Hvorfor er systemintegrasjon nødvendig?

Flere land har stor aktivitet og er langt fremme i å teste ny teknologi og løsninger i kraftnettet, men alle har samme utfordring; å sikre interoperabilitet og samspill mellom løsningene. Vi mangler standardløsningene som gjør at ny teknologi som utvikles kan være en integrert del av nettet med en gang. Faren med å digitalisere nettet med mange nye løsninger et at vi kan skape en rekke systemer som ikke kommuniserer. Dette resulterer i at vi ikke får utnyttet mulighetene i digitaliseringen fullt ut, og det er til hinder for at ny teknologi kommer videre til kommersiell bruk.

Når nye teknologier skal integreres mot eksisterende system må det gjøres lokale tilpasninger for hver installasjon for at systemene skal kommunisere med hverandre. Vi trenger standardiserte løsninger som samordner systemene og prosessene slik at vi får et helhetlig system med sømløs kommunikasjon slik at systemene er interoperable.

Interoperabilitet: Evnen som to eller flere innretninger eller systemer fra samme eller ulike leverandører har til å utveksle – og utnytte informasjon til ønsket funksjon eller samvirke [IEC61850-2010].

Bruk av anerkjente standarder er gode verktøy for å sikre interoperabilitet dvs. kostnadseffektiv systemintegrasjon, men dette fordrer at standardene også brukes av systemleverandørene. Siden fremtidens smarte kraftsystem i overskuelig framtid vil bestå av gamle anlegg og systemer, er det en utfordring å implementere standarder som IEC61850 og CIM (Common Information Model) i eksisterende systemer. Det ligger en betydelig kostnad i å få en slik oppgradering på plass. Men gevinstene er mange og store.

I prosjektet Intelligent Distribusjon av Energi (IDE), ledet av The Norwegian Smartgrid Centre, tester tre nettselskaper ut nye smartgrid-teknologier og -løsninger for å se om de kan tas i bruk i stor skala. En viktig del av jobben er å kartlegge hva som hindrer teknologiene fra å integreres opp imot eksisterende løsninger, og se hvordan vi kan løse de utfordringene.

Løsningene som testes er:

Automatisk spenningsregulering for fordelingstransformatorer: I områder med hurtige spenningsvariasjoner, skal det testes om spenningen kan automatisk reguleres basert på AMS data.

Nett-batterier, fjernstyrte effektbrytere og styringssystem: Batterier er installert i områder med svakt nett; lave kortslutningsverdier, spenningsusymmetri og mange avbrudd på grunn av store spenningsvariasjoner.

Nett-batterier og bilaterale avtaler for forbrukerfleksibilitet: Her testes det ut to løsninger for å redusere last og spenningsfall i høylastperioder; 1) bruke batterier i distribusjonsnettet. 2) utnytte lokal forbrukerfleksibilitet gjennom smarte varmtvannsberedere.

Avansert løsning for selvhelende nett: Sensorer som raskt oppdager feil i nettet er installert i et område. Ved et strømbrudd vil nettet automatisk koble seg om, slik at flest mulig kunder beholder strømmen mens man venter på at feilen skal bli reparert.

Et av hovedfunnene i IDE så langt er at det er lett å kjøpe en teknologi, det er enkelt å installere den ute i felt, men systemintegrasjonen er ikke enkel. Systemintegrasjon er en forutsetning for digitalisering, og det henger tett sammen med informasjonsteknologi og operasjonell teknologi, IT og OT, slik at det vil fungere som det skal.

IDE Prosjektet skal estimere nytteverdien ved full skalering til distribusjonsnettet i hele Norge. For at dette skal kunne gjøres må teknologien enkelt kobles på nye løsninger, a la enkle «plug-and-integrate» løsninger, og det må eksistere løsninger som kan kommunisere i et overordnet system for å kunne gi en totaloversikt over f.eks tilgjengelig fleksibilitet i nettet.

I piloten med Nett-batterier og bilaterale avtaler for forbrukerfleksibilitet er det utviklet et autonomt system for smarte varmtvannsberedere som styrer på lokal spenning, basert på historisk målt spenning uten behov for sentral styring. Dette er gjort for å unngå å gjøre store oppgraderinger av det totale digitale systemet til nettselskapet under testperioden da dette er meget ressurskrevende. Ved å koble til lokal spenning, styrer man unna tidspunkt hvor det er høy belastning på nettet. Det gir ikke den optimale løsningen, da den treffer på ca. 90 % av tilfellene, men det er mulig å bygge videre på konseptet for at det skal bli en bedre løsning.

Et annet eksempel fra IDE hvor systemintegrasjon er en utfordring, er i piloten av automatisk spenningsregulering hvor egenutviklede algoritmer brukes for å få teknologien til å kommunisere med det eksisterende systemet. Piloten viser at det ikke er enkelt å koble en standard digitalisert teknologi til det eksisterende nettet samtidig som den må være integrert med AMS-systemet.

Pilotene i IDE gir støtte til kraftnettet, og fungerer bra om internett kobles ut da de er satt opp lokalt med et autonomt system. Resultatene skal verifiseres av andre nettselskap for å danne grunnlag for å videreutvikle løsningene til hyllevareløsninger.

Gode eksempler på systemintegrasjon

Elbil produsenten Tesla har biler med avanserte teknologiske løsninger hvor det er tenkt systemintegrasjon. Standardløsninger som fungerer på en vanlig bil, fungerer ikke godt nok i en elbil. Tesla utvikler derfor flere av bilenes komponenter selv, mens ladestrukturen som plugges inn imot eksisterende system, er utviklet med standardutstyr slik at bilen kan lades overalt. Alt kommunisere på en felles plattform.

Dette er overførbart til kraftsystemet, og AMS data er et nøkkelord. AMS er installert i alle norske hjem, og dataintegrasjon gjennom Elhub er etablert. Forbruksprofiler pr kunde og trafokrets kan akkumuleres opp til å gi en helhetlig profil for kapasiteten i nettet. Et eksempel på dette er hvis 10.000 elbilladere skal brukes til å realisere fleksibilitet i nettet hvor laderne må snakke sammen i et overordnet system og kommunisere med kapasitetsprofilene.

Endringene av kraftsystemet må skje raskere for at vi skal nå målsetningen om å bli et lavutslippsland innen 2050. Samarbeid mellom aktørene i bransjen og på tvers av bransjene er nødvendig for å etablere gode og harmoniserte løsninger som trengs for å kunne ta de i bruk direkte. Det er ikke tid for den enkelte aktør til å stå alene å teste ut det som allerede finnes på markedet eller er testet ut av andre aktører. I IDE prosjektet har utviklingen av teknologiene foregått i et tett samarbeid mellom nettselskapene, som samlet sett utgjør ca. 50% av nettvirksomheten i Norge, og leverandørene basert på felles bransjebehov.

Samarbeid fordrer til åpenhet. Aktørene i IDE er framoverlente i å tilgjengeliggjøre data, samtidig etterspørres enda mer åpenhet for at flere aktører kan bidra til utviklingen.