Kraftsystem og nett

Dette er også viktige faktorer som ligger til grunn for Statnetts rapport Tilknytning av nye havvindområder til land, der Statnett gir innspill til NVE om hvilke områder på land som er gunstige for tilknytning av framtidige vindkraftverk til havs.

Nærhet til kraftbehov og nettkapasitet

Nærhet til eksisterende transmisjonsnett og kraftbehov, det vil si steder med høyt kraftforbruk sammenlignet med lokal kraftproduksjon, påvirker utbyggingskostnadene til havvind. Dette fordi det har betydning for behovet for nye nettanlegg. Jo nærmere et vindkraftverk er områder med kraftbehov og ledig nettkapasitet, jo mindre behov for nettanlegg er det.

I Norge og Europa har vi et kraftmarked delt inn i budområder. Områder med lavere tilgang på strøm sammenlignet med forbruket, kan få en høyere pris enn områder med høyere tilgang på strøm. Nærhet til områder med høyt kraftbehov kan derfor også ha betydning for inntjeningsmulighetene til vindkraftverket. 

Elektrifisering og ny industri gir økning i kraftbehov

NVE og andre aktører som utarbeider prognoser forventer en markant økning i kraftbehovet i Norge. En viktig driver for dette er klimapolitikk, inkludert planer om elektrifisering av transport, petroleumsvirksomhet og landbasert industri. En annen viktig driver er næringspolitikk og planer for etablering av ny næringsaktivitet som batterifabrikker, datasentre og hydrogenproduksjon.

Utviklingen i nivået på og sammensetningen av framtidig kraftbehov, er imidlertid usikker og henger tett sammen med utviklingen i norsk økonomi. Aktivitetsnivå i ulike sektorer, befolkningsvekst, teknologisk utvikling, priser på viktige innsatsfaktorer, som for eksempel strøm, og konkurranseforholdet til utlandet er eksempler på faktorer som vil påvirke utviklingen.

De siste fire årene har Statnett mottatt søknader om 150-200 TWh kraftforbruk som ønsker tilknytning til kraftnettet. Som vist i kart nedenfor er det forbruksplaner over hele landet, og de fleste forespørslene er lokalisert langs kysten. Det er ikke realistisk at alle disse planene blir gjennomført, men kartet gir et godt bilde på hvor det kan forventes økt kraftforbruk.

NVE har i rapporten langsiktig kraftmarkedsanalyse fra 2021 lagt til grunn at kraftforbruket i Norge vil vokse med 36 TWh fram mot 2040, fra 138 TWh til 174 TWh. Rapporten inneholder også et scenario med høyere kraftforbruk, på rundt 200 TWh i 2040, som er rundt 25 TWh høyere enn i basisscenarioet. Hvor mye av dette som blir realisert, vil avhenge av blant annet utbyggingen av nett, ny kraftproduksjon og strømprisene.

Statnett lager også tilsvarende framskrivinger av kraftbehovet. De har i rapporten Langsiktig markedsanalyse 2022-2050 lagt til grunn at kraftforbruket i Norge øker til 210 TWh i 2040, og 220 TWh i 2050, i et basisscenario. Statnett oppgir at en forutsetning for scenarioet er at en god del av forbruksøkningen er lite sensitiv for utvikling i strømpris, og kommer uavhengig av utviklingen i ny kraftproduksjon. Videre mener de at scenarioet er avhengig av at det kommer inn minst 50 TWh ny kraftproduksjon, helst innen 2040, og at 30-40 TWh av dette realistisk sett må være havvind.

Samlokalisering av havvind og forbruk i samme område, og samspill med lokal regulerbar vannkraft og fleksibilitet i forbruk, er sentralt for å sikre god utnyttelse av kraftsystemet. Som kartet over viser (under kapittel Elektrifisering og ny industri gir økning i kraftbehov), er det forventet økt forbruk langs hele kysten, og det er bra å spre tilknytningspunktene for havvind på flere av disse områdene. Denne tilnærmingen gir mulighet for redusert overføringsbehov mellom regionene, økt regional krafttilgang og kan føre til at vi kan knytte til mer produksjon før det oppstår større flaskehalser i nettet.

Geografisk spredning av havvind vil også føre til at kraftproduksjonen fra de ulike vindkraftverkene er mindre korrelert. Hvis havvind etableres i et område hvor det allerede er bygd ut mye vindkraft kan inntektene bli lavere fordi flere vindkraftverk produserer samtidig. Samvariasjon kan derfor være en viktig faktor når det gjelder lønnsomheten av havvind. I tillegg gir spredt tilknytning av havvind også en mer stabil samlet havvindproduksjon, og et bedre bidrag til den nasjonale effektbalansen som følge av ulike vindforhold der hvor vindkraftverkene er lokalisert.

