Etter den store utbyggingsbølgen av vannkraftverk i Norge på 60- og 70-tallet, ble det nærmest stillstand i utviklingen av nye verk. Vi hadde bygd ut det vi selv hadde bruk for.

Hele 98 prosent av energien som vi bruker i Norge i dag, kommer fra norsk vannkraft.

Men vi har kapasitet til å produsere mye mer energi fra vannkraft. Da må vi først løse utfordringer knyttet til å øke kapasiteten og fleksibiliteten på eksisterende verk, ifølge forskere ved NTNU.

En av de største utfordringene for dagens vannkraftverk er hvordan produsentene kan kontrollere vannmengden. Eller nærmere bestemt hvordan de fort kan bremse vannet eller få opp farten på vannet for å produsere riktig mengde strøm. 

• Les også: Vannkraften gjør Norge helgrønt

Mål å holde frekvensen stabil

I det europeiske strømnettet beveger elektronene seg fram og tilbake. Det gjør de 50 ganger i sekundet. Det betyr at europeiske land har 50 Hertz som frekvens i sine strømnett. 

– Elektriske apparater og installasjoner er lagd for denne frekvensen, derfor er det viktig at frekvensen holder seg stabil på 50 Hertz, sier Kaspar Vereide, stipendiat ved NTNU.

– Blir frekvensen i det norske strømnettet høyere eller lavere, kan man ødelegge all elektronikk i landet. Det hadde ikke vært så bra.

Det er vannkraftverkene som styrer frekvensen, ettersom den er et resultat av hvor mye kraft som blir produsert og hvor mye kraft som blir brukt til enhver tid.

– Hvis et aluminiumsverk i Norge plutselig må stoppe, for eksempel fordi et tre faller ned på kraftledningene utenfor, har du umiddelbart alt for mye produksjon av strøm i forhold til det som brukes. Og da øker frekvensen. Utfordringen blir da å få ned produksjonen raskt nok, sier Vereide.

Eller i motsatt tilfelle: Få opp produksjonen raskt nok når forbruket øker.

• Les også: Vannkraft åpner for vindkraft

En maurtue av vanntunneler

Problemet med dette er vannets treghet, ettersom det tar tid å få fart på vannet eller å bremse det. Tar det lang tid å bremse vannet, så tar det lang tid å redusere strømproduksjonen. 

I Norge er de fleste store kraftverk bygget med veldig lange vanntuneller for å transportere vannet fra vannmagasinet til vannkraftverket.  

– Norske fjell er fulle av kraftverkstunneler. Det er som en maurtue. Vi har langt flere mil med vanntunneler enn vi har veitunneler her i landet, sier Vereide. 

Løsningen ligger i svingekammeret

– Jo raskere vi kan akselerere vannet, jo fortere kan vi endre den produserte strømmengden, sier Vereide. 

Hvis vannet kan mellomlagres i reservoaret nærme kraftstasjonen, reduseres lengden på vannstrengen som skal akselereres. Og for å skaffe en slik mellomlagring, bygger forskerne det som kalles svingekammer. Det kan de gjøre ved å sprenge ut en fjellhall inne i vanntunnelen – i nærheten av turbinen hvor strømmen produseres. 

Fjellhallene eller svingekamrene fungerer dermed som en mellomlagring for vannet og gjør at avstanden mellom vannreservoarene minker, noe som gjør det raskere å øke eller redusere vannstrømmingen gjennom turbinen. 

– Svingekamrene utgjør altså en løsning – men de skaper også et problem. Dette problemet kalles massesvingninger, sier Vereide.

• Les også: Vanntunneler får kjørt seg

Fare for utblåsninger

Hvis kraftverket kjøres på full guffe og plutselig stopper opp, vil vannstanden i svingekammeret øke. I verste fall vil vannet kunne flomme ukontrollert ut i toppen av kammeret, hvor man normalt har en ventilasjonstunnel. 

Og når kraftverket starter opp, eller skrur opp hastigheten på vanngjennomstrømningen, skjer det motsatte: Vannstanden suges ned. Da kan det i verste fall suges luft inn i vanntunnelen, noe som kan skape ukontrollerte utblåsninger av luft fra kraftverket.   

– Så disse massesvingningene som oppstår, må man ha kontroll på. Blant annet er det viktig å finne ut hvor store svingekamrene må være for å fungere best mulig. Min oppgave er å finne ut hvordan svingkamrene kan bygges på en mest mulig optimal måte, sier Vereide. 

Europas grønne batteri 

– Dette er veldig relevant akkurat nå. Tradisjonelt har kraftverkene blitt kjørt veldig jevnt og rolig, med få start og stopp som skaper disse svingningene. Men hvis Norge i fremtiden skal bli Europas grønne batteri, må det til store utvidelser av eksisterende vannkraftverk. Kraftverkene vil også startes og stoppes mye oftere, og da vil problemet med massesvingninger økes betraktelig, sier Vereide og utdyper: 

– Vi vil tjene mye på å utvikle ny teknologi, både for å kunne holde stabil frekvens og for å kunne kjøre kraftverkene mer aggressivt for å serve et stort marked. Det er et stort rom og muligheter for videreutvikling, sier han.

––––––––-

Les hele saken på gemini.no