Den rigtige blanding af grøn energi

Kan vi klare os på kun vedvarende energi? Kan energi fra solen, vind og vand dækker vores elbehov – selv på en vindstille, overskyet dag i Skandinavien? Måske, men det stiller nye krav.

De nordiske lande kunne dække deres energibehov blot ved at udbygge vedvarende energi, ifølge en undersøgelse fra Uppsala University. Men der er flere udfordringer undervejs, ifølge Mikael Bergkvist, forsker i el.

"I undersøgelsen vi var i stand til at vise, at det selvfølgelig ikke er umuligt, selvom det ville blive svært inden for den nærmeste fremtid."

Det svære ved elproduktion er, at den foregår i realtid – den el, der er brug for lige nu, skal produceres lige nu. På samme tid, vores elforbrug varierer hver time af døgnet hele året rundt. Jo mere afhængige vi er af intermitterende kilder, såsom vindkraft, jo større krav er til fleksibel balanceregulerende effekt.

"I Sverige vi er heldige, da vi har en masse vandkraft, der kan bruges til hurtigt at regulere variation, men takket være store vandkraftreservoirer, kan også lagres på tidspunkter, hvor vi har høj vindkraftproduktion og lav efterspørgsel efter el. Men det kræver meget planlægning. I dagens system, vi har gode muligheder for at balancere dags- og sæsonvariationer, men det er sværere for eksempel i tilfælde af et par uger med vindstille vejr, ”siger Bergkvist.

I Sverige, vi får lige så meget energi fra atomkraft (40-45 pct.) som fra vandkraft. Herefter følger vindkraft på 10–14 pct. Til sidst, vi har kraftvarmeværker, kondenskraft og gasturbiner, der tilsammen yder omkring 10 pct.

Solenergi er mere ualmindeligt på vores breddegrader, men meget forskning og udvikling er i gang. Et eksempel er boligbyggeriet Frodeparken i Uppsala, hvor hele glasfacaden producerer strøm. Bygningen er dækket af tyndfilmssolceller, der er udviklet fra forskning ved Uppsala Universitet.

Et internationalt EU-projekt om solcelleteknologi, der kan integreres i bygninger, ledes fra Uppsala. Marika Edoff, Professor i Solid State Electronics, er koordinator for projektet. Fokus er tyndfilmssolceller og hvordan de kan effektiviseres og integreres i bygninger.

"Bygningsintegration giver unikke muligheder for tyndfilmssolceller, primært for at se æstetisk anderledes ud. Med tynde film, det er også muligt at gøre solceller fleksible og lette, siger Edoff.

Den dominerende teknologi på markedet er siliciumsolceller. Tyndfilm solceller er baseret på en anden teknologi og består af mikroskopisk tynde film, der er monteret på glas, for eksempel. Modulerne kan laves til helt sorte byggeklodser, som facaden ved Frodeparken.

Udfordringen for forskerne er at gøre materialet tyndere uden at reducere effektiviteten eller effektiviteten, hvilket i øjeblikket er 21 pct. For at lykkes med dette, der anvendes forskellige optiske teknikker, som at bygge spejle ind i de tynde lag, så der absorberes dobbelt så meget lys.

"Det kan virke latterligt at gøre lagene endnu tyndere, da deres samlede tykkelse er omkring tre mikrometer, hvilket er hvad man får ved at klippe et hår i 20 skiver. Men vi ønsker at presse det videre, reducere materialeforbruget og gøre de lysabsorberende lag en halv mikrometer tykke i stedet for to, siger Edoff.

Internationalt solenergi har fået et stort gennembrud de seneste år, og selvom det går langsomt i Sverige, markedet vokser, med forskellige støtteordninger til installation af solceller i bygninger.

"Gennem EU-projektet, vi kan samle kompetencer og ekspertise og håber også at øge synligheden af ​​solceller og lobby for at udvikle langsigtede løsninger i Sverige, "siger Edoff.

Hun var personligt med til at stifte solcellevirksomheden Solibro og har arbejdet i mange år både som forsker og i virksomheden. Da hun begyndte med tyndfilmssolceller i 1990, solcellerne havde en virkningsgrad på 10 pct. Nu, de har nået 21 pct. ikke langt fra verdensrekorden på 22,6 pct.

Hun tilskriver succesen det tætte samarbejde mellem erhvervslivet og den akademiske verden.

"Forskellige EU-projekter har været afgørende for den teknologi, der er kommet indtil videre, ved at gavne samarbejdet mellem virksomheder og forskningsgrupper. Det har været super vigtigt. "

Endnu et EU-projekt, New Wind Atlas (NEWA), vedrører vindkraft og har kortlagt vindressourcer i hele Europa. Stefan Ivanell er projektleder for den svenske del af projektet.

