– Vågkraftsystem ska fungera i en mycket krävande havsmiljö. De måste klara de svåraste stormarna och samtidigt vara tillförlitliga under lång tids normal drift, säger Pär Johannesson, senior forskare på RISE inom mekanisk tillförlitlighet, utmattning och lastanalys, samt är en av forskarna i INFINITY.

Hur länge komponenterna håller är inte bara en teknisk fråga. Underhåll och service är en stor del av kostnaden för vågkraft, inte minst eftersom systemen ska fungera till havs. INFINITY har därför ett tydligt fokus på både tillförlitlighet och underhåll. Projektet ska utveckla metoder som kan förlänga serviceintervallen, öka tillgängligheten och minska kostnaderna för drift och underhåll. Projektet arbetar samtidigt med cirkulär design och hur komponenternas livslängd kan förlängas.

För RISE är arbetet också en del av ett bredare forskningsområde. Livslängdsanalys, utmattning och statistiska metoder används för att bedöma tillförlitligheten hos kritiska komponenter inom exempelvis förnybar energi, fordon och andra industriella tillämpningar.

– Målet är att kunna väga samman prestanda, livslängd och tillförlitlighet redan när ett system utvecklas. Ju bättre vi förstår hur komponenterna belastas och åldras, desto bättre möjligheter har vi att dimensionera rätt från början och undvika onödiga kostnader längre fram, säger Pär Johannesson.

Belastningen förändras hela tiden

Till skillnad från många andra tekniska system arbetar ett vågkraftsystem under förhållanden som hela tiden varierar. I hårt väder kan komponenterna utsättas för extrema laster. Under normal drift handlar det i stället om återkommande och varierande belastningar som över tid kan påverka komponenternas livslängd.

En viktig del av RISE arbete är därför att förstå hur belastningen byggs upp över tid och vad den innebär för kritiska delar av systemet. I en rapport från INFINITY studeras kulskruvarna i InfinityWEC kraftupptagningssystem, den vågkraftteknik som utvecklas av projektpartnern Ocean Harvesting Technologies. Kulskruvarna bidrar till att omvandla vågornas rörelse till elektricitet och utsätts för varierande belastningar när systemet är i drift.

RISE har tillsammans med Ocean Harvesting Technologies utvecklat en modell som beskriver hur belastningen påverkar komponenterna över tid. Modellen bygger på etablerade ISO-standarder och har anpassats till förhållandena i INFINITY. Genom information om bland annat kraft och rörelse går det att analysera hur komponenterna påverkas under drift.

– Utmaningen är att fånga de mekanismer som faktiskt påverkar livslängden, utan att göra modellen så komplicerad att den blir svår att använda i praktiken. Det är den balansen vi behöver hitta, säger Pär Johannesson.

Från modell till smartare styrning

Livslängdsanalysen ska inte bara ge kunskap om hur länge en komponent kan förväntas hålla. Nästa steg är att använda kunskapen när tekniken testas och vidareutvecklas. I INFINITY ska modeller och teknik verifieras i kontrollerade testmiljöer. Projektet arbetar också med övervakning av komponenternas tillstånd och prediktivt underhåll, där information från systemet kan användas för att planera insatser innan problem uppstår.

På längre sikt kan informationen också påverka hur vågkraftsystemet styrs. Om en komponent utsätts för särskilt hög belastning kan styrningen exempelvis anpassas för att minska slitaget utan att tappa energiproduktionen ur sikte.

– Om vi kan följa hur komponenterna påverkas under drift får vi också bättre möjligheter att fatta beslut om hur systemet ska köras och när underhåll behövs. Då kan vi börja väga energiproduktion mot belastning och livslängd på ett mer medvetet sätt, säger Pär Johannesson.

Det svenska elnätet står inför två stora utmaningar. Den ena är en ständigt ökande efterfrågan från en industri och transportsektor som ställer om. Den andra, kanske ännu mer akuta, utmaningen är störningar från extremväder, cyberangrepp och geopolitisk instabilitet. När elnätet både ska växla upp i leveranskapacitet och bli mer motståndskraftigt kan ödrift fylla en viktig funktion.  

– I händelse av kris eller krig kommer förmodligen vårt elnät att påverkas. Om elnätet släcks ner helt och hållet kommer inte alla att kunna få hjälp direkt, utan då måste man ha lösningar för att starta upp utvalda, samhällsviktiga funktioner, säger Sara Skärhem, senior projektledare med fokus på totalförsvar på RISE. 

