Back to search

ENERGIX-Stort program energi

Dynamisk kapasitet i fremtidens kabelnett

Alternative title: Dynamic capacity in the future cable grid

Awarded: NOK 8.0 mill.

Project Number:

296215

Project Period:

2019 - 2022

Funding received from:

Organisation:

Subject Fields:

The project "Dynamic Capacity in the Future Cable Grid" has developed software, methods and knowledge for increasing the utilization of available transmission capacity in power cables. This will facilitate the transition to a sustainable, eco-friendly society based on renewable energy, where generation and use of electric energy will be more intermittent than today. Norwegian grid companies will obtain tools they need to transmit clean electric power safely and securely, while innovative technology partners will be able to offer digital, automatized solutions for advanced capacity calculations and cable monitoring. Methods for more efficient capacity calculations for complex cable installations are being developed. Models and strategies for calculation og dynamic ampacity and three dimensional geometries have been developed and will be implemented in the web-based ampacity calculation tool REN Grøft. Examples of dynamic loads that can be calculated are charging profile, onshore power and emergency loads. The ampacity of cable circuits is strongly correlated with the moisture content of the soil. High loads lead to drying of the soil, hence the interaction between moisture migration and high, dynamic loads will be investigated. Properties of backfills in cable circuits will be investigated in the lab and in the field to develop models for moisture transport in the soil. An experimental test rig for the investigation of moisture transport in soil has been built and experiments with common backfill materials with controlled amount of moisture have been conducted. The rig has a cylindrical geometry with controlled boundary conditions for temperature and moisture. A central heating element and cooling pipes around the surface allow for a temperature-controlled simulation of a buried cable. Measurements show that grain size and -shape distribution impact the transport of moisture in soils. Crushed rock soils have a higher critical temperature for drying than natural soils, and the project have provided these temperatures in commonly used cable backfill materials as function of moisture level to the project partners and the community for use in ampacity calculations. Use cases, including both existing and new cable circuits, will play an important role to achieve the goals of the project. All cases have been chosen to verify developed models and demonstrate the use of the REN Grøft calculation tool. In 2019, temperature and moisture sensors were installed in a subsea tunnel. On-line measurements show that high intermittent loads dry out the soil and reduced ampacity. Measurements at a wind farm in operation is currently running, to gather load and temperature data using a DTS. At SINTEF's experimental test field at Tiller, full-scale measurements of cyclic loads, emergency loads and intermittent loads have been started, and Tiller is used as test case for developing cost-efficient cable monitoring systems.

Økt overføringskapasitet og forsyningssikkerhet for dynamiske laster vil bidra til økt elektrifisering i flere sektorer, og øke penetrasjonen av fornybar energi. Dette er i samsvar med ambisjoner om globale reduksjoner i klimagassutslipp gjennom Parisavtalen og FNs bærekraftmål. Dette prosjektet vil bidra til økt elektrifisering av både landbasert og maritim transport, som i tillegg til mindre klimagassutslipp også bidrar til mindre lokal luftforurensning – og er positivt i et folkehelseperspektiv. Bedre utnyttelse av eksisterende kabelanlegg gir mindre behov for planlagt og uplanlagt graving. Dette har spesielt en positiv samfunnsøkonomisk effekt i byer og hvor det er mye annen infrastruktur. Gjennom prosjektet har deltakerne fått tilgjengeliggjort ny kunnskap og verktøy for å utnytte overføringskapasiteten i eksisterende og nye forlegninger. Dette har i konkrete tilfeller gjort det mulig å utnytte overføringskapasiteten for eksportkabler fra vindpark optimalt, og sørget for at forsyningssikkerheten blir ivaretatt i regionalnett som følge av eldre, unøyaktige beregninger.

Kraftnettet er inne i et markant skifte og har en nøkkelrolle i overgangen til et bærekraftig klimavennlig samfunn basert på fornybar, elektrisk energi - hvor produksjon og forbruk er større og mer dynamisk enn i dagens nett. Eksempler på dette er innfasing av ny vindkraft og elektrifisering av ferger. Dagens foreldede metoder for beregning av overføringskapasiteten i kabelnettet hindrer denne utviklingen og medfører unødige begrensninger for å øke dynamikken i produksjon og forbruk, hindrer effektiv utnyttelse av eksisterende anleggsmasse og reduserer forsyningssikkerheten Dette prosjektet skal utvikle nye beregningsverktøy, overvåkingsutstyr og metoder for overføringskapasitet i fremtidens kabelnett. Det skal utvikles en applikasjon for beregning av overføringskapasitet for tidsvarierende laster som tar hensyn til den kompleks geometri i kabelforlegninger, samt vær, topologi og geologi som også påvirker overføringskapasiteten i stor grad. Det skal også utvikles et enkelt, robust og kostnadseffektivt kabelovervåkingssystem, som kan implementeres både i nye og eksisterende forlegninger. For å oppnå dette skal det et utvikles forenklede modeller for tidsvarierende last og komplekse kabelforlegninger, som verifiseres gjennom fullskala forsøk på kabler i drift. Modeller og kunnskap om fuktvandring og uttørking av masser må utvikles og verifiseres gjennom laboratorie- og fullskalaforsøk. På grunn av kompleksiteten og omfanget av data, vil datadrevne modeller basert på maskinlæring også benyttes for beregning og prediksjon av overføringskapasitet. Med aktiv deltakelse fra nettselskapene i prosjektet vil prosjektresultatene svare på utfordringer og krav som bransjen har, og potensialet for anvendelse blir høyt. God spredning og tilgjengelighet av resultatene vil være mulig med REN som prosjekteier. Ved god utnyttelse av prosjektresultatene representerer disse en potensiell kapasitetsøkning på 10% i kabelnettet, tilsvarende en økonomisk verdi på inntil 1 milliard kr.

Publications from Cristin

No publications found

No publications found

Funding scheme:

ENERGIX-Stort program energi