Mötesplatsen för dig inom energibranschen, feb, 19 2017
Senaste Nytt

Framtidens el – smart och miljövänlig

Publicerad av
Tommy Ekholm - 10 mar 2016

Elbehovet ökar och antalet elproducenter mångfaldigas med små privata aktörer. Det ställer större krav på att säkerställa balans och god kvalitet i elnäten. Lars Lindblom, projektledare för Smart Grid och vd för Samarkand2015, är övertygad om att smarta elnät är en viktig del av lösningen för framtidens energiproduktion.

I sex år har projektet Smart Grid drivits av Samarkand2015 inom ramen för High Voltage Valley. Målet har varit att utveckla ny kunskap och teknik för att lösa de problem som lagring och distribuering av alternativa energikällor innebär.

Den 7 december 2015 hölls ett slutseminarium för Smart Grid-projektet, där deltagarna kunde ta del av vad forskarna i de olika delprojekten arbetat med och vilka resultat de kommit fram till.

– Betydelsen av smarta elnät kommer att öka, det är jag övertygad om, säger Lars Lindblom. Vi behöver andra lösningar om vi får många tusen producenter av elström, det ställer helt andra krav på systemet och kanske måste vi producera den smartare och på ett mer miljövänligt sätt.

Smart Grid-laboratoriet 

För att kunna integrera förnyelsebar energi i befintliga elnät krävs lagring, kommunikation och styrning i realtid. I ett delprojekt har man därför tagit fram Smart Grid-laboratoriet, en skalbar energicontainer, där man kan demonstrera hur vindkraft och solenergi kan integreras i befintliga elnät och även se exakt vad som produceras i befintliga nät.

– Laboratoriet säkerställer att tillgången på el är jämn och för att minska miljöpåverkan är vind och sol väldigt viktigt, säger Lars Lindblom.

Rent konkret har arbetet enligt Math Bollen från STRI, som varit projektansvarig för delprojektet, först och främst resulterat i själva demonstrationsanläggningen, som gör det möjligt att testa produkter, algoritmer och idéer för smarta elnät på ett flexibelt sätt, men under verklighetsnära förhållanden.

– Här kombineras flexibiliteten man har vid simuleringar och labbexperiment med det verklighetsnära från stora och kostsamma demonstrationsprojekt, förklarar Math Bollen.

Math Bollen berättar emellertid också att projektet givit dem en hel del ny kunskap. Bland annat studerades och jämfördes tre olika metoder för att kunna ansluta mer förnybar elproduktion till elnätet utan att behöva bygga nya ledningar, kablar och transformatorer. De metoder som studerades var batterilagring, nedstyrning av produktion och dynamisk belastningsförmåga och det kunde konstateras att alla tre metoder har sina mögligheter och sina begränsningar. De kom även fram till att möjligheterna med både batterilagring och dynamisk belastningsförmåga blir mycket större i kombination med nedstyrning av produktion.

Math Bollen talar också om att de gjort en kartläggning av informationsbehovet vid praktisk tillämpning av de tre metoderna och att informationsbehovet översatts till standarden IEC 61850, som de till viss del redan lyckats implementera i anläggningen.

– Vi har dessutom lärt oss att det kan uppstå instabilitet när flera omriktare med aktiv styrning är anslutna till samma mikrogrid under ö-drift. Det har funnits teoretiska beskrivningar av detta, men det har inte visats i verkligheten, tillägger Math Bollen.

Nya battericeller

Den andra delen av projektet har varit inriktad på att förbättra energilagringseffektivitet. De har försökt hitta andra och bättre anod- och katod-material för att göra mer effektiva batterier.

– Olika material har prövats med lovande resultat, säger Lars Lindblom. Batterier testas i cykler genom upp- och urladdning, man mäter om det tappar mycket i effekt och hur snabbt det åldras.

Fredrik Björefors vid Uppsala Universitet, som varit en av de projektansvariga för delprojektet, berättar att egenskaperna hos materialen i ett batteris plus- och minuspol är av mycket stor vikt för batteriets prestanda. Eftersom fokus har legat på material som lämpar sig för storskalig energilagring, för till exempel vindkraft- eller solkraftparker, påpekar han emellertid att faktorer som pris, livslängd, tillgänglighet och miljövänlighet också spelar in.

– Vi måste helt enkelt använda material som det finns riklig tillgång till på planeten. För batteriets pluspol arbetar vi därför med järnbaserade material. Järn finns det gott om på jorden och det har visat sig att järn i kombination med ett antal andra grundämnen kan ge upphov till batterier med hög prestanda och lång livslängd, säger Fredrik Björefors. I dagens litiumjonbatterier används grafit till minuspolen. Grafiten har en begränsad kapacitet men ett lovande alternativ är att istället använda kisel till energilagringen. Kisel finns det också gott om och det är också billigt och miljövänligt. I bästa fall kan det även erbjuda en cirka tio gånger högre kapacitet jämfört med grafit.

När de började närma sig slutet av projektet kombinerades dessa bägge material enligt Fredrik Björefors till ett komplett prototypbatteri, men han inflikar att det fortfarande finns mycket arbete kvar att göra innan det blir en kommersiell produkt.

Styrning av elnäten

Det tredje delprojektet har undersökt hur en säker styrning av elnät kan garanteras och hur man på ett effektivt sätt kan lokalisera eventuella fel som uppstår.

– En ytterligare utmaning är att när du och jag ska producera egen solenergi eller vindkraft och vill sälja in överskottet till nätet, säger Lars Lindblom. Då kommer det att ställas ännu större krav på kommunikationsmöjligheterna i elnätet för att det ska bli jämn och bra kvalitet på elströmmen.

Under delprojektets gång har Lars Nordström vid KTH, som varit projektansvarig, tillsammans med en doktorand från KTH fokuserat på att ta fram en modell för styrning och övervakning av energilagring och laster i kraftsystem som optimerar tillgängligheten för alla parter i ett avreglerat kraftsystem. De har även arbetat med att implementera modellen i ett så kallat SCADA-system för styrning och övervakning av processer, som kopplats i realtid till Smart Grid-laboratoriet.

Framtidens gruvindustri

Ett annat projekt för Samarkand2015 och HVV är Testbädd Energiförsörjning gruvor.

– Det handlar egentligen om att göra gruvorna så energieffektiva som möjligt i och med att gruvindustrin är väldigt energikrävande, säger Lars Lindblom. Att få gruvornas interna processer att bli så energieffektiva som möjligt och titta på hur man kan försörja gruvorna med förhoppningsvis en ökad andel förnyelsebar energi – där kommer Smart Grid-laboratoriet att användas för att se hur man kan utnyttja det befintliga elnätet i stället för att bygga nya högspänningsledningar – för att minimera investeringsbehov och minska miljöbelastningen.

Annons