| dc.description.abstract | Klimaforandringer utgjør i dag en av de mest gjennomgripende og truende krisene verden noen gang har stått overfor. Store $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslipp utgjør en betydelig utfordring for verdens bærekraftige utvikling \cite{Stern}. Det er mange kilder til karbonutslipp. Et av de viktigste er kraftsektoren, som til tross for å dekke mindre enn 20\% av verdens energiforbruk, står for omtrent 40\% av de globale $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslippene \cite{CO2Electricity}. Som følge av økt elektrifisering av industri, transport og jordbruk, blir det enda viktigere å vektlegge utviklingen av en fremtidig kraftindustri som avgir mindre $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utlipp.
\noindent Å fremme bærekraftig utvikling har blitt integrerte aspekter ved energiplanlegging, analyser og utforming av politikk i mange land. Ettersom stadig flere aktører fra alle samfunnslag involveres i klimaspørsmålet, er det nødvendig å kunne tydeliggjøre i hvor stor grad ulike aktører står ansvarlige for $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslipp \cite{CarbonMitigation}. Dette krever at man etablerer effektive metoder for beregning og analyse av karbonutslipp i kraftsystemet. Et nyttig verktøy i denne sammenhengen er kraftflytsporing ("power flow tracing"). Dette verktøyet kan brukes til å støtte kvalitative ideér med kvantitative analyser av kraftflyt i nettet. \newline
For å nå fastsatte klimamål uten at det går på bekostning av forsyningssikkerhet og nettstabilitet blir det europeiske kraftnettet stadig mer sammenvevd \cite{EUInterconnection}. Flere storskala kraftoverføringsprosjekter er under konstruksjon og planlegging i Europa. Blant dem er en prosjektert sjøkabel som skal forbinde det norske kraftnettet med det skotske. Byggingen av denne overføringskabelen har det siste året vært et kontroversielt tema i det rikspolitiske miljøet i Norge. En økonomisk evaluering fra NVE konkluderte med at den økte utvekslingskapasiteten denne kabelen bringer ville være samfunnsøkonomisk lønnsom. Effektene denne kabelen har med hensyn til $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslipp ble det ikke gjort rede for i rapporten. Følgelig har denne avhandlingen som mål å undersøke, gjennom både kvalitative diskusjoner og kvantitative simuleringer, miljøfotavtrykket til en slik kabel - heretter kalt UK-N-kabelen. Dette krever nødvendigvis at også kabelens innvirkning på kraftproduksjon, kraftflyt og kraftpriser blir undersøkt nærmere.
For å gi et mer nyansert bilde av mulige konsekvenser ved implementeringen av UK-N-kabelen simuleres det to ulike kraftsystem-scenarioer for år 2040. Det ene scenarioet, \textit{2040 - Current Policy} er hovedsakelig basert på EUs "Reference Scenario 2016", som gir en prognose av den framtidige utviklingen til det europeiske kraftnettet. Det andre scenarioet, \textit{2040 - Wind\&Solar}, vektlegger i større grad utbygging av fornybare energikilder i Norge, Sverige og Storbritannia. Dette scenarioet gir et høyere kraftoverskudd for de nevnte landene. Begge scenariosimuleringene viser at UK-N-kabelen gir reduserte $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslipp i det simulerte systemet.
I scenario 2040 - Current Policy reduseres de totale $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslippene med nærmere 1 Mtonn. Det meste av denne reduksjon kan tilskrives Storbritannia, hvor norsk vannkraft erstatter termisk kraft. Disse besparelsene utlignes imidlertid i stor grad av at den økte krafthandelen med Storbritannia medfører mindre eksport av norsk vannkraft over de øvrige utvekslingsforbindelsene fra Norge, spesielt til land som Tyskland og Nederland. Indirekte blir også Polen berørt av dette - her er økningen i innenlandske utslipp på 0,4 Mtonn som følge av UK-N-kabelen. Dette er i samme størrelsesorden som utslippsøkningen i Tyskland. Sporing av kraftflyt indikerer at økningen i polske utslipp først og fremst skyldes at implementeringen av UK-N-kabelen fører til at mindre kraft fra Norge, Sverige og Danmark når det polske kraftmarkedet. Det kan derfor konkluderes med at blant følgeeffektene av UK-N-kabelen ser man at andre land direktekoblet Norge øker sine utslipp, i tillegg til at også utslippsnivået i Fastlands-Europa påvirkes. I dette scenarioet ender $\textrm{CO}_\textrm{2}$-besparelsene for hele systemet på totalt 0,05 Mtonn.
I scenario \textit{2040 - Wind\&Solar} derimot, minsker utslippsnivåene i en rekke land som følge av UK-N-kabelen. Denne effekten sees i både Storbritannia, majoriteten av land direktekoblet til Norge og i flere land i Fastlands-Europa. De innenlandske $\textrm{CO}_\textrm{2}$-besparelsene i Storbritannia viser seg derimot å være på rundt 0,4 Mtonn - mindre enn halvparten av hva som ble funnet i det andre scenarioet. Den totale reduksjonen i $\textrm{CO}_\textrm{2}$-utslipp beregnes til 1,3 Mtonn.