Han leder forskningen ved Vindkraftsektionen på Campus Gotland, som tilhører Institut for Jordvidenskab ved Uppsala Universitet. Mens deres forskerkolleger i Uppsala laver store vejrmodeller, forskerne i Visby arbejder med modeller, der viser det detaljerede flow i en vindmøllepark.

Hvis disse to slags modeller er knyttet sammen, større beregninger kan foretages for at se, hvor det er bedst at bygge en vindmøllepark.

"Når vi studerer samspillet mellem vindmølleparker, beregningerne tager flere dage eller uger med en supercomputer, så det er ret tunge beregninger. Derfor er vi nødt til at supplere dem med grovere beregningsmetoder, " siger Ivanell.

Inden for projektet, de studerer for eksempel vindstrømmen i skovene og mulighederne for at udbygge vindkraften der. Forskerne er interesserede i placeringen af ​​vindkraftværker, og hvordan møllerne – såvel som hele vindmølleparker – interagerer med hinanden. For at forstå dette, de laver simuleringer, der viser, hvordan placeringen påvirker, hvilken slags strøm møllen er placeret i, og hvor stor turbulensen er.

"Vi udvikler modeller for, hvordan man kan udvinde energien på en smartere måde og samtidig reducere belastningerne på møllerne, så de holder længere, " siger Ivanell.

Vindkraft er den tredjestørste form for elproduktion i Sverige, men dens ekspansion er gået i stå.

"På trods af lave energipriser i Sverige, vindkraft tiltrækker i øjeblikket rekordstore investeringer. For alle, der tænker på nye energiproduktionsanlæg, vindkraft er meget konkurrencedygtig, "siger Ivanell, som også er direktør for STandUP for Wind, et nationalt vindenergicenter, hvor flere svenske universiteter deltager.

Et forskningsprojekt påbegyndte for nylig ved Uppsala Universitet, hvor forskerne skal finde ud af, hvordan Gotland kan blive selvforsynende med vedvarende energi, såsom solenergi, vindkraft og biobrændsel. Omkring 20 forskere er involveret i projektet ved Institut for Geovidenskab, Ingeniørvidenskab og kemi.

Et vigtigt spørgsmål er accept blandt lokalbefolkningen, fordi et samfund med udvidet vind, vandkraft og solenergi ville se meget anderledes ud.

"I dag, 50 procent af energien på Gotland kommer fra vindkraft. At blive helt selvforsynende, dette skal skaleres op på land, til søs og i solcelleparker, "siger Ivanell." Lige nu, vi forsøger at modellere tænkelige scenarier for fremtiden. Hvis vi bygger på bestemte måder, hvordan vil det påvirke accepten? Hvilke fordele og ulemper er der ved forskellige løsninger? Luftledninger og strømkabler ville være nødvendige til distribution, men hvordan ville de blive opfattet af offentligheden?"

At studere Gotland som et vedvarende system er velegnet, da det er veldefineret, ifølge Ivanell. I samarbejde med regionen, forskellige muligheder undersøges nu, såsom transport ved hjælp af elektriske køretøjer og hvordan energi kan lagres i batterier eller i gasform.

"Det er et spørgsmål om, hvilke vedvarende ressourcer der er, men det handler også om at balancere dette med en begrænset kabelforbindelse med fastlandet. Vi har brug for et system, der kan lagre energi, og hvor det, vi putter i systemet, altid matcher forbruget.«

For at gå tilbage til undersøgelsen af ​​hele Nordens energiforsyning, det viser, at vandkraft spiller en nøglerolle. Ved at lagre vandkraft, det er muligt at opnå en jævn forsyning af el på trods af variationer i produktionen.

"Nogle mennesker frygter, at vedvarende energi vil give os et ustabilt elnet, og at vi ikke vil være i stand til at håndtere situationen, men i Sverige kan vi. Vores vandkraft er en enorm ressource til at lagre energi, sammenlignet med batteriopbevaring, som ikke har noget som den samme kapacitet og primært er en lokal løsning, siger Mikael Bergkvist.

Et andet problem at løse er, hvordan man kan levere vedvarende energi til hele Norden. Med dagens distributionssystem, det ville være svært at levere energi overalt med kun vedvarende elektricitet. I Sverige, for eksempel, vi har en masse produktion i nord, men mest forbrug i syden.

"Vores beregninger har ikke taget højde for begrænsningerne i elnettet. det er bare et spørgsmål om ekspansion, men det vil selvfølgelig koste meget, og tilladelsesprocessen for en ny linje kan tage årtier. "

I deres undersøgelse, forskerne bemærker også, at det er vigtigt at finde den rigtige blanding af vedvarende kilder.

"Det bliver bedre, hvis vi optimerer blandingen af ​​bølgekraft, vindkraft og solenergi, men det er svært at kontrollere, da vi lever i et demokrati med fri foretagsomhed, ”Observerer Bergkvist.

Så der vil fortsat være en flora af forskellige energiløsninger, der tilsammen gør det svært – men ikke umuligt – at skifte til vedvarende energi i Norden.