Elektrifisering av havbruk til havs

Fiskeri- og havbruksnæringen er en stor industri i Norge i dag. Halvparten av oppdrettsanleggene nærmere land er elektrifisert med landstrøm. De resterende oppdrettsanleggene er i dag driftet med dieselaggregat. Bruken av dieselaggregat kan reduseres kraftig ved å implementere mer miljøvennlige løsn...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: Berg, Kristina, Høigård, Elise Tajet, Sandhu, Simran Jit Kaur, Vågen, Marthe
Other Authors: Karoliussen, Håvard, Zenith, Federico, Forsberg, Niclas, Krog, Tor Didrik
Format: Bachelor Thesis
Language:unknown
Published: NTNU 2020
Subjects:
Online Access:https://hdl.handle.net/11250/2661146
Description
Summary:Fiskeri- og havbruksnæringen er en stor industri i Norge i dag. Halvparten av oppdrettsanleggene nærmere land er elektrifisert med landstrøm. De resterende oppdrettsanleggene er i dag driftet med dieselaggregat. Bruken av dieselaggregat kan reduseres kraftig ved å implementere mer miljøvennlige løsninger. Elektrifisering av denne industrien vil derfor spille en viktig rolle i reduksjonen av klimagassutslipp. Fiskeridirektoratet åpnet opp for søknader for utviklingstillatelser i 2015, for å bidra til å finne løsninger på areal- og miljøproblemene næringen i dag står ovenfor. Dette har ført til utforskning av flere offshore områder som tidligere ikke har vært passende for fiskeoppdrett. Havbruk til havs er en ny næring, og er definert som fiskeoppdrett i eksponerte områder vekk fra skjermet farvann. I denne oppgaven er Ocean Farm 1, Arctic Offshore Farming og Spidercage, som har fått tildelt utviklingstillatelse, beskrevet ut ifra offshore designløsninger, årlig effektbehov og lokasjoner. Casen som omhandler Arctic Offshore Farming vil fokusere på en full offshore versjon av anlegget. Oppgaven tar for seg hvordan ulike fornybare energiløsninger kan dekke effektbehovet til oppdrettsanleggene planlagt til havs, og erstatte dagens dieselaggregat helt eller delvis på en kostnadseffektiv og miljøvennlig måte. Beregninger og simuleringer for alle løsningene i oppgaven er utført ved hjelp av Matlab. Oppgaven tar for seg seks forskjellige hybridløsninger som hver vil ha et visst antall dieselaggregat og batterier. I tillegg er landstrøm vurdert, som eneste løsning uten lagringskapasitet. Resultatene som omhandler kostnader er representert som CAPEX, OPEX og LCOE plott for hvert av anleggene, hvor løsningen med lavest LCOE blir ansett som den mest kostnadseffektive. I tillegg blir CO2 utslipp lagt til grunn for å finne den mest miljøvennlige løsningen. Det er ikke nok tilgjengelig areal på oppdrettsanleggene til at solcellene skal kunne dekke effektbehovet betraktelig. Både den landbaserte og flytende vindturbinen er overdimensjonert, som fører til høye kostnader og en stor andel overskuddsenergi. Brenselscelle hybridløsningen vil kun være aktuelt for Ocean Farm 1, da det er planlagt hydrogen produksjon i nærheten. Løsningen vil ha lave utslipp, men en høy LCOE. Den beste hybridløsningen for alle tre casene er batterier i kombinasjon med optimaliserte dieselaggregat. Dette er som følge av at dieselaggregatene alltid holdes på en konstant optimal last, samtidig som den reduserer CO2 utslippene. Da dieselaggregatene fortsatt benyttes 100 % av tiden vil dette kun være en kortsiktig løsning. Det er konkludert med at landstrøm er den beste løsningen med tanke på LCOE og CO2 utslipp for Spidercage og en full offshore versjon av Arctic Offshore Farming. På en annen side vil løsningen inneholde en usikkerhet da dieselaggregatene som virker under vedlikehold eller ved uforutsette forhold ikke er inkludert. Denne løsningen vil ikke være kostnadseffektiv dersom oppdrettsanleggene plasseres lenger til havs. Dersom anleggene plasseres lenger til havs, vil batteri- og dieselaggregatløsningene være mest egnet med tanke på kostnader, slik den er for Ocean Farm 1. Den mest miljøvennlig hybridløsningen, for Ocean Farm 1, er brenselscelleløsningen. For Spidercage og en full offshore versjon av Arctic Offshore Farming, vil hybridløsningene for, henholdsvis, flytende og landbaserte turbiner være de mest miljøvennlige løsningene. Ettersom dataene for effektbehov er gitt i timesoppløsning vil dette føre til usikkerhet i resultatene. The fishing and aquaculture industry is a major industry in Norway today. Half of the fish farms close to land are electrified with shore power. The remaining fish farms are currently operating with diesel generators. The usage of diesel generators can be reduced by implementing more eco-friendly solutions. Electrification of this industry will therefore play an important role in the reduction of greenhouse gas emissions. In 2015, the Norwegian Directorate of Fisheries opened up applications for development licences, to contribute solving the area and environmental problems facing the industry today. This has led to an exploration of more offshore areas that have previously not been suitable for fish farming. Offshore sea farming is a new industry, and is defined as fish farms in exposed areas away from sheltered waters. In this assignment, Ocean Farm 1, Arctic Offshore Farming and Spidercage, which have received development licenses, are described based on offshore design solutions, annual power demand and locations. The case regarding Arctic Offshore Farming will focus on a full offshore version of the facility. The thesis addresses how different renewable energy solutions can meet the power demand of the fish farms planned at sea, and fully or partly replace the current diesel generator in the most cost efficient and eco-friendly manner. Calculations and simulations for all the solutions were performed using Matlab. The thesis takes six different hybrid solutions into consideration, each of which will have a certain number of diesel generators and batteries. In addition, shore power is considered as the only solution without storage capacity. The results related to costs are presented as CAPEX, OPEX and LCOE plots for each of the facilities, where the solution with the lowest LCOE is considered the most cost efficient. In addition, CO2 emissions are used to find the most eco-friendly solution. There is not enough exploitable area at the farms for the solar cells to cover the annual power demand significantly. Both the onshore and floating wind turbines are oversized, which lead to high costs and a great amount of surplus power. The fuel cell hybrid solution will only be relevant for Ocean Farm 1, as hydrogen production is planned close by. The solution will have low emissions, although a high LCOE. The best hybrid solution for all three cases is batteries in combination with optimized diesel generators. This is due to the diesel generators always being kept at a constant optimal load, while reducing CO2 emissions. As the diesel generators are still used 100 % of the time, this will only be a short-term solution. It has been concluded that shore power is the best solution considering LCOE and CO2 emissions for Spidercage and a full offshore version of Arctic Offshore Farming. On the other hand, the solution will contain some uncertainty as the diesel generators will operate during maintenance or ambient conditions, which are not included in the thesis. This solution will not be cost efficient if the fish farms are placed further offshore. If the facilities are placed further from shore, the battery and diesel generator solutions will be the most suitable considering costs, as it already is for Ocean Farm 1. The most eco-friendly hybrid solution for Ocean Farm 1 is the fuel cell solution. For Spidercage and a full offshore version of Arctic Offshore Farming, the hybrid solutions for, respectively, floating and onshore turbines will be the most eco-friendly solutions. As the power demand data received is in an hourly resolution, it will lead to uncertainties in the results.