Virtuella kraftledningar skapade med batterier kan öka nätkapaciteten

Det finns ett behov av att öka nätkapaciteten, men det kan ta många år innan nya kraftledningar är på plats. ”Virtuella kraftledningar” är ett koncept där batterier används för att styra elflödena, vilket möjliggör en högre utnyttjandegrad av det befintliga elnätet. Martin Lundberg, doktorand vid Lunds universitet, har i sin forskning visat att det är tekniskt möjligt och säkert att använda batterier, och andra resurser, för att öka nätkapaciteten utan att överskrida nätets fysiska begränsningar.

Vad har du för bakgrund Martin?

– Jag började mina studier vid Uppsala universitet och fortsatte sedan som doktorand i Lund med professor Olof Samuelsson som min handledare. Under mina första två och ett halvt år var jag en del av ett europeiskt projekt som arbetade med att påskynda integrationen av förnybar energi i distributionsnät. Sedan startade SESBC, och jag fortsatte i projektet ”Managing grid capacity with storage”. Jag kommer att försvara min avhandling i oktober i år.

Vad handlar det här projektet om?

– Målet är att hitta sätt att använda energilagringslösningar för att snabbt och säkert öka kapaciteten i elnätet. Det finns fysiska begränsningar i elnätet för hur mycket elektricitet som kan överföras, och mer kapacitet behövs för att hantera den stora expansionen av förnybar energiproduktion. Vindkraftverk och solpaneler kan byggas relativt snabbt, men att få en ny kraftledning på plats för att öka kapaciteten kan ta många år. Det jag har gjort är att analysera hur batterier och andra resurser kan styras för att säkerställa att nätets fulla kapacitet används men inte överskrids. Jag har också undersökt det som kan beskrivas som virtuella kraftledningar. Dessa virtuella kraftledningar, som består av batterier, kan öka kapaciteten i det befintliga nätet utan att det behöver byggas nya ledningar. Tanken är att dessa lösningar kan implementeras mycket snabbare än nya kraftledningar, vilket gör det möjligt att ansluta mer förnybar energi till nätet snabbare.

Vad menar man med virtuella kraftledningar?

– Konceptet med en virtuell kraftledning innebär att man använder batterier för att lagra överskottsenergi och överföra den senare när nätkapacitet finns tillgänglig. Till exempel, om en kraftledning som är ansluten till en stor vindkraftpark har en begränsning på 100 MW, men du har en tillfälligt hög produktion och vill överföra 200 MW under en timme. Med en virtuell kraftledning skulle du överföra 100 MW genom kraftledningen och ladda de återstående 100 MW i ett batteri i början av ledningen. Samtidigt skulle 100 MW laddas ur från ett annat batteri i slutet av ledningen. Resultatet blir att 200 MW överförs, med 100 MW genom den faktiska kraftledningen och 100 MW ‘virtuellt’ via batterierna. Under perioder med låg produktion används den lagrade överskottsenergin i ett batteri för att ladda upp det urladdede batteriet på andra sidan, vilket ‘återställer’ den virtuella kraftledningen.

Hur är det med säkerheten?

– I elnätet finns kapacitetsmarginaler för att hantera komponentfel. Till exempel, om en kraftledning måste kopplas bort på grund av ett fel, kompenseras det genom att mer kraft överförs genom de återstående ledningarna i nätet. För att få marginal att hantera den sortens situationer begränsar man normalt effekten genom en ledning till en bra bit under ledningens maximala kapacitet. Jag har gjort beräkningar som visar att konceptet med virtuella kraftledningar kan ersätta vissa av säkerhetsmarginalerna inom systemet. Om batterierna hanterar komponentfel, då blir det möjligt att använda en större del av kraftledningarnas maximala kapacitet.

Kan du beskriva din forskning som gör detta möjligt?

– Kort beskrivet så har jag utvecklat styralgoritmer för batterier och andra nätresurser för att hantera nätkapacitet. Jag har använt analytiska metoder och simuleringar för att testa att det är tekniskt möjligt, och att det inte skapar negativa effekter på resten av nätet. Om någon vill gräva djupare rekommenderar jag att läsa mer om virtuella kraftledningar här och min kommande avhandling. Man får även gärna kontakta mig.

Vad händer härnäst?

– Min forskning visar att det är möjligt att använda batterier för att öka nätkapaciteten. Nästa naturliga steg skulle vara att testa resultaten med faktiska batterier. Det finns ett kommande postdoc projekt inom centret som adresserar detta.