Fleksibilitet fra vannkraft

Vannkraft har gitt Norge sikker tilgang på energi i mer enn hundre år. Globalt er vannkraft fortsatt den største produsenten av fornybar energi. Samtidig investeres det mye i utbygging av sol- og vindkraft, som gjør at vi i fremtiden i større grad vil være avhengig av å utnytte vannkraften for å få pålitelig og stabil tilgang til fornybar energi. Det krever at vi utnytter vannkraftens fleksibilitet i mye større grad enn vi gjør i dag.  

Så hva er vannkraftens fleksibilitet egentlig? 

Kort sagt, så er vannkraftens fleksibilitet gitt av de egenskapene den har til å lagre energi, starte og stoppe kraftverkene når det passer oss, og å gi rask tilgang på mye strøm samtidig (høy effekt). 

Dette gjør at vannkraft kan levere fleksibilitet i mange ulike situasjoner, både når det kreves rask responstid og når det er behov for lagring over lengere tid eller store volum.

Gigantiske energilager i fjellet 

En viktig grunn til at vannkraftsystemet i Norge er så fleksibelt, er at vi har utnyttet muligheten til å lagre energi i vannmagasiner i fjellene. Dette gjør at vi kan lagre vann fra snøsmeltingen på våren til å produsere energi på vinteren når det ikke regner. 

I fremtiden vil vannmagasinene og mulighetene de gir for å lagre store mengder energi i perioder fra dager til måneder, bli enda viktigere. Med økt utbygging av andre fornybare ressurser som vind- og solenergi i Norge og Europa, vil vi i større grad spare vann når det er overskudd fra andre energikilder og bruke mer av vannkraften i perioder hvor vind- og sol-kraftverkene ikke produserer.  

Økt fleksibilitet kan også oppnås ved at man fyller og tømmer magasinene oftere. Vi kan se for oss at vi fyller dem når vi har tilgang til overskudd av energi fra vind- eller solkraftverk, og tømmer dem når det ikke blåser og/eller det er lite sol tilgjengelig. Dette krever at Norge bygger ut muligheten til å pumpe vann opp i vannmagasinene. Der det allerede finnes kraftverk med eksisterende vannmagasin både oppstrøms og nedstrøms kraftverket så er dette et spørsmål om å installere pumper i eksisterende kraftverk.

HydroCen har flere prosjekter knyttet til dette:

Upgrading of Hydropower Plants to Pumped Storage Plants: Tunnel System Hydraulics

Stort potensial for miljødesign i vannmagasiner

Ombygging av vannkraftverk til effektkraftverk og pumpekraftverk

Morgendusjen påvirker strømsystemet 

I noen perioder trenger vi rask tilgang på mye energi samtidig, og dette betyr at effektuttaket er stort. Dette er typisk tidlig på morgenen når alle står opp, dusjer og lager seg frokost, eller når alle skal lage og spise middag på omtrent samme tidspunkt. Slike topper i forbruk skjer med noenlunde jevnlige mønster over dager, uker og år.

Et mer ekstremt tilfelle kan være en storm i område med mye vindkraft. Fosen er et godt eksempel på dette. Når stormen når vindhastigheter på ca. 30 m/s, så må vindturbinene stoppe for å unngå skader. På Fosen kan dette bety at tilgang på så mye som 1000 MW faller ut av nettet. 

Da må vannkraftverkene gi rask tilgang på energi og det kan være snakk om sekunder i noen tilfeller. La oss tenke at Fosen Vind selger sin energi til Hydro som produserer aluminium. 

Det ville vært en katastrofe om de mistet tilgangen på energi. I slike tilfeller er det veldig verdifullt at vannkraften kan bidra med rask tilgang med effekt og energi. 

Hvorfor trenger vi fleksibilitet fra vannkraften? 

Historien forteller oss at tilgang på sikker energi fra vannkraft har vært en avgjørende forutsetning for å bygge industrien som er grunnlaget for det norske velferdssamfunnet. 

Vannkraften vil fortsatt ha denne rollen i fremtiden, men med økt andel produksjon fra andre fornybare kilder som vind- og solkraft, får vannkraften også en annen viktig rolle. Energi fra vind og sol kan nemlig ikke lagres, og må produseres når ressursene er tilgjengelig, det vil si når det blåser og/eller er sol.

Vannkraft er derimot styrbar i mye større grad, og den nye rollen til vannkraft blir derfor å støtte de andre energiressursene slik at vi fremdeles har tilgang til sikker og robust energiforsyning. Vannkraft kan gi tilgang på energi og effekt når vinden ikke blåser eller når solen er nede, den kan gi store mengder effekt på veldig kort tid, og den kan lagre energi når det er overskudd fra vind og sol. 

Men endringen i hvordan vi bruker vannkraft, fra å levere energi til å sikre systemet for variasjon i fornybar energi produksjon, vil kunne gi økt behov for at vannkraftverkene oftere starter og  stopper produksjonen av energi. Med andre ord vil måten vannkraftverkene driftes på endres, noe som igjen kan det føre til at tunellen, rør, turbiner, generatorer, osv. blir utsatt for mye større slitasje enn det de er designet for. 

Her har HydroCen flere forskningsprosjekter:

Skal finne levetiden til vannkrafttunneler

Machine learning – fault detection in generators

Strømningsanalyse og design av komponenter for sikrere drift og økt ytelse i hydrauliske turbiner

I en framtid med større og hyppigere nedbørsmengder vil magasinenes flomdempende rolle bli enda viktigere. Vi vil trolig også oppleve hyppigere og lengre tørkeperioder om sommeren. Derfor forsker HydroCen også på miljødesign i magasiner.

Hva skjer hvis vi ikke har tilgang til fleksibilitet fra vannkraft og/eller andre energikilder? 

Dersom dette skjer, vil det i verste fall føre til at vi mister tilgang til strøm. I mindre ekstreme tilfeller så kan vi få ustabil tilgang til energi. Det betyr at frekvensen og/eller at spenningen endrer seg, noe som kan føre til flere strømbrudd, og at elektroniske apparater som TV, PC, og andre maskiner ikke fungerer eller går i stykker.