Foto viser Siemens Energy HVDC PLUS Converter Technology

PUBLICERET 31.03.2023

”Hvis man står i en konverterhal og kigger op, så er det næsten med lidt ærefrygt over, at der overhovedet er nogen, der er i stand til at bygge de her ting”.

Bag ærefrygten gemmer sig Christian Flytkjær, som er senior manager i Energinets afdeling for design af elsystemer. I konverterhallen, hvor han står, kan vekselstrøm omformes til jævnstrøm og viceversa.

Konvertere eller omformere som dette anlæg vil spille en central rolle for fremtidens elnet på havet. Sammen med såkaldte jævnstrømsafbrydere er de en del af elnettet og vil stå både på land og på energiøerne.

Et formasket elnet på havet
I løbet af de sidste cirka 70 år har vi gradvist udbygget et sammenhængende elnet med vekselstrøm på land. Det betyder, at det enkelte kraftværk ikke er direkte forbundet med separate elledninger eller kabler til hver by eller hver stor fabrik, som skal bruge strømmen. Tværtimod er både producenter og forbrugere koblet til et sammenhængende elnet af motorveje (transmissionsnettet) og landeveje (distributionsnettet), der transporterer strømmen fra kraftværker, vindmøller og solceller ud til huse, fabrikker, gartnerier, hospitaler, skoler, og så videre.

I fagsproget kaldes sådan et elnet for et formasket net. Et formasket net har den store fordel, at fejl eller udetid på et kraftværk, en ledning eller et kabel, ikke slukker strømmen overalt i nettet. Hvis den ene vej er spærret på grund af vejarbejde eller uheld, så er der altid en anden vej, strømmen kan køre. Sagt med en personbils-metafor. Det er sådan et formasket elnet, Energinet skal i gang med at etablere langt ude på havet i Nordsøen og i Østersøen. For ellers bliver det ikke muligt at fordele enorme mængder af strøm fra havvind til husstande og industrier over hele Europa.

”Når vi skal høste over 300 GW havvind i europæiske farvande inden 2050, kan vi ikke blive ved med kun at udbygge vindmølleparker på havet, hvor man tilslutter dem punkt til punkt, det vil sige, med én forbindelse mellem hver vindmøllepark og elnettet på land. Det ville blive én stor omgang spaghetti af kabler på havbunden”, siger Christian Flytkjær.

Jævnstrøm er nøglen – og udfordringen
Så opgaven er at lave et elnet på havet, der er formasket og derfor fleksibelt forbinder produktion og forbrug ligesom elnettet på land. Men når strøm skal forbinde vindmøller og flere landes elnet med hinanden, skal den bevæge sig som jævnstrøm over meget store afstande, før den kan koble sig på elnettet i et givent land ved hjælp af sådan en konverter, som Christian Flytkjær besøger på billedet.

I kabler kan vekselstrøm ikke effektivt transporteres over længere afstande end ca. 80 kilometer. Det skyldes, at vekselstrøm i kabler producerer det, man kalder reaktiv effekt. Reaktiv effekt kan forstås som en slags fyld eller støj, der hober sig op, og jo længere kablet er, jo mere reduceres den energi, der faktisk kommer frem og kan bruges.

Jævnstrøm producerer derimod ikke reaktiv effekt i kabler og kan derfor transporteres over meget lange afstande uden væsentligt energitab. Derfor er det formaskede elnet på havet nødt til at være et net af jævnstrømskabler, som til gengæld har andre udfordringer. Meget forsimplet kan udfordringerne ved jævnstrøm koges ned til to ting: Et jævnstrømsnet på havet skal styres af meget komplicerede kontrolsystemer, og det er langt vanskeligere at afbryde for jævnstrøm på høje spændingsniveauer, end det er at slukke for vekselstrøm.

Svært at afbryde jævnstrøm
Lad os tage det sidste først. Vekselstrøm i et 50 Hertz net skifter retning 100 gange i sekundet. I det øjeblik, den skifter retning, passerer den 0 ampere. Præcis i det øjeblik, den bliver nul, kan den afbrydes. Jævnstrøm skifter derimod ikke retning, passerer derfor heller ikke 0 ampere, og er derfor langt sværere at afbryde.

