Hybridparker, framtiden för vindkraftens och elnätets utmaningar

Bakgrund

Vattenkraft har historiskt använts för att upprätthålla Sveriges nät-stabilitet. Vattenkraften står idag för 40 % av elproduktion och 87 % av stödtjänsterna. Motsvarande siffror för vindkraft är 25 % av el-produktionen men endast 3 % av stödtjänsterna. Detta är inte en långsiktigt hållbar situation. Dessutom är vattenkraftens förmåga att reglera nätfrekvensen ganska långsam (i storleksordningen sekunder), eftersom den är beroende av mekaniska system som justerar flödet in i turbinerna.

Som en följd av mer förnybar elproduktion förväntas andelen synkront kopplad rotationsenergin i systemet minska. För att säkerställa ett robust och resilient elsystem med ökande andel förnybar elproduktion behöver nätfrekvensen regleras snabbare. Därför behövs en ny tjänst, Dynamisk FFR. Där kan vindkraft och batterier bidra tack vare deras kraftelektronik.

RISE har i flera tidigare projekt analyserat vindkraftens tekniska och ekonomiska förmåga att bidra med stödtjänster, det senaste är www.ri.se/sv/energi-och-elektrifiering/elproduktion/vindkraft/projekt/vindkraftens-formaga-att-leverera. Hittills har testerna genomförts på en 30 kW forskningsturbin som Chalmers äger.

Kort om WISP-projektet och dess målsättning

Projektet kommer att skapa en hybridpark i kommersiell skala utifrån befintliga vindkraftverk (5 st Enercon E82 x 2 MW) som kompletteras med ett batterisystem (ca 11 MWh och 4 MW) samt solceller.

Ett mål är att utveckla och demonstrera en lösning för hur vindkraft, i en hybridpark, kan styra och balansera nätfrekvensen genom att tillhandahålla snabba stödtjänster (DFFR och POD). Med kraftelektronik och nya styr-interface kommer projektet att visa hur nätfrekvensen kan regleras och balanseras betydligt snabbare än vad vattenkraften är kapabel till.

Ett annat mål är att analysera tekniska och ekonomiska konsekvenser för vindkraftparker, batterier och kraftelektronik som tillhandahåller frekvensstöd, utifrån både resursägarens och system-ansvarigas perspektiv. En viktig aspekt är hur vindkraftverkens laster och livslängd påverkas av att bidra med stödtjänster.

Det övergripande syftet är att anpassa alla vindturbiners och energi-parkers driftsätt så att de producerar de produktionsbud som på förhand är satta (varken mer eller mindre) samtidigt som de har extra förmåga att bidra med både kort- och långsiktiga stödtjänster. Det skapar möjligheter för vindkraftsägare att anpassa körsätt som maximerar deras intäkter, som då genereras genom en kombination av elproduktion och den stödtjänst som i var drifts-kvart ger bäst avkastning och/eller systemstöd.

Projektets organisation

RISE är projektkoordinator och leder hela projektet. Övriga akademiska partners är Chalmers och Karlstads Universitet. Den befintliga vindparken ägs av Westlife AB, som investerar i det kompletterande batterisystemet. Därtill medverkar ytterligare 15 partners som bidrar med eget arbete i projektet inklusive Svenska Kraftnät och Borgholms kommun. 

Arbetet kommer att utföras i nära samarbete med projektets partners, som ger input och vägledning utifrån deras respektive perspektiv. Projektledningen har också etablerade och pågående kontakter med den lokala nätägaren E.ON för att säkerställa en smidig och bra tillståndsprocess. Ambitionen är att hybridparken också bidrar positivt till det lokala nätets stabilitet.

Månadsvisa projektmöten och workshops kommer att genomföras med alla projektpartners och andra intressenter för att förbättra den övergripande förståelsen för hur vindkraft, batterier, solkraft och kraftelektronik kan stödja elnätet, öka intäkterna från stödtjänster och minska riskerna relaterade till vindprognosfel utan att aggregatens livslängd minskar.

Konsortiets partners är:

1. RISE, Research Institutes of Sweden
2. Chalmers tekniska högskola
3. Karlstads Universitet
4. Westlife
5. Svenska Kraftnät
6. Borgholms kommun
7. OX2
8. Rabbalshede Kraft
9. Eolus vind
10. Fu-Gen
11. Modity Energy Tradig
12. e-Nordic
13. Tekniska verken i Linköping
14. RES Renewable Norden
15. SR Energy
16. Svensk Vindkraftförening
17. Sveriges Vindkraftkooperativ
18. Dragaliden Vind
19. P. Olofsson Energi

Tack alla för ert intresse!

Projektets budget 

RISE har skickat in en ansökan till Energimyndighetens utlysning ”Framtidens fossilfria elproduktion för en resilient och robust elförsörjning” för att få täckning för 60 % av projektets kostnader. Övriga partners står för 40 % av kostnaderna.

Projektets budget ligger på drygt 55 MSEK enligt följande:

Projektets genomförande 

Projektet kommer att utveckla, testa och tillhandahålla programvara för vindkraftverk och energiparker i en öppen källkodsmiljö, programvara som effekt-begränsar på lämpligt sätt och bidrar till förmåga för olika stödtjänster, med särskild fokus på DFFR och POD.

Genom att addera solceller på batteriets tak kommer projektet att simulera en digital tvilling av en fullstor solpark på platsen för att analysera hur batteriet, i kombination med vindparken, skulle utnyttjats optimalt i det fallet.

Projektet kommer också att analysera och förbereda för att i ett fortsättningsprojekt, WISP 2, frikoppla hybridparken från elnätet för att visa hur parken kan starta i ö-drift och hålla nätfrekvensensen när olika störningar introduceras. Det öppnar upp för ett resiliens-perspektiv och ökad beredskapsförmåga på Öland.

Sammanfattningsvis, projektet WISP behöver genomföras för att:

1. Möta statsmakternas krav på att vind-och solkraftens andel av stödtjänster till elnätet ökar.
2. Säkerställa frekvensstabilitet, med mindre andel synkront kopplad rotationströghet, genom introduktion av en ny snabb avhjälpande åtgärd, DFFR samt utveckling av tekniker för POD.
3. Adressera branschens dilemma hur en hybridpark kan och bör styras på ett optimalt sätt för att maximera intäkter och livslängd på anläggningen och dessutom undvika eller minimera obalanskostnader.
4. Säkerställa att ”Available power” beräknas på ett korrekt sätt vilket kopplar till den ersättning som SVK betalar.

För mer information, kontakta: