Studieprogrammet Energi og Miljø - Kompetansebehov Hovedfokus: studieretning Energibruk og Energiplanlegging Notat utarbeidet av faggruppe Kraftsystemer institutt for elkraftteknikk, NTNU Mars 2000
2 0. FORORD Kraftsystemgruppen ved institutt for elkraftteknikk består av professor Arne T. Holen (leder), professor Hans H. Faanes, professor Øyvin Skarstein, førsteamanuensis Karstein J. Olsen, professor II Ivar Wangensteen, førsteamanuensis II Eivind Solvang og post doktor Gerd H. Kjølle. Kraftsystemgruppen (KS) har i januar/februar 2000 startet en prosess med sikte på å etablere en oversikt over hvilke kompetansebehov studieprogrammet Energi og Miljø samlet bør dekke sett fra KS sitt ståsted. Hovedfokus i dette vil for KS være studieretningen Energibruk og Energiplanlegging. Notatet inneholder noen innledende tanker om energisystemer og viktige rammebetingelser for optimalisering av fremtidens energisystemer. Kompetansebehovet for studieprogrammet, sett fra KS sitt ståsted, beskrives på et overordnet nivå. Deretter gis det oversikt over hvilken kompetanse KS besitter innenfor de områder KS mener at gruppen bør ha kompetanse. Til slutt listes opp noen forskningsrelaterte problemstillinger innen Energibruk og Energiplanlegging som vil være aktuelle framover. Notatet vil være et underlag for å vurdere hvilken kompetanse KS samlet bør dekke identifisere innenfor hvilke områder/emner det er behov for å supplere kompetanse identifisere innenfor hvilke områder/emner det er behov for å samarbeide med andre fagmiljøer (hente kompetanse) utvikle nye fag/emner og videreutvikle eksisterende som tilbys av KS uarbeide strategier, handlingsplaner og satsningsområder for forskning innen KS fagområder Redaktør og kontaktperson for notatet er Gerd H. Kjølle, tlf (735) 97275, gerd.kjolle@energy.sintef.no
3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. MÅLSETTING MED NOTATET...4 2. ENERGIBEHOV OG ENERGISYSTEMER...5 3. DRIVKREFTER OG TRENDER...8 4. MILJØASPEKTER...9 5. STUDIEPROGRAMMET ENERGI OG MILJØ...10 6. KOMPETANSEBEHOV...12 6.1 Energifag...12 6.2 Grunnleggende støttefag...12 6.3 Annen kompetanse...13 7. KOMPETANSE I FAGGRUPPE KRAFTSYSTEMER...14 8.FORSKNINGSRELATERTE PROBLEMSTILLINGER...17 9. LITTERATUR...19 Vedlegg 1...20 Kompetanse i faggruppe Kraftsystemer (KS) ved institutt for elkraftteknikk...20
4 1. MÅLSETTING MED NOTATET Hovedmålsettingen for KS med dette notatet er å bidra til skape diskusjon blant de som er involvert i Studieprogrammet Energi og Miljø med sikte på å etablere en felles forståelse og et helhetlig studietilbud for fremtidens miljøbevisste energiingeniører. Det er ønskelig sett fra KS at det utarbeides et felles grunnlagsdokument, gjerne med utgangspunkt i dette notatet. Notatet vil derfor være et underlag for en intern diskusjon i første rekke blant faglærerne knyttet til studieprogrammet. Et felles grunnlagsdokument for studieprogrammet for Energi og Miljø kan tjene flere hensikter. Her nevnes noen: bidra til å skape en felles oppfatning av studieprogrammets mål blant de miljøer som er knyttet til studieprogrammet bevisstgjøring mht kompetansebehov - hva bør kompetansen omfatte i dag og senere innenfor Energi og Miljø - hva kan vi og bør vi kunne (faglærerne/-miljøene) - hvilken kompetanse henter vi fra andre - hvor bør vi bygge opp kompetanse rekruttering av personell til studieprogrammet informasjon om studiet og studiets mål for studentene kontaktskaping nasjonalt og internasjonalt overfor andre fagmiljøer, jobbmarkeder, studieprogrammer underlag for å utarbeide strategiske dokument og handlingsplaner knyttet til studieprogrammet underlag for idégenerering og identifikasjon av behov for tverrfaglige, forskningsrelaterte aktiviteter
