CEDREN HydroBalance - Large-scale balancing and energy storage from Norwegian hydropower

Hovedformålet til CEDREN-prosjektet HydroBalance er å adressere viktige utfordringer for bruk av norsk vannkraft for storskala balansekraft og lagring tilknyttet teknologi, økonomi, miljø og samfunn. WP1 omhandler scenarier og veikart. Scenarier er kvalitative beskrivelser av forhold, antagelser og fremskritt av de viktigste usikkerhetene som påvirker utviklingen. Karakteristikkene som skiller de ulike scenariene, kan deles i tre hovedtrekk: graden av integrasjon mellom norsk og europeisk kraftmarked herunder nett, volumet av balansekraft levert av norsk vannkraft og tidshorisont på levert balansekraft. Scenariene er omgjort til kvantitative utviklingsbaner, det vil si datasett som beskriver det europeiske energisystemet (for eksempel nettforbindelser, kraftverk) og relevante pådrivere (for eksempel prisutviklingen på CO2-sertifikat). Disse datasettene ble så benyttet som en rød tråd i prosjektet og i energisystemmodellene. I HydroBalance WP2, har vi analysert kostnaden ved å levere balansekraft fra gasskraftverk og norske pumpekraftverk i et fremtidig europeisk energisystem med en høy andel vind- og solkraft. En numerisk case-studie viser at byggingen av nye reversible pumpestasjoner mellom eksisterende reservoarer i det norske vannkraftsystemet, er økonomisk å foretrekke fremfor nye gasskraftverk i Nord-Europa. Da tatt i betraktning tilleggskostnader ved undersjøiske kabler på tvers av Nordsjøen og innenlands nettforsterkninger. Våre studier viser også at det er avgjørende å gi kablene tilgang til kapasitetsmarkeder på tvers av landegrensene for å oppnå en så lav kostnad som mulig for kapasitet i et fremtidig europeisk system dominert av varierende fornybar produksjon. I vår seneste studie, hvor vi har brukt en nylig utviklet likevektsmodell av kraftmarkedet, viser vi at norske pumpekraftverk og distribuerte batterier vil komplementere hverandre som en fleksibel ressurs for vind- og solkraft i Europa. I WP3, har kraftpriser blitt kalkulert for en rekke balansemarkeder med utgangspunkt i WP1 scenariene. Prisene er betraktelig høyere og mer volatile enn dem vi kjenner fra dagens kraftmarked. En kost/nytte studie konkluderte med at en vesentlig utvidelse av vannkraftskapasiteten (MW) og korresponderende økning i kabelkapasitet i HydroBalance scenariene, vil mest sannsynlig resultere i en økonomisk fordel for hele det europeiske systemet, altså både Norge og Europa kan tjene på et samarbeide. For å analysere hvor profitabelt det vil være å investere i vannkraftskapasitet, har vi gjennomført en case-studie for et pumpekraftprosjekt i Otravassdraget, i Sør-Norge. Resultatene viser at prosjektet ikke er profitabelt med historiske priser, det nærmer seg break-even med fremtidige priser i spot (day-ahead) markedet, men vil ha høy avkastning i kombinasjon av spot og balansemarkeder. Studien kvantifiserer også endringer i utnyttelsen av vannkraftmagasinene som kobles til konsekvensanalyse for miljøpåvirkning (temperatur). En ny tilnærmet metodologi ble utviklet i prosjektet og brukt for å utføre multi-markedsstudien basert på SINTEFs modeller for lokal vannkraftsoptimering. I WP4, bruker vi fiskepopulasjoner som økologiske indikatorer på innvirkningen av vannkraftregulering på magasinene, så langt er to artikler publisert på temaet. En er basert på en historisk database på ørretpopulasjoner fra mer enn 280 norske innsjøer og viser hvordan interaksjon innad i ferskvannsfisksamfunn former effektene på miljøfaktorer for bestanden av ørret. Den andre sammenligner mat og habitat for røye i en regulert- og en uregulert innsjø. WP4 fokuserer på fysisk modellering av miljøeffektene i reservoarer, basert på kraftverksdrift mot de kraftprissceneriene som ble utviklet i WP3. Gjennom denne unike kombinasjonen av markedssimuleringer og hydrodynamisk modellering, vil vi bedre være i stand til å forutse hvordan fremtidige kraftproduksjon vi påvirke svingninger i vann-nivå, temperatur, isdekning og vannmiks i norske vannkraftmagasin. I HydroBalance WP5, har vi studert sosial aksept og regelverk og peker herigjennom på sentrale barrierer for å øke energibalansen og lagring fra Norge til Europa. Først ser vi på EU:der det er uløste problemer som for eksempel behovet for å utvikle en felles kapasitetsmekanisme og regelverk. Som en konsekvens, er det i Norge kun en moderat sosio-politisk støtte for storskala balansekraft, og lite overordnet politisk strategiarbeid til fordel for realiseringen av økt vannbalansekraft fra Norge. I tillegg er det flere lokale konflikter relatert til estetiske, miljømessige og økonomiske påvirkninger. Forskningen vår viser dog at konfliktene kan bli redusert med tiltak som tidlig involvering av interessenter og kompensasjon, ikke nødvendigvis monetære, av lokalsamfunnet. Til slutt har det blitt utviklet et veikart for storskala balansekraft og energilagring basert på norsk vannkraft. Det fremhever elementer i prosessen for å utnytte fleksibiliteten til norsk vannkraft med utvidelsen av vannkraft.

The project will address important key questions regarding use of hydropower flexibility and expansion of such flexibility including pump storage development between reservoirs. The project is taking into account the three axes of CEDREN: Technology, envi ronment and society. The need for balancing and energy storage from Norwegian hydropower will be investigated based on scenarios for the development in Europe towards 2050. This includes an assessment of the optimal free market solution for Europe with s cenarios for a renewable mix from intermittent sources and their geographical distribution with different options for providing the required flexibility. Flexibility from the Norwegian power system is one such option. Based on the need for balancing and e nergy storage, business models for integrating flexibility from hydropower given a joint Norwegian European perspective will be assessed. The project will assess what technical solutions from hydropower that will respond to the different needs and time h orizons. The project will investigate the environmental impacts in reservoirs where there currently is a lack of knowledge. The project will investigate social acceptance and regulatory framework in order to identify barriers and possibilities in the cu rrent regulatory and policy framework. This means analyzing the current regulation for hydropower in light of how it is challenged by the European energy and environmental policy. This will make it possible to provide feedback on the main non-technical ch allenges that have to be addressed in order to design a sustainable roadmap for balancing services. The results from the different work packages will be summarazed and elaborated on in roadmap(s). Possibilities and barriers for balancing and energy stora ge through hydropower flexibility will be discussed, taking into account the uncertainty of the future development up to 2050.