Vind- och solkraft framtidens hybrid
Oskar Lindberg, Uppsala universitet, visar i sin licentiatavhandling hur samlokalisering av vind- och solkraftparker ger jämnare effektleveranser.
Enligt Parisavtalet ska den globala temperaturökningen hållas väl under två grader Celsius med sikte på högst en och en halv grad jämfört med förindustriell nivå.
För att klara temperaturmålet behöver världen under de kommande åtta åren halvera de årliga utsläppen av växthusgaser, enligt FN:s miljöprograms senaste rapport från i fjol.
Mycket talar för att så inte kommer att ske, bland annat på grund av den stora mängden fossila bränslen i energiproduktionen. Dock ökar användningen av förnybara energikällor.
– Det är en enorm tillväxt globalt när det gäller vind- och solkraftsanläggningar, beroende på bland annat tekniska framsteg och att kostnaderna har sjunkit, säger Oskar Lindberg.
Efter civilingenjörsutbildning med energisysteminriktning och en kandidatexamen i ekonomi vid Uppsala universitet påbörjade han för ett par år sedan doktorandutbildning där han studerar kombinerade sol- och vindkraftsanläggningar. Som en del av doktorandprojektet lade han i september fram sin licentiatavhandling.
Resultaten visar att sol- och vindkraft kompletterar varandra på alla tidsskalor som är relevanta för integrering av dessa resurser i elnätet.
– Markbaserade vindkraftsanläggningar är ofta etablerade på öppna ytor där man också kan installera solcellsparker. En fördel med samlokalisering är att kraftkällorna kan dela på den elektriska infrastrukturen, till exempel kablar och transformatorer, och en del drift- och underhållsarbeten. Potentiellt kan även samlokalisering underlätta och snabba på de gemensamma tillståndsprocesserna förutom att samlokalisering ger en jämnare effektleverans till elnätet än enskilda sol- och vindkraftsparker.
– Framför allt internationellt blir det vanligare med så kallade hybridparker, det vill säga kombinerade sol- och vindkraftsparker. I Nederländerna har Vattenfall som ett pilotprojekt byggt en stor hybridpark med en kapacitet på 38 MW solkraft och 22 MW vindkraft.
Förutom sex vindkraftverk och 115 000 solpaneler består parken av tolv containrar med batterier. Den ska kunna producera motsvarande 39 000 hushålls årsförbrukning av el.
Finns det liknande parker i Sverige?
– Jo, men inte i samma storlek. Det finns ett par på västkusten, men de är ganska små. Den ena har en kapacitet på nio megawatt och den andra tre.
I anslutning till vindkraftsparken i Grevkulla i Ydre kommun i Östergötland planeras det dock att byggas en solcellspark med en produktionskapacitet motsvarande 8 400 villahushålls årsförbrukning av el. Totalt beräknas hybridanläggningen kunna producera energi motsvarande drygt 25 000 villors årsförbrukning, vilket skulle göra den till Sveriges största.
– Min avhandling har fokuserat på flera aspekter kopplade till kombinerade sol- och vindkraftparker, bland annat variabilitet, prognostisering och handel av energi. Med hjälp av bland annat vädermodeller har jag modellerat sol- och vindkraftsproduktion. Resultaten visar att sol- och vindkraft kompletterar varandra på alla tidsskalor som är relevanta för integrering av dessa resurser i elnätet.
Avhandlingen
- Analysis and Forecasting of Utility-Scale Hybrid Wind and PV Power Parks
- Uppsala universitet
- Godkänd 2022-09-16
Oskar Lindberg säger att kompletteringen är som starkast på dygns- respektive säsongscykeln.
– Det är ganska naturligt om man tänker efter. På sommaren har vi förhållandevis mycket sol och på vintern ganska lite, medan det omvända förhållandet gäller för vindkraften. På liknande sätt är det på dygnsbasis.
– När det är blåsigt är det dessutom ofta mer molnigt och tvärtom.
Finns det geografiska skillnader?
– Absolut. När vi tog fram data över var alla vindkraftverk i Sverige är placerade, visade det sig att på platser där det blåser mer, och som är lämpliga för vindkraft, är den kompletterande effekten större än där det blåser mindre. Det gäller både för års- och dygnscykeln.
En nackdel med sol- och vindkraft är väderberoendet vilket bland annat innebär svårigheter att prognostisera produktionen.
– Väder är svårt att förutsäga. Det gör att det kan vara svårt att exempelvis en dag i förväg, vilket en producent normalt behöver meddela för att handla sin producerade energi, bedöma hur stor produktionen av sol- och vindkraft kommer att bli.
– Genom att acceptera att sol- och vindkraftsprognoser är osäkra är en idé att istället ge information kring denna osäkerhet, ett så kallat probabilistiskt angreppssätt. I avhandlingen har jag visat att samlokalisering av sol- och vindkraft även ger bättre leveransprognoser, vilket förbättrar elhandeln.
Varför gör man inte detta i större utsträckning om det är så bra?
– Jag tror att en förklaring är att det hittills varit två olika branscher. Aktörer inom vindbranschen är specialiserade inom vindkraft och aktörer inom solbranschen är specialiserade på solkraft. De behöver mötas, knytas samman och samarbeta. Energikrisen kan nog bidra till det.
Vad händer om man kompletterar med stora batterilager?
– I den här avhandlingen har jag begränsat mig till sol- och vindkraft. Men inför doktorsavhandlingen har jag börjat undersöka hur parkerna kan tänkas påverkas, hur pålitlighet förändras och vilken kapacitet de kommer att leverera till elnätet, om man kombinerar sol, vind och batterier.
– Enligt de preliminära resultaten kommer installationskostnaderna att potentiellt kunna sänkas. Batterier ökar dessutom stabiliteten. Vi ser även hur det växer fram nya frekvensmarknader som är perfekta för batterier att arbeta på.
De mycket höga energipriserna har drivit på utbyggnaden av solenergi. Branschen har i dag en exponentiell tillväxt.
På en åker utanför Fellingsbro byggs vad som ska bli Sveriges största agrivoltaiska solcellspark. På samma yta ska jordbruk och energiproduktion samsas. (Läs mer om det på sidan 18 i detta nummer.)
– Att utnyttja mark för både odling och elproduktion är väldigt intressant i sig. I dagsläget behövs det fler studier för att undersöka agrovoltaics business-case. Vindkraft i kombination med odling har varit populärt bland lantbrukare sedan drygt ett decennium tillbaka. Kanske ser vi samma utveckling för storskalig solel också, säger Oskar Lindberg.
Text: Mikael Bergling
