Hvordan få til et 100% fornybart kraftsystem? Bygg overkapasitet av sol og vind og kutt produksjonen ved behov, sier forskere - Energi og Klima

Hvordan få til et 100% fornybart kraftsystem? Bygg overkapasitet av sol og vind og kutt produksjonen ved behov, sier forskere

Et kraftsystem basert på kun variabel produksjon fra sol og vind er vanskelig å få til. En ny løsning kommer fra USA: Overkapasitet kombinert med strategisk nedregulering av produksjonen.

California er blant regionene som har bygd ut mest sol- og vindkraftproduksjon. Forskere mener de har en enkel løsning på å integrere den variable produksjonen i kraftsystemet.Foto: Tom Brewster/Bureau of Land Management cb

Vi har de siste tiårene sett en revolusjon i utvikling av fornybarteknologier. Kostnadene ved utbygging av solenergi og landbasert vindkraft har falt dramatisk, og teknologiene er i dag konkurransedyktige i flere elektrisitetsmarkeder (se rapport fra IRENA). Havvind er forventet å følge samme utviklingskurve. Når vi bygger ut fornybarprosjekter, setter dette i gang læringseffekter som gjør teknologien billigere. Dette er gode nyheter for klima.

Utfordringen ved denne fremstillingen er at den viser til kostnadene ved å bygge ut enkeltteknologier og ikke kostnadene ved å bygge et kraftsystem som forventes å levere ren, stabil og relativt rimelig strøm. Dersom vi ser til ledende fornybarøkonomier som Tyskland og California, har disse skiftet fokus fra innfasing til integrering av sol og vind. Store mengder fornybar variabel strøm har her skapt nye utfordringer for systemoperatørene, som er ansvarlig for å balansere etterspørsel og tilbud. Dette er utfordringer Norge har vært forskånet for ettersom vi har tilgang til regulerbar vannkraft.

Løsningene for hvordan å håndtere store mengder variabel strøm innenfor et 100 prosent fornybar-scenario har falt innenfor tre hovedmodeller:

  1. Lagring av strøm ved bruk av ulike lagringsmedier, inkludert batteri. Selv om kostnadene ved batteri går ned vil denne løsningen alene gjøre omstillingen til et fornybart samfunn svært kostbar. Batteri brukes i dag i hovedsak for å håndtere daglig variasjon og i mindre grad sesongvariasjon.
  2. Fleksibilitet i systemet skapes på forbrukersiden. Ideen her er at ettersom tilbudssiden blir mindre forutsigbar, kan vi gjennom prising og bruk av smart teknologi vri konsum til tidspunktene når vinden blåser og solen skinner.
  3. Regionale løsninger: Geografisk variasjon bidrar til at vi kan optimalisere energimiksen gjennom import og eksport og på denne måten balansere variabel produksjon. Tenk en form for «super-grid» som for eksempel knytter land med ulike tidssoner sammen.

Løsningen på variabel strømproduksjon ligger altså i en kombinasjon av disse tre modellene. I tillegg posisjonerer gasskraftleverandører seg som en kilde til fleksibilitet.

Der batteri er kostbart, medfører de to andre løsningene nye politiske og tekniske utfordringer. I California, for eksempel, har guvernør, fornybarindustri og miljøorganisasjoner ønsket et større regionalt samarbeid med nabo-delstatene. Initiativet har blitt blokkert i senatet grunnet motstand fra fagforbund. At flere av nabostatene ikke deler Californias miljøverdier, har heller ikke gjort det lettere å få til samarbeid. Politikere frykter at ved å inngå et regionalt samarbeid vil de miste kontroll over egen energipolitikk til Washington DC.

En kombinasjon med hovedvekt på lokal lagring, «demand management» og intelligent styring på forbrukersiden medfører andre utfordringer. Det er ressurs- og tidkrevende å bygge opp nye relasjoner mellom strømforbrukere og nettselskapene. Dessuten medfører løsningen også etiske utfordringer. Det er som regel de mest velstående som kan tilpasse seg endret strømprising ved å installere batteri, sol eller et lite dieselaggregat.

Det var derfor med stor interesse at jeg i forbindelse med en artikkel om prising av strøm i New York kom i kontakt med professor Richard Perez ved universitetet i Albany, New York. Med kollegaer har han nylig publisert en fjerde løsning for hvordan vi kan nå 100 prosent fornybar: Overproduksjon og strategisk nedregulering.