I sørlige deler av norske havområder er vindforhold mer korrelert med områder rundt Nordsjøen, hvor det allerede er bygd eller vil bli bygd ut mye vindkraft. Norsk havvind i disse områdene vil derfor få et produksjonsmønster som likner på produksjonsmønsteret til vindkraftverk i andre land. Dette kan tale for at det, ut ifra kraftsystemforhold og for virkninger på kraftpris, er gunstig å også lokalisere norsk havvind lenger nord hvor korrelasjonen er lavere. 

Kraft fra et vindkraftverk til havs kan i prinsippet overføres til land på to måter, enten via vekselstrøm eller likestrøm. Avstand til land og mengden kraft som skal overføres er avgjørende parametere for valget mellom de to overføringsteknologiene.

Likestrøm er best egnet til å overføre store kraftmengder over lange avstander

Likestrøm er bedre egnet enn vekselstrøm til å overføre store kraftmengder over lange avstander. Dersom kraften overføres til land som likestrøm må den imidlertid omformes både på land og i omformerstasjoner til havs, siden kraftnettet internt i vindkraftverket og på land er basert på vekselstrøm.

Omformerutstyret er tungt, plasskrevende og kostbart. I motsetning til bunnfaste omformerstasjoner, er det per i dag ikke etablert flytende omformerstasjoner i verden. Dette er derfor en umoden teknologi. Bunnfaste fundamenter til omformerstasjoner kan være teknologisk mulig og økonomisk forsvarlig å bygge på større dyp enn bunnfaste turbinfundamenter. Det kan derfor ikke utelukkes at det i et område for flytende vindkraftverk, kan være gunstig med bunnfaste omformerstasjoner.

Er avstanden til nettilknytningspunktet rundt 100 kilometer eller lengre, er det for et større vindkraftverk til havs naturlig å vurdere likestrøm som alternativ. For en likestrømforbindelse er kostnadene for omformere høye, men kostnadene per kilometer kabelforbindelse er lavere for likestrøm enn for vekselstrøm. Optimal avstand for overgang mellom vekselstrøm og likestrøm avhenger av mange faktorer, og muligheter for bunnfaste eller flytende stasjoner er en signifikant faktor i tillegg til ønsket overføringskapasitet.

Vekselstrømteknologi er rimeligere, men har begrensninger

Kostnader 

Den totale kostnaden med bruk av vekselstrøm er normalt lavere enn for likestrøm fordi vekselstrøm ikke må omformes, og derfor krever mindre og lettere utstyr på land og til havs. Vekselstrøm har imidlertid større begrensninger når det kommer til hvor mye kraft som kan overføres over en gitt avstand. Avstanden til land vil derfor være en sterk kostnadsdriver for nettilknytningen.

Statnett har anslått at kostnaden for nettilknytning av et flytende vindkraftverk som er omtrent 50 kilometer fra land og tilknyttet med vekselstrøm vil være omtrent halvparten av kostnaden for nettilknytning av et bunnfast vindkraftverk som ligger rundt 200 kilometer fra land og er tilknyttet med likestrømteknologi. En slik kostnadsforskjell kan utgjøre nesten 10 €/MWh i levetidskostnad (LCOE) for vindkraftverket, ifølge Statnett.

Transformering til havs

Hvor mye en kan overføre med vekselstrøm avhenger, i tillegg til avstand til land, av hvilken spenning som benyttes. Internt kabelnett i nyere havvindkraftverk er ofte på 66 kV, men det jobbes med å heve utgangspenningen fra vindturbinene til 132 kV og det interne kabelnettet tilsvarende. En 132 kV kabelforbindelse kan overføre rundt 200 MW, men mindre ved lange avstander.

Ved å heve spenningen på nettilknytningen til for eksempel 420 kV kan det overføres mer kraft per kabelforbindelse. Dette krever imidlertid at det etableres en transformatorstasjon til havs som enten er bunnfast, flytende eller plassert på havbunnen. Denne omdanner spenningsnivået fra det interne kabelnettet til et høyere spenningsnivå, for eksempel 420 kV. En slik stasjon vil være en stor og kostbar konstruksjon. Bunnfaste fundamenter til transformatorstasjoner kan, i likhet med omformerstasjoner, være teknologisk mulig og økonomisk forsvarlig å bygge på større dyp enn bunnfaste havvindfundamenter. Flytende og undervanns transformatorstasjoner er foreløpig en umoden teknologi som per i dag ikke er bygd med de dimensjoner det her er snakk om.

Ved økende avstand fra land vil kostnaden for mange 132 kV-kabler passere kostnaden med færre kabler med høyere spenningsnivå, med tilhørende transformering til havs. Hvor stor avstanden fra land må være før transformering til høyere spenning blir kostnadseffektivt er avhengig av blant annet havdybde og bunnforhold, overføringskapasitet, behov for reaktiv kompensering, tap og driftskostnader.

