8 Været som motoren i kraftsystemet
Norge har alltid hatt et værbasert kraftsystem, hvor tilsig til vannkraftsystemet har variert mellom ulike år. Reguleringsmagasinene bidrar til å jevne ut tilsigsvariasjonene, og mange norske kraftverk kan dermed produsere kraft selv i perioder med lite nedbør og lavt tilsig.
Økt utbygging av fornybar kraftproduksjon fra vind og sol i Norge og Europa gjør at kraftsystemet blir mer væravhengig. Til forskjell fra den regulerbare vannkraften, kan ikke energien fra sol og vind lagres. Omleggingen på energiområdet kan derfor bli krevende, særlig med tanke på at den skal skje samtidig med at både kraftforbruk og effektbehov er forventet å øke.
8.1 Typiske værmønstre
NVE har gjort en analyse av hvordan været påvirker kraftproduksjon og strømforbruk. Været i hele Nord-Europa henger sammen og følger ofte noen kjente mønstre. For eksempel vil et lavtrykk i Nordsjøen gi mye vindkraftproduksjon i hele Nord-Europa, og nedbør som fører til økt vannkrafttilsig (NVE, 2020).
Et av de vanligste værmønstrene kjennetegnes ved lavtrykk ved Island og høytrykk over Azorene. Lavtrykk bringer med seg milde temperaturer, med vind og nedbør på Vestlandet og i Nordland. Østafjells og i Sverige vil det derimot være oppholdsvær og lite nedbør. I Tyskland og Storbritannia er det gjerne mildt, tørt, litt sol og mye vind. Rundt Middelhavet er det tørt og kaldt. Et slikt vær er typisk om høsten og vinteren.
Et annet vanlig værmønster kjennetegnes av høytrykk over Nord-Europa. Det kalles Euro-Atlantisk blokkering. Om sommeren gir dette varme soldager med lite vind i Norden. I Nord-Europa blir det også varmt og solrikt, men noe mer bygevær og vind. Om vinteren vil dette værmønsteret gi både Norden og Nord-Europa en typisk tørr og kald vinterdag med litt sol. I Nord-Europa vil det blåse noe, men nesten ingenting i Norden.
8.2 Hvordan været påvirker kraftproduksjon og kraftforbruk
De forskjellige værmønstrene påvirker kraftproduksjonen og kraftforbruket mellom år, sesonger og gjennom døgnet. Det er også betydelige geografiske forskjeller i produksjonen, fordi Norge er et langstrakt land med forskjellige værforhold. Dette fører blant annet til at det ofte blåser på forskjellige tidspunkter i Sør- og Nord-Norge. Vindkraftproduksjon i Sør-Norge sammenfaller mer med vindkraft i andre regioner rundt Nordsjøen enn i Nord-Norge. Når det blåser mye i Sørvest-Norge, produseres det mye vindkraft i regionene rundt Nordsjøen.
Vannkraft er avhengig av nedbør og tilsig som historisk viser store årlige variasjoner. En oversikt for Norge for perioden 1958-2016 viser en forskjell på 76 TWh mellom året med størst og minst tilsig. For landet under ett er 1960 året med minst tilsig. Det utnyttbare tilsiget var da 95 TWh. Denne hendelsen har et beregnet gjentaksintervall på 20-50 år. For en vilkårlig tolv-månedersperiode er det registrert tilsig mindre enn 95 TWh for fire uavhengige hendelser siden 1958 (NVE, 2017). År med lite nedbør kan være utfordrende for det norske kraftsystemet, selv med store flerårsmagasiner som kan lagre mer enn tilsiget i et normalår. I tørre år med lite tilsig er det ofte også samme situasjon i Sverige og Finland.
Boks 8.1 Variasjoner i vannkrafttilsiget påvirker systemprisen i Norden
En stor andel vannkraft i det norske og svenske produksjonssystemet gjør at variasjoner i tilsig til vannmagasinene har stor effekt på prisene i Norden.
