Norsk pumpekraft kan hjelpe med å stabilisere strømprisene

Hva gir lønnsom pumpekraft?

Det koster litt mer strøm å pumpe vann tilbake opp i magasinet enn det er mulig å produsere med samme mengde vann når det er på vei ned gjennom turbinene. Hvis man har et godt designet pumpekraftanlegg basert på ny teknologi kan netto virkningsgrad ligge rundt 85 prosent.

Dette betyr at hvis prisen når man pumper er 1 kr/kWh må forventning til prisen når man produserer være 1,18 kr/kWh (prisen når man pumper delt med virkningsgraden). Hvis prisen når man pumper er 2 kr/kWh, må prisen når det produseres være 2,5 kr/kWh. Den variable kostnaden for pumpekraft er altså relativ og sterkt avhengig av energiprisen i markedet.

Med de prisforskjellene som preget det norske markedet mange dager de siste måneder ville pumpekraft være svært lønnsomt og bidratt til å utjevne kraftprisene over døgnet

Med 1.18 kr/kWh har man dekket variable kostnader. I tillegg vil det være en driftskostnad som skyldes slitasje på maskiner og utstyr, personalkostnader og lignende. Driftskostnaden avhenger ikke av kraftprisen. For vannkraft er driftskostnaden lav – i størrelsesorden noen få øre pr kWh. Hvis man setter driftskostnaden til 2 øre pr kWh vil man i eksemplet over med energipris på 1 kr/kWh få krav til en prisforskjell på 20 øre pr kWh.

I ovenstående tall er det ikke regnet inn inntekt til den som eier og driver pumpekraftverket. I praksis vil det være behov for å tjene penger på en investering, så en margin må legges til kravet om prisforskjell som gjør pumpekraftverket til en lønnsom investering.

I tillegg må prisforskjellen ikke bare være stor nok, men den må vare lenge nok om gangen og inntreffe hyppig nok til at pumpekraftverket får høy nok brukstid for å forsvare en kapitalintensiv investering.

Dagens og fremtidens kraftprodusenter vil ha inntjening fra salg av flere produkter og tjenester. Inntjening i energimarkedet som er basis for regnestykket over, er bare en av flere tjenester som kraftsystemet trenger. Systemet trenger også tilgang til enheter som fort kan endre produksjon for å stabilisere frekvensen i strømnettet på 50 Hz, i takt med endringer i forbruket og andre produksjonsenheter.

Ettersom pumpekraft kan bygges med høy fleksibilitet og dermed kan levere utslippsfrie og hurtige reserver, også kalt systemtjenester, vil et pumpekraftverk i tillegg kunne få inntekter fra det vi kaller reservemarkedene. Slike inntekter kan være betydelige, og vi forventer en økning i behovet for flere slike tjenester som følge av et mer væravhengig energisystem (mer produksjon fra vindturbiner og solcellepaneler) med mindre mulighet til å regulere produksjonen etter egne ønsker.

I prosjektet HydroBalance, i forskningssenteret FME CEDREN ble det forsket på hvor mye energilagring Nord-Europa vil trenge for å etablere et utslippsfritt kraftsystem. Tallet man kom frem til her var om lag 25 TWh og dermed et stykke under den lagringskapasitet som allerede finnes i det norske systemet i dag på om lag 85 TWh. I dette regnestykket var behovet for variabel kraftproduksjon svimlende 230 GW, over seks ganger den effekt som alle norske vann- og vindkraftstasjoner har i sum i dag. HydroBalance laget også et veikart for storskala pumpekraft som gir anbefalinger og mer informasjon om dette.

I HydroBalance-prosjektet ble det også laget en regneøvelse for et konkret anlegg i Sør-Norge med 1 GW pumpekraft mellom to store eksisterende magasin. Basert på data om klima og strømpriser fra et begrenset antall år, ble inntektspotensialet fra energimarkedet (på 2050 nivå) alene vurdert til 40 M€/år. Dette var langt høyere enn inntektskravet på 25M€/år for å gjøre investeringen lønnsom. Altså ville det i dette tilfelle være lønnsomt å investere i pumpekraft ut fra variasjon i kraftpriser alene (uten å ta med systemtjenestene vi beskrev over i regnestykket) en god stund før 2050.

Den viktigste læringen som vi fikk i dette prosjekt var likevel at et pumpekraftverk som også leverte systemtjenester ville gitt inntekter på 170 M€/år for de samme årene. Dette fremhever hvor viktig det er for norsk vannkraft å kunne levere systemtjenester og ikke bare utveksle energi.

Er pumpekraft lønnsomt i dagens marked?