Forslaget går ut på å bygge ut for mye fornybar kapasitet, for så å «frisere» produksjonskurven ved strategisk nedregulering. På denne måten omformes en variabel strømkilde til en med høy grad av forutsigbarhet. Dersom denne løsningen kombineres med batteri vil dette ifølge Perez sine analyser bli betraktelig rimeligere enn en løsning basert på kun batteri. Spesielt da kostnadene for fornybar fortsetter å gå ned. Se figur under.

Nedregulering skjer også i dag, men ikke planlagt som en del av en løsning for å sikre stabil produksjon av variabel kraft. Under denne modellen vil nettoperatør og regulatoriske myndigheter ha en sentral rolle i lokalisering og håndtering av kraftproduksjon. Beslutningen om nedregulering versus lagring må skje på systemnivå for å sikre at tilbud er lik etterspørsel. Dette gjelder også distribuert fornybarproduksjon som solenergi fra hustak.

Figuren viser hvordan strømproduksjon gjennom hele dagen fra vind og sol med batteri er dyrere enn nettparitet (at man kan generere strøm til en kostnad lik eller lavere strøm fra strømnettet) estimert basert på gass (B). Batteri kombinert med vind og sol med for mye kapasitet og strategisk nedregulering er derimot konkurransedyktig med nettparitet. (Kilde: Perez/The Conversation).

I stedet for å tilpasse kraftsystemet til variabel fornybar strøm, tilpasses altså fornybar til kraftsystemet slik det fungerer i dag. Denne ideen er svært enkel, samtidig som den går imot mange av trendordene i kraftsektoren om dagen: endring av nettselskapenes forretningsmodell, prosumers, smartmålere og digitalisering. Mye av dette vil naturligvis fortsette av gode grunner, for eksempel kan vi spare mye på å effektivisere nettet. Men som vi alle vet har vi ikke så god tid, og kan vi finne løsninger som kan videreføre eksisterende systemer i stedet for å bygge opp noe helt nytt, vil omstillingen gå raskere.

For å få til dette må politikere på banen og tenke nytt rundt hvordan de gir insentiver til fornybar produksjon. I California støttes fornybar produksjon ved langsiktige kontrakter, som gir fornybarselskapene insentiver til å maksimere strømproduksjon til enhver tid. Nedregulering vil være et økonomisk tap for den enkelte produsenten. Tilsvarende er det i Tyskland under deres feed-in-tariffer. Disse kontraktene må endres slik at strømprodusenten blir kompensert for å produsere forutsigbar strøm. Dess lengre vi venter, dess flere fornybarprosjekter vil bli bygget ut under insentivsystemer som skaper mye krøll for politikere og regulatoriske myndigheter lengre fremme.

Overproduksjon høres ut som sløsing. Fra et systemperspektiv er dette ifølge Perez mindre kostbart for samfunnet enn at denne strømmen må håndteres innenfor kraftsystemet. Samtidig kan dette skape nye muligheter for økonomisk aktivitet rundt sol- og vindprosjekter. Perez med kollegaer samarbeider nå med Qatar for å se på hvordan en slik løsning kan kombineres med desalineringsanlegg.

Denne fjerde løsningen ble nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Solar Energy, og som så mye annet skal også den nå vurderes og kritiseres av ulike eksperter og interessenter som favoriserer ulike løsninger. Samtidig har forslaget også blitt svært godt mottatt innenfor fornybarindustrien både i USA og Europa. Det er intuitivt enkelt og vil også bidra til at nettselskapene kan operere i stor grad slik de gjør i dag. Altså en løsning som kan bidra til å redusere motstanden mot fornybaromstillingen.

Kilder:

Perez, M et al: Overbuilding & curtailment: The cost-effective enablers of firm PV generation, Solar Energy.

Perez, M: A radical idea to get a high-renewable electric grid: Build way more solar and wind than needed, The Conversation.

Rabago et al: Achieving 100% renewables: supply-shaping through curtailment, PV Tech Power.

IRENA: Renewable Power Generation Costs in 2018, rapport.

Ad

Bli abonnent!

Kommentarfeltet er stengt.