Secure Micro-Grid Architecture for Resilient Power Networks

Pålitelig tilgang til energi i kombinasjon med få økonomiske midler en stor utfordring i utviklingsland. Dette gjelder spesielt i landlige områder hvor det finnes mange som ikke er tilknyttet det nasjonale strømnettet. Det finnes også dem som er berørt av frakopling på grunn av strømdelingstiltak og de som har dårlig kvalitet på strømmen. Det finnes i dag tiltak som bruk av diesel og bensin aggregat som er en naturlig respons på dårlig strømtilgang. Disse er derimot dyre å anskaffe seg og ikke spesielt miljøvennlige. Tilsvarende energiproduksjonsenheter er typisk anskaffet per husstand. Dette medfører at det totale strømforbruket for et område ikke blir effektiv styrt. I noen husholdninger brukes fortsatt også parafinlamper eller kull til belysning og varmebehov, som også medfører helseproblemer i disse regionene. Spesielt i Sør-Afrika, sør for Sahara, er samfunnene spesielt avhengig av 3G/4G nettverk som kommunikasjonsnettverk. Samfunnskritiske tjenester som bank og forretninger bruker dette nettverket. Dette krever pålitelig tilgang til strøm for både basestasjoner og forretningsområder, men også for å støtte opp under privatforbrukerenes etterspørsel for strøm til smarttelefoner og andre enheter. I løpet av de siste årene har det vært en sterk vekst i fornybar energi som solenergi og vind, men de nødvendige investeringene kan være for høye for mange husholdninger. Det er kommet enkelte innovative og miljøvennlige modeller som leiekjøp av solcellepaneler igjennom lokale selskaper f.eks. M-Kopa i Kenya, men de løser fortsatt ikke problemene rundt felles strømstyring og har begrenset med energilagringskapasitet. Dette prosjektet har identifisert nyskapende løsninger for deling av energiressurser mellom husholdninger i form av et desentralisert mikronett, som i tillegg også har tilgang til det nasjonale strømnettet. Prosjektet har utviklet en referanse modell, algoritmer og markedsmekanismer for energiproduksjonsressurser og energibelastningskapasitet Strømdeling kan bare gjennomføres dersom strømforbruket er både rettferdig og nøyaktig målt, uten muligheter for manipulasjon av strømmålingssystemene. Prosjektet har derfor identifisert mekanismer for å sammenstille rapportert og faktisk strømforbruk for å håndtere upålitelige strømavlesninger. Basert på modeller av ordinært strømforbruk, er det mulig å planlegge hvordan strøm kan deles for å minimere kostnadene av overflødige aggregater. Den løser også hvordan en kan håndtere fornybare energikilder med svingende strømkapasitet, som f.eks. solpaneler. Prosjektet har hatt en målsetning om å sette et enkelt minstekrav til dataprosesseringsressurser og en effektiv nøkkelhåndtering for sikker kommunikasjon, samtidig som at det ikke skal gå på bekostning av personvernet rundt strømavlesning og overvåkning. Dette vil være med på å styrke tilliten blant sluttbrukerne til systemet og senke investeringskostnadene til selve teknologien. Likevel er juksing ved strømavlesning og strømmåling en bekymring. Derfor er siste del av prosjektet drevet mot rapportering av uønskede hendelser, rapportering av ulovligheter og metoder for å gjøre dataanalyser for dette. Prosjektet har hatt et effektivt forskningssamarbeid mellom studenter og ansatte. Dette gjelder både samarbeid rundt forskningartiklene og gruppemøtene mellom NTNU og UCT. På det nåværende tidspunkt har dette resultert i en Ph.D.-godkjent dissertering og to avventende disserteringer. 15 konferanseartikler er blitt akseptert eller publisert. Seks bokkapitler har også blitt publisert i en bok som er editert av Medforsker (Co-PI). En ytterlige artikkel er for tiden under utarbeidelse til en journal.

Despite advances in electrification, rural communities are not yet connected to national power grids whilst the cost of connection of more remote locations is problematic. Moreover, constraints on generator capacity will often result in disadvantaged and rural communities to be the first to suffer from load-shedding, denying reliable access to electricity, while the same communities also have to rely on costly and inconvenient pre-paid electricity meters. This is further compounded by pervasive power thef t resulting in up to 40% of electricity being unpaid, further burdening the grid and increasing prices. We aim to enable the inexpensive and efficient formation and operation of so-called micro-grids, primarily based on renewable energy and thereby mitig ating the use of fossil fuels for lighting and thermal needs whilst providing immediate health and quality of life benefits to disadvantaged communities. By sharing generator and storage capacity across small communities, micro-grids can provide more re liable and effective power to communities and integration with national grids. The project seeks to develop mechanisms for monitoring and controlling access to power using inexpensive sensors and interfaces accessible to individuals with limited IT skill s, allowing detection of power theft and lowering costs supported also by user studies and algorithmic development. Further work will study power network monitoring, demand shaping and scheduling to deal with the characteristics of renewable energy resour ces that are generally not load-following. Relying on low-cost devices and opportunistic mesh network technology, the project seeks to minimise overall cost, focusing on innovative algorithmic developments. Postgraduate researchers from disadvantaged com munities will participate in exchanges, permitting capacity-building, qualifications, and the creation of research networks and regular exchanges, workshops, and interactions with Norwegian and Euro researchers.