European energy transition under limited onshore wind and transmission expansion and the role of technology innovation

Abstract

I lys av Parisavtalen, så er det et kritisk behov for å redusere klimagassutslippene for å holde den globale oppvarmingen under to grader. For de Europeiske landene så er en gradvis overgang fra fossile- til fornybare energikilder et av tiltakene for å bidra til å redusere oppvarmingen. Overgangen til fornybar energi krever innovative løsninger, samt en strategi tilpasset fremtidige behov – både med hensyn til teknologi, men også selskapenens struktur og strategi. Landbasert vind anses som den ledende teknolgien for å lykkes med å nå nullutslippsmålet. Flere studier viser til at potensialet til landbasert vind er tilstrekkelig for å kunne håndtere en økt etterspørsel etter elektrisitet generert fra fornybare energikilder i årene som kommer. For at landbasert vind skal kunne ekspandere, er tilgang til tilstrekkelige landområder for videre utvikling en forutsetning. Men nye landområder for videre ekspansjon skaper mye debatt og motsatt blant innbyggere, da inngrepene er store og anses som en trussel for urørt natur og dets dyreliv. Om en tar hensyn til alle eksterne faktorer som miljø og muligheter for videre utbygging, kan potensialet for landbasert vind som den ledende teknologien være for optimistisk. Flere ulike caser har derfor blitt desginet ved bruk av EMPIRE. EMPIRE er et stokastisk modelleringsverktøy for europeiske investeringer innen fornybar energi. To hovedbegrensninger er lagt til grunn i de ulike casene som modelleres: Graden av investeringer i transmisjonsnettet i Europa, samt graden av maksimal generering av kapasitet (tilgjengelig areal for videre utbygging) for landbasert vind. Ved å legge inn ulike grenser for disse to parametrene, så vil det bli sett nærmere på hvordan dette påvirker energimiksen og systemutviklingen i Europa i perioden 2020-2060. Resultatene viser at fossile energikilder gradvis vil fases ut og bli erstattet med en stadig større andel fornybar energi. I første halvdel av 2020 ble det for første gang generert mer elektrisitet fra fornybare kilder enn fra fossile. Tilstrekkelig infrastruktur i form av utbygging av transmisjonsnett er nødvendig for å imøtekomme den økende elektrifiseringen og andelen fornybar energi. Jo mer det investeres i transmisjonsnett og jo mer tilgjengelig areal for videre utvikling av vindturbinparker, desto større andel landbasert vind. EMPIRE viser til at den optimale strategien er å fortsette med å utvikle vindteknologien, med størst andel innen landbasert, for å imøtekomme overgangen til fornybart. Skulle det derimot vise seg at andelen landbasert vind blir mindre enn planlagt, vil en større andel komme fra sol og offshore vind. Siden sol ikke er avhengig av samme investeringsgrad i transmisjonsnettet, vil en større andel sol også bety større etterspørsel etter batteriteknologi for lagring av energi.

In the light of the Paris Agreement, there is a critical need for reducing the climate emissions to keep the global warming below two degrees. For the European members this includes among other measures, a gradual transition from fossil fuels to renewables by 2050. The energy transition needs innovative solutions and a strategy tailored to future needs, both in terms of technology and organizational structure and strategies of the companies. Onshore wind is considered the key technology leading the change towards zero emissions. Several studies have estimated the potential of onshore wind is abundant – a power source able to handle the increased demand for electricity in the years to come. For onshore wind to expand, access to extensive land areas for further development of wind turbine parks is a prerequisite. New land areas for development creates a lot of debate and resistance among people as it is seen as a threat for undisturbed nature and its habitats. With all the possible external constraints, the potential for onshore wind as the leading technology might be too optimistic. Several cases have therefore been designed in the stochastic modelling tool EMPIRE (European Model for Power system Investment with Renewable Energy), to see how limitations in both the max installed capacity for the generation of onshore wind and the transmission capacity investments will affect the future energy mix and system development in the period 2020-2060. Fossil fuels will be gradually phased out with an ever-increasing share of renewables in the next decades. For the first time, Europe generated more electricity from renewable sources than from fossil fuels in the first half of 2020. To accommodate for the increasing electrification and the share of renewables, sufficient infrastructure needs to be made. Transmission grid investments is one of the key factors, as transmission is an important system component in an optimized system to transport power. The more investments made to transmission grid, securing a well-established grid across Europe, and the more area available for further development of wind turbine parks, the larger the share of onshore wind in the total generation mix will be. The optimal strategy by EMPIRE is to continue deploying wind generation. Wind technology (onshore wind represents the largest share) will be the main energy source to accommodate the transition from fossil fuels to renewables. In case there for some reason will be a reduction in the planned onshore wind generation, a larger share will come from solar and offshore wind. As solar is not dependent on transmission grid investments to the same degree as wind power, this also mean a greater need for development of efficient battery storage