Hvordan forsyner man en forskningsstasjon med kortreist, fornybar energi, når stasjonen ligger i en iskald antarktisk ørken med tre måneders mørketid, sommertemperaturer på to minusgrader, vindkast langt over orkan styrke og sand som blåser og sliter på alt av materialer?
Man bygger et solcelle-anlegg.
Slik konkluderte i alle fall Multiconsult da de på oppdrag fra Norsk Polarinstitutt utredet hva slags muligheter forskningsstasjonen Troll i Dronning Mauds Land har for å bli mer selvforsynt med fornybar energi.
Antarktis er en sammenhengende iskappe hvor 97% av arealet er dekket med is, og fjellkjeder stikker opp av isen.
Her gjør vindkast med vindhastigheter opp mot 60 meter i sekundet det vanskelig å sette opp vindmøller.
Turbiner jobber best i jevn vind, og stopper når vinden blir for kraftig. Løsningen ble derfor solceller, etter inspirasjon fra et solcelleanlegg på Svalbard.
- Til tross for at Troll ligger i Antarktis, er det mye sol om sommeren. Solceller jobber bedre i kjøligere forhold, derfor gjør kombinasjonen av mye sol, lysrefleksjon fra snøen og lave temperaturer at elektrisitetsproduksjonen øker, sier Thorud.
- Norges største solcelle-anlegg: Nå er det blitt nesten tre ganger så stort
Containere med diesel
Hvert år fraktes rundt 20 containere med totalt 500 kubikkmeter diesel den lange veien til forskningsstasjonen.
Dieselen fylles på aggregater som produserer elektrisitet til helårsstasjonen, polarforskerne og driftspersonellet som jobber der.
Varmen fra diesel-eksosen gjenvinnes riktignok, den brukes til å varme vann som sirkulerer i rør og varmer opp bygningsmassen, og til å smelte blåis til drikkevann.
Men el-prisen er mildt sagt stiv, hele 15 kroner per kilowattime. Og det er uten logistikk-kostnader innbakt i kostnadene: Hver container har en fraktpris på rundt 300.000 kroner.
Ifølge Multiconsult kan et smart system hvor både solceller, batterier og dieselgeneratorer jobber effektivt sammen, kutte dieselforbruket til Troll med 50 prosent og nær halvere elprisen til 7,40 kroner per kilowattime.
Selv om prislappen på det nye anlegget vil komme på 76 millioner kroner, forventer Multiconsult at anlegget vil være nedbetalt om bare sju år.
Mørketid
- Troll ligger på cirka 72 grader sør. Sammenlignet med Arktis tilsvarer det et punkt på kartet mellom Bjørnøya og Nordkapp, noe som betyr at anlegget vil være dødt i mørketiden. Likevel vil det være god økonomi i det, året sett under ett, sier John E. Guldahl, avdelingsdirektør ved Norsk Polarinstitutt.
Da Multiconsult beregnet virkningsgraden til den planlagte solparken, fant de at Troll-anlegget vil produsere ni prosent mer elektrisitet sammenlignet med solpanel under vanlige standard testbetingelser.
- Jeg har sett noen solcelle-anlegg i Nord-Norge få litt høyere ytelse på grunn av kalde temperaturer, men så mye som ni prosent har jeg aldri vært borti, sier Thorud.
Solinnstrålingen i området er beregnet til 1025 kilowattimer per kvadrat per år.
- Dette er på samme nivå som München i Sør-Tyskland. Breddegraden har ingen betydning, det er lokale forhold som teller mest for hvor mye strøm et solcelle-anlegg produserer, påpeker Thorud.
Sendte teknisk rom
I november i fjor sendte solcelle-leverandøren Getek avgårde en container til Troll, fiks ferdig innredet som teknisk rom med vekselrettere, inkludert solpaneler og festeanordninger.
Kort tid etterpå monterte to ansatte ved Troll selv totalt 24 solcellemoduler (7,32 kWp) på taket av boligcontainerne, med høyeffektive solceller med en virkningsgrad på rundt 20 prosent. Hvert panel er på 305 watt, og er produsert av LG.
I forkant hadde de de to Troll-ansatte vært på monteringskurs hos leverandøren. En av forutsetningene for å drive et større solcelle-anlegg på Troll er at nemlig at de ansatte selv må kunne drifte og vedlikeholde anlegget.
Normalt kan rekker med solcellepaneler plasseres oppå flate tak uten å boltes fast. Men de heftige vindene i Antarktis kan rive med seg hele anlegget.
