Norge som Europas billigste batteri? Professor Ånund Killingtveit NTNU/CEDREN
Eller: Hva skjer når vinden stilner i Europa? Hva er behovet for energifleksibilitet i det Nord-Europeiske kraftmarkedet? Kan Norsk vannkraft fungere som balansekraft?
3 Centre for environmental design of renewable energy CEDREN
Klimaendringene er bakgrunnen for omlegging av energisystemet Både i Norge, Europa og resten av Verden
Hvor kommer drivhus-gass (GHG) utslippene fra?
Globalt sett utgjør fossile brensel 85% av alt energiforbruk Ca 70% av verdens elektrisitetsproduksjon kommer fra fossile brensel Fornybare utgjør knapt 20%, det aller meste fra vannkraft (15-16%)
Klimautfordringene fører til noen store spørsmål - Vil oppvarmingen fortsette? - Hvor mye varmere blir det? - Hva blir konsekvensene? - Kan vi motvirke utviklingen? - Kan vi tilpasse oss utviklingen?
Global temperaturutvikling styres av drivhusgass utslipp (RCP): RCP 2.6 gir 450 ppm og +2 0 C RCP 4.5 gir 550 ppm og +3 0 C RCP 8.5 gir 900 ppm og +5.5 0 C
Og utviklingen kan fortsette lenge etter 2100
TILTAK TILTAK FOR FOR Å MOTVIRKE MOTVIRKE KLIMAENDRINGER KLIMAENDRINGER
Hvis utslippene av CO 2 øker vil global klimaendring trolig fortsette CO 2 konsentrasjon i atmosfæren må stabiliseres og på sikt reduseres Dette krever at CO 2 utslippene må reduseres kraftig En målsetning nå er å stoppe oppvarmingen på +2 o C Dette krever at CO 2 konsentrasjonen stabiliseres på 450 ppm Vi kan se tre hovedtyper av løsninger: 1) Redusere energiforbruk gjennom energi-effektivisering 2) CO 2 fangst og lagring i berggrunnen 3) Overgang fra fossile til fornybare energikilder
CO 2 INNHOLDET MÅ STABILISERES SNAREST MODELLER FOR BEREGNING VI MÅ REDUSERE GHG UTSLIPPENE KRAFTIG GLOBALE KLIMAENDRINGER MEN - GREIER VI Å ENDRE ENERGI-SYSTEMENE? ER FORNYBAR ENERGI LØSNINGEN?
EU har akseptert denne utfordringen (og Norge blir med) The energy challenge is one of the greatest tests faced by Europe today Key decisions have to be taken to reduce drastically our emissions and fight climate change G. Oettinger (EU commisionar for energiy) Energy 2020
Three Important deadlines in EU Energy/Climate policy 2020 The RES Directive Share of RES 20% Policy in effect 2030 2030 Framework Share of RES > 27% Finally decided Oct 2014 2050 Energy roadmap 2014 Near 100% Renewable?
RES Directive (20/20/20 Goals) 1. Main targets 20% reduction in GHG emissions 20% better energy efficiency 20% of energy from RES For electricity 34% in 2020 Source: Energy 2020 A strategy for competetive, sustainable and secure energy
Mot 2020 Implementering av RES-direktivet RES generation from 632 TWh in 2010 to 1152 TWh in 2020 Largest increase in Wind - ca 120 GW and 305 TWh Also rapid increase in Solar PV - ca 65 GW og 100 TWh è Increase of non-dispatchable power generation (wind, solar PV)
Utbygging av vindkraft i Europa fram mot 2030 Wind increasing from 84 GW in 2010 to > 300 GW in 2030?