Utvikling av undervannsteknologi kan gi nye muligheter

De siste 10-15 årene har teknologien utviklet seg og gjort det mulig å plassere flere elektriske anlegg på havbunnen. Dette kan være for frekvensomforming, transformering av spenning, kompenseringsanlegg og omforming fra vekselstrøm til likestrøm. Når utstyr plasseres på havbunnen spares det plass og vekt på innretningene til havs.

Teknologiutviklingen kan blant annet føre til at overføring av kraft fra flytende havvind kan gjøres over lengre avstander på en økonomisk forsvarlig måte. Et eksempel er utviklingen av undervannstransformatorer. Kraften fra turbinene kan da føres med dynamiske kabler til en undervannstransformator, hvor spenningen heves og en kan overføre kraften til land uten bruk av fordyrende dynamiske kabler.

I flere havområder kan det være aktuelt med en samordnet nettilknytning til land for havvind og annen aktivitet til havs. I første omgang er dette spesielt aktuelt for elektrifisering av petroleumsanlegg. Det kan være rasjonelt å samordne planlagt elektrifisering av petroleum med åpning av nye havvindområder, ved at det etableres en felles kraftforbindelse til land. Forbindelsen vil forsyne petroleumsinstallasjonene når det ikke blåser, og kraft som ikke benyttes på petroleumsinstallasjonene kan føres til land. I fremtiden kan det også være aktuelt med hydrogenproduksjon til havs, havbruk og lignende som kan tilknyttes direkte. Det er også mulig å koble sammen flere vindkraftverk til havs som har ulike tilknytningspunkter på land til et lokalt havnett. Dette kan ha en positiv nytte for flyten i nettet på land.

Potensialet for samordnet nettilknytning med annen aktivitet til havs er noe som bør undersøkes i en strategisk konsekvensutredning og utredes videre fram mot åpning og tildeling av nye havvindområder.

Vindkraft til havs er til nå hovedsakelig etablert som radialer til land, og med liten grad av felles nettløsninger mellom ulike vindkraftverk. EU og Storbritannia har lansert store ambisjoner og planer for utbygging av havvind, og en stor andel av dette planlegges i Nordsjøen. For å blant annet sikre at havvinden fraktes dit det er behov for den på en økonomisk forsvarlig måte, og redusere miljø- og arealinngrep, ses det nå i større grad på samordnede nettilknytninger mellom ulike vindkraftverk og mellom land. Det snakkes om et masket likestrømnett i Nordsjøen, og flere land vurderer å bygge såkalte hybridprosjekter.   

Hybridprosjekt

Et hybridprosjekt er en utenlandsforbindelse som binder sammen produksjon og eventuelt forbruk til havs med minst to ulike land, der nettet både kan brukes til ilandføring av kraftproduksjon og overføring av kraft mellom land.

Skal vi ha en stor satsing og utbygging av vindkraft til havs i Norge, vil det være mange områder hvor radialer til land er eneste mulige nettløsning for havvind. Særlig gjelder det nordover i landet. Dersom vi bygger ut større volumer med havvind i Norge og det blir behov for å eksportere noe av denne kraftproduksjonen, ligger mulige havvindområder sør i norske deler av Nordsjøen geografisk strategisk til for å vurdere hybride nettløsninger.

Et større havnett

Et masket likestrømnett består av flere omformerstasjoner som er koblet sammen i et sammenhengende nett. I sin enkleste form kan man tenke seg at omformerstasjonene til havs i to hybridprosjekter kobles sammen med en likestrømkabel, som vist i figur under. Det andre ytterpunktet er at det etableres et sammenhengende likestrømnett som kobler sammen et større antall omformerstasjoner, med tilkoblinger til alle land som grenser til Nordsjøen. Dette er nettløsninger som krever teknologisk utvikling og standardisering for å kunne realiseres.

Det er store ambisjoner for vindkraft til havs i Norge. Det er politiske ambisjoner at det innen 2040 skal tildeles arealer med potensiale for 30 GW havvindproduksjon på norsk sokkel. Sommeren 2020 ble de første områdene åpnet for fornybar energiproduksjon til havs, Utsira Nord og Sørlige Nordsjø II. En videre åpning og tildeling av arealer for en større mengde havvind bør gjøres stegvis fram mot 2040. På denne måten kan utviklingen av havvind skje i takt med forbruksutviklingen og tilknytningene kan gjøres uten at det går på bekostning av forsyningssikkerheten.  

Hvordan en slik stegvis utvikling kan gjøres er noe som bør undersøkes i den strategiske konsekvensutredningen, og utredes videre fram mot, og oppdateres etter hvert som, det åpnes og tildeles nye havvindområder.