FoUprosjekter, eks: - Skagerak Kraft AS - Statkraft - Etc. Vannkraft tas ytterligere inn i undervisningen - Eksempler i kurs - Prosjektoppgaver 19
TAKK Takk for oppmerksomheten! www.skagerakenergi.no