De förnyade nätkodsspecifikationerna för kraftverk som trädde i kraft år 2018 kräver att alla kraftverk på över 0,8 kW som är anslutna till det finska stamnätet måste ha styrfunktioner för turbiner i händelse av nätverksstörning.

En turbinregulator, d.v.s. ett reglerings- och styrsystem för vattenturbiner, har flera funktioner. Huvudsakligen justerar den ledkransen och löphjulet för att uppnå önskat processvärde för den önskade effekten. Då frekvensstödsfunktionen är i användning styr systemet kraftverkets effekt då nätfrekvensen pendlar. Dessutom övervakar systemet driften av kraftverkets mekaniska regleringsapparatur, samt styr och begränsar vattenkraftverkets arbetspunkt via givna parametertabeller då vattennivån stiger eller sjunker.

Stamnätsansluten elproduktion

De förnyade nätkodsspecifikationerna för kraftverk som trädde i kraft år 2018 kräver att alla kraftverk på över 0,8 kW som är anslutna till det finska stamnätet måste ha styrfunktioner för turbiner i händelse av nätverksstörning. Nätkodsspecifikationerna inkluderar även krav på kraftverkets och styrsystemets prestanda, mätnoggrannhet, funktioner, registrering och kommunikation enligt den kategori kraftverket hör till.

Syftet med kraven är att säkra driften av alla enheter som är kopplade till stamnätet under störningar, så att störningen kan hanteras utan att förvärras. Kraftverk som ansluts till nätet bör möta vissa standarder och de krav som ställs på reglerings- och styrsystemen torde försäkra en säker drift i nätverket.

Under de senaste åren har det finska stamnätsbolaget Fingrid även sänkt effektgränsen för de enheter som kan delta i produktionen av frekvensreserv. Detta gör att vattenkraftverk, som tidigare endast använts för elproduktion, nu även kan delta i frekvensregleringsmarknaden. Kraftverk som uppfyller kraven för att delta i frekvensregleringsmarknaden ger ekonomiskt mervärde i form av kompensation för reservproduktion i tillägg till energikompensationen.

”Behovet för dessa regleringsfunktioner tilltar i takt med ökningen av förnybara energikällor, så det är bra att kraftverk redan nu uppdateras med regulatorer kapabla till frekvensstöd”, säger Jukka Kelloniemi från VEOs automationsteam för vattenkraft.

Förbättringar enligt nya krav och kundönskemål

För att möta de nya kraven har VEO satsat på systemfunktioner och användarvänlighet i utvecklingsarbetet.

”Alla automationsprojekt för vattenkraftverk där vi förnyar turbinregulatorn och styrsystemet inkluderar i dagens läge även system med beredskap för frekvensstöd, i enlighet med de nya nätkodsspecifikationerna”, säger Kelloniemi.

Då ett kraftverk deltar i frekvensregleringsmarknaden måste reservleverantören garantera att kraftverkets regleringsapparatur uppfyller de överenskomna regleringsfunktionerna också under perioder mellan stamnätsbolagets regleringstester. Därför måste det vara enkelt att kontrollera regleringsfunktionerna.

“För att försäkra att allt löper smidigt har VEO nu gjort flera förbättringar, där man tagit användarnas önskemål i beaktande. Ett föremål för systemutvecklingen var användargränssnittet, som nu innefattar parametrar som styr turbinregulatorn och arbetspunkterna i turbinen. Användargränssnittet gör det enkelt att kontrollera och justera systemets drift.”

På vattenkraftsmarknaden sker handeln med energi och frekvensreserver var för sig. För turbinregulatorns del delar man dessutom upp frekvensreserven i skilda reserver för normaldrift, störd drift och så kallad aFRR-reserv (automatic Frequency Restoration Reserve). Därför måste kraftverkets ägare också kunna stänga av den produkt och regleringsriktning som inte för stunden är föremål för handeln, samt begränsa den för aFRR tillåtna regleringsmängden och -riktningen.

”Reglerhastigheten för aFRR bestäms av stamnätsbolaget och nätkodsspecifikationerna definierar effektstyrningshastigheten, som vattenkraftverket måste uppnå. Hastigheten på det normala effektbörvärdet kan operatören ändå själv välja, och kan därför justera det exempelvis enligt säsong. Till exempel medan istäcket formas tillåter man att flödet genom maskineriet ändras långsammare än under andra tider på året. Då reservdelar behöver bytas ut kan användargränssnittet dessutom användas för att kalibrera de sensorer som styr systemet. Detta ökar systemets användbarhet och försnabbar återhämtningen från störningar. Alla dessa egenskaper har tagits i beaktande i designen av VEOs turbinregulator och styrsystem”, säger Kelloniemi.

Användarvänlighet kärnan i VEOs design

Tanken som styrt VEOs design är denna: ifall användningen av systemet görs så lätt som möjligt utförs obligatoriska test och underhållsåtgärder regelbundet och i enlighet med kraven.

”Detta ökar systemets säkerhet och livslängd och skär ner på helhetskostnaderna under systemets livscykel. VEOs styrkor är företagets långa erfarenhet, kunniga experter och den interna produktutvecklingen, som gör att systemet kan modifieras enligt specifika projektbehov och kan uppdateras när som helst. Om man till exempel förnyar hydrauliken eller dess komponenter betyder det inte att man måste förnya hela systemet”, påpekar Kelloniemi.

Även om många förbättringar redan gjorts utvecklar VEO systemet fortlöpande. Fortsatta förbättringar finns i planerna, bland annat gällande informationen som finns att tillgå, samt en lösning på det mekaniska slitage som frekvensstyrningen och de resulterande underhållskostnaderna åsamkar vattenkraftverket.

”Vi på VEO har lanserat ett utvecklingsprojekt för att hitta en lösning för att minska det mekaniska slitaget utan att pruta på den producerade reservmängden. Om detta lyckas ger det kunder direkta inbesparingar i underhållskostnader och ökad driftsäkerhet för kraftverket.”