Meld. St. 14 (2011–2012)

Vi bygger Norge – om utbygging av strømnettet

2.2 Overføring av strøm

Kraftnettets funksjon er å transportere elektrisk kraft fra produsenter til forbrukere, i de mengder og på de tidspunkter forbrukerne ønsker. I kraftsystemet må strøm produseres i det øyeblikket den skal forbrukes. Derfor er en sentral egenskap ved kraftsystemet at det hvert øyeblikk må være balanse mellom samlet produksjon og samlet bruk av kraft, såkalt momentan balanse. Dette stiller høye krav til kapasiteten i nettet.

2.2.1 Hvordan strøm overføres

Sentralnettet er i all hovedsak masket, det vil si at strømmen kan gå flere veier for å komme til et punkt. Nettkundene, produsenter og forbrukere, er i nesten alle tilfeller knyttet til det maskede nettet via radialer (en enkelt ledning mellom forbruket/produksjonen og et punkt i det maskede nettet).

Boks 2.3 Overføringstap

Energitapet beregnes som den momentane forskjellen mellom elektrisitet som produseres og forbrukes. Tapet for de ulike nettnivåene måles som energi matet inn i det aktuelle nettet minus den energien som er tatt ut. Det prosentvise tapet beregnes i forhold til det innmatede volumet i det aktuelle nettet.

Den elektriske energien som går tapt i det samlede kraftnettet i Norge ligger nå normalt på ca 10 TWh/år. Dette utgjør om lag 8 prosent av normal årsproduksjon.

Figuren under viser at de største tapene er i distribusjonsnettet.

Figur 2.2 Tap per nettnivå i 20101, prosent

Figur 2.2 Tap per nettnivå i 20101, prosent

1 Tapstallene per nettnivå er hentet fra nettselskapenes årlige tekniske og økonomiske innrapportering til NVE og omfatter derfor bare tap i nett som har inntektsramme. Figuren viser ikke det samlede tapet i kraftnettet. Blant annet inngår ikke tap i en del produksjonsrelaterte nett.

Kilde: NVE

Elektriske tap er en uunngåelig fysisk egenskap ved transport av elektrisk energi. Størrelsen på energitapet avhenger av mengde energi som overføres relativt til ledningens kapasitet. Tapene øker når overføringslengde eller mengde overført energi øker, mens de synker med høyere spenningsnivå. De seneste årene har tapene i det norske sentralnettet vært økende – en utvikling som er koblet til økt forbruk og produksjon og større belastning på nettet.

Ulike tiltak kan benyttes for å redusere tapene. Nye kraftledninger bidrar i de aller fleste tilfeller til at tapene totalt sett reduseres, ved at kraften som skal transporteres fordeler seg på flere ledninger. Spenningsoppgradering i sentralnettet, fra 300 kV til 420 kV, innebærer grovt sett at tapene i den aktuelle ledningen halveres, gitt ellers like forutsetninger. På den annen side vil nye og oppgraderte ledninger tilrettelegge for økt overføring av strøm, noe som også kan trekke i retning av økte tap totalt sett, men lavere tap i prosent.

Ved bruk av kabel som alternativ til luftledninger over lengre avstander i sentralnettet øker tapene betydelig. Utvalg I, nedsatt av regjeringen for å vurdere sjøkabelalternativet for kraftledning mellom Sima og Samnanger, gjorde en vurdering som viste at luftledningsalternativet ville ha gitt et tap på om lag 25 GWh/år mens kabling ville gi energitap på om lag 60-175 GWh/år, avhengig av valgte kabelalternativ. Det presiseres at det her var snakk om en lang sjøkabel. Utvalget bestod av Roland Eriksson, Inga Bruteig, Kari Sletten og Vigeir Bunæs.

I et kraftsystem vil strømmen flyte dit hvor det er minst motstand, i henhold til fysikkens lover. Et kraftsystem som henger sammen og har lik frekvens kalles et synkront system.

Kraftsystemet er basert på vekselstrøm. For enkelte forbindelser benyttes høyspenning likestrøm. Før disse kobles til vekslestrømssystemet må det omformes mellom vekselstrøm og likestrøm, i en omformerstasjon. I motsetning til i et vekselstrømsystem kan kraftflyten i et likestrømssystem enkelt styres. I tillegg vil det være lavere nettap på likestrømsforbindelser enn på vekselstrømsforbindelser. Likestrøm benyttes som oftest der hvor det er behov for styrt overføring av kraft over lange avstander og for forbindelser mellom land eller områder som ikke er synkrone.