5 2. ENERGIBEHOV OG ENERGISYSTEMER Energibehov og energisystemer omfatter stasjonære energisystemer og energibruk til lands, offshore energisystemer og energibruk i transportsektoren. I beskrivelsen nedenfor utdypes dette noe for energibruk til lands og stasjonære energisystemer. Sluttbrukerne (samfunnet) har behov for energi knyttet til lys, varme, kjøling og til drift av ulike typer apparater og prosesser. Avhengig av type energibehov og prosesser vil det være forskjellige krav knyttet tilgjengeligheten (påliteligheten) og anvendeligheten av energien. Med andre ord: Det stilles ulike krav til den effekt- eller energivaren som leveres avhengig av hvilke formål den skal benyttes til. I energiloven er leveringskvalitet 1 innført som et sentralt begrep som beskriver kvaliteten på elektrisk kraft. KS er ikke kjent med tilsvarende begreper for varme- og kuldesystemer, slik at leveringskvalitet benyttes her som et begrep for å illustrere behovene sluttbruker har mht tilgjengelighet og anvendelighet av den effekt og energi som leveres. Hvordan kan vi tilfredsstille dette behovet på best mulig måte hensyn tatt til miljøet og den totale ressursutnyttelsen? Energisystemer brukes her som et samlebegrep for systemer som har som formål å tilfredsstille samfunnets (sluttbrukeres) behov for effekt og energi på en teknologisk effektiv, miljøvennlig og kostnadsriktig måte. Elementer knyttet til energisystemer skissert i figur 1. Energihandel Konvertering Produksjon Lagring Transport Leverings -kvalitet Lagring Lys Varme, kjøling Arbeid (apparater, prosesser) Distribusjon Produksjon Lagring Økonomi, miljø Energimarkeder Teknologier Produkter og tjenester Figur 1 Energibehov og elementer i energisystemer 1 Leveringskvalitet = Kvalitet på levering av elektrisk kraft i henhold til gitte kriterier. Leveringskvalitet er et samlebegrep som omfatter leveringspålitelighet, spenningskvalitet, informasjon og administrative/servicemessige forhold mm. Begrepet må ikke forveksles med energikvalitet som i mange sammenhenger benyttes om å bruke riktig energi til riktig formål. Det er behov for å finne felles begreper som dekker slike aspekter i tilknytning til energisystemer generelt.
6 Begrepet energisystemer omfatter systemer for produksjon, transport, distribusjon, konvertering, lagring og sluttbruk av energi. Dette involverer ulike teknologier, produkter og tjenester, økonomi og miljøaspekter. Det er en rekke problemstillinger knyttet til de ulike elementene som inngår i energisystemer, disse finnes langs flere akser og det vil være mange utfordringer i forhold til å knytte disse aksene sammen: teknologi system - komponent økonomi samfunn miljø/ressurser Energisystemer kan bestå av store nasjonale (internasjonale) og regionale systemer med sentrale produksjonsenheter og systemer for transport og distribusjon som f eks elkraftsystemet, eller av distribuerte systemer med lokale produksjonsenheter og distribusjon som f eks fjernvarmesystemer, eventuelt som selvstendige systemer hos sluttbruker (varmepumper, solcelleanlegg mm). Energisystemer som prosess med hhv sentral produksjon og lokal (distribuert) produksjon er illustrert i figurene 2 og 3. utslipp Energihandel Energimarkeder Produksjon Lagring Transport Konvertering, lagring Distribusjon Sluttbruk Kraftverk/ Rør, ledninger, batterier, LNG... Lys, varme, el. app.... varmeproduksjon Leveringskvalitet Primærenergi tap tap tap Økonomi, miljø Figur 2 Energisystem som prosess sentral produksjon.
