Vindkraften har en god förmåga och kapacitet att bidra till sekundsnabb frekvensreglering av elnätsystemet. Del 1 av projektet fokuserade på att utreda vindkraftens möjliga och kostnadseffektiva bidrag till systemtjänsten Fast Frequency Reserve (FFR). Den innebär att upprätthålla en effektreserv att snabbt stötta upp nätet med, om frekvensen sjunker under en viss nivå (cirka 49,7 Hz).

Genom att öka varvtalet, för vindar under märkvind, skapas ett tillskott av rotationsenergi som mycket snabbt kan omvandlas till extra effekt (FFR) ut på nätet, om frekvensen av någon orsak skulle sjunka snabbt. Med en samordnad och aktiv reglering av vindkraftverken är det teoretiskt möjligt att klara det värsta möjliga felfallet (en FFR-kapacitet på 280 MW) med enbart vindkraft. Kostnaden i förlorad energiproduktion skulle då uppgå till cirka en procent (1 %), som en följd av drift vid ett högre varvtal än optimalt vid låga vindar.

Denna del 2 av projektet, som Energimyndigheten finansierat, fördjupar studien och fokuserar på de ekonomiska konsekvenserna. Ett produktionsbortfall kostar olika mycket beroende på när bortfallet sker. Därför är det viktigt att gå ett steg vidare och beräkna om det är ekonomiskt fördelaktigt att erbjuda FFR eller inte för de timmar som kommer. Därför har driften av vindkraftverk på olika platser studerats och jämförts timme för timme utifrån vilken produkt (energi eller FFR) som ger bäst avkastning.

För att genomföra studien har vindhastigheten uppskattats, timme för timme. Dels har faktiska vindmätningar från 2016 och 2017 laddats ner från tolv (12) platser runt om i Sverige, tre (3) i vardera SE-område. Dels har vindhastigheten beräknats utifrån faktiska produktionsdata i vardera SE-områden. Resultatet från en jämförelse framgår av grafen nedan, som visar oktober 2017, där vindhastigheten har uppmätts på höjden 150 meter.

Genom denna metod har vindhastigheten för senare år beräknas, då prisuppgifter finns för både energi och upphandlad FFR. 

T0 och T1 är två generiska vindkraftverk IEA-3.4-130-RWT. Genom att simulera olika sätt att köra turbinerna, har ersättningen för att enbart producera energi jämförts med att ersättningen för att producera både energi och FFR. T0 kör på traditionellt sätt för att leverera maximal energiproduktion. T1 kör med förhöjt varvtal i låga vindar, förutsatt att FFR efterfrågas. T1 kan därigenom också få intäkter från FFR.

Ett exempel på hur intäkterna fördelas mellan de olika körsätten visas nedan, under två sommarveckor år 2021. Under denna period överstiger FFR-ersättningen med råge ersättningen från energiproduktionen vilket därigenom kompenserar för den lägre produktionen.

Genom att summera de totala intäkterna från respektive turbin T0 och T1 över hela året kan man se om FFR kan generera en extra intäkt. Levererad FFR innebär en beredskapstjänst, alltså att turbinen är redo för att stödja elnätet om frekvensen skulle sjunka under 49.5 Hz. Det innebär inte att den extra effekten faktiskt löser ut eftersom sådana frekvensfall är mycket sällsynta. 

Resultaten visar att FFR skulle generera en extra intäkt på mellan 300 och 500 tusen kronor per år under 2021 och 2022 trots att energiproduktionen minskade med cirka 1 procent. Under 2023 har dock SVK upphandlat betydligt mindre volymer FFR, dessutom till lägre marginalpriser. Därför landar motsvarande förtjänst betydligt lägre för detta år. 

Slutsats: Om ett vindkraftverk skulle erbjuda FFR så kompenserar intäkten från FFR det produktionsbortfallet som det högre varvtalet medför, vissa år med råge.

Projektet ECSOW (Environmental Consequences of Ship allisions with Offshore Wind towers) syftar till att analysera risker för allisioner mellan fartyg och havsbaserade vindkraftverk, ytterst med tanke på miljöpåverkan. Detta är viktigt eftersom det saknas erfarenheter av sådana händelser i svenska vatten, där storskaliga vindkraftparker nu planeras. Projektets mål är att granska tidigare incidenter, vidareutveckla metoder för att beräkna sannolikheten för allisioner, och att utvärdera både primära och sekundära effekter av en allision. 