2020 er bare første skritt Målet skal nås i 2050 - CO2 utslipp redusert med 80-95% fra 1990 nivå - >80% av strøm kommer fra fornybare kilder - Atomkraft (i Tyskland) stenges ned i 2022 - Hovedsakelig vind og sol - Gir store utfordringer knyttet til - Kostnader - Leveringssikkerhet - Integrasjon av store mengder ikke-regulerbar kraft - Sterk økt behov for Transmisjon og Lagring (Storage)
Wind power and Hydropower Integration in the North Sea Region (From TradeWind) Case studied: 94 000 MW Wind power Scenario 2030?
Wind energy is highly variable (Hourly simulated wind power for one year data from TradeWind) 90000,00 80000,00 70000,00 60000,00 50000,00 40000,00 30000,00 20000,00 10000,00 0,00 1 184 367 550 733 916 1099 1282 1465 1648 1831 2014 2197 2380 2563 2746 2929 3112 3295 3478 3661 3844 4027 4210 4393 4576 4759 4942 5125 5308 5491 5674 5857 6040 6223 6406 6589 6772 6955 7138 7321 7504 7687 7870 8053 8236 8419 8602 Simulated Wind energy production in a Maximum: 84 448 MW North-Sea system with 94000 MW Minimum: 2 774 MW installed capacity (Stadium 2030) Typical: 40 000 MW
Vindkraftproduksjon i Nordsjøregionen (DE, DK, GB, IR) i 2012 Observed Wind energy production in a Maximum: 31062 MW system with 45600 MW Minimum: 419 MW installed capacity (Stadium 2012) Typical: ca 10000 MW Capacity Factor: 0.18
Wind Power in West Europe (ES, FR, DE, DK, GB, IR) in 2012 Observed Wind energy production Maximum: 44995 MW In a system with 76013 MW Minimum: 1272 MW installed capacity (Stadium 2012) Typical: 15400 MW Capacity Factor: 0.20
Simulert vindkraftproduksjon i Nordsjøregionen - Juli Sep 2001 90000 80000 7 x 24 h 7 x 24 h 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 7 x 24 h 7 x 24 h 7 x 24 h 7 x 24 h 7 x 24 h 0 1 35 69 103 137 171 205 239 273 307 341 375 409 443 477 511 545 579 613 647 681 715 749 783 817 851 885 919 953 987 1021 1055 1089 1123 1157 1191 1225 1259 1293 1327 1361 1395 1429 1463 1497 1531 1565 1599 1633 1667 1701 1735 1769 1803 1837 1871 1905 1939 1973 2007 2041 2075 2109 2143 2177
Simulert vindkraftproduksjon i Nordsjøregionen Jan Mars 2001 90000 80000 7 x 24 h 70000 60000 50000 + 30 000 MW 40000 30000 20000 10000-30 000 MW 7 x 24 h I løpet av en uke behøver vi: Ca 30 000 MW in 168h 7 è x 24 h 5000 GWh energilagring Samme som 1000 typiske PSP 0 Kan vannkraftmagasin i Norge levere slik agringskapasitet? 1 35 69 103 137 171 205 239 273 307 341 375 409 443 477 511 545 579 613 647 681 715 749 783 817 851 885 919 953 987 1021 1055 1089 1123 1157 1191 1225 1259 1293 1327 1361 1395 1429 1463 1497 1531 1565 1599 1633 1667 1701 1735 1769 1803 1837 1871 1905 1939 1973 2007 2041 2075 2109 2143 2177
Solenergi (MW) produsert i Tyskland 5 Mai 2013 Systemkapasitet 30 000 MW
Solenergi (MW) produsert i Tyskland 3 forskjellige dager Systemkapasitet 30 000 MW
Det som virkelig gjelder Produksjon+Integrasjon Systemkostnad fornybar vind-kraft (LCOE)
Det som virkelig gjelder Produksjon+Integrasjon Systemkostnad fornybar sol-kraft (LCOE)
Vannkraftmagasin En unik måte å lagre elektrisk energi på
Pumpekraft Et miljøvennlig og stort batteri Et godt sted for PSH To magasin Omtrent like store Stor høydeforskjell Liten avstand +++ (Figur fra Statkraft)
Hydropower Supporting other Renewables Solar Hydro Wind
Large hydropower regions in Europe NordPool Region Norway+Sweden 200 TWh Iberia 60 TWh Alps-Region Austria+Germany +France+Switzerland 155 TWh Turkey 80 TWh
Noen konklusjoner utvikling i Europa Stort bidrag fra variable fornybare (v-res) energikilder mot 2020 og videre Hovedsakelig Vindkraft i Nord-Europa, men også noe sol Må ha nesten 100% backup pga stille perioder (Capacity Credit typisk 5-8%) Behov for utjevning (balansering) på tidsskala fra minutter til uker Rett teknologi for balansering er svært avhengig av tidsskala Balansering over dager/uker kreves lagring av store energimengder (TWh) Typisk 5 TWh eller mer for balansering i Nordsjø-området økende senere Slike volumer er i dag bare mulig med pumpekraftverk og sesongmagasin Slike lagrings-systemer er (nesten) bare mulig i vannkraftmagasin Norge
Hvilke muligheter åpnes for bruk av Norsk vannkraft?
