Manglende regulering gir krafttap

Sett deg i en bil, kjør 80 kilometer i timen dag og natt uten stopp – i fem måneder. Distansen du da har tilbakelagt, tilsvarer strømnettet i Norge. En formidabel forsyningslinje, men uten lagringsmuligheter. Produksjonen av elektrisk strøm må derfor kontinuerlig tilpasses hvor mye vi bruker: Mengden strøm som mates inn i nettet, må være nøyaktig like stor som den som tas ut.

– Grått, vått, ingen vind. Slik er været i dag. Men i morgen? Kanskje sol fra klar himmel og en god bris, undrer strukturfysiker Sabrina Sartori ved Universitetet i Oslo ifølge Apollon.

Sol når vi trenger den minst
Sola og vinden sørger for en stadig større del av strømmen vi bruker. Uheldigvis er denne produksjonen vanskelig å regulere, for den er slavisk avhengig av været. Når vinden løyer og solstrålene forsvinner i skyene, hjelper det ikke med installert kapasitet i strømnettet. Da faller ytelsen dramatisk uansett, både fra solcellepaneler og vindturbiner. Heldigvis har vi store vannkraftverk med magasiner hvor produksjonen kan reguleres raskt opp og ned. Men i andre land må de i større grad ty til strøm fra forurensende kull- og gasskraftverk når sola og vinden svikter.

Men ikke nok med det at ressurstilgangen varierer, også behovet vårt for energi skifter – fra time til time, fra dag til dag, fra sommer til vinter. Strømmen fra solcellepanelene er størst når vi trenger den minst, midt på sommeren.

– Et samfunnsproblem
– Energilagring, sier Sabrina Sartori med trykk. Energilagring blir enormt viktig i tiden som kommer. Om vi skal ha noen sjanse til å løse verdens klimaproblemer, er vi nødt til å finne måter å lagre sol- og vindenergi på, slik at vi kan bruke energien når vi trenger den og ikke i øyeblikket den blir produsert. Dette får vi ikke til i dag. Det mener jeg er et stort samfunnsproblem – som vi har satt oss fore å løse.

Sabrina Sartori er førsteamanuensis ved Institutt for teknologisystemer og Fysisk institutt, og jobber med nye materialer for energilagring. Hun studerer hvordan materialene er bygd opp atom for atom. Forskningen hennes omfatter hydrogenlagring i biler og batterier beregnet til lagring av fornybar energi.

– Energien vi har til overs etter en dag med mye sol og vind, bør lagres i store batterier og tas i bruk når det er behov for den. Vi trenger batterier med den enorme kapasiteten som trengs om vi effektivt skal kunne overføre energi fra sol- og vindkraft til strømnettet. Slike batterier er nå under utvikling.

Nytt forskningsprosjekt
Sartori er nettopp blitt leder for et nytt forskningsprosjekt som heter Integrare, italiensk for å integrere.

– Målet med prosjektet er nettopp å få til en mye bedre integrering av fornybare energikilder i det norske strømnettet.

Å kunne forutsi været presist og gjøre nettet i stand til å tilpasse seg endringer fra time til time, kan vise seg å bli en nøkkel til mer bruk av strøm fra sol og vind.

– Det er vanskelig å planlegge produksjonen av energi fra solceller og vindturbiner. Vi mangler rett og slett kunnskap og kompetanse, erkjenner hun.

Nettopp denne viktige kunnskapen er det forskerne i det nye prosjektet har ambisjoner om å tilegne seg – og samfunnet.

Må kunne forutsi
– Målet vårt er at mer energi fra sol og vind skal inn på strømnettet, samtidig som vi greier å opprettholde balansen mellom produksjon og forbruk, sier professor Frank Eliassen ved Institutt for informatikk, som også deltar i forskningsprosjektet.

Da er det nødvendig å kunne forutsi så nøyaktig som mulig hvor stor produksjonen av energi kommer til å bli i en gitt periode: det neste døgnet, den neste timen, de neste 15 minuttene.

– Kunnskap om de kortsiktige variasjonene i vind og solintensitet er viktig, slik at tilførselen til strømnettet fra disse kildene kan tilpasses de stadige variasjonene, legger Sartori til.

Til det trengs selvsagt så gode værvarsler som mulig: Hvor kraftig vinden kommer til å blåse, hvor intenst sola vil stråle. Men det er ikke enkelt å slutte fra hvordan været er til hvor stor energiproduksjonen blir. Til det vet vi for lite om hvor stor produksjon ulike typer vær gir. Det er vanskelig å spå om framtiden, derfor tyr forskerne til fortiden.

– Men ikke alle metoder er like gode til å spå framtidig, lokal energiproduksjon. I dette prosjektet skal vi finne metoder som utnytter historiske data om faktisk strømproduksjon under ulike værforhold, slik at prediksjonen blir best mulig. Om vi greier å predikere godt på historiske data, hvor vi jo sitter med fasiten og kan sjekke om vi får det til, er det også god grunn til å tro at vi klarer å forutsi framtidig produksjon, sier Eliassen, som har spesialisert seg nettopp på energiinformatikk.

Lærer opp datamaskiner
Forskerne i prosjektet skal få datamaskiner til å ta avgjørelser som økonomiserer med viktige energiressurser. Nærmere bestemt skal de utvikle metoder for at datamaskiner skal lære seg bestemte oppgaver både fra historiske data og eksperimentelle observasjoner.

Til dette bruker forskerne det de kaller maskinlæring. De forsøker å få til et matematisk, statistisk opplegg, som når værmeldingen kommer for det aktuelle området, anslås strømproduksjonen for neste døgn, neste time, neste kvarter. Forutsetningen er at værmeldingen slår til.

Frank Eliassen tror prosjekt kan føre til bedre systemer for prediksjon som energiselskaper kan benytte. – Jeg tror slike forbedringer kan være grunnlaget for en forretningsidé, sier han.

En viktig målsetting for prosjektet, er å gjøre strømnettet fleksibelt til å motta energien fra solcellepaneler og vindturbiner.

– Når vi vet hvordan været blir i morgen, kan vi tilpasse bruken av strømnettet, når vi bør bruke energien lagret i batterier, og når vi bør bruke direkte produsert energi. Dette kan bli en effektiv måte å hindre at vi kaster bort enorme mengder fornybar energi fra sol og vind, slik vi dessverre gjør i dag, påpeker Sartori.

Integrare er et såkalt såkornprosjektet. Forskerne har godt håp om at det kommer til å vokse til et større europeisk prosjekt.

– For problemene vi søker å løse, finnes i alle land som satser på den mest miljøvennlige strømforsyningen som finnes: sol og vind, sier Sabrina Sartori.

Kilde: Apollon, Universitetet i Oslos populærvitenskapelige forskningsmagasin. Denne artikkelen ble først publisert i Apollon.