Towards zero-emission power systems – A generation expansion study of the North Sea region 2040

Nylig publiserte FN klimasrapporten 2021, som konkluderte med at verden ligger bak mål for å bekjempe klimaendringene. Data viser at klimagasskonsentrasjonene i atmosfæren fortsetter å stige til rekordnivåer. Den europeiske union sikter mot klimanøytralitet innen 2050, som betyr en økonomi med netto null klimagassutslipp. Det er nødvendig med betydelige investeringer innenfor en rekke sektorer for å nå dette målet. Overgangen til fornybar energiproduksjon er en av de kritiske faktorene for å nå en bærekraftig fremtid Denne masteroppgaven benytter en deterministisk optimaliseringsmodell, PowerGIM, for kraftsystemsimuleringer i Nordsjøen. Modellen simulerer et driftsår med mål om å minimere investerings- og driftskostnader. Hovedmålet med masteroppgaven er å analysere optimal produksjonsutvidelse av kraftsystemet i Nordsjøen for 2040 i scenarier med fleksible kraftetterspørsel og krav til null utslipp. Planlegging av generasjonsutvidelse viser den optimale plasseringen, kapasiteten og generatorteknologien til fordel for hele kraftsystemet. Transmisjonsutvidelsesplanlegging er inkludert for å gi en realistisk kraftsystemutvikling. Kraftsystemer med høy andel fornybare kraftkilder (RES) har et betydelig fleksibilitetsproblem fordi produksjonseffekten fra RES varierer og ikke er kontrollerbar. Effektene av fleksibel etterspørsel i et nullutslippskraftsystem analyseres i forskjellige kraftsystemkonfigurasjoner. TYNDP 2020-scenariorapporten for 2040 er den primære kilden til forutsetninger og inputdata i denne masteroppgaven. De første basisresultatene viser at batterier og utvidet overføring delvis vil balansere kraftnettet og effektivt utnytte kraftuttaket, slik at det ikke er behov for produksjonsutvidelse. Investeringer i overføringen er mer fordelaktig når tilført fornybar produksjon fører til mer fleksibilitet problemer enn kraftsystemet kan håndtere. Casestudiene viser at et integrert internasjonalt kraftsystem og en blanding av variable kraftproduksjonskilder bidrar til å balansere kraftsystemet. Det er imidlertid mindre behov for overføring når fleksibel etterspørsel inkluderes, og resultatene viser at utbygging av vindkraft på land i Norge er den mest kostnadsgunstige utvidelsen. En andel på 26 prosent fleksibel etterspørsel gir 94 prosent reduksjon i utslipp sammenlignet med utgangsscenarioet. Likevel blir det vanskeligere å konvertere de resternde prosentene. Variasjonen i fornybar kraftproduksjon er hovedhindringen for å nå et bærekraftig kraftsystem. Med nullutslippskrav opplever kraftsystemet mer betydelige fleksibilitetsproblemer og perioder med strømmangel. For å nå et fungerende, fullt fornybart kraftsystem, trengs det ytterligere energilagring og fleksibel etterspørsel enn det som er undersøkt i denne oppgaven