Contributions from Smart Grids to a Sustainable Energy System

By Livingstone Senyonga et.al. NorRen Summer School 2013 

“In the coming decades, electricity’s share of total energy is expected to continue growing, and more intelligent processes will be introduced into this network […]. It is envisioned that the electric power grid will move from an electromechanically controlled system to an electronically controlled network in the next two decades.” Amin et al. (2005).

Decentralised mini-grids based on renewable energy

 - Reducing emissions of offshore oil&gas platforms by installing wind power based mini-grids

PhD stud. Valerie-Marie Kumer, Geophysical Institute, University of Bergen, PhD stud. Pål Preede Revheim, Department of Engineering, University of Agder, PhD stud. Til Kristian Vrana, Department of Electric Power Engineering, The Norwegian University of Science and Technology (NTNU)

Introduction

Gas turbines are used for electricity production on offshore oil&gas platforms all over the world. These gas turbines account for a significant share of Norway's total CO2 emissions. The nice 'fact' of Norwegian electricity production being 98% hydro power, which is cited everywhere and all the time, is simply not true, as all those electricity generating offshore gas turbines are located in the Norwegian part of the North Sea and therefore in Norway. Due to these facts has the oil&gas industry been obliged by the Norwegian government to reduce CO2 emissions.

A first 'solution' to the problem has been a cable connection to shore, to avoid the need for the offshore gas turbines. From a local point of view, this is a solution as there is no more emissions directly from the platform. Global warming is however not a local problem. From a global point of view, this 'solution' is mostly a hoax, as the consumed electricity has to be produced somewhere else onshore. To supply the platform by clean and green Norwegian hydro power is a myth. The additional onshore electricity demand is covered by the marginal production units, which at the moment mostly are hard coal and gas fired power plants. Therefore can the grid connection of offshore oil&gas platforms not lead to a reduction of CO2 emissions. It only leads to a relocation, which has no significance.

A real solution would be to install renewable generation units in proximity of the oil&gas platform, that can partly cover the electricity demand and therefore lead to a reduction in fuel consumption of the gas turbines. The combined system of the oil&gas platform and the renewable generation units would form a so-called decentralised mini-grid.

En framtid full av sol?

Egil Krystad, stipendiat ved institutt for materialteknologi, NTNU

Sommeren nærmer seg slutten, og vi nordboere må igjen innstille oss på kaldere dager. Selv har jeg tilbrakt hele sommeren i gamlelandet, og den eneste langturen gikk til Lofoten – et sted man må bruke ullgenseren merkverdig mye i løpet av juli til tross for at sola skinner nesten døgnet rundt. Og som forsker innenfor solenergi er det lett å la tankene vandre. For hvordan ville det egentlig vært om solenergi var i mer utstrakt bruk her til lands? Ville sol som energikilde egentlig kunnet spilt en rolle i energiforsyningen? Hadde vi kanskje kunnet utnytte sola skikkelig bare i noen måneder hvert år? Og er det stor forskjell på å bruke solceller i regntunge Bergen imot for eksempel på det solfylte Sørlandet? Disse spørsmålene er det ikke bare jeg som har stilt meg, men også mange huseiere rundt om i landet, og antakelig i større grad etter hvert som prisene på solanlegg fortsetter å synke slik de har gjort de siste åra. I starten av 2009 måtte man ut med 4.5 euro pr watt (så et dugelig anlegg på 2 kW ville kostet 9000 euro, sett bort fra montering og omformere) – allerede i 2012 hadde prisen blitt halvert, og den synker fortsatt.

Enn så lenge er likevel problemstillingen om hvorvidt solceller er lønnsomt for en privatperson i Norge veldig enkel: Svaret er stort sett nei. Vi er velsignet med å kunne hente billig kraft ut fra vassdragene våre. Og er det noe Norge er dekket av, er det vel heller vann enn sol. Heller ikke finnes det noen systematisk rabatt og innarbeidet ordning som gir gjenytelse for ubrukt solstrøm som mates inn på nettet. Ennå. Og til sist kan vi ta med at selve installasjonen i de aller fleste tilfeller blir voldsomt dyr fordi vi ikke har noe etablert miljø med montører og veldig få bedrifter som konkurrerer. Dette siste er mer en ond sirkel som jeg selv har tro på at vi vil kunne komme oss ut av. Og når dét skjer, er det mye som kan løsne.

Energidilemmaet

Av Siri Kalvig, NæringsPhD i StormGeo,  Institutt for konstruksjonsteknikk og materialteknologi, Universitetet i Stavanger, NORCOWE

For en tid tilbake besøkte jeg Kårstø i Tysvær. Jeg kjørte opp til prosesseringsanlegget i soloppgangen og 31000 lyspærer skapte en vakker horisont. I dagslys er ikke anlegget like vakkert, men det er saktens imponerende. Anlegget lager 300 twh enegi – mer enn dobbelt av hele den norske vannkraftindustrien.  Når en står midt oppi tusen rørgater, som du vet skaffer energi til store deler av Europa, blir jeg imponert over at vi på Vestlandet lager slik ingeniørkunst - at vi klarer å produsere så mye olje og gass i verdens tøffeste farvann er imponerende. Og det er ekstremt lønnsomt. Og akkurat det er blitt et dilemma. Det er mitt dilemma, det er Stavanger og Vestlandets dilemma og ikke minst er det Norges dilemma. 