Sveiset fast
- Når vinden får tak i panelet, løftes det som en flyvinge. Det kan være farlig. Vi måtte derfor regne på hva slags festeanordninger som var kraftig nok ut i fra vindforholdene, sier Morten Gaustad i Getek.
Resultatet er at solcelle-panelene nå er montert oppå tilsammen 56 festebraketter sveiset fast i taket på boligcontaineren. Selve festestrukturen er også av en kraftig type, fra tyske Ambivolt.
Panelene ble også montert med bare ti graders vinkel, for å forhindre at vinden får tak, og at solcellene ødelegges av sand og småstein som kommer farende med vinden.
- Hadde solpanelene stått loddrett, ville de blitt knust, konstaterer Gaustad.
Demo-anlegget er imidlertid bare starten. Får Norsk Polarinstitutt bevilget penger, starter de byggingen av et større solcelle-anlegg allerede kommende vinter.
Ørken eller is
I øyeblikket gjør Troll-ansatte vindmålinger og andre tester for å sjekke ut to mulige plasseringer for et solcelle-anlegg med en installert effekt på 762,5 kWp og en estimert årsproduksjon på knappe 840.000 kilowattimer.
- Et steinørken-område fem kilometer nordøst for forskningsstasjonen, inne i en fjellformasjon formet som en U (se bilde). Her er vinden roligere og solcellene kan plasseres rett foran en svær isbre som reflekterer lys mot panelene. Dette er det mest aktuelle, ifølge Multiconsult.
- På isen, nordvest for forskningsstasjonen, på utsiden av nevnte fjellformasjon. Her blåser det også mindre enn ellers i området. Men isbreen beveger seg, og Troll-ansatte har nå boret ned staker i isen for å kartlegge om det er for mye bevegelser.
Det nye solcelle-anlegget skal kobles til et nytt smart styringssystem sammen med dieselaggregater og en batteripark med kapasitet på 3.840 kWh.
Her skal overskuddskraft gå til oppvarming via fjernvarmesystemet, og ytterligere varmeoverskudd skal etter planen lagres i en termisk akkumulator. Overskudd av solstrøm lagres på batterier.
- Systemet sikrer at solpanelene leverer solkraft både til elektrisk forbruk og oppvarming hele døgnet, samtidig som lagringen skjer med den billigste lagringsmetoden, sier Thorud i Multiconsult.
Lav virkningsgrad
I dag kjøres dieselgeneratorene på Troll ut i fra hvor mye elektrisitet forskningsstasjonen til enhver tid trenger.
Det fører til at generatorene ofte går med for lav last og redusert virkningsgrad. Overskuddsvarmen blir heller ikke utnyttet fullt ut.
- Når solanlegget er på plass, skal dieselgeneratorene kjøres på konstant turtall når det passer best i forhold til solenergiproduksjonen. Det gir bedre virkningsgrad og lavere drivstofforbruk. Batteriet skal balansere nettet slik at det lades dersom generatorene produserer mer enn behovet eller leverer kraft ut på nettet dersom generatorene ikke leverer nok, sier Thorud.
Norsk Polarinstitutt har opprettet en teststasjon ved Troll som nå gjør målinger for å kvalitetssikre vindlastberegninger, solinnstråling og beregnet slitasje på solpanelene som følge av sandblåsing.
Forurense minst mulig
Polarinstituttet er avhengig av å få øremerkede midler for å få gjennomført planen om å gjøre energiforsyningen til Troll mer fornybar.
- Det er et nasjonalt og internasjonalt ønske å forurense minst mulig for å beholde Antarktis som et rent kontinent. Men vi ser også at det er økonomi i anlegget. Men vi er altså avhengige av at vi klarer å etablere et investeringsbudsjett, sier Guldahl ved Norsk Polarinstitutt.
Til Dagens Næringsliv, som først omtalte det planlagte solcelle-anlegget, sier statssekretær Lars Andreas Lunde (H) i Klima- og miljødepartementet at de vil vurdere alle de skisserte løsningene. Det inkluderer også et forslag om å på sikt la hydrogen erstatte resten av dieselen som Troll fortsatt vil være avhengig av.
- Det er et mål at Troll skal være en grønn stasjon som oppfyller høye miljømål innenfor energi , avfall og transport. Vårt mål er å være blant de ledende stasjonene i Antarktis for miljøvennlige driftsløsninger. Vi ser nærmere på dette sammen med Norsk Polarinstitutt, skriver Lunde til DN i en epost.