7 utslipp Lagring Primærenergi Energihandel Produksjon Kraftverk/ varmeproduksjon Produksjon Distribusjon Produksjon - lys - varme - kjøling - arbeid utslipp Energimarkeder Produksjon Lagring tap Leveringskvalitet Kraftverk/ varmeprod. Primærenergi tap tap tap Økonomi, miljø Figur 3 Energisystem som prosess lokal produksjon Det finnes en rekke primære energikilder og typer anlegg for produksjon ev elektrisitet og varme/kulde som vist nedenfor: Energikilder Vann Vind Sol Olje Naturgass Kull Biomasse Geotermisk Omgivelsesvarme Nukleær Bølger Havsalt Produksjon av elektrisitet og varme/kulde Vannkraftverk Gasskraftverk Kullkraftverk Kjernekraftverk Bølgekraftverk Vindkraftverk Geotermisk kraftverk Brenselceller Varmepumper Solceller Vedovn Gassovn Oljekjel Elkjel Dieselaggregat
8 3. DRIVKREFTER OG TRENDER Utviklingen omkring energisystemer vil være styrt av en rekke drivkrefter. Noen av de viktigste drivkreftene vi ser i dag er: samfunnets (økende) behov for energi tilpasset ulike formål (husholdn, industri, tjenester) teknologisk utvikling innen energiteknologi og hjelpeteknologier deregulering av energimarkeder og strukturendringer i energibransjen internasjonalisering og globalisering (miljø) (Klimakonvensjonen, Kyotoprotokollen) Disse drivkreftene medfører behov for økt fokus på blant annet følgende forhold: kunden (sluttbruker) i fokus redusert sluttbruk av energi (energiøkonomisering) krav til sikker og pålitelig energiforsyning (el: leveringskvalitet) krav til å hensynta miljømessige aspekter ved energiforsyning krav til kostnadseffektivitet Slike forhold blir viktige rammebetingelser for optimalisering av fremtidens energisystemer og medfører en del konsekvenser eller trender som eksemplene nedenfor viser. Noen av disse vil i første rekke være elspesifikke slik det framgår i parentes. Samlet stiller dette nye krav til kunnskap og kompetanse der tverrfaglige problemstillinger står sentralt for å knytte sammen de ulike aksene. Økt samspill mellom energisystemer (over landegrensene) Økt utnyttelse av eksisterende systemer Økt fokus på driftssikkerhet og leveringskvalitet (el) Økt fokus på smarte sluttbrukerløsninger (energiteknologier i bygninger) og individuelle løsninger (behov for differensiering) Sluttbruker som aktiv medspiller ifm laststyring og tidsvariable tariffer (el) Behov for forbedrede teknologier for å bedre økonomi (øke virkningsgrad/minske tap) og minske miljøbelastninger, innen produksjon, transport/distribusjon, lagring og omforming Behov for integrert energiplanlegging og bedre samspill mellom ulike energibærere for å tilfredsstille samlet behov for energi hensyn tatt til miljø Nye tjenester som f eks tredjepartsfinansiering av energitjenester (ENØK mm) Nye produkter som f eks FACTS-komponenter, lagrings- og omformingsenheter (el) Økt desentral produksjon av elektrisitet (basert på forskjellige typer kilder) i samspill med eksisterende system Nye rammebetingelser og økende kompleksitet medfører større usikkerhet mht en rekke parametre (tekniske, økonomiske og miljømessige) og behov for å håndtere flere kriterier samtidig, både kvantifiserbare og ikke kvantifiserbare
9 4. MILJØASPEKTER Den største utfordringen innenfor studieprogrammet Energi og Miljø ligger kanskje i å knytte energi sammen med miljø. Hvordan skal miljøvirkningene beskrives og håndteres i tilknytning til utviklingen av teknologier, metoder og systemer? Det er ulike miljøaspekter knyttet til hele kjeden i energisystemer (produksjon, transport, lagring, omforming, distribusjon og sluttbruk). Disse har forskjellig karakter og må håndteres på ulike måter: utslipp av klimagasser (CO 2, NO x m fl) uttømming av ikke fornybare ressurser magnetfelter arealbruk kulturminner estetikk naturinngrep (demninger, traseer (kraftledninger)) vannføring (mengde, temperatur) vannstand (i magasiner) flora, fauna støy lukt avfall personsikkerhet (HMS) Ser en på et vilkårlig produkts eller tjenestes livsløp (fra vugge til grav ) vil miljøvirkningene innen de ulike fasene i livsløpet være forskjellige, og de må ses i sammenheng med den totale ressursutnyttelsen. Livsløpet for et vilkårlig produkt er skissert i figur 4. råstoffer Tilvirkning/ produksjon Drift/ vedlikehold Skroting/ resirkulering Sluttavfall Deponi Figur 4 Livssyklus for et energiprodukt
