Mer kraft ut av hver vanndråpe

Forskningssenteret HydroCen skal gjøre Norge klar for fremtidens kraftmarked. Den tverrfaglige forskningsinnsatsen har allerede gitt flere spennende innovasjoner.

HydroCen er et forskningssenter for miljøvennlig energi tilknyttet Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). I tillegg til NTNU, er SINTEF Energi og Norsk institutt for naturforskning (NINA) hovedforskningspartnere i senteret. FME HydroCen har nærmere 40 partnere fra industri og forvaltning. HydroCen fikk status som Forskningssenter for miljøvennlig energi (FME) i 2016.

– Det norske kraftmarkedet er i stor endring, fastslår senterleder Liv Randi Hultgreen. – Nye fornybare energikilder som sol og vind introduseres i kraftsystemet. Samtidig har vi forpliktet oss til å være med i et europeisk kraftmarked og levere kraft til Europa, men vi har ikke full kontroll på hvordan dette vil påvirke kraftsystemene våre. Vi tror at våre vannkraftanlegg vil trenge større oppgraderinger for å tåle endrede driftsmønstre i fremtiden.

Liv Randi Hultgreen er senterleder for HydroCen. "Vannkraft er på ingen måte et "ferdig-forsket" felt", sier hun.(Foto: Synnøve Aune/NTNU)

Vannkraft er ikke ferdig-forsket

Målet til HydroCen er å gjøre næringen, forvaltningen og leverandørindustrien klare til omstillingen som kreves.

– Vannkraften er ryggraden i det norske kraftsystemet. Nå kommer sol og vind, og kraftmarkedet må bli mer fleksibelt. Men dagens vannkraftanlegg er ikke nødvendigvis dimensjonert for fleksibel kjøring med mange hyppige start-og-stopp, og dagens strømnett blir også utfordret med tilførsel fra mange forskjellige kilder, sier Hultgreen.

– Så lenge markedet er i endring, er det mye forskning som gjenstår. Vannkraft er på ingen måte et "ferdig-forsket" felt, fortsetter hun.
Senteret får omtrent 200 millioner av Forskningsrådet over åtte år. Ytterligere 200 millioner kommer fra næringsliv, forvaltning og forskningspartnere.

Langsiktighet betyr flere muligheter

– Statusen som FME gjør at vi kan tenke mere langsiktig, ansette flere forskere og involvere flere fagretninger, fagdisipliner og institusjoner enn vi kunne uten støtte, sier Hultgreen. – For oss som jobber tverrfaglig er dette helt essensielt. Nå kan vi definere miljøprosjekter med et så langt perspektiv at man får gjennomført forskningsarbeid med en viss størrelse. FME-ordningen gir en varighet og også mulighet til et bredt industrisamarbeid.

Senterets tverrfaglighet er en stor fordel for både industrien og forvaltning, ifølge Hultgreen.

– Samspillet mellom ulike fagretninger gir unik og helhetlig tilnærming. Ved å involvere mange fagretninger og -disipliner tidlig i prosjektene, kan vi kommer med samstemte uttalelser, råd og anbefalinger, og gjøre det enklere for forvaltningen og industrien, sier hun.

HydroCen jobber tett med den nasjonale forskningsinfrastrukturen HydroCen Labs. Infrastrukturen har fått 55 millioner kroner av Forskningsrådet til å oppgradere mange laboratorier slik at de er egnet for forskning på fremtidens vannkraftteknologi.

– Disse laboratoriene er viktige innenfor vannkraftforskningen. Gjennom arbeidet på senteret vårt ser vi hva vi trenger av laboratorier, både i dagens forskningsaktiviteter og hva vi har behov for senere. Støtten fra Forskningsrådet sikrer et sterkt og levende forskningsmiljø midler til å oppgradere laboratoriene, forteller Hultgreen.

Vannkraftlab
Vannkraftlab er et av laboratoriene under infrastrukturen HydroCen Labs. (Foto: Juliet Landrø/NINA)

Viktige forskningsresultater og innovasjoner for fremtidens kraftmarked

HydroCen har flere viktige forskningsresultater og innovasjoner å vise til. Blant annet har de utviklet en ny type turbin som kan "skifte gir". Det betyr at turbinen kan kjøre i ulike hastigheter og starte og stoppe mye raskere enn tradisjonelle turbiner. På denne måten kan kraftproduksjonen fra vannkraft tilpasses produksjonen fra vind og sol.

