Foto: Martin Hjelmeland. Kraftanlegget til Lyse.
Fra jeg var liten fikk jeg vite at strøm ikke var noe som kunne lagres, den måtte forbrukes i det øyeblikket den ble produsert. Dette resulterte i mye undring av hvilke mekanismer som spilte inn hver gang jeg skrudde lysbryteren av eller på hjemme. Etter å ha startet på universitetet tok det ikke lang tid før jeg innså at det var hverken minikraftverk eller Harald Eia og Co. i «Norsk Sluttstrøm» som sørget for å holde produksjon og forbruk av elektrisk kraft i balanse. Det jeg dog lærte er at forretningsmodellen til «Norsk Sluttstrøm» ikke er så dum, tjenesten de tilbyr vil det i alle fall være stor etterspørsel etter fremover.
For å forstå litt mer av forretningsmodellen til «Norsk Sluttstrøm» og de mekanismene som omhandler produksjon og forbruk av strøm, så har jeg tatt for meg følgende skisse av et vannkraftverk
Figur 1: Skisse av et vannkraftverk.
Vannet som går inn i turbinen får rotoren til å rotere og indusert elektrisk energi i generatoren. I denne omgjøringen fra mekanisk til elektrisk energi så er det endel energi lagret i de roterende komponentene; turbinen og rotoren, som gjør kraftverket istand til å gi litt ekstra energi når jeg skrur på lysbryteren. Matematisk så kan man tolke de roterende delene i kraftverket som en fjør, som kan strekkes inn og ut avhengig av hvordan forholdet mellom produksjon og forbruk er. I et kraftsystem er man derfor avhengig av å ha nok roterende masse i systemet for å kunne absorbere eventuelle avvik i produksjon og forbruk. Man kan forestille det slik at jo mer roterende masse det er i et kraftsystem jo sterkere «fjør» har man, og dermed bedre rustet til å håndtere forandringer systemet blir utsatt for.
Vi har i de siste årene sett at kraftproduksjonen i Europa kommer mer og mer fra fornybare kilder som vind- og solkraft, som ikke bidrar med roterende masse til kraftsystemet. Blant annet har Irland sett en enorm økning i vindkraft de siste årene, hvor 24% av strømforbruket i 2015 ble dekket av den. De har derfor sett seg nødt til å opprette et marked for å stimulere til mer roterende masse i kraftsystemet. Det er ikke utenkelig at dette også kan skje her i Norge, da blant annet lavt forbruk og høy import i sommerhalvåret gjennom utenlands kabler (HVDC), som ikke bidrar med roterende masse, kan føre til lignende problemer.
Hvis vi går tilbake til skissen av vannkraftverket og ser på hvor mye elektrisk energi det skal produsere, så avhenger det av spot-marked klareringen fra Nordpool. Dagen før leveranse av strøm, sender produsenter inn sine bud for hvor mye de vil produsere til en gitt pris, og forbrukere, i form av større industriaktører og strømleverandører, gir sine bud på sitt forbruk og hvilken pris de er villige til å betale for det. Etter at denne prosedyren er ferdig og markedet er klarert vet man hva strømprisen vil være neste dag; hvor mye strøm som skal produseres til hver time, og av hvem. Det er dette strømmarkedet som har klart mest handelsvolum og dermed største inntektskilde for kraftprodusentene. Ettersom man ikke klarer å forutse nøyaktig hvor mye vind eller sol det vil være i hver time neste dag, eller nøyaktig når folk skrur av eller på lysbryteren hjemme, finnes det flere markeder som har som formål å balansere ut disse ulikhetene. En prinsipiell skisse over disse kraftmarkedene kan sees i Figur 2.
Figur 2: Oversikt over klarering av de ulike kraftmarkedene.
I figuren ser man de markedene, markert i blått, som Statnett drifter. Disse balansekraftmarkedene bruker Statnett til å hente ut tilgjengelig fleksibilitet (opp- og nedregulering) for å aktivt kunne regulere eventuelle ubalanser mellom forbruk og produksjon i sanntid. Årsaken til at det er flere markeder for denne ubalansetjenesten er pga de ulike fysiske egenskapene som Statnett trenger, for eksempel hvor raskt de er tilgjengelig, hvor lenge de kan være aktive, om de som tilbyr tjenestene har kraftverk som er i drift etc. Følgelig tar Statnett i bruk de ulike balansekraftproduktene for å sikre stabil og sikker operasjonell drift av kraftnettet.
Etter hvert som det blir mer uregulerbar kraft vil det være behov for større balansekraft for å demme opp eventuelle store avvik fra prognostisert til faktisk produksjon, da det man har bydd inn og fått klarert på spot-markedet kan avvike med den faktiske vind- og solkraftproduksjonen. Historisk sett har inntekten fra disse balansekraftmarkedene vært neglisjerbar sammenlignet med spot-markedet. For å sikre at det i det hele er tilbydere i noen av markedene er det lovpålagt for kraftprodusentene å by inn deler av sin kraft. Med bakgrunn i dette har dagens fleste kommersielle optimeringsmodeller for vannkraftproduksjon kun tatt hensyn til handel i spot-markedet. I et framtidig kraftsystem med stor andel fornybar energi og tettere tilknytning til Storbritannia og det Europeiske kontinentet mener vi at det vil være et stort behov for både roterende masse og balansekraft. Ved å øke overføringskapasiteten til andre land vil vi kunne importere billig strøm, selge balansekrafttjenester og selge kraft i tider med lite fornybar produksjon og høyere priser. Studier av denne integreringen av kraftsystemet i Nord-Europa har følgelig påvist en samfunnsøkonomisk gevinst i milliard-klassen [1].
For å kunne utnytte denne muligheten for å bruke vannkraft til å levere balansekrafttjenester er man avhengig av å ha beslutningsverktøy som kan bistå produsentene i avgjørelsen om hvordan man skal få maksimal utnyttelse av vannet i reservoarene. Forskningsprosjektet jeg er ansatt på har som mål å gjøre nettopp dette. Vi har med andre ord stor tro på at gutta i «Norsk Sluttstrøm» kan legge ned sjappa og la vannkraften gjøre jobben i stedet.
Les mer om offshore nettinfrastruktur:
http://www.ntnutechzone.no/2016/06/fremtidens-kraftsystem-offshore-nettinfrastruktur-watts-the-problem/
Les mer om forskningsprosjektet jeg er med på:
https://www.sintef.no/prosjekter/integrating-balancing-markets-in-hydropower-schedu/
Uti i vår hage – Norsk Sluttstrøm:
https://www.youtube.com/watch?v=sAV2Ft2w928
Referanser:
[1] Farahmand, H. (2012). Integrated Power System Balancing in Northern Europe – Models and Case Studies. (Doctoral dissertation). NTNU Trondheim: NTNU-trykk.
Denne bloggposten er skrevet av stipendiat Martin Hjelmeland ved NTNU – Institutt for elkraftteknikk.