Large Hydropower plants (> 10 MW) and Reservoirs in Norway Det finnes > 100 mulige pumpekraft-prosjekter i Norge 20 av disse har både øvre og nedre magasin > 100 Mill.m 3 Mange prosjekter kan gi over 1000 MW hver Også mulig med økt effektinstallasjon (særlig ved utløp I havet) Moderat miljøpåvirkning forutsetter bare bruk av eksisterende magasiner og uendrede reguleringsgrenser Preliminære undersøkelser i CEDREN viser et potensiale på minst 20 000 MW 12 prosjekter er studert i noe større detalj Vannkraftverk og magasiner i Norge
Pumped starage and Peaking Hydropower Plants in Norway Study Sites HydroBalance Case studies Phase I
Case 1: Botsvatn - Vatnedalsvatn Average Head 200 m Max storage: 296 Mm3 Potential storage 150 GWh Upper reservoir: Vatnedalsvatn 700-840 m.a.s.l Volume: 1150 Mill m3 Distance: 13 km dh/dl = 15.4 m/km Lower reservoir: Botsvatn 495-551 m.a.s.l Volume: 296 Mill m3 Professor Ånund Killingtveit
Men hva med kostnadene Er ikke de fryktelig høye? Norsk vannkraft er konkurransedyktig sammenlignet med alle andre aktuelle alternativer inkludert gasskraft (CCGT og OCGT) og selv med kostnader til kabler inkludert Men det ligger litt fram i tid (2030)
Noen hovedkonklusjoner Norsk vannkraft gunstig for balansering av vind/sol Stort potensial for effekt og magasinering Stor fleksibilitet mange mulige leverandører Krever godt inngrep med Europeisk marked Stort potensial for å muliggjøre økt fornybarandel Kan reduserer behov for andre kostbare lagringsformer Kan redusere behov for andre kostbare reserver
Miljøkrav/Sikkerhet må være i fokus Vannstandsvariasjoner i magasin Hvor hurtig opp og ned? Erosjon i vannveier Påkjenning på maskiner og utstyr (inkl. sikkerhet) Pumping fra nabovassdrag Overføring av vann og arter/ organismer Fare for biodiversitet Overføringslinjer og koblingsanlegg?
Ja - Norge kan bli et billig og Grønt Batteri for Europa Norsk vannkraft i samspill med vindkraft i Nordsjø-området kan bli en god løsning Ikke for eksport av energi - men som foredling av sol- og vindkraft ved bruk av norske reguleringsmagasiner Vil også skape mange arbeidsplasser i Norge både under utbygging og drift Kombinasjonen av naturgass og vannkraft kan gi optimal balansering av vindkraft og solkraft i Europa
For more information visit CEDREN at or our web-site http://www.cedren.no/