Pål Preede Revheim

er prosjektleder hos Nasjonalt Vindenergisenter på Smøla, hvor han jobber med prosjekter innen småskala- og desentralisert vindkraft. Han har bakgrunn som statistiker fra NMBU og har en doktorgrad i prognoser for vindkraftproduksjon fra Universitetet i Agder.

Avkarbonisering av energisystemet er et nøkkelpunkt i EUs veikart for energi mot 2050. En av strategiene for å oppnå dette, som framholdes som både lønnsom og nødvendig, er å øke andelen fornybar energi.

Økende volum av vind- og solenergi kommer ikke uten utfordringer. Til forskjell fra vannkraft og termiske kraftverk som kull og gass er energiproduksjonen fra vind og sol i stor grad utenfor menneskelig kontroll.

Eventuell regulering vil innebære produksjonstap. En stabil strømforsyning krever at tilbudet speiler etterspørselen i alle punkter i nettet til en hver tid.

Når det ikke lenger bare er forbruket som varierer “ukontrollert” (det er i beste fall en sannhet med modifikasjoner, men jeg går ikke videre med den diskusjonen her) blir det mer utfordrende å opprettholde denne balansen.

Mer variable energikilder

Hvor høy andel variable energikiler et nett tåler har vært en kontinuerlig diskusjon de siste 20-30 årene, hvis ikke enda lenger.

Denne er på ingen måte avsluttet, men tendensen har vært entydig mot høyere og høyere andeler. Dels skyldes dette at man har fått mer erfaring med høye andeler variable energikilder og har sett at det går bra.

Og dels skyldes det at man får stadig bedre verktøy for å håndtere variasjon.

Variasjon er uunngåelig

For vind- og soleergi er variasjon er uunngåelig. Vindstyrken varierer, skydekket varierer, daglengden varierer og solvinkelen varierer, og det er ingen ting vi kan gjøre med det.

Noen kilder til variasjon, som daglengde og solvinkel, er svæt forutsigbare.

Heller ikke vannkraft er forskånet fra variasjon, og kan fra år til år variere vel så mye som vind- og sol.

Men når variasjon i vannkraftproduksjon likevel får mindre fokus er det fordi denne variasjonen er tregere, og produksjonen for eksempel neste time eller neste dag er svært forutsigbar.

Andre kilder til variasjon, som vindstyrke og skydekke, er mer krevende å forutsi. Hvilke utfordringer variasjon gir avhenger altså av hvor forutsigbar variasjonen er i nær framtid.

Variabel, men ikke uforutsigbar

Selv om energiproduksjon fra vind og sol er variabel betyr det heldigvis ikke at den er uforutsigbar.

Å forutsi vind- og solenergiproduksjon omtales som forecasting (i mangelen av et fullgodt norsk begrep holder jeg meg til forecast/forecasting).

Kort forklart innebærer forecasting å bruke informasjon som er tilgjengelig på et tidspunkt til å si noe om hva som kommer til å skje på et seinere tidspunkt.

Som oftest vil et forecast av vind- eller solenergi ta utgangspunkt i en såkalt numerisk værvarslingsmodell (NWP), som så etterbehandles for å øke den romlige oppløsningen eller bedre utnytte tidligere erfaringer fra empiriske data.

En NWP-modell tar utgangspunkt i en nåsituasjon beskrevet av et stort antall målinger av meteorologiske variable, og bruker så et sett med modeller av fysiske prosesser til å regne ut fremtiden.

Datakraft avgjørende

Forecasts har den “ulempen” at de er ferskvare, som oftest med kort holdbarhet.

I det øyeblikket tidspunktet forecastet er laget for er passert vet man hva som faktisk skjedde, og forecastet har liten verdi ut over at det kan brukes til å evaluere modellen som produserte det. På toppen av dette kommer at presisjonen til et forecast blir lavere jo lenger inn i framtiden det lages for.

Resultatet av dette er at datakraft er helt avgjørende. Det er ikke uten grunn at flere av verdens aller kraftigste datamaskiner er dedikert til å kjøre NWP-modeller.

Mindre behov for reserver

Gode forecasts kan i seg selv redusere negative konsekvenser av variasjon ved at systemansvarlige (som Statnett), kraftselskaper, netteiere osv. får tid til å forberede seg på hva som kommer til å skje og finne gode løsninger.

Og vel så vitkig kan forecasting virke inn på effekten av andre tiltak for å håndtere variasjon. En banal, men effektiv strategi er reserver – å ha energikilder i bakhånd som kan settes inn eller tas ut for å dekke opp for variasjon.

