Driftsoperatør Finn Harald Skille (t.v.) og Kaspar Vereide ved en av skjermene i driftssentralen på Tonstad kraftverk som viser modellen av den digitale tvillingen. (Foto: Stein Arne Bakken)

Unik styring på Tonstad

Sira-Kvina kraftselskap benytter et unikt system for å forhindre at det kommer sand i turbinene i Tonstad kraftverk under opp- og nedkjøring. I samarbeid med Hymatek er det utviklet en såkalt digital tvilling.
Fredag, 2 november, 2018 - 09:04

Verktøyet fungerer som et vannvei-vern og har også andre nyttige funksjonaliteter. En digital tvilling er en eksakt datamodell av virkeligheten som i dette tilfellet gjør det mulig å simulere hva som vil skje i vannveiene når kraftverket kjører produksjonen opp eller ned. I en reportasje i Energiteknikk for ett år siden (nr. 7/2017) ble det varslet at digital tvilling er på vei inn i kraftbransjen og at denne teknologien vil kunne revolusjonene fremtidig drift og vedlikehold av kraftverkene.

Nå viser det seg at dette ikke er fremtidsmusikk. Sira-Kvina kraftselskap tok allerede i 2014 i bruk en slik digital tvilling.

– Systemet har fungert godt siden oppstarten, men vi har hatt noen praktiske problemer underveis, blant annet med enkelte elektroniske komponenter som ikke har vært robuste nok, sier Kaspar Vereide i Sira-Kvina kraftselskap.

Oppgraderingsprosjekt 
Vereide leder et omfattende oppgraderingsprosjekt til nærmere ti millioner kroner for å utvikle den digitale tvillingen videre. Systemet vil få flere og mer robuste sensorer. Alle data- ene som blir samlet inn, vil bli lagret i en database. Den digitale tvillingen vil også omfatte tilstandsovervåkning av komponentene.

Vereide opplyser at utviklingen av digital tvilling kom i gang på bakgrunn av at Statnett ønsket å få tilgang til effekt fra Tonstad kraftverk for å kunne gjenopprette frekvensen i kraftsystemet, gjennom det nyopprettede produktet FRR (Frequency Restauration Reserve). En slik avtale ville også være økonomisk gunstig for Sira-Kvina kraftselskap.

Statnett tok styringen
Inne på driftssentralen forklarer produksjonsplanlegger Sigurd Netlandsnes at forutsetningen for FRR-avtalen var at landssentralen i Statnett kunne gå direkte inn og styre uttaket av den ønskete effekten fra Tonstad kraftverk, i dette tilfellet å kjøre kraftverket opp eller ned med inntil 120 MW.

– Men det var ikke mulig å la Statnett gjøre dette uten et sikkerhetssystem. Tonstad har et meget komplekst system av lange vannveier, med to øvre magasiner, tre trykksjakter og i alt åtte bekkeinntak. Det gir mye dynamikk, i tillegg til at kraftverket har i alt fem aggregater med til sammen 960 MW, hvorav det største er på 320 MW, sier han.

Sand i maskineriet
– Vi hadde problemer med at sand ble spylt ned i turbinene ved et par anledninger. En annen utfordring var at de fem turbinene hadde separate regulatorer, og at disse ikke spilte sammen. Når vi kjørte et settpunkt på det ene aggregatet opp med for eksempel 50 MW, ble de andre aggregatene påvirket. Dersom falltapet økte i den ene tunnelen, fikk det konsekvenser for mengde vann og trykk på de andre turbinene, og følgelig hvilken effekt de fikk, forklarer Vereide.

Når driftssentralen la opp til en produksjon på for eksempel 900 MW, så var det ikke sikkert at det ble slik, legger han til.

Det oppstå avvik fra det som ble angitt som settpunkt og det som ble den reelle effekten.

Utviklet digital tvilling
– Vi kunne ikke la Statnett overta styringen uten at vi gjorde noe med dette, påpeker Vereide. Løsningen ble å kontakte Hymatek for å få dem til å utvikle en ny type overordnet regulator som sørget for at de fem aggregatene ikke skapte farlige svingninger i vannveien ved raske reguleringer.

Medarbeiderne deres med Bjørnar Svingen i spissen satte i gang, og etter et drøyt år ble den første overordnete regulatoren installert i Tonstad kraftverk, den foreløpig eneste av sitt slag.

Vereide påpeker at utviklingen av den digitale tvillingen bygger på denne unike, overordnete regulatoren, som gjør det mulig å styre alle aggregatene i Tonstad kraftverk slik at man unngår uønskede hendelser.

Tro kopi av vannveiene
Alle enkeltkomponenter som magasiner, tunneler, og turbiner er lagt inn i den digitale modellen. Vereide har tatt Energiteknikk med inn i driftssentralen på Tonstad. Han viser på en av de store dataskjermene hvordan modellen fremstår med symboler, der man kan klikke på de enkelte komponentene for å få data om de ulike parameterne.

