Smartstrøm endrer hverdagen vår

Moderne batterier og avanserte dataprogrammer endrer nå muligheten til å utnytte strømmen langt bedre i de store byene. Mulighetene er mange:

• Borettslag og nabolag kan gå sammen om å lage lokale strømnett, produsere egen strøm fra solceller og vindmøller, og selge den overskytende strømmen til resten av samfunnet.
• Elektriske biler kan brukes som lokale kraftverk.
• Avanserte strømmålere kan gjøre det mulig å stabilisere etterspørselen etter strøm.

Forskere ved Institutt for informatikk på Universitetet i Oslo er nå i gang med å utvikle ny programvare for å få dette til.

La oss ta det punkt for punkt:

Lokale strømnett

Dagens organisering av strømnettet er ikke optimal. Behovet for strøm varierer

i løpet av døgnet. De største toppene er på ettermiddagen når alle skal lage middag – og på kalde dager om vinteren når alle skal fyre opp i husene sine samtidig.

Dagens strømnett er dimensjonert for toppbelastningen.

- Hvis det hadde vært mulig å redusere toppene, ville det ikke vært nødvendig med så store strømnett. Da kunne vi kanskje sluppet monstermastene over Hardangerfjorden?, spør professor i energiinformatikk, Frank Eliassen på Institutt for informatikk ved Universitetet i Oslo.

For å dempe belastningen på det nasjonale strømnettet, ser han for seg at borettslag og nabolag kan gå sammen om å bygge egne lokale strømnett. Takket være svære batterier kan disse strømnettene kjøpe opp strøm fra hovednettet når overskuddsstrømmen er billig og spare strømmen til de selv har behov for den.

Solcelleteknologien blir stadig bedre. Eliassen ser derfor også for seg at borettslagene og nabolagene produserer sin egen strøm. Denne strømmen kan lagres i de lokale batteriene. Overskuddskraften kan selges til hovednettet.

- De lokale enhetene skal altså kunne produsere sin egen strøm, selge den overskytende ut på markedet, og kjøpe strøm når man ikke selv klarer å produsere nok, sier Eliassen.

Problemet er bare at man ikke kan selge strøm når man selv har lyst. Strømnett er sårbare. Forbruket av strøm må være eksakt lik den mengden som dyttes inn i nettet. Hvis det oppstår ubalanse, kan strømnettet skades. Kraft fra mange leverandører kan derfor skade stabiliteten i strømnettet, hvis man ikke greier å kontrollere når hver av dem skal levere strømmen.

For å skjønne problemet kan du tenke deg at du har ansvaret for å holde et vannreservoar på et konstant nivå. For mye vann fører til oversvømmelser. For lite vann ødelegger  vanningsmulighetene på jordene.

- Du må ikke tappe inn mer vann enn det som renner ut. Det er enkelt å kontrollere vannivået i et reservoar, men hvis du skal kontrollere vannet fra tusenvis av bekker samtidig, blir problemene større. Samtidig skal du også sørge for at du ikke bruker mer vann enn det bekkene kan tilføre til enhver tid. Dette krever en helt annen løsning enn den vi har i dag, poengterer Frank Eliassen.

Med mange strømleverandører må det derfor lages en sinnrik plan for når de ulike leverandørene skal få lov til å sende strøm inn i nettet. Dette er et ganske avansert optimeringsproblem. Det gjør det ikke enklere at ingen på forhånd er nøyaktig i stand til å forutse hvor stort forbruket blir og hvor mye de ulike strømleverandørene er i stand til å produsere.

Uheldigvis er sol- og vindenergien i utgangspunktet mindre regulerbar enn dagens vannkraft. Det er derfor viktig å lagre energien på en effektiv måte.

I stedet for at hver enkelt husstand selger strøm til nettet, er det ifølge Eliassen mer optimalt om borettslaget eller nabolaget investerer i et stort felles batteri. Batteriet kan brukes som et koblingspunkt til det nasjonale strømnettet i stedet for å koble til flere hundre lokale husstander.

- Et av dilemmaene er å bestemme hvor mye autonomi, altså selvbestemmelse, hver enkelt enhet skal ha. Tenk deg at de tradisjonelle strømleverandørene ikke kan levere så mye strøm som de skulle. Det kan da tenkes at småprodusentene blir tvunget til å levere mer. Dette er et regulatorisk problem som det må lages et system for, sier Eliassen.

Elektriske biler

Det blir stadig viktigere å kunne lagre energi på en effektiv måte. Hvis den enkelte husstand trenger en egen batteripakke, kan de i stedet bruke batteriet i den elektriske bilen. Du kan altså lagre den strømmen du ikke bruker, i elbilen og la dette batteriet fungere som et reservebatteri for hele husholdningen.

For samfunnet kan dette bli et ekstra pluss. Det er en teoretisk mulighet for at elbilene, hvis strømnettet skulle bryte sammen, kunne kjøre rundt, og for en kort periode overta strømleveransene til kritiske funksjoner i samfunnet, slik som sykehus.

- Dette er et eksempel på mobil energi som samfunnet i nødssituasjoner kan bruke når den faste infrastrukturen ikke fungerer, poengterer Eliassen.