Begge scenarioene viser at UK-N-kabelen fører til redusert nettoeksport på de øvrige utvekslingsforbindelsene fra Norge. UK-N kabelen fører likevel til at Norges totale nettoeksport øker. Simuleringene viser at i scenarioene \textit{2040 - Current Policy} og \textit{2040 - Wind\&Solar} resulterer UK-N kabelen i gjennomsnittlig økte strømpriser i Norge på henholdsvis 2,2 €/MWh (3,5\%) og 0,6 €/MWh (1\%). | |
| dc.description.abstract | The world is today facing one of the most pervasive and threatening crises of all time in terms of climate changes. Excessive $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions are posing a significant challenge to the sustainable development of human society \cite{Stern}. As a matter of fact, carbon emissions originates from many different sources. While electricity makes up less than 20\% of the worlds total energy consumption, almost 40\% of the global $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions are attributable to the electricity sector \cite{CO2Electricity}. Thus, in line with the ever-increasing electrification of industry, transport and agriculture, it is apparent that decarbonization of the electric power industry is a topic of high importance.
Promoting sustainable development and reducing carbon emissions have become integrated aspects of energy planning, analysis and policy making in many countries. An increasing number of parties from all levels of the society are involved in the carbon mitigation initiative. Hence, it becomes crucial to clarify and identify to which extent different parties are accountable for $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions \cite{CarbonMitigation} \cite{CO2Responsibility}. Doing so requires the establishment of effective methods for calculation and analysis of carbon emissions in the power system. A useful tool in this context is power flow tracing, which can be used to support qualitative ideas with quantitative analyses of power flows in the grid.
Indeed, to ensure meeting climate targets without sacrificing security of supply and grid stability, the European grid is getting more and more meshed and interconnected \cite{EUInterconnection}. Several large-scale transmission projects are under construction or planned in Europe. Amongst them is a projected sea cable that is intended to interconnect the Norwegian grid with the Scottish. The construction of this interconnecting resource has, the last year, been a controversial topic in the Norwegian political landscape. An economic assessment provided by The Norwegian Water Resources and Energy Directorate (NVE) concluded that the increased exchange capacity due to this cable would be socioeconomic profitable. However, the environmental effects regarding carbon emissions following the cable were not accounted for. Consequently, this thesis sets out to investigate, through both qualitative discussions and quantitative simulations, the environmental footprint of a similar, generic, cable - hereafter denoted as the UK-N cable. Doing so involves indeed examining the impact such a cable has on power production, power flows and power prices.
In order to provide a more nuanced view of the possible outcomes following the implementation of the UK-N cable, two different scenarios are built and simulated for the year 2040. One scenario, \textit{2040 - Current Policy}, is mainly based upon EU's "Reference Scenario 2016" which forecasts the future development of the European power grid. The other scenario, \textit{2040 - Wind\&Solar}, emphasise to greater extent the development of renewable power production and increased power surplus in Norway, Sweden and the UK. Both scenario simulations show that the UK-N cable mitigate overall carbon emissions in the simulated system.
In scenario \textit{2040 - Current Policy}, the reductions in $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions are mostly found in the UK where Norwegian hydropower displaces thermal power, giving a reduction of almost 1Mton. These savings are, however, to large degree offset by the fact that the increased power trade with UK makes Norway export less hydropower on exiting interconnections to countries like Germany and the Netherlands. Also Poland has a significant rise in domestic emissions - being more than 0,4 Mton. This is the same order of magnitude as the increase seen in Germany. Power flow tracing shows that this is mostly due to the fact that the implementation of the UK-N cable makes less power from Norway, Sweden and Denmark reach the polish energy market. Consequently, the distributional effects following the UK-N cable tend to increase the domestic $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions in countries interconnected to Norway, and do also impact the the emission level in other countries on Continental Europe. In total, the reduction in $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions for the whole system is of 0,05 Mton.
In scenario \textit{2040 - Wind\&Solar}, on the other hand, the emission levels reduce in multiple countries following the UK-N cable. This effect accounts for both the UK, most of the other countries interconnected to Norway and in numerous countries on Continental Europe. Interestingly, the reduced $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions in the UK is around 0,4 Mton - less than half of what is found in the other scenario. Overall mitigation of $\textrm{CO}_\textrm{2}$ emissions is nevertheless of 1,3 Mton.
Both scenarios show that the UK-N cable leads to reduced net export on existing interconnections from Norway. Nevertheless, the total net export from Norway increases following the UK-N cable. The simulations show that in scenario \textit{2040 - Current Policy} and \textit{2040 - Wind\&Solar} the UK-N cable yields, on average, increased power prices of 2,2 €/MWh (3,5\%) og 0,6 €/MWh (1\%), respectively. | |
