Hvordan fungerer fremtidens fornybare energikilder?

Det foregår et enormt skifte i hvordan vi produserer strøm og bruker energi, og framtidens energimarked kommer til å se helt annerledes ut enn det gjør idag.

Energietterspørselen kommer til å mer enn dobles innen 2050 og innen den tid bør ⅔ av all energi produsert på verdensbasis komme fra fornybare kilder. Målet er hårete, men helt nødvendig for at vi skal kunne holde verden innenfor en 2 graders temperaturøkning.

Utfordringer med ustabile fornybare energikilder

Energiproduksjon fra sol og vind er i rask vekst samtidig med at prisene på teknologien som ligger i bunnen blir billigere. Mye av framtidens energi vil kommer fra disse kildene.

Både sol og vind er ustabile kilder; energiproduksjon fra sol er fraværende i løpet av natten og når det er overskyet, og vindkraft kan produseres kun når det blåser.

Les også: Den store utfordringen med de fornybare energikildene vind og sol

Strømnettet er avhengig av inertia. Inertia - treghet i systemet - er en viktig egenskap i strømnettet som bidrar til å holde frekvensen i nettet på 50Hz. Enkelt forklart er inertia summen av alle tunge, roterende masser som beveger seg i kraftsystemet, som for eksempel turbiner i et vannkraftanlegg.

Sol- og vindenergi bidrar i liten grad med inertia til strømnettet, og man er derfor nødt til å finne andre løsninger for å stabilisere spenningen i nettet, som skal ligge på 50 Hz.

I tillegg bidrar import av strøm via utenlandskabler til manglende inertia i strømnettet.

Disse egenskapene, eller manglende egenskapene ved fornybar energiproduksjon fra sol og vind fører til et behov for forskjellige fleksibilitetsløsninger for å stabilisere både forsyning og stabilitet i strømnettet.

Hvordan løse problemene med ustabil produksjon, spenningsfall og inertia? Fleksibilitetsløsninger.

Vannkraft - som vi har mye av i Norge - bidrar med inertia til det norske og europeiske nettet - det er store, tunge, roterende masser i gang når vannkraften produseres, og det norske strømnettets frekvens er relativt godt regulert.

Energi fra vann kan lagres indirekte i form av vannmagasiner - dammer - som for eksempel Aswan dammen i Egypt, Volta dammen i Ghana, eller Ringedalsdammen i Tyssedal. Vannkraft er derfor godt egnet til å stabilisere den ustabile produksjonen fra andre fornybare kilder, når solen ikke skinner og vinden ikke blåser.
Synkrongeneratorer er en løsning på manglende inertia fra vind- og solkraft.
En synkrongenerator er en roterende stabilisator - en stor og tung maskin som kobles til strømnettet og som har så stor masse at den kan bidra med den nødvendige tregheten i nettet, som vind- og solkraft, samt utenlandskabler mangler. Synkrongeneratoren kan generer og absorbere reaktiv kraft og dermed bidra til å holde spenningen i strømnettet på 50 Hz.

Batterier for rask regulering av spenningsfall i nettet egner seg for fremtidens energikilder

Batterier egner seg for stabilisering av nettet over minutter og timer. Denne typen frekvensstabilisering er allerede tatt i bruk i Tyskland hvor store batteriparker er installert for å bidra til grid stabilisation - stabilisering av strømnettet. Denne typen stabilisering er viktig for å balansere nettet fra minutt til minutt og time til time. Batteriene kan kan reagere på på ubalanser i strømnettet på under ett sekund og holde frekvensen i nettet stabil. Batteriene sørger da for det som kalles Fast Frequency Reserves (FFR).

Les også: Batterisystemer og energilagring; hvorfor det?

Fremtiden er fornybar

Målene verden har satt seg for energiproduksjon er krevende, men det er ingen vei utenom - framtidens energisystemer må være fornybare, og de ustabile fornybare kildene må kontrolleres via flere virkemidler. Batterier blir viktige for rask stabilisering av frekvens, mens vannkraft kan brukes som stabiliseringskilde både for frekvensregulering og inertia  i strømnettet, og som “påfyll” når solen ikke skinner eller vinden ikke blåser. I tillegg kan synkrongeneratorer løse problemet med manglende inertia og påfølgende fall i spenningen i nettet som en konsekvens av at sol- og vindkraft i liten grad bidrar med treghet i nettet pga. manglende roterende masser.