Smarta elnät testas med Raspberry Pi

03 november 2015  |  Text: Lars-Göran Hedin

STRI i Ludvika är känt som ett högspänningslaboratorium där ABB och andra intressenter inom kraftindustrin provar högspänningsprodukter. Sedan ett par år tillbaka finns här också ett särskilt labb där smarta elnät, smart grids, studeras. Här skapas kunskap om hur samspelet mellan tillgänglig elkraft och behovet av el till olika ändamål kan göras mer effektivt.

Jonas Tjäder är en av forskarna vid STRIs forskningslabb för smarta elnät. Han och hans kollegor letare efter effektivare sätt att matcha tillgången till el – och därmed priset på den – mot behoven av el hos industri och hushåll. Eftersom elförbrukningen varierar kraftigt över tiden finns här pengar att tjäna för alla intressenter den dagen en timbaserad debitering blir verklighet. Jonas och de andra försöker hitta bästa möjliga teknik för att klara det.

– Det här labbet inrättades för ett par år sedan för att kunna studera smarta nät och mikronät. Då inrättades en anläggning med en solpanelsinstallation på 3kW, en liten vindsnurra på 2 kW, ett batterilager på 15 kWh och en 3 kW bränslecell, förklarar Jonas Tjäder.

Jonas berättar att när det labbet var klart var kopplingen mellan bränslecell och batterier väldigt modern, men att i det nya labbet är det smarta elnät på en större skala som forskarna lägger fokus på.

Nu har det första labbet kombinerats med ett större med avsevärt större yta solpaneler – ytan är 200 kvm och effekten 30 kW. Dessa är anslutna till två invertrar på vardera 30 kVA och energi kan lagras i ett batteripack med litiumjonbatterier som tillsammans kan lagra 20 kWh. Ett par laddstolpar för smart laddning av elfordon ingår också i den nya anläggningen.

– Det fina med den nya anläggningen är att den kan köras i ”Ö-drift” (engelska ”Island mode”). Det innebär att den kan kopplas helt loss från nätet så att vi kan skapa ett eget, mikronät, där vår utrustning för att alstra och lagra energi kan samköras med utrustning som simulerar olika laster i nätet.

Att Litiumbatterier ingår i upplägget har flera orsaker. Dels finns de med som backup, dels används de för att kapa effekttoppar vid olika simuleringar och dels för att styra elkvaliteten i labbets elnät.

Labbet innehåller förstås en mängd olika elektronisk styrutrustning. Delar av den är specialkonstruerad av en entreprenör från Mölndal, Anders Kjellström.

– Anders har tagit fram en laststyrningsbox som är byggd på en enkel mikrodator, Raspberry Pi. Hårdvaran kostar inte mer än några hundralappar, berättar Jonas Tjäder. Mikrodatorn är kopplad till reläer som styr uppvärmning och får signaler från temperatursensorer ute i fastigheten.

– En finess är att vi använder en etablerad kommunikationsstandard, IEC 61850, för all kommunikation i anläggningen. Det är samma protokoll som används i moderna ställverk. Med ett SCADA-system samlar vi upp alla signaler för att övervaka anläggningen.

Med hjälp av laststyrningsboxarna och SCADA-systemet kan Jonas och hans kollegor bland annat studera system för ”demand-response”, det vill säga hur elanvändningen kan styras till olika tider på dygnet, i relation till hur elpriset varierar i realtid.

– Vi utgår från dagens elpris på Nordpool och lägger in effektbehoven på elsidan vid en planerad industri, en gruva här i närheten av Ludvika. På så vis får vi väldigt realistiska förutsättningar för våra studier, förklarar Jonas Tjäder.

– Här testar vi nya idéer kring nätutnyttjande och har tillgång till många olika tekniker som kan kombineras med varandra på olika sätt. I höst ska vi gå närmare in på att studera hur elpriset kan utnyttjas bättre för att styra användningen av el i näten och då också ta hjälp av några utvalda hushåll. Det här är ett område med mycket stora besparingsmöjligheter, menar Jonas Tjäder.

– Ta bara en sådan sak som att höja värmen i ett hus innan elpriset går i topp så att den kan sänkas när elen blir som dyrast. Att på så vis använda huset själv som värmelager är ett enkelt sätt att spara på elnotan, den dag du betalar olika pris för elen vid olika tider på dagen.

FAKTA

STRI

• Startades 1989 av ABB och Vattenfall.
• 1990 stod STRIs första forskningslabb, för provning av bland annat högspänningskablar, klart.
• Ägs idag av ABB (50 proc), Svenska Kraftnät (25 proc), norska Statnett (12,5 proc) och Det Norske Veritas (12,5 proc).
• Har 55 anställda i Ludvika (huvudkontor), Västerås och Göteborg.
• Bedriver forskning och konsultverksamhet inom bland annat hur vindkraften påverkar elnätet.

Effektivare utnyttjande av luftledningar med hjälp av dynamisk belastbarhet

Ett färskt exempel på vad forskarna vid STRI jobbar med är ett projekt där luftledningars nedhängning studerats. Jonas Tjäder, som forskat på området, berättar om intressanta samband mellan väder, vind och luftledningars belastbarhet.

– Idag måste nätägarna sätta en maxeffekt för ledningar som beräknas utifrån det faktum att kablar töjs när de blir varma och därmed hänger ner mot marken. Men eftersom det är värmen man tar höjd för så borde det finnas möjlighet att öka effekten om det är kallare kring ledningen – antingen därför att utomhustemperaturen är lägre eller för att det blåser.

Det här sambandet blir extra intressant vid vindkraftproduktion. För det är ju just när det blåser som vindkraften producerar mest energi och ledningarna blir som varmast.

– Nu ska vi studera hur man med hjälp av vindhastighetsmätare, temperatursensorer eller sensorer som mäter anspänningen i kabeln skulle kunna optimera utnyttjandet av luftledningar i nordiskt klimat, förklarar Jonas Tjäder.

Fler nyheter