Tøffe tester for batterilagringssystemer

Kristiansand-baserte Pixii AS utvikler modulære, batteribaserte energilagringssystemer (BESS) som skal bidra til effektiv integrasjon av fornybar energi og stabilisering av kraftnett. Selskapets hovedprodukter er PowerShaper- (skap) og den større PowerBase (containerstørrelse) familien, som gir høyere effekt- og kapasitetsnivåer for krevende industrielle applikasjoner som peak shaving, spenningsstøtte og lastutjevning. I tillegg tilbyr de den mindre Pixii Home-løsningen, rettet mot husholdninger. Alle basert på de samme modulene, Pixiibox og tilhørende gateways og batteripakker.

Grønn vekst

– Målet vårt er å bidra i overgangen til grønn energi, forteller Øyvind Mjanger, som leder test & industrialiseringsavdelingen i Kristiansand. Mens fokuset på grønn energi har også gjort Pixii til et av de raskest voksende selskapene de siste årene. – Vi satser i utgangspunktet på tre markeder; Hjem, Elbil og C&I (Commersial and Industrial, red. anm.), der C&I for tiden utgjør det største. Her leverer vi systemeffekter fra 50 kW til flere MW, fremholder han.

Frekvensmarkedet

– Man ønsker gjerne å få mest mulig ut av batterilagringssystemene, slik som å kutte effekttoppene, såkalt peakshaving, og gjerne tjene penger på dem i tillegg ved å handle i frekvensmarkedet – der disse markedsplassene fins, sier Mjanger, som kan fortelle at Pixiis systemer allerede er godkjent for de ulike frekvensmarkedene. Men hva innebærer dette?

Stabilisere kraftnettet

– Det har vært mye diskusjon rundt dette med hvordan en kan bidra til å stabilisere kraftnettet, som påvirkes av alt fra store generatorer/belastninger som koples inn og ut, overføringer via utenlandskabler osv. Lokalt kan dette føre til spenningsfall, og ved utfall av større generatorer kan man oppleve at frekvensen synker, forklarer direktør for sertifisering og validering, Jonas Beverfjord.

Hurtig respons

Alle de store kraftsystemene må holdes på samme frekvens. Dette overvåkes, og justeres raskt ved avvik. FFR (Fast Frequency Reserve) er en rask frekvensreserve som brukes for å stabilisere kraftsystemet når frekvensen faller under et bestemt nivå (f.eks. 49,5 Hz), og reagerer på typisk 0.7 – 1.3 sekunder. Tilsvarende er FCR (Frequency Containment Reserves) reserver som kan ta litt lenger tid å starte opp, men typisk innenfor 30 sekunder. Det fins også reserver med lenger responstid, på noen minutter. I mange kraftmarkeder utvikles det nå egne markedsplasser for denne typen reservekraft.

Tidlig ute

– Med vårt batterisystem kan vi tilby svært rask reservekraft tilpasset alle disse nivåene, men spesielt FFR, sier Beverfjord, som peker på at Pixii har vært tidlig ute med fungerende løsninger. Under en «dipp» i det kontinentale kraftnettet for en tid siden der frekvensen gikk ned under grenseverdien, leverte selskapets systemer i Danmark som bestilt. I dag fins det flere aktører på markedet, men gjennom sin tidlige posisjonering har Pixii allerede etablert samarbeid med flere av de store kraftleverandørene.

Kapasitetsproblemer

Kraftnettet er blitt mer komplisert med årene, med mer sol- og vindkraft som påvirker nettet (med både for mye og for lite kraft), og ikke minst behovet for hurtigladere for elbiler. Det er ikke bare for en bensinstasjon å sette opp ladestasjoner når nettkapasiteten er begrenset. Og nye linjer og trafostasjoner er det laang ventetid på. Her kommer også Pixiis løsninger inn, som en anvendelig løsning.

Buffer

– Et system fra oss kan operere som en buffer i kraftsystemet, der vi samler opp kraft nok gjennom døgnet til å kunne forsyne ladestasjonene med nok strøm. Selv om vi bare har 45 kW inn, kan vi levere 300 kW ut, sier Mjanger, som forteller at selskapet bl.a. samarbeider med flere internasjonale leverandører av slike løsninger – som for øvrig også kan kombineres med alternative energikilder, som solceller.

Forsyner industriområde

Med tanke på industrielle løsninger, har Pixii samarbeidet med kraftselskapet Elvia for å forsyne et industriområde i trøndelag med kraft.

