Dynamisk kapasitet i fremtidens kabelnett

Prosjektet "Dynamisk kapasitet i fremtidens kabelnett - DynKap" har utviklet programvare, metoder og kunnskap for å øke utnyttelsen av overføringskapasiteten til kabler i kraftnettet. Prosjektet vil bidra til overgangen til et bærekraftig, klimavennlig samfunn basert på fornybar, elektrisk energi hvor produksjon og forbruk er større og mer dynamisk enn i dagens nett. Norske nettselskaper vil få de verktøyene de trenger for å sikkert og effektivt overføre ren energi, mens innovative teknologipartnere vil kunne tilby digitale, automatiserte løsninger for avanserte kapasitetsberegninger og kabelovervåking på det norske og internasjonale markedet. Metoder for mer effektive beregningsmetoder for komplekse kabelforlegninger har blitt utviklet. Modeller og beregningsstrategi for beregning av dynamisk kapasitet og tredimensjonale geometrier har blitt utviklet og vil bli implementert i det nettbaserte beregningsverktøyet REN grøft. Eksempler på tidsvarierende laster som vil kunne beregnes er fergelading, landstrøm og nødlast. Overføringsevnen til kabler avhenger sterkt av fuktinnholdet i kabelgrøfta. Høy strøm i kabelen vil føre til uttørking av massene nært kabelen, og det er derfor viktig for å bestemme den dynamiske overføringsevnen at vekselvirkningen mellom fuktinnhold i kabelgrøften og høye dynamiske laster modelleres. Egenskaper til masser i kabelforlegninger undersøkes i lab og i felt for å kunne utvikle modeller for frukttransport og uttørking av massene. En forsøksrigg for å undersøke fukttransport i masser er bygget og satt i drift. Varmekilder i senteraksen og langs overflaten emulerer en kabel forlagt i masser. Forsøk viser at kornfordeling, og -form har vesentlig betydning for fukttransport og dermed egnethet til kabelforlegning. Knuste masser tørker ut ved høyere temperatur enn naturlig sand, og prosjektet har funnet kritisk temperatur for uttørking for relevante masser brukt i kabelforlegning. Data og erfaring fra case i prosjektet gir data, erfaring og kunnskap som er viktige for måloppnåelsen i prosjektet. I 2019 ble det installert sensorer for temperatur og fukt i en kabel forlagt i undersjøisk tunnel. Etter en tids drift viser on-line overvåking at høye dynamiske laster tørker ut massene rundt, og at dette vil redusere overføringskapasiteten. Det er også opprettet målinger av kabeltemperatur på en kabel tilknyttet en vindpark i drift, og her viser målinger variasjon i last og hvordan temperaturen langs traseen påvirkes av dette. På SINTEFs forsøksfelt på Tiller har det startet opp fullskala målinger hvor lasten kan varieres med stor fleksibilitet, slik at ulike driftsregimer kan emuleres under kontrollerte betingelser og et kostnadseffektivt on-line overvåkingssystem utvikles her.

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.