Kunnen we rondkomen van alleen hernieuwbare energie? Kan energie van de zon, wind en water dekken onze elektriciteitsbehoefte - zelfs op een windstille, bewolkte dag in Scandinavië? Misschien, maar het stelt nieuwe eisen.

De Scandinavische landen zouden in hun energiebehoeften kunnen voorzien door simpelweg hernieuwbare energie uit te breiden, volgens een onderzoek van de Universiteit van Uppsala. Maar onderweg zijn er verschillende uitdagingen, volgens Mikael Bergkvist, onderzoeker elektriciteit.

"In de studie, we hebben kunnen laten zien dat het niet duidelijk onmogelijk is, ook al zou het in de nabije toekomst moeilijk zijn."

De moeilijkheid van elektriciteitsproductie is dat deze in realtime plaatsvindt - de elektriciteit die nu nodig is, moet nu worden geproduceerd. Tegelijkertijd, ons elektriciteitsverbruik varieert het hele jaar door elk uur van de dag. Hoe afhankelijker we zijn van intermitterende bronnen, zoals windenergie, hoe hoger de eisen worden gesteld aan een flexibel balansregelend vermogen.

"In Zweden, we hebben het geluk dat we veel waterkracht hebben die kan worden gebruikt om variatie snel te reguleren, maar, dankzij grote waterkrachtreservoirs, kunnen ook worden opgeslagen op momenten dat we een hoge productie van windenergie en een lage vraag naar elektriciteit hebben. Maar het vereist veel planning. In het huidige systeem, we hebben goede mogelijkheden om dagelijkse en seizoensvariaties in evenwicht te brengen, maar moeilijker is het bijvoorbeeld bij een paar weken windstil weer, ', zegt Bergkvist.

In Zweden, we halen evenveel energie uit kernenergie (40-45 procent) als uit waterkracht. Dit wordt gevolgd door windenergie van 10-14 procent. als laatste, we hebben warmtekrachtcentrales, condensatiekracht en gasturbines die samen ongeveer 10 procent leveren.

Zonne-energie is ongebruikelijker op onze breedtegraden, maar er is veel onderzoek en ontwikkeling gaande. Een voorbeeld is het woongebouw Frodeparken in Uppsala, waar de hele glazen gevel elektriciteit produceert. Het gebouw is bedekt met dunne-film zonnecellen die zijn ontwikkeld op basis van onderzoek aan de Universiteit van Uppsala.

Een internationaal EU-project over zonneceltechnologie die in gebouwen kan worden geïntegreerd, wordt geleid vanuit Uppsala. Marika Edoff, Hoogleraar Solid State Electronics, is de coördinator van het project. De focus ligt op dunne-film zonnecellen en hoe deze efficiënter kunnen worden gemaakt en in gebouwen kunnen worden geïntegreerd.

"Gebouwintegratie biedt unieke kansen voor dunnefilmzonnecellen, vooral om er esthetisch anders uit te zien. Met dunne films, het is ook mogelijk om zonnecellen flexibel en lichtgewicht te maken, ' zegt Edoff.

De dominante technologie op de markt zijn siliciumzonnecellen. Dunne-film zonnecellen zijn gebaseerd op een andere technologie en bestaan ​​uit microscopisch dunne films die op glas zijn gemonteerd, bijvoorbeeld. Van de modules kunnen geheel zwarte bouwstenen worden gemaakt, zoals de gevel bij Frodeparken.

De uitdaging voor de onderzoekers is om het materiaal dunner te maken zonder de effectiviteit of efficiëntie te verminderen, dat is momenteel 21 procent. Om hierin te slagen, verschillende optische technieken worden gebruikt, zoals het bouwen van spiegels in de dunne lagen zodat twee keer zoveel licht wordt geabsorbeerd.

"Het lijkt misschien belachelijk om de lagen nog dunner te maken, aangezien hun totale dikte ongeveer drie micrometer is, dat krijg je door een haar in 20 plakjes te knippen. Maar we willen dit verder uitdiepen, het materiaalgebruik verminderen en de lichtabsorberende lagen een halve micrometer dik maken in plaats van twee, ' zegt Edoff.

internationaal, zonne-energie heeft de afgelopen jaren een grote doorbraak gemaakt en ook al is het traag in Zweden, de markt groeit, met verschillende steunregelingen voor het plaatsen van zonnecellen in gebouwen.

"Door het EU-project, we kunnen vaardigheden en expertise verzamelen en hopen ook de zichtbaarheid van zonnecellen te vergroten en lobbyen om langetermijnoplossingen in Zweden te ontwikkelen, ' zegt Edoff.

Ze was persoonlijk betrokken bij de oprichting van het zonnecellenbedrijf Solibro en heeft vele jaren zowel als onderzoeker als in het bedrijf gewerkt. Toen ze in 1990 begon met dunnefilmzonnecellen, de zonnecellen hadden een rendement van 10 procent. Nutsvoorzieningen, ze hebben 21 procent bereikt, niet ver van het wereldrecord van 22,6 procent.

Ze schrijft het succes toe aan de nauwe samenwerking tussen het bedrijfsleven en de academische wereld.

"Verschillende EU-projecten zijn cruciaal geweest voor de technologie die tot nu toe is gekomen, door de samenwerking tussen bedrijven en onderzoeksgroepen te bevorderen. Het is super belangrijk geweest."

Een ander EU-project, de Nieuwe Windatlas (NEWA), gaat over windenergie en heeft de windbronnen in heel Europa in kaart gebracht. Stefan Ivanell is de projectmanager voor het Zweedse deel van het project.