I perioder med høyt vannkrafttilsig er det stort tilbud av kraft, og prisene vil normalt gå ned. I perioder med lite nedbør og mindre tilsig vil prisene normalt øke.
Figur 8.1 Vannkrafttilsig, TWh og systempris, EUR/MWh, 2001–2021
Nord Pool, Statkraft.
Lignende vær i naboland, kombinert med økende andel vind- og solkraft i alle land, forsterker effekten av været på kraftsystemet. Siden den samme værtypen ofte preger store deler av Europa, kan variasjon i vær føre til situasjoner hvor det enten er svært mye eller svært lite fornybar kraftproduksjon, også over korte tidsintervaller.
Figur 8.2 viser hvordan kraftproduksjonen har variert over en 40-årsperiode (1979–2019) for ulike produksjonsteknologier i Norden og land Norge har mellomlandsforbindelser til. Kun teknologier med snittproduksjon over 2 TWh/år er med. Kraftforbruk er vist kun for Norge (NVE, 2020).
Figur 8.2 Variasjon i årlig kraftproduksjon og -forbruk i TWh per teknologi for Norden og land Norge har mellomlandsforbindelser til
NVE (2020).
For Norge varierer kraftforbruket med ca. 3-4 prosent mellom det kaldeste og det varmeste året i perioden 1979-2019. Til sammenligning varierer kraftproduksjonen mellom 12-30 prosent i den samme perioden.
Siden en betydelig andel av det alminnelige kraftforbruket går til oppvarming, medfører dette stor sesongmessig forskjell i det norske forbruket av strøm vinterstid og sommerstid. Kraftkrevende industri har på sin side et jevnere kraftforbruk gjennom hele året.
Over døgnet er kraftforbruket lavest om natten, mens toppforbruket er om morgenen og på ettermiddagen. Døgnvariasjonen i kraftforbruket er større om vinteren enn om sommeren og større på ukedagene enn i helgen. Selv om kraftforbruket varierer gjennom døgnet, er det også en stor del av forbruket som ligger jevnt som en grunnlast, slik som kraftforbruk til industrielle prosesser.
Kraftproduksjonen mellom ulike energikilder i Norge viser også en klar sesongvariasjon. Om vinteren flyttes store mengder varmeenergi fra sørlige til nordlige breddegrader i form av vind. Dette gjør at det blåser mer om vinteren enn om sommeren. Den gjennomsnittlige sesongprofilen for vindkraft på land sammenfaller derfor godt med sesongvariasjonen for forbruk. Det blåser imidlertid lite på veldig kalde vinterdager når strømforbruket også er på det høyeste. Vindkraft på land og havvind har ganske lik sesongprofil, men havvind har som regel en høyere og jevnere kraftproduksjon enn vindkraft på land, siden den ikke påvirkes av topografiske forhold.
Tørt og kaldt vær med lite vind er typisk når det ligger et høytrykk over Nord-Europa. I slike perioder vil regulerbar vannkraft spille en veldig viktig rolle i å opprettholde effektbalansen. Ulik geografisk plassering av vindkraftverk i Norge kan gi en jevnere tilgang til vindkraftproduksjon, siden det blåser til forskjellige tider nord og sør i landet (NVE, 2020).
Boks 8.2 Det blåser alltid på toppene, men ikke på kontinentet!
Et eksempel på hvordan været kan påvirke kraftproduksjonen drastisk i løpet av kort tid observerte man i Tyskland i starten av uke 46 i 2021. Uken startet med lite vind på kontinentet, og den tyske vindkraftproduksjonen bidro med mindre enn 1 GW over flere timer. Til sammenligning er det installert om lag 60 GW vindkraft i Tyskland. I løpet av denne uken varierte tysk vindkraft med 35 GW innenfor 3 ukedager (NVE, 2022).
Slike situasjoner er spesielt utfordrende for kraftsystemet når produksjonssvikten er langvarig eller skjer samtidig over større områder. Det vil gjøre det vanskeligere å opprettholde balanse mellom produksjon og forbruk både i Norge og Europa.
