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

Hydro ber NVE sikre at Statnett får insentiver til å spare på linje med andre nettselskaper.
Torsdag, 25 april, 2019 - 09:43
IFEs styre har vedtatt at Jeep-reaktoren på Kjeller stenges.
Torsdag, 25 april, 2019 - 17:04
I over halvparten av tiden i 2018 overførte Statnett og Energinet kraft over Skagerrak uten at det var lønnsomt. Det tapte de 40 millioner kroner på.
Onsdag, 24 april, 2019 - 14:42
Equinors ønske om subsidier på 2,5 til 3 milliarder kroner sier noe om lønnsomheten til havvind, sa energiminister Kjell-Børge Freiberg på Stortinget, og advarte mot økte strømpriser.
Onsdag, 24 april, 2019 - 15:26
Laserbefaringen Agder Energi Nett har foretatt av linjenettet på Agder ved hjelp av helikopter har gitt enorme datamengder og bilder. Ved hjelp av avanserte analyseverktøy brukes nå informasjonen til en mere målrettet rydding langs linjenettet.
Onsdag, 24 april, 2019 - 09:46
Forskningsdirektøren i Statnett er urolig for at kraftbransjen er for passiv når det gjelder å sette inn FoU-ressurser mot utviklingen av cyber-truslene.
Tirsdag, 23 april, 2019 - 14:37
Nær en halv milliard kroner skal Hålogaland Kraft Nett investere i forbindelse med kampflybasen på Evenes og Hålogalandsveien i Nord-Norge. Det medfører et betydelig effektivitetstap for selskapet.
Torsdag, 25 april, 2019 - 13:31
Etter at AMS-utrullingen er fullført, står nye, tunge oppgaver for tur. Åtte nettselskaper Energiteknikk har vært i kontakt med, skal investere tre til fire milliarder kroner i 2019.
Tirsdag, 23 april, 2019 - 10:36
Fredagskommentar:
Vindkraft i Hammerfest-området og ny kraftlinje fra Skaidi kan gjør det lønnsomt for samfunnet å stenge gasskraftverket på Melkøya.
Fredag, 12 april, 2019 - 12:29
Energi Norge har vært en pådriver for at PILOT-E skal gi støtte til prosjekter som utvikler verdikjeder for hydrogen – nå er dette en av årets utlysninger.
Torsdag, 25 april, 2019 - 11:15
Ferjeselskapet Bastø Fosen investerer i batteriferge på sambandet Moss–Horten, med ladetårn i Horten.
Onsdag, 17 april, 2019 - 14:58
Miljø og bærekraft var viktig da Agder Energi Vannkraft skulle ha ny fjernstyring på dam Sandvatn i Fedavassdraget. Nå sørger fire solcellepaneler og to små vindturbiner for strøm nok til å kjøre tappeluka i den nye dammen.
Tirsdag, 23 april, 2019 - 14:12
Kundene i Danmark må selv betale for å bytte ut fasemålere med summasjonsmålere.
Tirsdag, 23 april, 2019 - 12:51
Statnett tester om helautomatiske droner kan overvåke anlegg og kraftledninger rundt om i Norge.
Onsdag, 24 april, 2019 - 11:24
Bislett stadion ble i 2018 Norges første idrettsanlegg med solceller på taket. Nå har den tradisjonsrike stadion også fått sitt eget anlegg for energilagring basert på gjenbrukte batterier fra kasserte elektriske biler.
Onsdag, 24 april, 2019 - 11:12
I uke fire steg strømprisen i Norge til sitt høyeste nivå siden vinteren 2010/11.
Onsdag, 24 april, 2019 - 09:14
Årets påske går inn i historiebøkene. Stekende sol, plussgrader og lite vind ga en drømmepåske. Men, det fine ferieværet har rammet ressursbalansen i Norden hardt.
Onsdag, 24 april, 2019 - 14:23
NVE har vurdert at ladetjenester for elektriske kjøretøy unntas omsetningskonsesjonsplikt. Tilbydere av ladetjenester trenger dermed ikke søke omsetningskonsesjon.
Onsdag, 17 april, 2019 - 10:35