10 5. STUDIEPROGRAMMET ENERGI OG MILJØ Studieprogrammet Energi og Miljø startet opp i 1998 som et samarbeid mellom Fakultet for elektroteknikk og telekommunikasjon og Fakultet for maskinteknikk. Det siteres fra [1]: Studieplanen bygger på en kjerne av fag som er felles for sivilingeniørstudiet ved NTNU og en kjerne av energifag fra de to samarbeids-partnerne. I tillegg inneholder programmet en rekke tekniske, naturvitenskapelige, økonomisk- administrative og samfunnsvitenskapelige emner gitt av spesialister ved NTNU. I sum er studieprogrammets mål å utdanne miljøbevisste energiingeniører. Energiingeniøren skal finne praktiske løsninger som tar hensyn til: Naturlover og teknologi Miljøvirkninger Økonomi Politiske/samfunnsmessige rammebetingelser Holdninger og livsstil Derfor har også studieplanen innslag av alle disse elementene. Det er behov for nye ideer for å løse fremtidens problemer i saksfeltet energi og miljø samtidig som vi bygger på det fundament av kunnskap og erfaring som er utviklet. Nye idéer skapes og utprøves gjennom forskning og utvikling. Den tette kopling mellom undervisning og forskning det ligger til rette for gjennom samarbeidet mellom NTNU og SINTEF, vil bli utnyttet i studieprogrammet. Studiet består av tre studieretninger som skissert i figur 5: Studieprogrammet Energi og Miljø Elektrisk energiteknikk Energibruk og energiplanlegging Varme- og energiprosesser Figur 5 Studieprogrammet Energi og Miljø Studentene velger studieretning etter to år, og de første to årene består av felles, obligatoriske fag. Noen slike felles, obligatoriske fag finnes også i 3. og 4. årskurs. Mengde og type fag slik det framgår av studieplanen pr 2000 er illustrert i tabellen nedenfor og i figur 6:
11 12 Bt 12 Bt 12 Bt 12 Bt 10 Hoved oppgave 9 Ikke tekn fag Fordypning 8 Tverrfaglig prosjekt Ing fag annet fak Grunnlag fordypning 7 Teknologiledelse 1 6 Programmering Energiplanlegging 5 Statistikk Energisystemer Obl studieretn emne Studieretningsfag 4 Fysikk m/el mag Reguleringsteknikk Fluidmekanikk Energi og Miljø 3 Matematikk 4K Termodynamikk 1 Dynamikk Kretsanalyse 2 Matematikk 2 Matematikk 3 Kjemi m/prosess EX PHIL 2 1 Matematikk 1 Informasjonstekn GK Kretsteknikk EX PHIL 1 Bt = belastningstimer Type fag og belastningstimer totalt 20 % 8 % 52 % 20 % Obl, grunnleggende fag Tverrfaglig (prosjekt mm) Studieretnings- og spesialfag Fordypning og hovedoppgave Figur 6 Type fag og sum belastningstimer for studieprogrammet Energi og Miljø
12 6. KOMPETANSEBEHOV For å håndtere de forskjellige teknologiene, metodene og systemene innenfor begrepet energisystemer og langs de forskjellige aksene som er nevnt foran vil det samlet sett være behov for ulike typer kompetanse som listet opp nedenfor. Disse deles inn i tre grupper: Energifag, Grunnleggende støttefag og Annen kompetanse. Opplistingen er gjort på et aggregert nivå og må detaljeres innenfor de forskjellige fagmiljøene for å kjenne seg igjen og få litt kjøtt og blod på de ulike elementene. 