Hij leidt het onderzoek aan de Wind Power Section op Campus Gotland, die behoort tot de afdeling Aardwetenschappen aan de Universiteit van Uppsala. Terwijl hun onderzoekscollega's in Uppsala grootschalige weermodellen maken, de onderzoekers in Visby werken met modellen die de gedetailleerde stroming in een windpark laten zien.

Als deze twee soorten modellen aan elkaar worden gekoppeld, er kunnen op grotere schaal berekeningen worden gemaakt om te kijken waar het beste een windpark kan worden gebouwd.

"Als we de interactie tussen windparken bestuderen, de berekeningen duren enkele dagen of weken met een supercomputer, dus het zijn behoorlijk zware berekeningen. Daarom moeten we ze aanvullen met ruwere rekenmethoden, ' zegt Ivanel.

Binnen het project is ze bestuderen bijvoorbeeld de windstroom in bossen en de mogelijkheden om windenergie daar uit te breiden. De onderzoekers zijn geïnteresseerd in de plaatsing van windenergiecentrales en hoe de turbines - maar ook hele windparken - met elkaar omgaan. Om dit te begrijpen, ze doen simulaties die laten zien hoe de plaatsing van invloed is op wat voor soort stroming de turbine zich bevindt en hoe groot de turbulentie is.

"We ontwikkelen modellen om de energie slimmer te onttrekken en tegelijkertijd de belasting van de turbines te verminderen, zodat ze langer meegaan, ' zegt Ivanel.

Windenergie is de op twee na grootste vorm van elektriciteitsproductie in Zweden, maar de expansie is tot stilstand gekomen.

"Ondanks de lage energieprijzen in Zweden, windenergie trekt momenteel recordinvesteringen aan. Voor iedereen die denkt aan nieuwe installaties voor de productie van energie, windenergie is zeer concurrerend, " zegt Ivanel, die tevens directeur is van STandUP for Wind, een nationaal windenergiecentrum waarin verschillende Zweedse universiteiten participeren.

Onlangs begon een onderzoeksproject aan de Universiteit van Uppsala waarin de onderzoekers zullen uitwerken hoe Gotland zelfvoorzienend kan worden in hernieuwbare energie, zoals zonne-energie, windenergie en biobrandstof. Bij het project zijn zo'n 20 onderzoekers betrokken bij de departementen Aardwetenschappen, Ingenieurswetenschappen en scheikunde.

Een belangrijk punt is acceptatie onder de lokale bevolking, omdat een samenleving met uitgebreide wind, waterkracht en zonne-energie zouden er heel anders uitzien.

"Vandaag, 50 procent van de energie op Gotland komt van windenergie. Om volledig zelfvoorzienend te worden, dit moet op land worden opgeschaald, op zee en in zonnecelparken, "zegt Ivanell. "Op dit moment, we proberen denkbare scenario's voor de toekomst te modelleren. Als we op een bepaalde manier bouwen, welke invloed heeft dit op de acceptatie? Welke voor- en nadelen zijn er aan verschillende oplossingen? Er zijn bovengrondse leidingen en stroomkabels nodig voor distributie, maar hoe zouden ze door het publiek worden gezien?"

Het bestuderen van Gotland als een hernieuwbaar systeem is geschikt omdat het goed gedefinieerd is, volgens Ivanell. In samenwerking met de regio, verschillende mogelijkheden worden nu onderzocht, zoals vervoer met elektrische voertuigen en hoe energie kan worden opgeslagen in batterijen of in gasvorm.

"Het gaat erom welke hernieuwbare bronnen er zijn, maar het gaat ook om het balanceren hiervan met een beperkte kabelverbinding met het vasteland. We hebben een systeem nodig dat energie kan opslaan en waarin wat we in het systeem stoppen altijd overeenkomt met het verbruik."

Om terug te gaan naar de studie van de energievoorziening van de hele Scandinavische regio:het laat zien dat waterkracht een sleutelrol speelt. Door waterkracht op te slaan, het is mogelijk om ondanks variaties in de productie een gelijkmatige levering van elektriciteit te verkrijgen.

"Sommige mensen zijn bang dat hernieuwbare energie ons een onstabiel elektriciteitsnet zal geven en dat we de situatie niet aankunnen. maar in Zweden kunnen we dat wel. Onze waterkracht is een enorme hulpbron om energie op te slaan, vergeleken met batterijopslag, die niet dezelfde capaciteit heeft en vooral een lokale oplossing is, ", zegt Mikael Bergkvist.

Een ander probleem dat moet worden opgelost, is de levering van hernieuwbare energie aan de hele Scandinavische regio. Met het huidige distributiesysteem, het zou moeilijk zijn om overal energie te leveren met alleen hernieuwbare elektriciteit. In Zweden, bijvoorbeeld, we hebben veel productie in het noorden, maar de meeste consumptie in het zuiden.

"Onze berekeningen hebben geen rekening gehouden met de beperkingen in het elektriciteitsnet. Daar, het is gewoon een kwestie van uitbreiden, maar het kost natuurlijk veel geld en het vergunningsproces voor een nieuwe lijn kan tientallen jaren duren."

In hun studie hebben de onderzoekers merken ook op dat het belangrijk is om de juiste mix van hernieuwbare bronnen te vinden.

"Het wordt beter als we de mix van golfkracht optimaliseren, windenergie en zonne-energie, maar dit is moeilijk te controleren aangezien we in een democratie leven met vrij ondernemerschap, ’ merkt Bergkvist op.

Er zal dus een flora van verschillende energieoplossingen blijven bestaan ​​die het samen moeilijk - maar niet onmogelijk - maken om over te schakelen op hernieuwbare energie in de Scandinavische regio.