Gwneud y gorau o fanteision ffermydd gwynt y DU

Mae ein hymchwil yn helpu i foderneiddio trosglwyddo ynni ledled y DU ac Ewrop ac yn ein gwthio tuag at y targed o allyriadau carbon sero net.

Erbyn 2030, mae Llywodraeth y DU eisiau i wynt ar y môr gynhyrchu digon o drydan i bweru pob cartref yn y wlad.

Bydd y nod hwn wrth wraidd ymgyrch y DU tuag at allyriadau carbon sero net erbyn 2050 a bydd capasiti ynni gwynt ar y môr yn cynyddu o 30GW i 40GW.

Gan ei bod yn gartref i fwy na thraean o ffermydd gwynt alltraeth y byd a saith o'r 10 safle mwyaf yn y byd, mae'r DU mewn sefyllfa dda iawn i ymateb i'r her.

“Dyma darged uchelgeisiol iawn,” meddai'r Athro Carlos Ugalde-Loo, o’r Ysgol Peirianneg. “Fodd bynnag, gallai'r pris am beidio â chymryd hyn o ddifrif fod yn ddinistriol. Rydyn ni’n sôn am y ffaith bod rhywogaethau ac ynysoedd yn y Môr Tawel yn cael eu dileu'n llwyr. Mae’n rhaid inni fynd ati i ddeall difrifoldeb y sefyllfa a dylen ni geisio cyflawni'r gorau y gallwn.”

Bydd gwneud hynny'n gofyn am gryn fuddsoddiad mewn technolegau newydd, tra ar yr un pryd yn cynyddu gallu'r coridorau trosglwyddo pŵer presennol i integreiddio gwynt ar y môr ac ar y tir.

A'r dasg hon o wella a moderneiddio'r seilwaith presennol sydd wedi bod yn nod i'r Ganolfan Cynhyrchu a Chyflenwi Ynni Adnewyddadwy Integredig yn ystod y 10 mlynedd diwethaf.

Wrth wraidd y broblem mae'r dasg o geisio cymysgu'r hen gyda'r newydd.

Gan i rannau o'r Grid Cenedlaethol gael eu hadeiladu mwy na 40 mlynedd yn ôl ac i’r system bŵer gael ei lunio yn wreiddiol i drosglwyddo pŵer o orsafoedd cynhyrchu mawr yn uniongyrchol i ddefnyddwyr, mae wedi mynd yn fwyfwy anodd integreiddio technolegau adnewyddadwy newydd sbon yn rhan o'r grid presennol, esbonia'r Athro Ugalde-Loo.

“Rydyn ni’n ymestyn y rhwydwaith trosglwyddo pŵer i'r eithaf drwy ychwanegu fferm wynt hwnt ac yma, a’r cwbl a wna hyn yw rhoi straen ar y system fwyfwy a chreu heriau technegol.”

O gerrynt eiledol i gerrynt uniongyrchol (AC/DC)

Ar gyfer ffermydd gwynt ar y môr yn enwedig, un o'r prif heriau yw colli pŵer wrth i drydan gael ei gludo o’r naill le i'r llall, sef yr hyn a elwir yn golled yn sgîl trosglwyddo.

Anfonir trydan a gynhyrchir ar y môr drwy geblau sydd wedi'u claddu yng gwely'r môr a hwyrach y byddan nhw’n teithio degau o gilomedrau cyn iddo gyrraedd defnyddiwr terfynol, sy'n golygu y gall colled yn sgîl trosglwyddo fod yn fater difrifol unwaith y bydd y pellter yn rhy bell o'r traeth.

Mae trydan fel arfer yn cael ei gynhyrchu, ei drosglwyddo a'i ddosbarthu ar ffurf cerrynt eiledol (AC). Mae AC, sef yr hyn a ddefnyddir yn bennaf yn ein cartrefi i bweru eitemau bob dydd megis y tegell a’r tostiwr, yn fath o cerrynt trydanol pan fydd cyfeiriad llif electronau – sef conglfaen trydan – yn newid yn ôl ac ymlaen yn rheolaidd neu mewn cylchoedd.

Mae hyn yn wahanol i'r cerrynt uniongyrchol (DC) pan fydd cerrynt trydanol yn llifo'n gyson i un cyfeiriad.