– Modellen simulerer virkningene av endringer i settpunkt. Dersom svingningene er akseptable, slippes signalet gjennom og kraftverket kan kjøres som ønsket. Hvis modellen gir tilbakemelding om at virkningene vil bli uakseptable, forsinker overordnet regulator opprampingen, slik at vannveien og turbinene ikke skades. Men opprampingstiden er fortsatt innenfor tidskravene Statnett setter for FRR, forklarer Kaspar Vereide.

– I tillegg har vi en klassisk vernfunksjon med trykkceller i svingekammer, hvor vannveisvernet kan gjøre inngripen og redusere effekten på turbinene dersom man får farlige svingninger med for lavt trykk. Til nå har det ikke vært bruk for dette ettersom den digitale tvillingen har fungert.

På forsiden nå

Statkraft oppnådde et underliggende driftsresultat på 4 884 millioner kroner i fjerde kvartal. Dette var en økning på 1 536 millioner kroner fra tilsvarende periode i fjor. Økningen var hovedsakelig drevet av høyere nordiske kraftpriser. Resultat etter skatt ble 1 572 millioner kroner for fjerde kvartal og 13,4 milliarder kroner for året 2018.
Torsdag, 14 februar, 2019 - 09:39
NEK inviterer norske elektrotekniske talenter til å delta i IEC Young Professional 2019. Norges to kandidater vil sammen med NEK reise til Shanghai, Kina i oktober for å delta i en workshop, med et innholdsrikt program og et internasjonalt miljø.
Torsdag, 14 februar, 2019 - 10:10
Eidsiva Energi AS investerte for mer enn 1,5 milliarder kroner i 2018 knyttet til infrastruktur og fornybar energi.
Fredag, 15 februar, 2019 - 08:49
BKK oppnådde et konsernresultat i 2018 på 1.705 millioner kroner. Det er 826 millioner kroner høyere enn året før.
Onsdag, 13 februar, 2019 - 09:13
14. februar 2019 har vi vedtatt inntektsrammer for 2018. Samlet inntektsramme for alle nettselskaper, eksklusive Statnett SF, er på 18 milliarder kroner.
Fredag, 15 februar, 2019 - 08:58
Liina Veerme (37) blir ny konsernsjef i Salten Kraftsamband (SKS).
Fredag, 15 februar, 2019 - 09:05
Halden kommune og Smart City Halden lanserte nylig et nyskapende mobilitetsprosjekt som skal redusere kommunens CO2-utslipp og utjevne sosiale forskjeller. Totalt er 20 elbiler stilt til kommuneansatte og innbyggernes disposisjon.
Fredag, 15 februar, 2019 - 09:14
På oppdrag fra NVE har Thema Consulting Group i samarbeid med designbyrået By North kartlagt kostnadene knyttet til kommende krav om at nettselskap og kraftleverandører ikke kan dele samme merkevare.
Mandag, 11 februar, 2019 - 09:44
Fredagskommentar:
De økonomiske resultatrapportene fra landets energiselskaper i 2018 har begynt å komme. Først ute var BKK med Statkraft hakk i hel. Det svimler for øynene av milliardgevinster.
Fredag, 15 februar, 2019 - 09:24
Med 29 millioner kroner i Enova-støtte kan Brakar skaffe 15 nye hurtigladestasjoner for bussene i Drammen og Nedre Eiker.
Tirsdag, 12 februar, 2019 - 09:16
Vindkraftproduksjonen var 3,9 TWh i 2018. Det er hele 36 prosent eller 1 TWh mer sammenlignet med 2017 og det høyeste nivået som er registrert.
Mandag, 11 februar, 2019 - 09:38
I to år har IDT jobbet i det stille med innovasjon for London-selskapet Univolt. Oppdrag: å utvikle et unikt strømuttak for det britiske markedet.
Tirsdag, 12 februar, 2019 - 09:22
Ansvaret for driften av Norges største vindpark overføres nå til Statkraft på Fosen. De 71 vindturbinene i Roan vindpark, er nå testet av leverandøren Vestas og godkjent av Fosen Vind.
Onsdag, 13 februar, 2019 - 09:09
Styret i Multiconsult ASA har utnevnt Grethe Bergly som ny konsernsjef for selskapet fra 1. mars 2019. Fungerende konsernsjef Lars Opsahl vil gå tilbake til stillingen som konserndirektør Regioner Norge fra samme dato.
Torsdag, 14 februar, 2019 - 10:23
Brann- og redningsvesenet hadde 3 547 brannutrykninger til boliger i Norge i 2018. Hele 45 prosent av utrykningene skyldes komfyren.
Onsdag, 13 februar, 2019 - 09:31
Kraftselskapene vil ta i bruk maskinlæring og kunstig intelligens for å bedre utnyttelsen av vannkraftanlegg.

Mandag, 11 februar, 2019 - 09:50
Å kunne "spå" været høres nesten utrolig ut, noe det kanskje også er.
Torsdag, 14 februar, 2019 - 10:28
– Vi kan ikke tillate bygging av en hel vindpark midt i hubroens leveområder. Hubroen er sterkt truet, og vi kan ikke ødelegge leveområdene deres, sier Silje Ask Lundberg, leder i Naturvernforbundet.
Tirsdag, 12 februar, 2019 - 09:11