Tilsiget som ender opp i vannmagasinene har en nesten motsatt sesongprofil av vind. På vinteren er tilsiget som regel lavere enn resten av året, fordi det er kaldt og nedbøren legger seg som snø. Tilsiget er størst på våren når snøen smelter. Utover sommeren bidrar bresmelting til tilsiget. Vindkraftproduksjonen er derimot i snitt på sitt laveste sent på våren og om sommeren. Sett i et sesongperspektiv utfyller derfor vindkraft og vannkraft hverandre godt.
Verdien av den regulerbare vannkraften vil øke i takt med andelen uregulerbar vind- og solkraft som bygges ut. Den store fordelen med den regulerbare vannkraften er at den kan settes inn og tilpasses forbruket ved behov. Norge har halvparten av Europas magasinkapasitet, og over 75 prosent av den norske produksjonskapasiteten er regulerbar (Energifakta Norge, 2022). Elvekraftverk som utnytter det naturlige tilsiget gir også et stort samlet bidrag til kraftproduksjonen i Norge, men kan ikke styres etter forbruket. Tilsiget er lavest om vinteren når forbruket er høyt. Store variasjoner i vintertilsiget mellom ulike år øker usikkerheten og gjør det vanskeligere å planlegge driften av vannkraftverkene.
Solkraftanlegg produserer ut fra lysforholdene, og i Norge er produksjonen størst i sommerhalvåret. Om sommeren, når det blåser mindre i hele landet, vil solkraft kunne bidra til å utfylle vindkraften på en god måte. Meteorologisk institutt og NVE er i gang med en nasjonal kartlegging av solressursene. Foreløpige beregninger bekrefter at det er gode muligheter til å utnytte solenergi over hele landet, men de beste områdene ligger i Sør-Norge, spesielt langs Ytre Oslofjord og i høyfjellsområdene (Meteorologisk institutt, 2022).
Når det gjelder variasjoner i kraftproduksjonen gjennom døgnet, har vind og vannkrafttilsig ingen regelmessig døgnprofil, mens solkraft har en utpreget døgnprofil fordi den styres av hvor høyt sola står på himmelen. Solkraft bidrar lite i topplasttimene, særlig på vinteren.
Figur 8.3 Prosentvis variasjon over året i kraftforbruk, vannkrafttilsig, vindkraft og solkraft i perioden 1979-2019, prosent1
1 De stiplede linjene viser historisk maks- og minimumsnivå i samme periode. Profilene og utfallsrommene er ukesdata.
NVE (2022).
8.3 Effekten av endringer i klimaet
Fremover vil et varmere og våtere klima føre til at det samlede vannkrafttilsiget i Norge normalt øker. Mesteparten av økningen i tilsiget vil kunne utnyttes til vannkraftproduksjon. I gjennomsnitt vil det komme mer tilsig om vinteren i hele Norge, men det forventes særlig store endringer på Vestlandet og i Trøndelag. Behovet for å fylle magasinene helt opp om høsten reduseres når nedbøren i stadig større grad vil falle som regn gjennom vinteren. At snømagasinet i gjennomsnitt blir mindre, reduserer behovet for å tappe ned magasinene om våren for å gjøre plass til snøsmeltingen. Snøen vil komme senere og smelte tidligere. Snømagasinene vil dermed få mindre betydning (mindre energi vil bli lagret som snø). Konsekvensen av dette er at man går fra å ha en tydelig tilsigstopp med snøsmeltingen på våren, til å få større deler av tilsiget utover høsten og vinteren (NVE, 2019).
Variasjonene i tilsiget fra år til år vil samtidig øke. I dag kan vintertilsiget variere med rundt 26 TWh, mens en mot slutten av århundret forventer at det kan variere med om lag 46 TWh. Om sommeren vil det bli mindre tilsig i hele Norge enn vi har sett de siste tiårene på grunn av mindre bresmelting og økt fordampning.
