En ny masteruppsats visar att en förnybar vind- och solenergilösning kan minska utsläppen med 50 procent och samtidigt öka lönsamheten.

När masterstudenten Helleik L. Syse började titta på energiförbrukningen vid fiskodlingen Teistholmen utanför Stavanger, han upptäckte snart att branschen var mycket mer energikrävande än väntat.

En medelstor fiskodling med dieselgeneratorer släpper ut lika mycket CO2 årligen som 70 privatbilar.

"Det som kräver mycket energi är själva matningsprocessen, där flera ton pellets transporteras genom slangar med hjälp av tryckluft ut till havsburarna, " förklarar Syse.

I dag, ungefär hälften av fiskodlingarna längs den norska kusten är beroende av dieselgeneratorer för att producera den elektricitet som behövs. Den andra hälften är ansluten till elnätet, via en sjökabel.

Branschtillväxt innebär strängare standarder

Vattenbruksnäringen växer snabbt. Större gårdar längre ut i havet är trenden.

"I framtiden, gårdar kommer att ligga långt ut i havet. De kommer att förbruka mer energi, och att ansluta dem till elnätet på land kommer att bli en utmaning. Industrin kommer också att möta strängare CO2-utsläppsnormer, säger docent Siri Kalvig vid universitetet i Stavanger.

"En möjlighet är för vattenbruksindustrin att använda förnybara energilösningar för off-grid system, dvs självförsörjande energisystem som en fiskodling till havs, " fortsätter hon.

Kalvig är chef för Forskningsnätverket för hållbar energi vid UiS och IRIS, och hon är delägare i Gwind. Detta företag grundades baserat på forskning gjord vid UiS, och den utforskar möjligheterna för hybrida förnybara lösningar vid fyrar och fiskodlingar längs den norska kusten.

I juni 2016 Kalvig gav magisterstudenten Syse i uppdrag att utvärdera olika energikällor för att leverera el till fiskodlingar.

Syse, som vid den tiden studerade förnybara energisystem vid University of Strathclyde i Skottland, lyckades inte hitta många relevanta studier som handlade om att förse fiskodlingar med förnybar energi. Det fanns inte heller några öppna studier som tittade på energiförbrukningen i norska fiskodlingar.

Han var därför tvungen att besöka en riktig gård och själv ta reda på det.

Energikrävande

I juni 2016 Helleik L. Syse utmanades att studera hur fiskodlingar kan dra nytta av förnybara energilösningar. Svaren han hittade är goda nyheter för vindkraftsindustrin till havs.

Med hjälp av data från fiskodlingen och kostnadsinformation från VD för Gwind, Syse använde energisimuleringsverktyg för sin analys.

"Fördelen med att använda ett sådant verktyg är att du kan testa miljontals kombinationer för att hitta det optimala energisystemet för varje enskild gård, säger Syse.

Hans masteruppsats presenterar tre olika sätt att förse en fiskodling med el:ett rent dieselsystem, ett hybridenergisystem och ett 100 procent förnybart energisystem.

Syse fann att de dieselsystem som används idag ger höga kostnader och stora utsläpp.

En typisk fiskodling har CO2-utsläpp på cirka 120, 000 kg per år, förutom utsläpp av andra gaser och sotpartiklar.

"Nästan 500 fiskodlingar i Norge drivs med dieselgeneratorer, som sammanlagt skapar betydande utsläpp, " förklarar Syse.

100 procent förnybar energi är inte lönsamt

Syse tittade först på möjligheten att förse en fiskodling med 100 procent förnybar energi. Flera potentiella energikällor utvärderades, inklusive vågkraft, tidvattenkraft, vind och sol.

Han fann att kombinationen av vindkraftverk, solcellspaneler (PV-paneler) och batterier var den mest effektiva lösningen på den nuvarande marknaden.

"Att få en fiskodling med ett 100-procentigt förnybart energisystem att fungera, det kräver en överkapacitet av vindkraftverk, PV-paneler och batterier för att säkerställa kontinuerlig drift. Först då kommer systemet att klara perioder med lite vind och solljus, säger Syse.

"Detta leder till mycket höga kostnader om de vill bli av med dieselgeneratorn helt och hållet. Det är därför inte lönsamt på den nuvarande marknaden, " avslutar han.

En hybridlösning fungerar bäst

Systemet som gav el till lägst kostnad var ett hybridenergisystem som kombinerade solenergi, vind- och batterikraft med en dieselgenerator för backup.

"Förnybar energi som sol och vind beror på vind- och väderförhållandena. En fiskodling kräver konstant strömförsörjning. Om vi ​​använder förnybar energi och behåller dieselgeneratorerna för backup, det finns inget behov av en överkapacitet av vindkraftverk och solcellspaneler. Det har en lägre kostnad, och vi uppnår också en avsevärd minskning av CO2-utsläppen, avslutar Syse.

Masterstudenten har uppskattat att genom att använda vindkraftverk och solcellspaneler förutom en dieselgenerator för att hantera energitopparna, gårdar kan minska sina CO2-utsläpp med nästan 50 procent, och en typisk fiskodling kommer samtidigt att kunna sänka kostnaderna med 16 procent.

"Genom att byta till hållbart producerad biodiesel eller biogas för att driva generatorn, fiskodlingen kunde skära ner fossila bränslen tillsammans, säger Syse, vilkas handledare för masteruppsatsen var Siri Kalvig vid UiS och Paul Tuohy vid University of Strathclyde.

Lönsam marknad för vindkraft i Norge

I dag, den tidigare kandidatstudenten i petroleumteknik vid UiS arbetar på Gwind som projektingenjör.

"Vad är viktigast för mig, UiS och Gwind är att denna lösning skulle kunna vara ekonomiskt lönsam på dagens marknad och inte någon gång i framtiden. Vi kan minska utsläppen avsevärt utan extra kostnader. Med tanke på den nuvarande marknaden, hybridsystem verkar vara en mycket bra lösning för att få bort diesel, säger Syse.

Kalvig är entusiastisk över fynden.

"Här har vi identifierat en potentiell lönsam marknad för havsvind i Norge. Det är precis vad industrin behöver.

Kalvig tror att marknaden för gröna energilösningar inom fiske kommer att växa och ser för sig en norsk språngbräda för innovativa lösningar inom havsbaserad vind- och solkraft till havs.

"Vi behöver en marknad i Norge för att utveckla ny teknik, och fiskodlingsindustrin kan bli en lovande marknad för en sådan utveckling av vindenergi, avslutar Kalvig.