Current and Future Energy Use for Atlantic Salmon Farming in Recirculating Aquaculture Systems in Norway

Abstract

Den landbaserte produksjonsfasen er utvidet i den norske lakseoppdrettsnæringen de siste årene, hovedsakelig som en konsekvens av problemer med lus og sykdom i tradisjonell produksjon i merder. I tillegg, er ønsket om å optimalisere biomasseproduksjon og utnyttelsen av lisenser en viktig driver. Landbasert produksjon skjer ofte i Recirculating Aquaculture Systems (RAS), som gir mulighet for kontroll av oppdrettsmiljøet, lavere vannbehov og reduksjon i utslipp av næringssalter. Imidlertidig krever slike systemer et høyt energiforbruk. Få tidligere studier har fokusert på energibruk og energieffektivitet i RAS, noe som er av økende betydning for den norske lakseoppdrettsnæringen. Denne studien evaluerer energibehovet for produksjon av Atlantisk laks, smolt og post-smolt i RAS anlegg i Norge i dag og fremover.

Basert på innsamlet data fra norske RAS anlegg er dagens energibehov kartlagt, mens energibehovet for fremtidig produksjon av post-smolt og laks i RAS er evaluert ved hjelp av en energimodell utviklet i denne studien. Innsamlet data for energiforbruk viser at energibruken er høyst variabel i dagens RAS anlegg i Norge. Det direkte energibehovet for produksjon av 1 kilo smolt varierer fra 5.1 til 12.8 kWh, med en gjennomsnittsverdi på 8.8 kWh. Dagens energiforbruk er omtrentlig det dobbelte av tidligere estimater, samt estimater basert på energimodellen utviklet. Denne studien viser at energibruken kan reduseres med 30% hvis allerede tilgjenglige energieffektiviseringstiltak implementeres. Hvis biomasseproduksjonen i tillegg optimaliseres kan energibruken reduseres til 4-5 kWh/kg, som er på nivå med tidligere estimater.

Det simulerte energibehovet for produksjon av 1 kilo post-smolt med en vekt på 1 kg er 3.4 til 5.4 kWh, mens energibehovet for produksjon av 1 kilo slakteklar laks er estimert til 6 til 10 kWh. Analyser av ulike scenarier for fremtidig produksjon i RAS viser at det fremtidige totale energibehovet vil være betydelig. Det fremtidige energibehovet beregnet forutsetter at RAS anleggene er designet og drives optimalt med tanke på energieffektivitet. Basert på innsamlet data, kan det derimot konkluderes med at dette ikke er tilfelle i dag. Det er dermed behov for et økt fokus på energieffektivisering i RAS anlegg i Norge, slik at et høyt energibehov, begrenset kapasitet i kraftnettet og tilhørende kostnader ikke blir en barriere for fremtidig vekst i landbasert oppdrett.

In recent years, the land-based production phase is extended in the Norwegian salmon farming industry. This is a consequence of problems with sea lice and pathogens in conventional production in open-net pens, as well as a wish to optimise production. The land-based production now mainly takes place in Recirculating Aquaculture Systems (RAS), which allow for control of the rearing environment, low water demand and reduction in nutrient discharge. However, high energy use is identified as a major drawback. Few previous studies have focused on energy use and efficiency in RAS, which is of increasing importance for the Norwegian salmon farming industry. This study evaluates the current and future energy use for the production of Atlantic salmon, smolt and post-smolt in RAS facilities in Norway. The current energy use for smolt and post-smolt production is analysed based on data collected from Norwegian RAS facilities, while an energy model is developed to evaluate future energy use for large post-smolt production and salmon grow-out in RAS.

The data collected show that energy use is highly variable across RAS facilities. The on-site energy use for production of 1 kilo live-weight smolt ranges from 5.1 to 12.8 kWh, with a mean of 8.8 kWh. The current average energy use is about twice as high as previous estimates, as well as estimates by the proposed model. This study demonstrates that the implementation of available energy efficiency measures, can in average reduce energy use by 30%. Additionally, if biomass production is optimised, the energy use can be lowered to 4-5 kWh/kg, which is the level of previous estimates.

The simulated on-site energy demand for production of 1 kilo live-weight post-smolt of 1 kg is 3.4 to 5.4 kWh. Energy use for salmon grow-out to market-size in RAS is estimated to be between 6 and 10 kWh per kilo live-weight. The analysis of scenarios for future biomass production in RAS indicates a considerable total energy demand in future. These projections assume that the RAS facilities are energy efficiently operated and designed. However, the data on energy use in Norwegian RAS facilities show that this is currently not the case. Hence, an increased focus on energy efficiency is needed for RAS facilities in Norway to avoid a situation where high energy use, power grid capacity and associated costs become a barrier for future growth in land-based aquaculture.