6.1 Energifag Rammebetingelser (lover, forskrifter, miljø, økonomi mm) Liberalisering av energimarkeder og internasjonalisering (oversikt over: markeder, samspill mellom systemer, nye produkter og tjenester osv) Prosess- og systemforståelse energisystemer Teknologier for produksjon, lagring, transport, omforming, bruk Komponent- og materialteknologi Hjelpeteknologier: IKT, kraftelektronikk, styring/regulering, vern Metoder for planlegging av investeringer, drift og vedlikehold av energisystemer (syntese teknikk, økonomi, miljø, mm) Beregnings-, simulerings- og optimaliseringsmetoder Modellering av komponent/system, belastninger (elektr og term), kostnader, miljø osv Metoder for å beskrive ressursutnyttelse og miljøvirkninger Instrumenterings- og måleteknikk, laboratoriearbeid Beskrivelse av usikkerhet, håndtering av risiko mht ulike parametre og flermålshåndtering Metoder for å utforme og kartlegge virkningen av virkemidler/tariffer (atferd/holdninger, miljø/avgifter, kostnadsstruktur) 6.2 Grunnleggende støttefag De grunnleggende støttefagene er basisfag som er nødvendige for prosess- og systemforståelsen samt for å kunne gjøre analyser og beregninger osv. Støttefagene er grunnlaget for energifagene ovenfor, og disse er blant annet (se timeplanen ovenfor): Matematikk Fysikk Kjemi Termodynamikk Fluiddynamikk Mekanikk
13 Elektroteknikk Reguleringsteknikk Statistikk Risikoanalyse Operasjonsanalyse Økonomi IKT mm 6.3 Annen kompetanse Fremtidens energiingeniører må kunne jobbe sammen med personer fra andre fagdisipliner i et helhetlig og tverrfaglig perspektiv, der siktemålet vil være å finne løsninger som knytter de ulike aksene sammen. Arbeidsmetodene i arbeidslivet blir mer og mer prosjektbasert, og det er derfor også nødvendig med ferdigheter i prosjektarbeid og evne til å kommunisere osv: Helhet, integrasjon (system/komponent, lokalt/nasjonalt/internasjonalt/globalt mm) Tverrfaglighet (flere akser: teknologi, samfunn, økonomi, miljø) Eksperter i team, ferdigheter i prosjektarbeid og prosjektstyring, ledelse Effektiv muntlig og skriftlig kommunikasjon
14 7. KOMPETANSE I FAGGRUPPE KRAFTSYSTEMER Faggruppe Kraftsystemer (KS) ved institutt for elkraftteknikk vil i hovedsak være tilknyttet studieretningen Energibruk og energiplanlegging innenfor studieprogrammet. Innenfor hvilke av de ovenfor nevnte energifagene bør KS ha kompetanse og hvor har en kompetanse i dag? I denne sammenheng er det viktig å se på hvilken kompetanse en eventuelt kan hente fra/støtte seg på ved SINTEF Energiforskning (SEfAS) som er vår hovedsamarbeidspartner innenfor SINTEFgruppen. Hovedområder der KS bør ha og har kompetanse i større eller mindre grad er uthevet nedenfor og beskrevet i vedlegg 1. Kompetansebehovet hos KS vil i første rekke være knyttet til elspesifikke forhold og samspillet mellom ulike energibærere. Hovedområdene er utdypet i vedlegg 1 (tabell 1) med noen stikkord som er relevante for KS. Det kan finnes flere aktuelle stikkord. Tabellen viser kompetansen i sum for KS basert på en detaljert opplisting fordelt på personer innenfor faggruppen. Rammebetingelser (lover, forskrifter, miljø, økonomi mm) Liberalisering av energimarkeder og internasjonalisering (oversikt over: markeder, samspill mellom systemer, nye produkter og tjenester osv) Prosess- og systemforståelse energisystemer Teknologier for produksjon, lagring, transport, omforming, bruk Komponent- og materialteknologi Hjelpeteknologier: IKT, kraftelektronikk, styring/regulering, vern Metoder for planlegging av investeringer, drift og vedlikehold av energisystemer (syntese teknikk, økonomi, miljø, mm) Beregnings-, simulerings- og optimaliseringsmetoder Modellering av komponent/system, belastninger (elektr og term), kostnader, miljø osv Metoder for å beskrive ressursutnyttelse og miljøvirkninger Instrumenterings- og måleteknikk, laboratoriearbeid Beskrivelse av usikkerhet, håndtering av risiko mht ulike parametre og flermålshåndtering Metoder for å utforme og kartlegge virkningen av virkemidler/tariffer (atferd/holdninger, miljø/avgifter, kostnadsstruktur) Ut fra det totale kompetansebehovet beskrevet ovenfor og tabell 1, omfatter kompetansen i KSgruppen følgende: De viktigste rammebetingelsene for elkraftsystemet og everkene Har overordnet oversikt over det som skjer i andre land mht deregulering og liberalisering