Det kommer även att kartläggas vilka aktörer som involveras vid en olycka och deras ansvar, samt ge förslag på riskreducerande åtgärder samt nödåtgärder vid en faktisk allision. Forskarna kommer att använda data från fartygens automatiska identifieringssystem (AIS) för att bedöma sannolikheten för allisioner och modellera potentiella konsekvenser.

Slutresultatet av projektet kommer att ge viktig information för att hantera risker, förbättra miljöskydd och vägleda framtida forskning inom området.

Det övergripande målet för projektet var att bidra till att hitta lämpliga systemlösningar för framtidens energisystem. Genom att producera grön vätgas kan vindkraftsproducenter båda bidra till systemnytta och öka lönsamheten med vindkraft då elpriserna sjunker vid högre elproduktion. För att öka kunskapsläget kommer detta projekt undersöka de olika tekniska lösningar som finns, de ekonomiska förutsättningarna och relevansen för produktion av vätgas genom användning av el som är producerad med vindkraft. Såväl havsbaserade som landbaserade system har undersökts.

Projektet var uppdelat i fyra arbetspaket:

1. Teknisk och ekonomisk analys av olika systemlösningar*
2. Optimering av system som identifierats i föregående arbetspaket
3. Analys av regelverk, standarder och tillståndsprocesser
4. Beskrivning av möjliga affärsmodeller som inkluderar vindkraftsproducenter och vätgasproduktion

Systemlösningarna som analyseras var:

• Havsbaserad vindkraft med centraliserad elektrolysör på land (onshore)
• Havsbaserad vindkraft med centraliserad elektrolysör till havs (offshore)
• Havsbaserad vindkraft med decentraliserade elektrolysörer vid varje turbin (offshore)
• Landbaserad vindkraft med elektrolysör som ligger frånskilt en vätgasanvändare
• Landbaserad vindkraft med elektrolysör som ligger intill en vätgasanvändare

Projektet är avslutat och slutrapporten finns att läsa nedan.

Flytande vindkraftverk har en enorm potential ur flera aspekter. Förhoppningen är att mindre inverkan på människor och miljö ska leda till smidigare tillståndsprocesser och fler godkännanden jämfört med ansökningar baserade på bottenförankrade lösningar på grunt vatten, nära land.

Majoriteten av vindresurserna till havs finns i områden med ett djup på över 60 meter, vilket är för djupt för bottenfasta fundament. Ur ett tekniskt perspektiv har flytande vindkraftverk flera fördelar kopplat till logistik, miljö och samhälle i förhållande till vindkraftverk med bottenfasta fundament.

Det uppstår mindre störande buller vid installation och inverkan på havsbotten kan vara betydligt mindre än för bottenfasta fundament. En annan fördel är att flytande vindkraftsparker kan placeras längre ut till havs, utom synhåll, vilket minskar risken för intressekonflikter. 

Det här gör vi

RISE bedriver forskning och innovation i samarbete med näringsliv- och samhälle. Vi erbjuder en heltäckande expertis inom flytande vindkraft och några av de kompetenser vi bidrar med är:

• Analys av rörelse, stabilitet och laster
• Provning (såväl modelltest som validering i full skala)
• Nautisk riskhantering och utvärdering
• Maritim- och hamnlogistik
• Utveckling av värdekedjan

IEA Wind TCP Task 43 – Digitalisering

Visionen är utnyttja vindkraftens fulla potential och värde genom digital utveckling.

Uppdraget består i att agera som en katalysator för digital omställning genom att driva samarbeten inom och utanför vindkraftens områden för att leverera kunskap, rekommendationer, standarder och verktyg inom nyckelområdena data, kultur och samarbete.

Målet är att definiera vad som menas med vindkraftens digitalisering; beskriva det nuvarande läget och praxis inom vindenergisektorn; identifiera och prioritera möjligheter till mervärde genom ytterligare digitalisering; och lära av och bygga vidare på liknande arbeten i andra sektorer för att utveckla metoder och rekommendationer för framgångsrik digitalisering.

