Elektrisitet: Økt effekt blir vel så viktig som økt produksjon i fremtidens vannkraftverk

– Det meste av fremtidens fornybare energi vil komme fra vind og sol, noe som gir en mye mer væravhengig og variabel kraftproduksjon enn vi har vært vant til i Norge, sier Jan Petter Haugli, elektroansvarlig i Statkrafts forretningsområde Norden.

– I et kraftsystem må det være balanse mellom produksjon og forbruk. Kraftprodusentene må kunne levere kraft i forhold til behovene hos forbrukere og næringsliv. Med mye mer variabel energi i kraftsystemet kan det lettere oppstå et misforhold mellom tilbud og etterspørsel. Da trenger vi noe som kan opprettholde balansen og sørge for tilstrekkelig effekt når det ikke blåser eller solen ikke skinner. I andre land kan det være gasskraftverk eller kjernekraft, men i Norge er det vannkraftverkene som er nøkkelen.

Mer effekt

Ambisjonen er altså ganske drastisk å endre på måten som en del av vannkraftverkene blir styrt på. Oppgaven er ikke lenger å levere en jevn produksjon, men i større grad å være et reservelager når det for eksempel er behov for økt effekt.

Enkelt forklart er effekt et mål på mengden energi produsert per tidsenhet. De fleste vannkraftverkene er i dag designet for å produsere gjennom året med en gitt effekt – et visst antall megawatt (MW). Dersom et kraftverk skal øke effekten, må det gjennom en form for oppgradering eller ombygging.  

– Effektoppgradering handler ikke bare om å levere mer energi, men om raskt å kunne variere levert effekt over kortere tidsrom. I praksis vil det ofte si at kraftverk bygges om for også å kunne stoppes og startes oftere og raskere, sier Haugli.

Hindringer reduserer effekten

Hvilke muligheter fins for å øke den installerte effekten i et vannkraftverk?

Både mengden vann, størrelsen på turbinen og vannfallshøyden kan påvirke effekten, men hva som kan gjøres for å forbedre disse faktorene i hvert enkelt kraftverk, vil variere. I noen kraftverk kan økt effekt oppnås med relativt enkle inngrep, mens andre krever mer omfattende ombygginger.  

Vannfallshøyden, det vil si høydeforskjellen mellom inntaket i magasinet og turbinen, bestemmer vanntrykket og er én nøkkelfaktor. En del gamle kraftverk har vanntunneler som er sprengt ut gjennom fjellet og har fremspring og stein som bremser vannet. Da mister vannet fart og vanntrykket faller på veien ned til turbinen, og den reelle effekten blir mindre enn vannfallshøyden skulle tilsi.

– I slike tilfeller er det mulig å øke effekten noe ved å fjerne hindringer og flaskehalser i tunnelen, sier Haugli.

– En annen mulighet er å bore nye og større tunneler som slipper gjennom mer vann og dermed åpner for å installere større turbiner, men dette er en mer kostbar løsning. Hva som er verdt investeringen, blir en avveining mellom kost og nytte.

Pumpekraftverk

Mange vannkraftverk henter vann fra et system av små og store magasiner i ulike høyder over havet. For å øke kapasiteten og beredskapen for effektkjøring er det mulig å pumpe vann fra et lavereliggende magasin til et høyereliggende, når nivået i magasinene faller.

Intuitivt virker dette lite hensiktsmessig, fordi energiregnskapet blir negativt: Det koster mer energi å pumpe vannet tilbake i magasinet enn det du får igjen når du produserer. Økonomisk kan det likevel lønne seg, fordi etterspørselen og prisene endrer seg.

– I perioder der strømprisene er lave og etterspørselen liten, kan man velge å kjøre kraftverket og bruke strømmen til å pumpe vann fra et lavereliggende til et høyereliggende magasin, eller fra utløpet ved kraftverket og tilbake opp i et magasin, sier Haugli.

– Det er også mulig å bruke overskudd fra vindkraft til slik pumping på vindfulle dager der etterspørselen etter kraft er liten. På denne måten blir vannkraftverket et energilager. Når etterspørselen øker, kanskje fordi vinden har løyet, har du reserver i vannmagasinet som kan brukes til produksjon, sier han.

Redesign for effekt

Når gamle kraftverk skal gjennom nødvendig vedlikehold, blir det i tiden fremover mer aktuelt å bygge dem om for økt effekt.

– La oss si at du har et kraftverk med fire like store turbiner. Hvis du reduserer til to, en stor turbin og en mindre, kan den minste turbinen brukes til å sikre minimumsproduksjon, blant annet for å opprettholde minstevannføring, og så kan du produsere med den store turbinen når du har behov for maksimal effekt, sier Haugli.

Et eksempel på en slik ombygging er Nedre Røssåga vannkraftverk i Nordland, som Statkraft bygget om fra seks små turbiner til tre små og en stor. Ombyggingen førte til at den installerte effekten økte fra 260 til 358 MW.

Haugli tror at det ved fremtidige oppgraderinger av norske vannkraftverk vil bli lagt mer vekt på anleggsdesign for å oppnå mer effekt enn bare å se på økt produksjon.

– I et kraftsystem som har et stort innslag av variabel fornybar energi, vil verdien av økt effekt trolig være viktigere enn en eventuell oppgradering for økt produksjon, sier han.

Hastighet viktig

Mye variabel fornybar energi i kraftsystemet vil altså øke behovet for raske effektjusteringer. Det samme gjelder kraftsystemer med stort innslag av "trege" varmekraftverk som kullkraftverk og atomkraftverk.

– Regulerbar vannkraft er det raskeste vi har i dag, men det tar likevel flere minutter å koble et vannkraftverk ut eller inn. Det vil bli mer og mer krevende for vannkraften å justere effekten opp og ned raskt nok, men vi jobber med forskningsmiljøer og leverandører for å designe kraftverk som vil kunne levere på fremtidens behov, sier Jan Petter Haugli.

Statkraft deltar blant annet i forskningsprosjekter som skal forbedre turbiner slik at de tåler å stoppes og startes hyppigere og hurtigere.

– Vi tester også ut drift av turbiner på lav last. Da trenger vi ikke å stoppe og starte turbinen helt, men kan øke effekten veldig raskt, kanskje ned på sekunder, sier Haugli.

I tillegg til en modernisering av turbinteknologi er det også mulig å kombinere effektkjøring med ulike former for batteriløsninger eller «effektbanker» som kan levere mye effekt på kort tid.

– Alt handler om å skape fleksibilitet, sier Haugli. – Utviklingen vi er inne i med stadig større innslag av ikke-regulerbar kraft, skjerper kravene til anleggsdesign. Derfor bygger vi ikke om kraftverkene bare for å møte dagens krav, vi forsøker å tenke langsiktig og forberede oss på hva morgendagen vil kreve.