Er nad yw DC yn cael ei ddefnyddio mor aml yn ein cartrefi, mae'n cael ei ystyried yn ffordd well o lawer o gludo trydan dros bellteroedd hir gan ei fod yn llawer llai tebygol o ddioddef colled yn sgîl trosglwyddo o'i gymharu ag AC.

“O ran AC, pan fydd y pellter yn hir iawn o'r man cynhyrchu i'r pwynt defnyddio, wedyn efallai y bydd cryn golledion yn sgîl trosglwyddo yn digwydd,” esbonia'r Athro Ugalde-Loo.

“Os ydyn ni’n meddwl am rai o'r ffermydd gwynt mawr sy’n fwy na 70km oddi ar arfordir y DU sy'n ceisio sicrhau bod y pŵer hwnnw yn ddefnyddiol ar y tir, s ydyn nhw’n trosglwyddo drwy AC, byddan nhw’n wynebu colledion sylweddol, a gall hynny fod yn gostus iawn.

“Yn y bôn, rydych chi'n colli rhywfaint o'r adnodd, a dyna pam mae DC yn ddefnyddiol iawn.”

Gellir uwchraddio'r seilwaith presennol i systemau cerrynt uniongyrchol foltedd canolig (MVDC) a cherrynt uniongyrchol foltedd uchel (HVDC) fel y gellir troi AC yn hawdd yn DC ac yna ei gludo dros bellteroedd hir.

Mae'r Athro Ugalde-Loo a'i dîm yn arbenigwyr ar reoli'r broses hon sydd yn aml yn gymhleth ac yn gostus, ac mae eu hymchwil fanwl yn cael ei defnyddio i ddilysu, profi, gweithredu a rheoli systemau DC.

Y cysylltiad Cymreig

Ar y cyd â Scottish Power Electrical Networks (SPEN), cymerodd ein hacademyddion ran yn ddiweddar mewn prosiect ôl-osod, o'r enw Angle-DC, i oresgyn y cyfyngiadau yn sgîl integreiddio ynni adnewyddadwy, gan gynnwys ynni gwynt, o Ynys Môn i'r tir mawr ym Mangor.

Drwy ddarparu astudiaethau efelychu, modelau ac argymhellion technegol, helpodd y brifysgol i sicrhau buddsoddiad o £13.5m yn y prosiect gan Ofgem, a daeth £1.5m arall o SPEN, er mwyn troi'r llinell AC bresennol yn un MVDC.

“Roedd llinell drosglwyddo AC bresennol rhwng Ynys Môn a Bangor nad oedd yn cael ei defnyddio'n aml oherwydd problemau llwytho a'r ffordd roedd y rhwydwaith yn gweithio,” esbonia'r Athro Ugalde-Loo.

“Mae gan Ynys Môn gryn botensial ar gyfer ynni adnewyddadwy, megis gwynt, felly ein gwaith ni oedd helpu i sicrhau bod y cysylltiad yn weithredol yn barhaol.”

Cafodd ei gwblhau ym mis Gorffennaf 2020, a’r prosiect oedd yr uwchraddiad cyntaf erioed yn Ewrop o goridor trosglwyddo AC a oedd yn segur yn bennaf yn gysylltiad DC.

Llwyddodd y prosiect i gynyddu capasiti trosglwyddo'r system 23 y cant, ac mae’r rhagolygon yn awgrymu gwerth £18m o arbedion ynni economaidd yn ystod y 30 mlynedd nesaf a gostyngiad blynyddol o 128 tunnell y flwyddyn o ran allyriadau carbon gwerth £20m o ran manteision carbon.

At hynny, cafodd y prosiect ddylanwad ar y economi leol dros gyfnod o amser ac amcangyfrifwyd ei fod wedi creu 200 o swyddi cyfwerth ag amser llawn (FTE) rhwng 2016 a 2020.

Yn seiliedig ar lwyddiant Angle-DC, rhagwelodd SPEN y gellid ymchwilio i 25 o brosiectau ychwanegol eraill ledled y DU, gan arwain at gryn nifer o fanteision economaidd a swyddogaethol i'r wlad.

Yn ogystal â'r gwaith hwn, mae ein hacademyddion hefyd wedi bod yn cydweithio â'r Grid Cenedlaethol i sicrhau bod gridiau HVDC yn cael eu gweithredu'n ddiogel.