Klimaendringene gjør at produsentene må tilpasse manøvreringen av magasinene til et endret tilsigsmønster for å opprettholde fleksibiliteten og unngå flomtap.
Ifølge Klimapanelets femte hovedrapport (AR5), vil et varmere klima også gi økt sannsynlighet for lengre og mer omfattende tørkeperioder i Europa. I Norge viser klimafremskrivingene at den sørlige landsdelen er mest utsatt for tørke (Norsk klimaservicesenter, 2022). Langvarig tørke på grunn av lite nedbør og fordampning som skyldes høye sommertemperaturer, kan gi underskudd i markvann og grunnvann og derved redusert tilsig i de områdene som blir berørt (Hisdal & Tallaksen, 2018).
Klimamodellene viser liten eller ingen endring i midlere vindforhold. For de aller høyeste vindhastighetene er det en økning i alle årstider. Modellresultatene er imidlertid svært usikre når det gjelder vind (NVE, 2022).
8.4 Hva kan bidra til å redusere sårbarheten i et væravhengig kraftsystem?
En satsing på flere ulike fornybare energikilder som samspiller for å produsere, lagre og fordele energi på en robust og sikker måte, kan bidra til å redusere sårbarheten i kraftsystemet. Energidiversitet er et stikkord i den sammenheng. Muligheten for utveksling av kraft med andre land kan også bidra til å øke forsyningssikkerheten, særlig i tørrår når vannkrafttilsiget er mye lavere enn normalt. På den annen side kan stor utvekslingskapasitet også bidra til å svekke forsyningssikkerheten dersom vannmagasinene tømmes for å sikre bunnlast til omkringliggende land. Siden strømforbruk og produksjonskapasitet er ujevnt fordelt over landet, er det viktig å etablere mer produksjon i underskuddsområder. Det vil også være nødvendig å sikre tilstrekkelig nettkapasitet mellom områder for å kunne dekke underskudd som ikke kan fjernes gjennom mer lokal produksjon.
Behovet for komplementære produksjonsteknologier, kraftutveksling og et driftssikkert og effektivt strømnett forsterkes ytterligere av klimaendringene. Endringene utfordrer det fremtidige kraftsystemet gjennom nye værmønstre, endringer i tilsigsvolum og fordeling mellom årstider, samt mer ekstremvær.
En raskt økende andel av variabel kraftproduksjon fra sol og vind vil likevel gjøre det utfordrende å opprettholde balanse mellom produksjon og forbruk i alle deler av landet til enhver tid. Økt effektbehov og mer ikke-regulerbar kraft på nettet øker behovet for fleksibilitet i kraftsystemet. I Norge dekkes store deler av behovet for fleksibilitet i dag av vannkraftverk med magasiner. Vannmagasinene står helt sentralt i et forsyningssikkerhetsperspektiv og det må utvikles et regelverk som sikrer at de disponeres på en måte som gir tilstrekkelig energi- og effektbalanse også i år med lavt tilsig. Etablering av pumpekraft i tilknytning til eksisterende magasiner der dette er mulig, kan bidra til ytterligere fleksibilitet. I tillegg vil det være stort behov for ny type fleksibilitet ut over den regulerbare vannkraften, som for eksempel batterier, hydrogen og forbrukerfleksibilitet, se omtale i kapittel 9.
I dag er Norge avhengig av vedfyring for at strømnettet skal tåle de kaldeste vinterdagene. Omtrent halvparten av norske boliger har ildsted, og i perioder med høye strømpriser og kaldt vær gir vedfyring et viktig bidrag til forsyningssikkerheten. Ved er den nest viktigste energikilden i husholdningene, se omtale i kapittel 10.7. En ny undersøkelse fra Norstat utført på vegne av bransjeforeningen Norsk Varme viser at 340 000 norske boliger fått ny vedovn de siste to årene. Samme undersøkelse viser også at rundt 700 000 nordmenn bor i et hjem med et ildsted som bør byttes ut med rentbrennende ovn med mindre utslipp og bedre effekt.