Mer information om Task 43 finns på dess hemsida https://iea-wind.org/task43/.

Syfte och mål

Syftet med RISE deltagande är att förstå och kommunicera digitaliseringens utmaningar med vindkraftens aktörer i Sverige samt sprida resultaten från Task 43 tillbaka relevant aktörer i Sverige. Det uppnås genom att delta arbetet inom Task 43 med framtagning och sammanställningar av aktuella FoU-resultat och ”best practices”, publikationer och föredrag.

Utmaningrna

Baserat på observationer och intervjuresultat har tre stora utmaningar för digitaliseringen av vindenergibranschen identifierats:

1. Data – skapa ett ramverk med FAIR-data, se nedan.
2. Culture – koppla samman människor och data för att främja innovation.
3. Coopetition – möjliggöra både samarbete och konkurrens mellan organisationer.

Dessa utmaningar bildar en cykel som kombinerar processen av införandet av tekniska förändringar och antaganden kring ny teknik. I denna cykel skapas tillgängliga data, som sedan används som grund för innovationer som kan nå marknaden. Det resulterar i mer data som blir tillgängliga och cykeln upprepas. 

Arbetet har resulterat i en vetenskaplig artikel ”Grand challenges in the digitalisation of wind energy”, https://wes.copernicus.org/preprints/wes-2022-29/ 

Lösningar

En del av lösningen stavas förenklat FAIR (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable) data. Om data är FAIR innebär det att en maskin, i de flesta fall en dator, kan hitta data, få tillgång till data, bearbeta data och återanvända bearbetad data för vidare bearbetning, information och beslut. Mer konkret handlar Task 43 om att:

• Ta fram internationella standarder för format på data och metadata så att vindkraftsdata från olika källor har ett homogent utseende.
• Öka tillgängligheten på data, dels genom att etablera och skapa förutsättningar för handelsplatser där data kan utbytas, dels genom att sprida information om tillgänglig data.

Utöver data behövs metoder och algoritmer utvecklas för att bearbeta den till ett relevant beslutsunderlag. Exempelvis kan ökad grad av digitalisering och användning av AI skapa möjligheter till mera träffsäkra produktionsprognoser.

Effekter

Genom deltagande i ett internationellt IEA-nätverk kan RISE medverka till förbättringar inom digitalisering på vindkraftsområdet. Deltagandet medför kunskapsöverföring mellan svensk industri och internationell forskning. I ett större sammanhang bidrar projektet till att stärka konkurrenskraften för förnybar energi och säkerställa att ny energiproduktion kan bidra till att stärka och stabilisera elnätet.

Evenemang

Den 8 februari 2024 presenterade RISE arbetet i Task 43 på ett webbinarium som Forskningscentret Swedish Wind Centre, SWC, arrangerade.

Forskningsresultat

Projektet har utvecklat och implementerat en innovativ algoritm för aktiv girreglering (Eng. Active Yaw Control, AYC) med den aeroelastiska koden FAST.Farm för att utvärdera potentialen för AYC att öka vindkraftsproduktionen. 

Projektet har gett flera viktiga resultat:

• En strategi för aktiv girreglering har skapats för vindkraftsparken. Dess teori bygger på spelteoretiska antaganden kombinerat med ett artificiellt neuralt nätverk (ANN). Resultaten visade att denna strategi kan leda till en maximal ökning av elproduktionen med 2,6%.
• I överensstämmelse med resultat från andra studier bekräftar denna teori att aktiv girreglering inte avsevärt ökar de totala turbinutmattningsbelastningarna. Vissa lastkomponenter, som torsionsmoment i tornet och böjmoment i tornbotten (for-after), kan uppleva högre utmattningsbelastningar. Andra, komponenter, som böjmoment i bladroten (flapwise) och böjmoment i tornbotten (side-side), kan uppleva minskade utmattningsbelastningar.
• Aktiv girkontroll är beroende av mätningar av vindhastighet, vindriktning och turbulensintensitet, eftersom dessa storheter påverkar resultaten. Ytterligare forskning behövs för att utveckla förbättrade metoder för att mer noggrant analysera dessa faktorers inverkan på vindkraftsparknivå.