– Vi har levert et dobbelt system fra oss på over 1 MW, kombinert med en løsning kalt PeakShaper fra Elvia. Dette er et skalerbart system som gjør at kraftselskapet slipper å bygge ut kostbare kraftnett, forklarer Mjanger.

«Jojo-effekt»

Som antydet kan for mye strøm også være galt. – Når et stort antall førstegenerasjons solcelleomformere opererte i et kraftnett med for liten øvrig balanserende produksjon, kunne det oppstå problemer, ettersom disse invertere, eller frekvensomformere, var stilt inn til å slå seg av ved en gitt øvre frekvens. For om lag femten år siden oppstod det overproduksjon en dag i Tyskland, noe som førte til en frekvensstigning til over denne grensen på 50,2 Hz – dermed slo alle solcelleomformerene seg av samtidig. Etter 60 sekunder slo alle seg på igjen, og dermed hadde man en «jojo-effekt» i gang.

Oppdatert regelverk

Hendelsen, som nesten endte i en blackout, førte til flere endringer i regelverket (som stadig oppdateres), for eksempel at systemene skulle redusere levert aktiv effekt ved økende frekvens (P(f)), i stedet for å kutte helt. I tillegg er det innført nye funksjoner, slik som reaktiv effekt som følge av spenning (Q(U)). – I dag har vi utviklet mange slike automatiske funksjoner som kan implementeres i utstyret, poengterer Beverfjord. – Det er en stor styrke at «boksene» våre enkelt kan konfigureres i programvare, legger han til.

Essensiell testing

Under utvikling av disse produktene er test og validering en essensiell prosess. Sikkerhetstestingen omfatter både IP, EMC, kryp/klaring, «single fault»-testing og test av komponenter. – Funksjonelt må vi også sikre at alle funksjoner knyttet til kraftnettkoder fungerer som de skal – og de må reagere på millisekunder. I tillegg må vi teste for «anti-islanding», dvs. detektere om systemet er frakoblet f.eks. i forbindelse med service. Alt dette må være på plass i kraftsystemet, forklarer Beverfjord.

Tvinges til å feile

I tillegg kjøres produktene gjennom en knallhard valideringsrunde, der de blir testet under høytemperaturforhold og for levetidsfunksjon. I klimaskap med vibrasjonsplate blir de utsatt for høye og lave spenninger og alt annet testingeniørene kan finne på for å bryte dem ned. – Vi tester helt til det er ødelagt, kommenterer Beverfjord. Da vet man i hvert fall en del om hva utstyret tåler og ikke. Selv om Mjanger peker på at man ikke alltid får det til å feile.

Den anvendelig PixiiBox

Selve kjernen i alle batterilagringssystemer fra Pixii er deres toveis kraftkonverteringsenhet PixiiBox. Toveis betyr at energiflyten kan gå begge veier, fra strømnettet til batteriet og tilbake til strømnettet. Den kan kobles til en rekke energikilder, som solcellepaneler, strømnettet, generatorer og mer. Den er programvarekonfigurerbar og kan stilles inn til å utføre ulike funksjoner, noe som sikrer optimal ytelse og tilpasningsevne.

Skalerbar og konfigurerbar

– Det er skalerbarheten i dette som er vår styrke, i tillegg til at boksen konfigureres til den aktuelle anvendelsen gjennom programvare. Vi bruker den samme maskinvaren i alle anvendelser, og i små som store systemer, sier Beverfjord. – Maskinvaren gjennomgår naturligvis stadige forbedringer, men store strukturelle endringer er ikke gjort siden vi lanserte PixiiBox, sier Mjanger, og legger til at man selvsagt har tatt høyde for fremtidige utvidelser.

Komponentvalg

– Derfor er også komponentvalget uhyre viktig. Det var en utfordring under pandemien, og må følges opp kontinuerlig. Men vi har god kontroll på det, understreker han. Enkelte komponenter har selskapet spesielt god kontroll på, ettersom de faktisk lager sine egne kundespesifiserte magnetiske kretser. – Der lener vi oss til egen know-how, sier Mjanger, og trekker bl.a. frem en spesialisert, isolert trafo med høy virkningsgrad i begge retninger.

Full kontroll

Pixii benytter underleverandører både i Norge, Europa og Asia, mens kraftsystemene hovedsakelig monteres i Slovakia. Men all produksjon og test styres fra Kristiansand. Ikke minst gjennom bruk av testovervåkingssystemet Watts fra Virinco. Med duplikat av testoppsettet i fabrikken har man full oversikt over alle prosesser. – Det er helt sentralt i utvikling av kritiske produkter, avslutter Mjanger.