Så funkar ödrift 

Ödrift innebär att en byggnad eller ett elsystem kan fungera självständigt, frånkopplat det vanliga elnätet. En ö utgörs av någon form av energiproduktion (till exempel vattenkraft, solceller eller vindkraft) och energilagring (i form av batterier, vätgas eller värmelager). Hjärnan är ett styrsystem som i händelse av elnätsstörningar kan koppla bort ön från elnätet och starta upp ödriften.   

– Med tanke på den utveckling som vi ser inom energiområdet och vilka energislag som kommer att finnas tillgängliga, är det troligt att framtidens energiöar kommer att bli komplexa, resonerar Jenny Holgersson, senior projektledare och forskare inom stadens energiomställning på RISE, och fortsätter:   

– Det finns fördelar med att ha flera olika energiproduktionsenheter och att de stöttar upp varandra i systemet. Sedan blir energiöar, precis som samhället i stort, mer uppkopplade. Det är en aspekt som blir viktig att undersöka framåt, för att undvika situationer där ödriften slås ut redan innan den aktiveras. 

RISE studerar cybersäkerheten hos energiö i Ludvika 

Krafttanken i centrala Ludvika är ett konkret exempel på ödrift. Här finns en transformatorlåda stor som en container, utrustad med ett energilager, en växelriktare, transformator och ett styrsystem. Energilagret består av ett batteri som laddas med fossilfri energi från sol, vind och vatten. Om elnätet i Ludvika slås ut ska Krafttanken förse kommunens särskilt viktiga funktioner med el.  

– När vi kom i kontakt med Ludvika var det i syfte att studera energilagrets säkerhetsaspekter, och specifikt cybersäkerheten. Vi har bland annat gått ner på komponentnivå och tittat på utrustning, men förstås också på systemnivå för att se hur dessa kan hanteras, säger Sara Skärhem och fortsätter: 

– Vi har valt att studera Krafttanken eftersom det är ett avgränsat och moget case, men det vi lär oss om säkerhetsriskerna och potentiella antagonister kan appliceras på hela energisystemet. 

Ödrift som del av totalförsvaret 

Även Grums kommun har förberett för ödrift, med ett stort batterilager som i dagsläget används kommersiellt på balansmarknaden för elnätet (batterierna lagrar energi när produktionen är hög och priset lågt, och levererar energi när förbrukningen och priset är högt). Tanken är att batterilagret ska förse kommunala trygghetspunkter, såsom skolor, förskolor eller idrottshallar, med ström om elnätet slås ut. Vid trygghetspunkterna ska människor kunna värma sig, få information och möjlighet att laga mat. Detta syfte har även Krafttanken i Ludvika.   

RISE har tillsammans med Grums kommun undersökt hur deras batterilager kan förberedas för ödrift. I projektet har även möjligheten att koppla in förnybara energikällor utforskats.   

Att nyttja befintliga batterilager till ödrift, som Grums kommun planerar att göra, går i linje med Sveriges återuppbyggnad av totalförsvaret och EU:s krav på resiliens i energisystemet. Förutom att ödrift kan hålla i gång sjukhus och andra kritiska samhällsfunktioner vid kris eller krig, kan anslutna trygghetspunkter fungera som strategiska noder för informationsdelning.  

– Vi har ett kraftigt försämrat säkerhetspolitiskt läge, och det finns en hotbild mot våra kraftnät. För att kunna försörja en lokal organisation med el och förnödenheter behöver man energi i olika former. Då är det en fördel att kunna köra ödrift på energiförsörjningen, konstaterar Jenny Holgersson.  

Beredskaps- och totalförsvarsaspekter i energisystemet 

– Det finns mycket kompetens inom energisystem på RISE, och det blir mer och mer naturligt att vi för in beredskaps- och totalförsvarsaspekter i arbetet tillsammans med energisektorn. Sektorn behöver fortsätta bygga sin beredskap, höja kunskapsnivån hos alla inblandade genom att öva på olika krisscenarion och samverka med både offentliga och privata aktörer. RISE står redo att sjösätta fler ödriftsprojekt och bygga vidare på erfarenheterna från Ludvika och Grums, säger Sara Skärhem.