Avanserte strømmålere

De fleste innbyggerne i Norge skal i løpet av noen år få installert avanserte strømmålere. Disse strømmålerne skal gjøre det mulig for alle å ha mer kontroll på når det lønner seg å bruke strøm.

Et av poengene med de nye strømmålerne er at belastningen på strømnettet kan flates ut hvis forbrukerne får et bevisst forhold til de varierende prisene i løpet av dagen.

- Strøm er usynlig og vanskelig å forstå. Vi er ofte ufornuftige og lite gjennomtenkte når vi bruker ressurser vi ikke ser. Med de avanserte strømmålerne kan vi få et mer bevisst forhold til strømbruk, akkurat som vi har til vann, poengterer stipendiat Hanne Cecilie Geirbo på Institutt for informatikk. Hun kaller seg teknologiantropolog og tar doktorgraden sin på solcelleanlegg og lokalt strømnett i en landsby i Bangladesh. Nå skal hun forske på fremtidens strømforbruk i smarte byer.

Frank Eliassen påpeker at det også finnes strømmålere som er enda mer avanserte enn de som skal monteres i Oslo. Tenk deg at strømleverandøren i et lite område skal lade flere tusen elbiler over natten. Ikke alle kan lades samtidig. Fremtidens strømmålere og ladepunkter gjør det mulig for strømleverandøren å styre når det er optimalt for strømnettet å lade bilen din.

- Da kan den lokale strømleverandøren ha en viss kontroll med forbruket, slik at de unngår topp om ettermiddagen når alle skrur på komfyren. Strømleverandøren kan også til en viss grad styre når vaskemaskinen skal starte. Du kan bestemme at tøyet skal være ferdig vasket og el-bilen ferdig ladet til neste morgen. Så kan strømleverandøren bestemme når det skal skje for å kunne fordele strømforbruket jevnere over tid, sier Eliassen.

Superrask programvare

For å gjennomføre dette trengs det toppmoderne datateknologi. Programvaren som skal sjekke feil på nettet, må reagere umiddelbart. Noen ganger har programvaren bare millisekunder på seg. Det er derfor uheldig om alle kontrollfunksjonene bare legges i sky-løsninger, altså på eksterne nettservere, slik mange ønsker i dag.

- Sky-løsninger gjør at feilsjekken noen ganger tar for lang tid. Da er det bedre med desentraliserte løsninger.

En del av forskningen er å bruke spillteori. Dette er en matematisk teori som energiinformatikerne bruker til å finne ut av hvordan uavhengige husholdninger kan bli enige om å dele en viss mengde strømkapasitet.

- Noen ønsker å selge mest mulig strøm, noen vil bruke minst mulig, noen vil bare bruke fornybar strøm. Hver husholdning har sin egen strategi på hvordan strømforbruket skal styres, sier Eliassen.

Faren for hacking

Jo flere komplekse, lokale systemer og jo flere bindinger mellom dem, desto mer sårbare er de.

- Sikkerheten er viktig. Alt som er på internett, kan hackes. Ikke glem da russiske hackere klarte å stoppe strømmen i deler av Ukraina rett før jul, påpeker Eliassen og poengterer at sikkerhet er blitt et nytt område innen energiinformatikken.  Her har UiO et tett samarbeid med UiB, UNIK og Simula-senteret.

Selv om systemer er gjensidig avhengige av hverandre, må eventuelle sammenbrudd isoleres.

- Det må dessuten være mulig stadig å endre de lokale systemene uten at hele nettet bryter sammen. Vi må også se for oss fremtidens oppdateringer av programvare uten at vi i dag aner hvordan de ser ut, sier Geirbo.

Fare for overvåking

Et av minusene med den nye teknologien er muligheten til å samle inn og lagre enorme mengder data om strømforbruket.

- Vi må være nøye med hvem som får tilgang til dataene. Selv om vi har kontroll i dag, kan det skje politiske omveltninger. Vi vet ikke hvem som kommer til makten i fremtiden, advarer Geirbo.

Hun poengterer også at folk ikke alltid tar i bruk teknologien slik det er tenkt.

- Folk gjør andre ting enn planlagt. De er uforutsigbare. Vi vet ikke hvordan dette kan bli, akkurat som vi ikke visste konsekvensene av internett, forteller Hanne Cecilie Geirbo.

Nettdating med spenning

Geirbo sier helt til slutt - som et apropos og med et smil på lur - at bedre visualiseringer av strømforbruket kanskje kan brukes til nettdating.

- Noen kan la seg trigge av at de klarer å spare mer strøm enn naboen. Det kan være lokale konkurranser i borettslag eller i bydeler. Kanskje strømdataene kan kobles til nettdatingprofilen din? Da kan man fremstå som grønn urbanist. Selv om dette er en vill idé, skal vi ikke se bort ifra at noen kan tenke seg å bruke denne typen informasjon i profileringen av seg selv på ett eller annet vis, avslutter Hanne Cecilie Geirbo.

Computerworld samarbeider med Apollon, Universitetet i Oslos populærvitenskapelige forskningsmagasin. Denne artikkelen ble først publisert i Apollon 9. mai 2016.