Teknoøkonomisk analyse av fornybar energiproduksjon : et casestudie for utslippsfri traktorbruk i 2030

Abstract

Norsk landbruk er under økende press for å produsere mat på en mer miljø- og klimavennlig måte. Ved å erstatte dieseltraktoren med elektriske traktorer kan landbrukets klimagassutslipp reduseres med 10 %, og representere et viktig steg mot et utslippsfritt landbruk. Gårder har tilgang på store ubrukte arealer som låvetak. Dette er arealer som egner seg godt for lokal energiproduksjon med solceller. Lokal energiproduksjon med fornybare energikilder er avgjørende for å dekke energibehovet til elektriske traktorer uten økt effektbehov fra strømnettet. Simuleringsprogrammet Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) er benyttet til å gjennomføre teknoøkonomisk optimering av energisystemet.

Datagrunnlaget består av strømmålinger på timesoppløsning og dieselbruk som er estimert for å representere en mellomstor gård på Østlandet. Simuleringene viser at energibehovet kan dekkes ved å benytte 155 kW solcelle, elektrolysør med 30 kW kapasitet og hydrogentank med 400 kg lagringskapasitet. Energisystemet er avhengig av å produsere hydrogen fra nettstrøm i perioder hvor hydrogentraktoren benyttes mye. Systemet har en samlet investeringskostnad på 4,85 millioner, som er 1,5 – 1,9 millioner lavere enn om hydrogenproduksjonen gjennomføres uten energi fra nettstrøm.

Det er gjort antagelser som kan påvirke nøyaktigheten til simuleringene. Oppgaven inneholder relevant og nyttig lesing for fremtidig arbeid med lokal energiproduksjon og belyser særlig utfordringene knyttet til produksjon av hydrogen.

The agricultural sector of Norway strives to produce food in a more sustainable manner. By replacing the diesel tractor with an electrical tractor, the greenhouse gas emissions from the agricultural sector would be reduced with ten percent. This transition is an important step towards reaching the goal of emission free farming within 2030. Farms have large unutilized areas, like barn roofs, which are well suited for energy production from PV–panels. Production of local energy from renewable sources is crucial to meet the energy demand of tractors without resulting in increased power demand from the grid. The simulation tool Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) is used to conduct techno economical optimization of the energy system. The simulations are based on a data set containing measurements of hourly power consumption and diesel consumption estimated to represent a medium sized farm in eastern Norway. The demand of energy is met by installing 155 kW of PV-panels, an electrolyzer with an installed capacity of 30 kW and a hydrogen storage tank with a maximum capacity of 400 kg. The energy system must produce hydrogen from grid power in periods with large hydrogen consumption. The investment cost of the optimal system is 4,85 MNOK. Several assumptions are made and may affect the accuracy of the simulations. Development of future grid power price is not included. In addition, some of the hydrogen production and cost is calculated outside the simulation tool. These calculations are done to cope with the fact that the simulation tool does not include hydrogen production based on grid power. The thesis may contain useful information for future work on local energy production. The challenges related to hydrogen production are thoroughly discussed.