Kårstø i skumring. Foto: Statoil.com/ Gunnar Hagen

Men vi kan dra det enda lengre. Det er verdens dilemma, for kull, olje og gass gir folk lys å lese i, det moderniserer fattige samfunn men samtidig fører det til rekordhøye og farlige CO₂  nivå i atmosfæren. Det er velstandsvekst med en bivirkning som vi ikke lengre kan leve med. Jeg skal ikke dvele med de alvorlige konsekvensene av global oppvarming. De fleste har hørt om dem mange ganger før. De er dog så alvorlige at jeg vil karakterisere følgende som historiens viktigste spørsmål;  Hvordan skaffe nok energi til denne verden uten samtidig å ødelegge ressursgrunnlaget vårt?

En konstruert energikrise: løsninger

av Lars Kåre Grimsby, PhD Candidate, Noragric, University of Life Sciences, Norway

Status

Siden 1970-tallet har man forsøkt å utvikle og forsyne mennesker i utviklingsland med mer effektive vedovner, enkel biogass- og gassifiseringsteknologi, mikrovannkraft og solcellepaneler. Gjennom disse årtiene med bistandsintervensjoner har det etterhvert utviklet seg en kontrasterende todeling i tradisjonell og moderne energi (Goldemberg og Teixeira Coelho 2004). På den ene siden har man de ønskelige egenskapene som ren energi, høy virkningsgrad og mulighet til å levere kraft til nye teknologier og behov i industri og husholdninger i utviklingsland. På den andre siden har man tradisjonell energi, typisk billedliggjort ved en kvinne med rødsprengte øyne som sitter med ei gryte over et rykende bål eller kvinner som bærer tunge bører med ved.

Figur 1. Ingen røyk uten ild. Mikrokjøkken fyrt på lokal fornybar energi
(Lars Kåre Grimsby)

Kriser

Energifattigdom kom for alvor på den internasjonale dagsordenen i kjølvannet av den internasjonale oljekrisa i 1973. Den raske prisstigningen på olje gjorde at folk flest tok innover seg i hvilken grad samfunnet hadde blitt avhengig av en ikke-fornybar ressurs. I Norge tok Kong Olav trikken og bensin ble rasjonert med kuponger. Radikale aktivister som Ivan Illich (1974) skrev om hvordan alle verdens fartsgrenser burde senkes til sykle-fart for å jevne ut forskjellene på fattig og rik, og å bruke energi mer fornuftig. Samtidig fikk FN og bistandsorganisjasjoner øynene opp for «den andre energikrisa»: ikke-bærekraftig bruk av ved i utviklingsland (Eckholm 1973). FNs organisasjon for ernæring og landbruk (FAO) sine vekstmodeller for skog projiserte at med fremtidig økende uttak av biomasse til ved og rydding av land for jordbruk, så ville enorme soner i vestlige og østlige Afrika, og India være tilnærmet avskoget innen år 2000 (for et historisk innblikk, les Arnold et al. 2003). Dette ville bety økt byrde på kvinner som måtte bære ved over lengre avstander, samt økt bruk av enda skitnere brennstoff enn ved; for eksempel tørket kumøkk og andre biprodukter fra landbruket.

Wind Assisted Propulsion of Ships

av Zhenju Chuang, ph.d., recently graduated from Institute of Marine Technology, NTNU

Reducing CO₂ Emissions from Shipping

SkySails towing kite

Climate changes have been given a large attention in the media lately. The general opinion is that the recent climate changes are mainly caused by human activities. This together with fluctuations in the oil prices has led to a great focus on energy conservation in the marine industry [1]. Shipping is responsible for more than 90% of world trade, creating   greenhouse gases, like COx, NOx, SOx. Fig 1 shows global CO₂ emissions. It seems that emission from shipping is not as big as other manufacturing industries. However, if we do nothing from now, according to EU prediction, by 2020, SOx will increase 40%, NOx will increase 50% and even more to PM2.5 being 55%.

So now we are facing a big opportunity to explore renewable energy. Wind is the best solutions for shipping since it is sustainable, easily accessible, cost and emission-free.

Wind assisted ship propulsion is becoming more and more popular now. Several main devices will be introduced here. Like sail (soft sail and rigid sail), Flettner rotor, wind turbine and kite.

Figure 1 Global CO₂ emissions

 

Vind energi i Noreg – ikkje eksisterande?

av Lene Eliassen, Stipendiat ved Institutt for kostruksjonsteknikk og materialteknologi, Universitet i Stavanger

Når eg fortel at eg tek ein doktorgrad innan offshore vind turbinar, så tek det ofte ikkje lang tid før eg får spørsmålet: «Men er det eigentleg nokon framtid for vindturbinar i Noreg? Er vindturbinar eigentleg så miljøvennlig? Eg har hørt at Statoil har vindturbinar berre fordi dei skal vere grønne, og dei kjem aldri til å vere kostnadseffektive?». No har eg mitt forskingsfelt innan aerodynamikk og struktur, og er ikkje ein ekspert på økonomi og politikk. Men eg vil gjerne forklare kvifor eg trur at min forsking, saman med den forskinga som vert gjort av mine kollegaer i NORCOWE er viktig for norsk industri og samfunn.

Mitt namn er Lene Eliassen. Eg er stipendiat ved Universitetet i Stavanger og er med i forskingsenteret NORCOWE. Min avhandling har hatt arbeidstittelen «Dynamisk analyse av offshore vindturbinar» og har hatt fokus på aerodynamikk. Det er ikkje lenge att før eg skal levere inn avhandlinga der eg skal gi oppsummering av det eg har lært gjennom stipendiatperioden, som har vert ein spennande og lærerik periode. Eg har fått arbeide med det som er noko av verdas største turbomaskineri, og samtidig bidreg med eit lite steg nærmare ein meir klimavennlig verd. Men no er det ikkje mi forsking i detalj eg vil skrive om, men kvifor eg synes det er viktig at ein har fokus på vind energi i Noreg.