15 Oppbyggingen av det eksisterende elkraftsystemet og prosessforståelse når det gjelder kraftproduksjon, elektriske nett og belastninger. Prosessforståelsen omfatter både stasjonære og dynamiske forhold i normal drift og i feilsituasjoner Styring/regulering og vern av elkraftsystemet Energiplanlegging og analyse av samspill mellom energibærere Metoder for planlegging av investeringer, drift og vedlikehold av energisystemer Modellering/representasjon av elektriske belastninger, feil og avbrudd samt elektriske tap Tekniske og økonomiske analysemetoder og klassiske optimaliseringsteknikker som dynamisk og lineær programmering Klassiske teknikker for å beskrive og håndtere usikkerhet, nemlig bruk av sannsynlighetsteori og Monte Carlo simulering Beskrivelse av kostnadsstruktur og fastleggelse av overføringstariffer i elkraftsystemer Sett i lys av trendene beskrevet i kapittel 3 (og vedlegg 1) er det områder der kompetansen samlet sett er noe lav eller mangler helt: Bruk av IKT i drift- og styring/regulering av systemet samt kommunikasjon med sluttbruker Online driftssikkerhet av elkraftsystemet og utnyttelse av f eks nye FACTS-komponenter og komponenter for lagring Modeller/representasjon av termiske systemer og komponenter samt ulike komponenter/ anlegg for produksjon av elektrisitet fra nye fornybare energikilder og ulike typer omformings- og lagringsenheter Teknikker av nyere dato for analyse og optimalisering, som neurale nett, genetiske algoritmer, evolusjonsprogrammering og flerkriterieoptimalisering Metoder for å beskrive ressursutnyttelse (LCA) og miljøvirkninger (f eks miljøutslipp, arealbruk og naturinngrep) Beslutningsteori, risikohåndtering og flermålshåndtering Markedsmodeller mht atferd og holdninger KS bør vurdere om gruppen skal tilstrebe å øke kompetansen innenfor blant annet disse områdene. Kompetansen må ses i sammenheng med de samarbeidende miljøene ved SINTEF Energiforskning (SEfAS) og evt andre SINTEF-insitutter. Ut fra KS sin kjennskap til de ulike fagmiljøene ved SEfAS har én eller flere personer ved SEfAS kompetanse innenfor alle de områdene som er nevnt i kapittel 6, i større eller mindre grad. Unntakene antas å være de nyere optimaliseringsteknikkene, ulike (nyere) teknikker for å beskrive usikkerhet og metoder for å beskrive ressursutnyttelse og miljøvirkninger. I løpet av de kommende 5 10 år vil 3 av 4 fast ansatte i vitenskapelige stillinger (100 %) i KSgruppen pensjoneres. KS og institutt for elkraftteknikk vil ha behov for å vurdere hvilken fagprofil deres avtakere skal ha. Beskrivelsene i dette notatet vil være et underlag for dette. Behovet for tilpasning av kompetanse øker i forhold til det nyetablerte studieprogrammet og de faglige utfordringene energibransjen står overfor framover. Videre er det behov for nye
samarbeidsformer internt på institutt for elkraftteknikk samt mellom de øvrige miljøene tilknyttet studieprogrammet. Trenden vil gå fra noe fragmenterte fagmiljøer til mer samarbeid på tvers av fagmiljøer og disipliner, slik at den totale kompetansen innenfor Energi og Miljø og fag/emner utvikler seg i en mer helhetlig og integrert retning og samlet sett møter fremtidens behov. Dette medfører at vurderinger rundt fagprofil og kompetanse innen KS-gruppen ikke kan gjøres separat, men må ses i sammenheng med hele studieprogrammet. Dette er også bakgrunnen for at KS med dette notatet blant annet ønsker å bidra til å skape diskusjon mellom de miljøer som er tilknyttet studieprogrammet. 16
