Av Yngve Vogt: Forskningsmagasinet Apollon

Vindkraften gir mer usikre strømpriser i det tyske og det norske markedet. Prisene blir enda mer ustabile med ny strømkabel mellom Norge og Tyskland.

Allerede i dag må kraftaktørene ty til meget avanserte analyseverktøy for å kunne tjene penger på kjøp og salg av strøm. Nye, matematiske modeller ved Universitetet i Oslo viser at strømmarkedet blir enda mer uoversiktlig med vindkraft.

Det er ikke alltid behov for strøm når det blåser. Takket være vannkraften har Norge den enestående muligheten at strømmen kan lagres til senere bruk, ved å bruke vindkraften til å pumpe vann fra lavlandet og opp i vannmagasinene i fjellet.

Denne muligheten har ikke Tyskland. I Tyskland er det politisk bestemt at vindkraften skal ha prioritert tilgang til elektrisitetsnettet. Problemet er at den strømmen som dyttes inn i nettet, må brukes momentant. Mye vind fører derfor til at de andre leverandørene av strøm må skru ned kraftproduksjonen eller betale noen for å bli kvitt strømmen.

– Dette er i økonomisk forstand bortkastet energi. Det koster mye å justere energiproduksjonen fra kull-, gass- eller atomkraftverk. Hvis vinden er økende, kan det være  lurt å betale noen for å bli kvitt strømmen fremfor å skru ned produksjonen. Norge unngår dette, fordi man kan bruke vindkraften til å pumpe vann opp i vannmagasinene. Da blir det mindre forskjell mellom høye og lavere priser. Det betyr at markedsmekanismen for vindkraft er forskjellig i Norge og i Tyskland, forteller professor Fred Espen Benth, nestleder på Senter for anvendt matematikk (CMA) ved Universitetet i Oslo. Med støtte fra Forskningsrådets program «Renergi» studerer forskergruppen hans matematisk hvordan temperatur, vind og regn i de to landene påvirker strømmarkedene i Tyskland og Norge.

Norge: Tysklands batteri

For å utnytte vindkraften best mulig, ønsker Tyskland å bruke Norge som batteri.

– Selv om vindkraft ikke er regulerbar energi, blir den indirekte til regulerbar energi ved å omdanne vind til regn gjennom pumping opp i vannmagasinene. Hvis prisen på strøm er lav når det blåser mye, er det bedre å bruke den tyske vindkraften til å pumpe vann opp i norske vannmagasiner. Det fins allerede en elektrisitetskabel mellom Tyskland og Norge. Spørsmålet vårt er: Hva er effekten av å koble det tyske markedet med det norske, altså et tysk marked uten vannreservoarer med et norsk marked med vannreservoarer? Og hva skjer med strømprisene når man legger flere kabler mellom de to landene? spør Fred Espen Benth.

Forsikrer seg mot tap

Hele markedet er auksjonsstyrt. Strømprodusentene kan kjøpe forsikringsprodukter, kalt derivater, for å sikre seg varm vinter eller våt høst. Da går prisene ned.

– For strømleverandører som kull- og kjernekraftverk tar det tid å skalere opp og ned produksjonen. De ønsker en stabil produksjon. De har ingen sikkerhet for at man får solgt all strømmen. De kan derfor bruke forsikringspengene til å betale noen for å bruke strømmen, eller bruke pengene til å justere produksjonen

Med i modellen har Benth også prisen på gass og kull.

Fundamental, ny matematikk

Matematisk er det komplekst å beskrive strømmarkedene i de forskjellige landene, og sammenhengen mellom de ulike markedene. For å klare det, måtte de utvikle helt ny matematikk.

– Modellering av strømmarkedet skaper fundamentale, matematiske problemstillinger. Vi har allerede definert en rekke nye teoremer i matematikken  Denne matematikken kan gjenbrukes i livsvitenskapen, forteller Fred Espen Benth.

Modellen gjør det også mulig å beregne hvordan vindmøllene bør plasseres i en vindmøllepark for å utnytte vinden best mulig.

Måler usikkerhet

Modellering av nedbør, temperatur og vind krever innsikt i stokastikk. Stokastikk er den eksakte læren om tilfeldigheter.

Med på laget har Benth professor Ole Barndorff-Nielsen ved Universitetet i Århus. Spesialet hans er stokastiske prosesser i tid og rom. Matematikken hans blir også brukt i  turbulensberegninger og til å beskrive overflaten av kreftceller.

Norden, Tyskland og Storbritannia er bare noen av kraftmarkedene i Europa. Det fins også en rekke kraftmarkeder i Øst-Europa. Postdoktor Paul Krühner ser på hvordan modellen kan utvikles til å forutsi strømprisen i flerdimensjonale markeder.

Avhengig av CO2-utslipp

Jo mer strøm fra vindkraft, desto mindre behov for gass og kull. Det påvirker prisen på kjøp og salg av rettigheter til å slippe ut CO2. Dette kalles emisjonsmarkedet. Professor Rüdiger Kiesel fra Universitetet i Essen har utviklet nye, matematiske teorier for å beskrive dette markedet.

– Når prisen på utslipp går ned, blir det billigere å produsere strøm fra gass og kull.  Emisjonsmarkedet henger derfor sammen med både vind og temperaturer.

Modellene må også ta hensyn til hva det koster å frakte gass og kull.

Optimerer inntjeningen

Hele ideen til Fred Espen Benth er hvordan en enkelt enhet kan styre risikoen i strømmarkedet.

– Hva skjer om alle aktørene i energimarkedet skulle bruke den samme modellen?

– Da vil modellen være ødeleggende for dem alle. Men vi lager bare et matematisk rammeverk for hvordan man kan modellere et strømmarked som endrer seg over tid. Aktørene må selv spesialisere modellene og legge inn sine subjektive antakelser, forteller Fred Espen Benth.

Av Yngve Vogt