Over lange avstander transporteres strøm ved høye spenninger. Før strømmen distribueres til brukere, nedtransformeres den til lavere spenningsnivåer. I nettet finnes en rekke transformatorstasjoner som endrer spenning fra et nivå til et annet og binder de ulike nettnivåene sammen.

2.2.1.1 Overføringstap

Strømoverføring innebærer at noe energi går tapt på veien. Det er lavere prosentvise tap ved overføring på høye spenningsnivå enn på lavere nettnivåer. Det er noe av grunnen til at overføring over avstander, som er hovedoppgaven til sentralnettet, skjer ved høy spenning. Se boks 2.3 for mer om tap i nettet.

2.2.1.2 Elektromagnetisme

En kraftledning avgir elektriske og magnetiske felt. Elektromagnetiske felt oppstår rundt alle elektriske apparater, og kan inndeles i elektriske felt og magnetfelt.

Elektriske felt omgir elektriske apparater som er tilkoblet strømnettet, og kan eksistere selv om apparatet er slått av. Elektriske felt øker med spenningen og kan forårsake oppladning av metallgjenstander som ikke er jordet. Elektriske felt kan avskjermes av de fleste materialer.

En strøm som går gjennom en ledning setter opp et magnetisk felt rundt lederen. Størrelsen på magnetfeltet er avhengig av hvor mye strøm som går gjennom lederen, avstand til ledningen og hvordan flere magnetfeltkilder virker sammen. Feltet øker med økt strømstyrke og avtar når avstanden til kilden øker. Spenningen på kraftledningen i seg selv er ikke avgjørende for styrken på magnetfeltet, men ledninger med høyere spenning overfører ofte mer strøm enn ledninger med lavere spenning og vil derfor ofte gi et sterkere magnetfelt. Magnetfelt kan vanskelig avskjermes.

Statens Strålevern er ansvarlig myndighet for elektromagnetiske felt og helse. Magnetfelt måles vanligvis i enheten mikrotesla (μT). Strålevernsforskriften har fastsatt grenseverdien for befolkningen til 200 μT. Ved oppføring av nye elektriske anlegg eller oppgradering av eksisterende anlegg, skal det utredes om magnetfelt i nærliggende bygg kan bli høyere enn 0,4 μT.

2.2.2 Hva det vil si å ha tilstrekkelig kapasitet i nettet

Som nevnt er momentan balanse en sentral egenskap ved kraftsystemet. Et annet viktig trekk ved kraftsystemet er at kraftforbruket og -produksjonen varierer betydelig over året og over døgnet. Det er ikke uvanlig at det høyeste momentane forbruket i Norge i løpet av et år er tre-fire ganger høyere enn det laveste.

Ved analyser av forsyningssikkerheten i et kraftsystem, og behovet for investeringer i overføringsforbindelser, er både kraftbalansen og effektbalansen relevante størrelser. Kraftbalansen forteller om kraftsystemet har kapasitet til å dekke etterspørselen over tid. Kraftbalansen innenlands i Norge er definert som forholdet mellom samlet produksjon og samlet forbruk av kraft i et år med normal nedbør.

Det er imidlertid effektbalansen som legger sterkest føringer på dimensjoneringen av strømnettet. Effektbalansen er forholdet mellom tilgang og bruk av kraft på ett bestemt tidspunkt. Kraftnettet har begrenset effektkapasitet, blant annet fordi komponentene i systemet har en termisk grense som angir hvor mye elektrisk effekt som kan overføres uten at tapet øker betraktelig og i ytterste konsekvens at komponenten ødelegges eller utgjør en fare for omgivelsene. Ulike typer vern og brytere (systemvern) sørger for at komponenter frakobles før de ødelegges. For å utøve sin funksjon må strømnettet altså være sterkt nok til å håndtere det løpende forbruket – også i det øyeblikket forbruket er høyest. Disse effekttoppene, som gir nettet maksimal belastning, oppstår i Norge vanligvis i løpet av morgentimene på årets kaldeste dager.

Selv om rene energibetraktninger gir lite informasjon om den momentane driftssikkerheten i systemet, henger utviklingen i kraft- og effektbalansen sammen. En gradvis strammere kraftbalanse som følge av økt forbruk og/eller liten tilgang på ny produksjonskapasitet, øker kravene til overføringskapasitet inn til underskuddsområder. Strømnettet må være dimensjonert for å tåle effekttoppene som kan oppstå, også i et tørrår hvor tilgjengelig produksjonskapasitet i enkelte områder kan være liten som følge av lav vannstand i magasinene. I kapittel 3 gis en gjennomgang av dagens kraftbalanse og behovet for investeringer i overføringskapasitet.