Senteret har videre utviklet ledegjerder som skal føre laksesmolt forbi kraftverksinntak og på denne måten unngå at disse går gjennom turbinen. Ledegjerdene testes i stor skala og kan etter hvert brukes i kraftverk over hele verden for å unngå store tap av fisk i elver med kraftverk.

Forskerne på HydroCen jobber også med tunneler og dammer i tett samarbeid med vannkraftbransjen. En utfordring i fremtiden er at flommene kan bli større på grunn av klimaendringer. Senteret utvikler modeller som skal brukes til bedre design av dammer, slik at disse takler fremtidens ekstremflommer.

Effektiv og miljøvennlig oppgradering av vannkraftsystemer

Et av de mest tverrfaglige prosjektene i HydroCen er AlternaFuture. Dette forskningsprosjektet skal undersøke om eksisterende vannkraftsystemer kan oppgraderes, uten at det går utover miljøet.

Gjennom ulike scenarioer kombinerer den tverrfaglige forskergruppen kraftverkprosjekter og miljøprosjekter. På denne måten kartlegger de hva slags utfordringer man møter hvis man gjør en slik oppgradering av dagens vannkraftsystemer.

Oppgraderingen kan bestå av å gjøre forbedringer på eksisterende anlegg, erstatte eksisterende anlegg eller å bygge anlegg på nye steder. Prosjektet ser spesielt på miljøkonsekvensene:

– Et byggeprosjekt vil alltid ha en viss negativ miljøkonsekvens, sier prosjektleder Kaspar Vereide fra Sira-Kvina kraftselskap. – Vi undersøker hvordan vi kan tilpasse byggeprosjektene og utføre kompenserende miljøtiltak slik at vi i sum ender opp med en positiv miljøeffekt.

Dam Langevatn er et pågående oppgraderingsprosjekt i Mandalsvassdraget, hvor en eksisterende dam øverst i vassdraget blir forhøyet. (Foto: Kaspar Vereide/Sira-Kvina kraftselskap)

Prosjektet har for første gang vist at det er mulig å gjøre en stor oppgradering av eksisterende vannkraft, som inkluderer bygging av nye kraftverk, og likevel få positive miljøeffekter. Gjennom å involvere miljøeksperter fra begynnelsen av, har de kunnet teste ulike forslag til oppgraderinger. I noen av forslagene har miljøekspertene konkludert med at det ikke er mulig å oppgradere uten at det totalt påvirker miljøet negativt. I andre forslag har de kommet med innspill til forbedringer og kompenserende miljøprosjekter, som tiltak for å bedre leveforholdene for fisk eller rekreasjonsmulighetene for mennesker.

– På denne måten har vi funnet forslag til oppgradering av eksisterende vannkraft som i sum kan gi positive miljøkonsekvenser for vassdraget som helhet, sier Vereide.

Mer variable kraftpriser gjør oppgradering lønnsom

En oppgradering av vannkraftsystemet er per i dag ikke bedriftsøkonomisk lønnsomt, ifølge Vereide. Men prosjektet har også funnet ut hva som skal til for at oppgraderingen blir lønnsomt i framtiden. Dette er nemlig avhengig av kraftprisene.

– For at slike store oppgraderinger av eksisterende vannkraft skal bli lønnsomt i fremtiden, må kraftprisene bli mer variable. Forskjellen mellom høyeste og laveste pris må øke, uten at gjennomsnittprisen da trenger å bli høyere, sier Vereide.

Forklaringen på dette ligger i vannkraftens fleksibilitet. Oppgraderingen vil øke fleksibiliteten til vannkraftproduksjon. Da kan anleggene produsere strøm når det er behov for det, og prisene er høye. Og de kan stenge produksjonen når prisene er lave, og det er lite behov for vannkraft fordi sol- og vindenergi produserer tilstrekkelig.

– Klarer markedet å belønne fleksibiliteten til vannkraft, vil oppgradering bli lønnsomt, sier Vereide.

Resultatene fra AlternaFuture-prosjektet skal også brukes til å vurdere miljøeffekt og lønnsomhet av alle innovasjoner som til nå er utviklet i HydroCen.