Så lenge reservene kan respondere raskt nok løser dette både variasjons- og forutsigbarhetsutfordringer.

Ulempen er imidlertid at det er fordyrende, og i land uten vannkraft vil det også redusere miljøvirkningen av vind- og solenergi.

Gode og pålitelige forecasts reduserer behovet for reserver.

Et ferskt eksempel på dette er fra Tyskland, hvor de systemansvarlige i mars meldte at de kutter behovet for negative kontrollreserver – kapasitet som er betalt for å kunne stenges ned på veldig kort varsel – med over 1 GW sammenlignet med året før. Årsaken er mer presise og pålitelige forecasts for vind- og solenergi.

Resultatet er billigere og renere strøm.

Motvirker negative priser

På samme måte kan presise og pålitelige forecasts redusere risikoen for en av de alle kjedeligste (sett fra kraftprodusentenes side) bivirkningene av høye andeler variable fornybare energikilder – negative kraftpriser.

Tilfellene av negative strømpriser som man har sett bl.a. i Danmark og Tyskland de siste årene har i de fleste tilfeller vært forbundet med at vind- og solenergiproduksjonen har blitt vesentlig høyere enn hva man hadde forventet.

For å unngå ubalanse i nettet brukes negative priser som et verktøy for å raskest mulig redusere energiproduksjonen.

Så lenge produksjonen av vind- og solenergi ikke overgår forbruket vil bedre forecasts gjøre at man kan unngå denne typen situasjoner ved at man kan planlegge reduksjon I energikilder som har utgifter til brennstoff (kull, gass el.l.). Resultatet er mer lønnsom fornybar energi og renere strøm.

Øker verdien til vind- og solenergi

Det at Norge er velsignet med store mengder regulerbar og magasinerbar vannkraft har gjort at vi til nå i liten grad har trengt å forholde oss til variasjonsutfordringer. Men selv her kan gode forecasts øke verdien til vind- og solenergi.

Et godt eksempel på dette sto nylig i Teknisk Ukeblad, hvor Trønderenergi og Powel har gått sammen om å utvikle en metode for bedre forecasts for vindmølleparker.

Metoden som blir beskrevet er i grove trekk den samme som er gjengitt over – NWP-forecasts som forbedres ved bruk av store mengder empiriske data.

For å ta en personlig anekdote foreslo jeg i oppstarten av doktorgradsarbeidet noe lignende (samme mål, annen metode) som det Trønderenergi og Powel nå har implementert for et annet ledende norsk kraftselskap.

Jeg ble bryskt avvist med at vindkraft-forecasts var meningsløst i Norge på grunn av vannkrafta. Det er gledelig å se at en ofte konservativ bransje begynner å innse at det er bedre å vite enn å ikke vite, og at det til og med kan være lønnsomt.

Resultatet er økt presisjon i innmeldingen av framtidig vindkraftproduksjon og bedre lønnsomhet for vindkraften.

Sol og varmtvann

Også i mindre skala kan forecasts øke nytten av fornybare energikilder.

For noen år siden var jeg involvert i et prosjekt i det sørlige Brasil hvor vi så på mulighetene for å lage forecasts for hvor mye vann solinnstrålingen neste dag ville klare å varme.

Bakgrunnen var at de aller fleste i området hadde solfangere, brukte varmtvann om kvelden og brukte strøm til å tilføre ekstra varme hvis varmen fra solfangeren i løpet av dagen ikke var tilstrekkelig.

Med høye strømpriser om kvelden og lave om natta var det mulig å spare en god del penger hvis man klarte å flytte bruken av strøm fra kveld til natt.

Ved bruk av forholdsvis enkle statistiske metoder klarte vi å lage en modell som sa hvor mye vannet måtte forvarmes i løpet av natta for at solvarmen neste dag skulle gjøre at vannet var tilstrekkelig varmt når kvelden kom.

En lignende tilnærming til å øke verdien av solenergi var nylig tema for en podcast hos Sysla og en enkel og artig DIY-utgave er beskrevet her.

Vinn vinn

Selv 100 prosent presise forecasts kan ikke løse alle utfordringer variabel energiproduksjon fra høye andeler vind- og solenergi gir.

Men forecasts gjør det mulig å planlegge, og bygger opp under og øker effekten av andre tiltak for å håndtere variasjon.

Dette muliggjør høyere andeler og øker verdien av vind- og solenergi. Det er vinn-vinn både for miljøet, for store kraftselskaper og for små hjemmeprodusenter.