Electrical Networks of CorPower Wave Farms : Economic Assessment and Grid Integration Analysis of Voltage

On the path towards the commercialisation of wave energy, there are still certaindevelopmental challenges to be tackled by industry and academia. One of these challengesis the grid integration of wave farms along with the development of the offshore electricalnetworks for the farms. These networks are distinct from those of offshore wind farms oncertain features – connection layouts, electrical interface equipment (subsea connectors),power ratings and cable lengths amongst many others. These differences apart from somechallenges unique to wave farms make the corresponding research attractive.CorPower Ocean AB has been developing a 250 point-absorber type Wave EnergyConverter (WEC) and the thesis investigates the afore-mentioned challenges with a stagewiseanalysis of wave farms comprising the CorPower WECs. Prior research on electricalnetworks for CorPower WECs is limited and in this regard the objective is to gain apreliminary insight into the electrical architecture of a pre-commercial wave farm.Furthermore, the entire study is based at the wave test site of the European Marine EnergyCentre (EMEC).Analysis of network architecture and operational constraints resulted in 4 networkvariants for the farm ratings of 2 and 10 . Three of the variants are applied to a2 farm and are subjected to a varied analysis after which the standout variant is chosenfor subsequent modelling and analysis in the form of a 10 farm. The comparativeanalysis includes an investigation into the capital expenditure (CAPEX), the associatedcost uncertainty, technology readiness level (TRL) of the electrical components andnetwork efficiency.Dynamic modelling and simulation of the networks is then performed on DIgSILENTPowerFactory to provide the network efficiency and voltage quality parameters includingstep voltage change, operational voltage limits and voltage flicker. The voltage quality ofthe modelled networks at the connection point are largely found to be compliant to theUK Distribution Code, applicable at the EMEC site. But, the same could not be said for theresults at some of the internal points of the electrical networks of the wave farms as thevoltage levels at certain terminals were found to be on the higher side.From the results of the thesis, a greater understanding of the compatibility of variants fora 2 farm and 10 farm of 250 point-absorber WECs, has been obtained.Overall, it is believed that the thesis has contributed to the growing reservoir ofinformation on offshore electrical networks of wave farms and the corresponding gridintegration issues.På vägen mot kommersialisering av vågenergi finns det fortfarande vissautvecklingsutmaningar som måste hanteras av industrin och akademin. En av dessautmaningar är grid integrationen av våg farmar tillsammans med utvecklingen av deoffshore elnäten för gårdarna . Dessa nätverk skiljer sig från de vindkraftverk som finns påvissa områden - anslutningslayouter, elektrisk gränssnittsutrustning (subsea-kontakter),effektvärden och kabellängder bland många andra. Dessa skillnader förutom vissautmaningar som är unika för våg farmar gör att motsvarande forskning attraktiv.CorPower Ocean AB har utvecklat en punktabsorberande Wave Energy Converter (WEC)på 250 och avhandlingen studerar på de ovan nämnda utmaningarna med en stegvisanalys av våg anläggningar som omfattar CorPower WEC. Tidigare forskning på elnät förCorPower WEC är begränsad och målet är att få en preliminär inblick i den elektriskaarkitekturen hos en kommande kommersiell våggård. Dessutom är hela studien baseradpå vågtestplatsen för European Marine Energy Center (EMEC).Analys av nätverksarkitektur och operativa begränsningar resulterade i 4nätverksvarianter för gårdarna på 2 MW och 10 . Tre av varianterna appliceras på en2 gård och utsätts för en varierad analys varefter den utmärkbara varianten väljs förefterföljande modellering och analys i form av en 10 gård. Den jämförande analyseninnefattar en undersökning av kapitalkostnaderna (CAPEX), associeradkostnadsosäkerheten, teknologis mognadsgrad (TRL) för de elektriska komponenternaoch nätverkseffektiviteten.Dynamisk modellering och simulering av nätverket utförs sedan på DIgSILENTPowerFactory för att tillhandahålla nätverkseffektivitet och spänningskvalitetsparametrarinklusive stegspänningsbyte, driftsspänningsgränser och spänningsflimmer.Spänningskvaliteten hos nätverket vid anslutningspunkten är i stor utsträckning befunnitatt överensstämma med den brittiska distributionskoden, som är tillämplig på EMECplatsen.Detsamma kunde inte sägas om resultaten på några av de inre punkterna ielnätens våg farmar, eftersom spänningsnivåerna vid vissa terminaler befanns vara på dethögre sidan.Av avhandlingens resultat har en större förståelse erhållit för varianternas kompatibilitetför en 2 gård och 10 gård med 250 punktabsorberande WEC. Generellt ärdet troligt att avhandlingen har bidragit till den växande information om offshore elnät avvåg farmar och motsvarande grid integrationsfrågor