Bydd unrhyw gerrynt annormal, neu gerrynt diffygiol, yn llifo drwy rwydwaith DC yn llawer cyflymach nag mewn system AC ac felly mae angen strategaethau rheoli a dyfeisiau amddiffynnol i sicrhau eu bod yn perfformio'n ddiogel ac yn ddibynadwy.

Mae ein hacademyddion wedi creu a dilysu strategaethau rheoli ar gyfer cysylltiadau DC ar y môr ar gyfer y Grid Cenedlaethol, gan arbed o leiaf £10m drwy sicrhau rhagor o effeithlonrwydd a lliniaru risg, gan gynyddu hyder mewn strategaethau ledled y DU ar gyfer prosiectau seilwaith DC foltedd uchel ar raddfa fawr.

Effeithiau prosiect Ynys Môn

Gostyngodd allyriadau carbon 128 tunnell y flwyddyn.
Rhagwelir gwerth £18m o arbedion ynni economaidd dros y 30 mlynedd nesaf.
Crëwyd 200 o swyddi cyfwerth ag amser llawn yn lleol rhwng 2016 a 2020.

Uwch-grid yn y dyfodol?

Mae HVDC yn debygol o ddod yn fwyfwy presennol yn ein seilwaith cenedlaethol wrth i fwyfwy o dechnolegau adnewyddadwy gael eu cyflwyno ar-lein, ac felly bydd ymchwil a wneir yn y brifysgol yn hollbwysig wrth helpu i gyflawni hyn.

Fodd bynnag, gallai’r defnydd mwyaf diddorol ohono ddeillio yn sgîl darparu 'uwch-grid' sydd wedi bod yn yr arfaeth ers amser maith.

Syniad a gyflwynwyd gyntaf yn y 1950au yw hwn, sef ‘uwch-grid' a fyddai’n trosglwyddo trydan ar draws gwledydd a chyfandiroedd, gan greu rhwydwaith byd-eang a fyddai'n golygu bod modd masnachu llawer iawn o drydan ar draws pellteroedd mawr.

At hynny, byddai'n helpu i leddfu'r amrywiadau naturiol y mae gwledydd yn eu hwynebu yn eu ffynonellau ynni adnewyddadwy eu hunain.

“Hwyrach y byddai llawer o ynni gwynt yn dod o Fôr y Gogledd oddi ar arfordir Denmarc a'r Iseldiroedd ran o'r dydd, ac yna ynni'r haul yn dod o ogledd Affrica ran arall o'r dydd, a chryn bŵer hydrodrydanol yn dod o Norwy gan helpu i gydbwyso’r ffaith bod cynhyrchu ynni’r haul a gwynt yn beth ysbeidiol,” esbonia'r Athro Ugalde-Loo.

“Felly, yr her fyddai cysylltu'r gwahanol bwyntiau hyn â'r grid ac yna sicrhau bod pawb yn cael eu cysylltu ac yn gallu defnyddio'r trydan hwn.”

Gan fod llinellau pŵer HVDC yn gallu trosglwyddo ynni uwchben y ddaear, oddi tani ac o dan y dŵr gan golli ond 1.6 y cant fesul 1,000km, mae'n ddelfrydol i’w drosglwyddo ar draws ‘uwch-grid’.

Ac eto, ym marn yr Athro Ugalde-Loo, mae rhai materion eithriadol o bwysig y mae angen eu hystyried cyn i'r syniad hwn ddod yn realiti.

“Er bod y dechnoleg sydd gennym yn ddatblygedig iawn, os ydyn ni eisiau cyflawni sero net mae cynifer o agweddau eraill y tu hwnt i'r dechnoleg y mae angen eu hystyried, megis polisïau, agweddau economaidd, risg a chanfyddiadau'r cyhoedd, cyn y gallwn ni agosáu at y targedau hynny yn realistig,” meddai'r Athro Ugalde-Loo wrth gloi.

Ymchwil yn yr Ysgol Peirianneg

Rydyn ni’n gweithio gyda phartneriaid diwydiannol a sefydliadau eraill, ac mae ein hymchwilwyr yn arwain prosiectau arloesol y mae modd eu defnyddio mewn sawl ffordd ymarferol.