Christian Flytkjær siger:

”Udfordringen med jævnstrøm er, at strømmen aldrig bliver 0 ampere, så hvis du forsøger at afbryde strømmen, vil der opstå en lysbue eller lille lyn, der vil stå og brænde ved flere tusinde graders varme. Det har man ikke materialer, der kan holde til, og så kan det risikere at springe i luften til fare for omgivelserne og forsyningssikkerheden”.

En kontakt, der kontrolleret kan afbryde jævnstrøm på meget højt spændingsniveau, eller en såkaldt jævnstrømsbryder, findes ikke i drift i Europa i dag. De er under udvikling, og nogle producenter har dem på bestillingslisten. Men det er umoden teknologi, selvom enkelte er i drift i Kina

Særligt i takt med at jævnstrømsnettet på havet bliver større, bliver jævnstrømsafbryderne helt afgørende. Uden dem vil man ikke kunne adskille fejlramte dele af nettet fra velfungerende, og systemet vil derfor ikke kunne drives sikkert.

Energinets omformerstation i Revsing ved Vejen, som skal omdanne strømmen fra Viking Link fra veksel- til jævnstrøm og omvendt, så strømmen kan transporteres mellem Danmark og Storbritannien.

Alt skal styres med computere og kontrolkode
På land er der kraftværker, der ved hjælp af store roterende generatorer sender vekselstrøm ud i elnettet. Hvis vekselstrømmen ikke kan komme videre ad en bestemt ledning eller kabel i nettet, vil den helt af sig selv flyde igennem en anden ledning eller kabel, så længe disse er bygget til det. Det er ikke tilfældet i et formasket jævnstrømsnet. Det er den anden store udfordring.

Vi er her ude i elektroteknik for absolut viderekomne, og Christian Flytkjær forsøger at koge det ned til en maggiterning: ”Hvor meget af den styring og kontrol, vi har brug for i vekselstrømsnettet på land, er hjulpet rigtigt godt på vej af fysikkens love, så er et jævnstrømsnet i langt højere grad afhængig af styring og kontrol og dermed den kontrolkode, rigtige dygtige mennesker har udviklet”.

Et af Europas største forsknings- og udviklingsprojekter
I Danmark har vi mange havområder, der er gunstige for havvind, og indtil nu har vi været i stand til at etablere havvindmølleparker forbundet med vekselstrømskabler relativt tæt på kysten. Det er første step i udbygningen af havvind.

Næste step er at etablere havvindmølleparker med jævnstrømsforbindelser længere ude på havet men stadig kun forbundet direkte til et lands elnet ad gangen. Dette step har flere lande allerede erfaring med, blandt andre Tyskland og Holland. Tredje step i udviklingen er at lave hybride jævnstrømsforbindelser, der efterhånden vil danne et formasket net på havet og således på én og samme tid hente en masse havvind ind til de europæiske lande og forbinde landenes elsystemer endnu mere til hinanden, end allerede er tilfældet.

At dette tredje step ikke bare lige er noget man gør, understreges måske bedst af, at det forsknings- og udviklingsprojekt, der skal hjælpe med at løse det, er et af de største under EU’s innovationsprogram Horizon Europe Framework Programme. Projektet hedder InterOPERA og modtager DKK 400 millioner i EU-midler. I projektet går Energinet sammen med syv andre TSO’er, leverandører af jævnstrømsudstyr, havvindudviklere og forskere om at løse det, Christian Flytkjær kalder innovationens onde cirkel:

”Som bygherrer kan vi ikke bestille anlæggene, for vi ved ikke nok om præcist, hvad vi kan eller skal bestille. Som leverandører kan de ikke begynde at udvikle det, før vi bestiller det.”

InterOPERA begyndte i januar 2023 og skal levere de endelige resultater i foråret 2027. Målet er, at man så har beskrevet den tekniske, regulatoriske og juridiske ramme, som skal gøre, at jævnstrømsnettet kan udbygges gradvist med omformere, brydere og kabler på en måde, så de fungerer sømløst med hinanden – også selvom disse anlæg leveres af vidt forskellige leverandører.