Med de prisforskjellene som preget det norske markedet mange dager de siste måneder ville pumpekraft være svært lønnsomt og bidratt til å utjevne kraftprisene over døgnet.

I høst har strømprisen i Norge vært høy mange dager, og det har likevel vært store forskjeller mellom de dyreste og billigste timene. For eksempel var gjennomsnittlig pris på Sørlandet i 6 timer om natten 29 november 1,46 kr/kWh, mens prisen i de seks dyreste timene om dagen var 3,70 kr/kWh. En dag som 29. november 2021, ville pumpekraft i Sør-Norge ha gitt en netto inntekt på om lag 2 kr/kWh, og det hadde vært svært lønnsomt for et pumpekraftverk. Tilsvarende ville kraftprisene i Sør-Norge mandag 3. januar gitt netto inntekt på 0 kr/kWh, altså er 3. januar i år en dag hvor prisforskjellen hadde dekket kostnaden ved å bruke pumpekraftverket, men ikke gitt den nødvendige inntekten for å regne hjem investeringen.

I HydroCen, som er et forskningssenter for miljøvennlig energi, jobber vi med å gå bak tallene i rapportene om pumpekraft-potensialet utarbeidet av CEDREN og flere kraftprodusenter. Her er vi i direkte kontakt med utviklingsavdelingen i kraftselskapene for å diskutere muligheter. I denne dialogen har vi lært at det finnes pumpekraftprosjekter som med jevne mellomrom tas frem til vurdering. Første trinn er da en avklaring om det er verdt å sette i gang med en grundigere beregning av kostnader og inntektspotensial. Derfor er det selvfølgelig forskjellige grader av modenhet i bunken av pumpekraftprosjekter, men det er helt klart en økende interesse for dette nå.  Hvis forventning til prisvariasjon i kraftmarkedet og potensialet for å levere systemtjenester øker, vil muligheten for å realisere slike prosjekter også øke.

Hva begrenser muligheten for å lykkes med pumpekraft?

Kortsiktige og langsiktige prisforskjeller i kraftmarkedet må være store nok og hyppige nok til at utbyggere av pumpekraft kan skape lønnsomhet i prosjektene. Fordi pumpekraft kan levere hurtig regulering og andre systemtjenester kan utbygging skje selv om kraftprisene ikke varierer nok til alene å gi lønnsomhet i pumpekraftprosjektene.

Pumpekraft vil kreve store investeringer i ombygging eller nybygging, som er avhengige av tilgang til investeringskapital. Det er derfor viktig at eierne av vannkraftverkene er oppmerksomme på sitt ansvar for å utvikle fremtidsrettede vannkraftanlegg med økt verdi.

Risikoen forbundet med investeringer i pumpekraftprosjekter avhenger helt av variasjonen i kraftprisene. Når kraftprisene i stor grad er avhengig av stor-politiske forhold som vi har sett den siste tiden, så stiller det ekstra krav til risikovillighet og langsiktighet i investeringskapitalen.

I dagens kraftsystem er kraftmarkedet prioritert i forhold til tilgjengelig nettkapasitet. Når det er slik som i dagens situasjon, at det ikke er mulig å oppnå like priser innad i Norge og Norden på grunn av manglende nettkapasitet, er det begrenset mulighet for å levere systemtjenester fra områder hvor det er overskudd på fleksibilitet til områder hvor det er underskudd på fleksibilitet.

Hvis man har løst tilgang til kapital, og lagt til rette for ett fungerende marked for energi og systemtjenester, så vil man stadig ha en utfordring i forhold til selve byggingen av pumpekraft i større skala. Selv om vannkraft og pumpekraft er kjent teknologi, er det ikke alltid enkelt å utvide og bygge nye anlegg i tilknytning til eksisterende anlegg. Dette gjelder ikke bare tilpasning og installering av komponenter som turbiner og generatorer, men også driving av tunneler, tilkomst for anleggsmaskiner og utvidelser av nett. Nye anlegg krever konsesjoner og tillatelser, og det må tas hensyn til miljøvirkninger og andre samfunnsinteresser. I tillegg må det finnes menneskelige ressurser til å fylle alle de arbeidsplasser en slik utbygging vil skape.

Pumpekraft har som regel små miljøkonsekvenser dersom man bygger anlegg som utnytter eksisterende magasin i tilknytning til eksisterende kraftverk og infrastruktur som veier og nett. Det vil likevel være noen miljøvirkninger både i anleggsperioden og under drift som må løses tilfredsstillende. Metodikken rundt miljødesign av vannkraft vil kunne sikre en forsvarlig utbygging, men det er ikke sikkert at alle teknisk-økonomisk gunstige prosjekter lar seg gjennomføre. Forskningsprosjektet HydroConnect ser på noen av disse utfordringene.