17 8.FORSKNINGSRELATERTE PROBLEMSTILLINGER Her nevnes noen forskningsrelaterte problemstillinger innenfor området Energibruk og Energiplanlegging som vil være aktuelle framover. Hvordan dekke et sluttbruk på best mulig måte? - Samspill mellom ulike energibærere - optimalisere produksjon og infrastruktur og tilstrebe fleksibelt sluttbruk. Finne løsninger som knytter sammen aksene teknologi, samfunn, økonomi, miljø/ressursutnyttelse - Kartlegge ressursutnyttelse og beskrive miljøvirkninger - Energieffektivitet og energikvalitet - bruk av riktig energi til riktig formål, dvs best økonomi med akseptable miljøbelastninger - Håndtering av pålitelig forsyning og leveringskvalitet - Innpassing av fornybare kilder og distribuert produksjon i eksisterende system (produksjon, transport, nettilkopling osv) - Konsekvenser av sluttbrukertiltak som tidsvariable tariffer mm - Helhetlig forståelse av energisystemer; samspill mellom ulike energibærere, transport- og lagringssystemer og sluttbruk: - Illustrere systemvirkninger og - tenkning og bidra til å rydde opp i begreper og skape helhetsforståelse (samspill mellom energibærere, økonomi og miljø) - Etablere felles begrepsapparat mht virkningsgrader/energikvalitet, leveringskvalitet mm - Inkludere miljøaspekter i vurderinger av energisystemer - Kartlegge ulike typer miljøvirkninger (utslipp, støy, naturinngrep osv) - Beskrive og modellere ulike miljøvirkninger - Inkludere miljøaspekter i planleggingsmetoder og i drift av energisystemer - Beskrive ressursbruk i tilknytning til energisystemer - Bedre utnyttelse av allerede utbygd produksjon og infrastruktur for elektrisitet (og samtidig ta hensyn til økende krav til pålitelighet) - Modeller av belastninger (-representasjon) som underlag for planlegging av investeringer, drift og vedlikehold - Samspill elnett - sluttbruker - Bruk av toveiskommunikasjon (laststyring, tidsvariable tariffer mm) - Bruk av virkemidler som tariffer -
18 Utforming av energipolitikk og virkemidler - Markedsmodeller av atferd/holdninger - Beskrivelse av kostnadsstruktur og utforming av tariffer - Tariffer som virkemiddel for bedre utnyttelse av energisystem - Inntektsrammeregulering (bedriftsøkonomi) vs miljømessig beste løsning - Utforming av avgiftspolitikk, lover og forskrifter - Nasjonal og global forståelse - Konsekvenser av å ikke bygge ut mer produksjon av el - Konsekvenser av deregulering og nye markeder - Konsekvenser av kvotehandel og miljøavgifter på produksjon av el - Utnyttelse av ulike energiressurser som f eks naturgass -
19 9. LITTERATUR [1] NTNUs strategi mot 2010. Satsningsområde: energi og miljø (Rapport fra arbeidsgruppe oppnevnt av rektor, november 1999). [2] Studieplan og fagbeskrivelser Energi og Miljø (http://www.em.ntnu.no/ ) [3] NOU 1998:11 Energi- og kraftbalansen mot 2020 (http://www.odin.dep.no/ ) [4] NOU 2000: 01: Et kvotesystem for klimagasser (http://www.odin.dep.no/ ) [5] NFRs forskningsprogrammer (http://www.forskningsradet.no/ ) [6] Stortingsmelding nr 29 1998 1999 Om energipolitikken [7] NFRs strategiutvalg for energiforskningen: Forskning for fremtidens energisystemer (http://www.forskningsradet.no/ )
20 Vedlegg 1 Kompetanse i faggruppe Kraftsystemer (KS) ved institutt for elkraftteknikk
