Renewable Energy in Longyearbyen

Abstract

Longyearbyen på Svalbard trenger et nytt energisystem for å bevege seg bort fra kullkraft. Klimaendringene krever rask handling, og det er derfor ønskelig at et nytt energisystem er basert på fornybar energi. Samtidig må det være kostnads-effektivt og det må tilby det avsidesliggende øysamfunnet den forsyningssikkerheten det trenger for å tåle de lange og kalde vintrene. Denne masteroppgaven undersøker mulige energisystemer for Longyearbyen, og hvordan overgangen til disse bør skje.

Basert på innsamlede data ble det lagd en prognose for energibehovet til kraft, varme og transport i Longyearbyen i tidsperioden 2021-2050. HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Electric Renewables) ble brukt til å utvikle fire forskjellige alternativ for energisystem som reduserer utslipp, i tillegg til et nøytralt alternativ (1) som viser kostnadene og utslippene som forventes hvis man fortsetter å bruke kullkraft i Longyearbyen. De fire nye alternativene inkluderer et pellets- og vindkraftalternativ (2), et kull- og vindkraftalternativ (3), et alternativ hvor dieselgeneratorer og dieselkjeler står for all kraft- og varmeproduksjon (4), og, til slutt, et sol- og vindkraftalternativ (5). I tillegg ble analyseresultatene fra en rapport levert av Thema og Multiconsult i 2018 inkludert, for å se hvordan disse alternativene måler seg mot å koble Longyearbyen til fastlands-Norge med en kraftkabel. Programvareverktøyet eTransport ble brukt til å lage en investeringsplan.

En mulig overgang mot fornybar energi i Longyearbyen kan komme i to trinn: Først bør det investeres i en 21 MW vindpark, et batterilagringssystem på 5 MWh og en elektrisk kjele på 4 MW. Disse komponentene gir de største forbedringene med hensyn til kostnads- og utslippsreduksjoner fra systemet, i forhold til investeringskostnaden. Trinn to i overgangen mot et fornybart energisystem er å erstatte det eksisterende kullkraftverket. Et 7,5 MW pelletskraftvarmeverk vil være den beste løsningen med hensyn til kostnader og utslipp, men et 15 MW takmontert solcelleanlegg og ytterligere 10 MWh batterilagring er også en gjennomførbar løsning, men det vil gjøre systemet mer avhengig av diesel som reservekraft. Det er mulig å erstatte bilparken med elektriske kjøretøy, og alternativ 2 (pellets og vind) egner seg best for dette.

Flere erfaringer ble gjort om HOMER og eTransport som analyseverktøy. HOMER er enklere å bruke, og langt bedre egnet for en analyse av ulike alternativ, og sensitivitetsanalyser av alternativene. eTransports viktigste fordel er evnen til å håndtere mer kompleks investeringsdynamikk, men programvaren i seg selv strever med å løse komplekse systemer med en akseptabel kjøretid. Modelleringen av lastbehov, solkraft og vindkraft er også upresis.

Longyearbyen in Svalbard needs a new energy system to move away from coal power. With climate change becoming an increasingly pressing issue, it is desirable for the new energy to be renewable. Simultaneously, it should be cost-effective and it must supply the remote island community with the security of energy supply it needs to endure the cold and long winters. This master's thesis examines possible energy systems for Longyearbyen, and how to transition towards them.

Based on gathered data, a demand forecast was made for the electricity, heat and transport demand in Longyearbyen in the time period 2021-2050. HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Electric Renewables) was used to develop four different cases for an energy system in Longyearbyen that reduce emissions, in addition to a base case (1) that shows the costs and emissions expected from continuing to use coal power in Longyearbyen. The four new cases included a pellets power plant and wind case (2), a coal and wind case (3), a case with only diesel generators and diesel boilers (4), and, lastly a solar and wind power case (5). Additionally, the case results of a 2018 report by Thema and Multiconsult were included, to see how these cases compared to the option of connecting Longyearbyen to mainland Norway with a power cable. The software tool eTransport was used to create an investment plan.

A possible transition towards renewables in Longyearbyen could come in two steps: First, a 21 MW wind park, 5 MWh battery storage and 4 MW electric boiler capacity should be installed. These components provide the best benefits with regards to cost and emission reductions from the system. The second step would be to replace the existing coal power plant. A 7.5 MW pellets plant would be the best solution with regards to costs and emissions, but a 15 MW rooftop PV installation and an additional 10 MWh of battery storage is also a feasible solution, but would make the system more dependent on backup diesel capacity. It is possible to replace the vehicle park with electric vehicles, and case 2 is best suited for this.

Several findings were made about HOMER and eTransport. HOMER was found to be easier to use, and far better suited for a case analysis and sensitivity analyses. eTransport's main benefit is its ability to handle complex investment dynamics, but the software itself cannot handle complex systems with an acceptable runtime. The modelling of energy demand and variable renewables, such as solar and wind power, is also imprecise.