Smarte løsninger i distribusjonsnett med høy grad av distribuert produksjon

Denne masteroppgaven er en studie av hvorvidt lagring av elektrisk energi kan avhjelpe nettproblemer som oppstår i distribusjonsnett med høy grad av distribuert produksjon. Oppgaven er gitt av NTE Nett AS og er delt inn i en teoretisk del og en praktisk del.I den teoretiske delen er det blitt undersøkt hvilken påvirkning distribuert produksjon har på distribusjonsnettet, hvilke nettproblemer som normalt forekommer, og hvordan nettproblemene tradisjonelt har blitt løst. Tradisjonelle løsninger har enten lav nytteverdi eller høy kostnad, og det er derfor studert hvordan lagring av elektrisk energi kan avhjelpe nettproblemene som oppstår i distribusjonsnett med høy grad av distribuert produksjon. Batterier er svært fleksible og er per dags dato den mest aktuelle energilagringsteknologien for distribusjonsnett. Batterier i distribusjonsnett er et hett tema rundt om i verden, men er ennå lite utprøvd i Norge. Det ble konkludert med at batterier som tilknyttes distribusjonsnett med mye fornybar produksjon bør ha en lav SOC på rundt 20 %. Slike batterier blir kalt deep-cycle-batterier. Batteriets egenskaper er blitt grundig studert i teoridelen og batterikarakteristikken er avhengig av SOC, opp- og utladingshastighet, temperatur, og batteriets effekt og lagringskapasitet. I den praktiske delen ble det studert om batterier kan redusere effekttopper og jevne ut effektflyten fra regionalnettet, samt redusere spenningssprang i en distribusjonsradial. Den praktiske delen ble gjennomført ved å benytte en reell radial med to elvekraftverk fra Snåsa i Nord-Trøndelag. De to uregulerbare elvekraftverkene, Bruavollelva og Gravbrøtfoss, hadde en installert effekt på henholdsvis 3,9 MW og 2,1 MW. Radialen ble modellert i det dynamiske analyseverktøyet DigSilent PowerFactory, på bakgrunn av komponentdata fra NetBas og «Planleggingsboka for kraftnett».Det har blitt gjennomført dynamiske analyser for tre scenarioer. I scenario 1 ble et 3 MVA batteri plassert ved Bruavollelva og benyttet til langtidslagring. I scenario 2 ble et 2 MVA batteri plassert ved Bruavollelva og benyttet for korttidslagring. I scenario 3 ble det samme batteriet som i scenario 2 plassert ved Gravbrøtfoss og benyttet for å redusere spenningssprang. For alle tre scenarioene ble batteriets SOC, størrelse og plassering undersøkt samt hvordan batteriet ville påvirke spenningsprofilen og linjetapene i radialen.Plasseringen av batteriene i scenario 1 og 2 ble valgt på bakgrunn av hvor på radialen batteriet oppnådde størst nytteevne. Resultater fra simuleringene i DigSilent PowerFactory viste at batteriet i scenario 1 og 2 reduserte effekttoppene og jevnet ut effektflyten fra regionalnettet. I scenario 1 ble den maksimale effektleveransen fra regionalnettet redusert med 1,5 MW. Det maksimale effektuttaket fra radialen ble reduseret med 1 MW. I scenario 2 ble både effektleveransen og effektuttaket fra regionalnettet redusert med 1 MW. De totale linjetapene økte med henholdsvis 0,01 MW og 0,02 MVAr når batteriet ble tilkoblet radialen for både scenario 1 og 2. Årsaken til at tapene økte er at batteriet i DigSilent PowerFactory forbruker reaktiv effekt når batteriet lades ut, og produserer reaktiv effekt når batteriet lades opp. Den reaktive effektflyten i batteriet overgår dermed den eventuelle tapsreduksjonen i linjene slik at virkningsfordelen med tanke på linjetap blir lavere med batteri. Spenningsprofilen i radialen reduseres når batteriet lades opp og lades ut i begge scenarioene. Også her er det den reaktive effektflyten i batteriet som er årsaken. I scenario 1 ble ikke minimumsgrensen for SOC overholdt, siden den tilsynelatende effekten for batteriet var for lav i forhold til batteriets lagringskapasitet. I scenario 2 ble minimumsgrensen for SOC overholdt. I scenario 3 ble batteriet for å redusere spenningssprang plassert ved Gravbrøtfoss. Denne plasseringen ga størst nytteverdi. Det største spenningsspranget i radialen ble beregnet til 3,38 % ved Gravbrøtfoss. Når batteriet ble tilkoblet ble spenningsspranget redusert til 2,68 %. Ut fra SOC-verdiene kom det tydelig frem at batteriet for å redusere spenningssprang var overdimensjonert. Det ble også funnet ut at ved å øke batteriets tilsynelatende effekt var det mulig å redusere spenningsspranget ytterligere