Tabell 1 Kompetanse i faggruppe Kraftsystemer (KS). Kompetansen ved KS er angitt med antall personer som har kompetanse i større eller mindre grad. Tall i parentes betyr antall personer ved KS som har litt oversikt over emnet. Kompetanseområde Stikkord (flere er aktuelle) Kompetanse ved KS Ant pers tot = 7 Rammebetingelser Energiloven m/forskrifter om overføringstariffer, teknisk/ 6 økonomisk rapportering, måling og avregning mm Forskrifter for elektriske anlegg (FEA F, FSH, FEL) 2 + (5) Retningslinjer for kraftystemplanlegging, systemansvaret mm 3 + (2) Reguleringsregimet, monopolkontroll 4 + (2) Klimakonvensjonen, Kyotoprotokollen, kvotehandel mm 2 + (3) Liberalisering av energimarkeder og internasjonalisering (oversikt over) Deregulering og monopolkontroll (i andre land) 1 + (3) El- og gassmarkeder, fjernvarme (i andre land) 1 + (3) Selskapsstrukturer (i andre land) (7) Systemdrift, ISO er (i andre land) 1 + (4) Nye produkter og tjenester (5) Prosess- og systemforståelse elkraftsystemer Oppbyggingen av elkraftsystemet (struktur, spenningsnivåer, 7 jordingssystemer, koplingsgrupper, typer vern osv) Lastflyt (normal drift) 7 Feilstrømmer 6 + (1) Stabilitet, driftssikkerhet 5 + (2) Vern/selektivitet 5 + (2) Leveringskvalitet 5 + (2) 21
Kompetanseområde Stikkord (flere er aktuelle) Kompetanse ved KS Ant pers tot = 7 Hjelpeteknologier: Spennings- og frekvensregulering 5 + (2) IKT, styring/regulering og vern Jording 3 + (3) Releplaner 2 + (5) Bruk av ulike typer vern 1 + (6) Bruk av fjernkontroll/automatikk 3 + (4) Bruk av enveis-/toveiskommunikasjon 1 + (1) Programmering 7 Informasjonsmodellering (strukturering av data), systemering, utarbeidelse av kravspesifikasjoner mm 2 Metoder for planlegging, drift og vedlikehold (tekn/økon/miljømessig syntese og optimalisering) Produksjonsplanlegging 1 + (4) Kraftystemplanlegging 3 + (3) Drifts- og vedlikeholdsplanlegging 3 + (4) Energiplanlegging 3 + (2) Metodikk for å utarbeide strategier for vedlikehold/fornyelse 2 + (2) og nettfilosofi/-standarder Online overvåking og feildeteksjon 1 + (1) Online håndtering av driftssikkerhet 1 + (1) Metoder for håndtering av leveringskvalitet 2 + (1) 22
Kompetanseområde Stikkord (flere er aktuelle) Kompetanse ved KS Ant pers = 7 Beregnings-, simulerings- og Lastflytanalyse 6 + (1) optimaliseringsmetoder Kortslutningsanalyse 4 + (2) Selektivitetsanalyse 3 + (3) Stabilitetsanalyse 5 Pålitelighetsanalyse 3 + (3) Risikoanalyse 3 + (3) Statistisk analyse 2 + (4) Overspenningsberegninger (4) Harmoniske beregninger 1 + (3) Dynamisk programmering 3 + (1) Lineær programmering 1 + (3) Kost/nytte-analyse 4 + (1) Systemidentifikasjon (tilstandsestimering, parameterestim ) 3 + (2) Neurale nett Genetiske algoritmer, evolusjonsprogrammering Flerkriterieoptimalisering 1 + (5) Modellering av komponenter/anlegg med elektriske og andre egenskaper som del av system. Modellering av belastninger, kostnader, miljøvirkninger osv Kraftverk: Vann-, vind-, termiske - 7, 2, 1 Andre prod enheter: solcelle-, brenselcelle-, varmepumpe mm 1 + (2) Transport/distribusjon: Kraftledningsnett, kabelnett 6 + (1) Transport/distribusjon: Fjernvarmenett (4) Lagring: Vannmagasin 4 + (2) Lagring: Batteri 1 + (3) Lagring: Hydrogen, SMES, LNG mm 23
Metoder for å kartlegge ressursutnyttelse og miljøvirkninger Beskrivelse av usikkerhet, håndtering av risiko og flermålshåndtering Metoder for å utforme og kartlegge virkningen av virkemidler/tariffer Omforming: Transformatorer 6 + (1) Omforming: FACTS-komponenter, strømrettere (6) Belastningsrepresentasjon og belastningsprognosering 6 + (1) Feil- og avbruddsmodellering 3 + (2) Avbruddskostnadsmodellering 3 + (2) Tapskostnadsmodellering 4 + (2) Miljøvirkninger (utslipp av klimagasser, naturinngrep 1 + (1) (neddemming, vannføring osv), arealbruk mm) Life Cycle Assessment (3) Beregning av miljøutslipp 1 + (1) Sannsynlighetsteori 5 Fuzzy teori 1 + (2) Scenarioteknikker (4) Risikostyring 1 + (3) Monte Carlo simulering 2 + (4) Beslutningsteori (5) Teknikker for flermålshåndtering (5) Markedsmodeller (atferd/holdninger), (3) Håndtering av avgifter 2 Beskrivelse av kostnadsstruktur 2 + (3) Beregning av overføringstariffer 2 + (3) 24
25