Hybridization of Hydropower Plants With Floating PV: Design and Optimization

Mange ser på solceller som en av de mest lovende løsningene for å tilfredsstille et økende behov for elektrisk kraft samtidig som man tar hensyn til klimaendringene. Et internasjonalt marked i eksponentiell vekst forsterker forventingene, men utbyggingen har i flere land møtt barrierer for videre utbygging. Selv om solkraft er billig og kan bygges raskt kan det ikke leverer kraft mellom solnedgang og soloppgang uten at det kombineres med andre kraftkilder eller lagring. Vannkraft er teknologi som kan utfylle solkraften. Vannkraftverk kombineres som regel med et reservoar som gir lagringskapasitet, men i perioder med lite regn må vannkraften redusere produksjonen. Å kombinere sol- og vannkraft i et hybrid kraftverk kan jevne ut produksjonsvariasjoner gjennom døgnet og året. Hybride sol- og vannkraftverk kan videre omgå to andre barrierer som solkraften står overfor; tilgang på landareal og kraftnett. Ved å legge solcellene flytende på vannreservoaret unngår man potensielle arealkonflikter, samtidig som man kan bruke vannkraftverkets nett-tilknytting til å redusere utbyggingskostnadene. Kraftproduksjonen til solceller varierer med solens intensitet og kan endres i løpet av sekunder når skyer beveger seg over himmelen. For ikke å skape unødige utfordringer for reguleringen av kraftnettet må endringene i solkraftproduksjonen tas hånd om av vannkraftverket. Det er dessverre svært lite kunnskap og erfaring om praktisk bygging og drift av hybride sol- og vannkraftverk. Dette doktorgradsarbeidet skal undersøke hvordan integrering og regulering av hybride vannkraftverk kan gjøres på en optimal måte. Videre skal forskningsarbeidet klassifisere forskjellige typer vannkraftverk i forhold til hvor egnet de er for hybridisering med solkraft, samt foreslå designkriterier for bygging av nye hybride kraftverk. Prosjektet skal også finne metoder for optimal drift og langtidsplanlegging slik at oppfattet risiko hos potensielle investorer kan reduseres.

-

Modern societies are nowadays aiming to an increasing use of renewable energy sources. With more and more installed capacity of non-dispatchable power generation, like wind and solar PV, the future of power systems is likely to be built upon distributed hybrid solutions. Hydropower is generally considered as one of the cheapest and most reliable renewable energy sources, but its implementation often implies important environmental and social impacts, and water management is becoming a matter of increasing importance in some locations. Solar PV has become cheaper, more accessible, and easier to implement. Among other constraints, the significant land requirements hinder countries with limited suitable land to develop large-scale systems. Floating PV (FPV) is an emerging option for water points, ponds, lakes and reservoirs, with several advantages. In addition to unlocking new surfaces for PV power production, FPV generally allows: (i) the deployment of PV plants on existing reservoirs that saves land space as well as land acquisition costs; (ii) better performance of the PV modules due to the cooling effect of the water; (iii) limited evaporation of the water, and (iv) improved water quality for fresh water supply. FPV has also many advantages when combined with hydropower plants, including: (i) deployment of PV plants close to hydropower projects (often built on hilly/mountainous locations); (ii) electrical infrastructure and grid connection already existing; (iii) dry seasons with less water flow correspond to period of high solar irradiation; (iv) FPV can support day-time peak load so that more hydropower is reserved for evening peaks; (v) FPV can facilitate maintaining a higher head for the hydropower, and (vi) instantaneous irradiation variability can be largely compensated by the fast-responding hydro turbines. In turn, this can reduce the system spinning reserve in the grid, thus lowering overall operation cost.