Modellering og optimalisering av fornybare energisystemer for resirkulerende akvakultur

Se avhandlinga i HVL Open

Resirkulerende akvakultursystemer (RAS) er fiskeoppdrettsanlegg der mesteparten av vannet blir behandlet og resirkulert, noe som reduserer miljøpåvirkningen og vannutvekslingen med omgivelsene. 

Siden RAS er lukkede systemer, kan vannkvaliteten i fisketankene kontrolleres, og eksponeringen av fisken til eksterne trusler, som for eksempel lakselus eller forurensing, er svært begrenset. Ulempen med et stort utvalg vannbehandlingsutstyr er at energiforbruk i RAS er én av de to største kildene til utslipp av klimagasser i denne typen oppdrett, sammen med produksjonen av fiskefôr. Dette blir enda mer relevant når andelen fossilt drivstoff i energimiksen er høy. 

Dersom karbonutslippene fra RAS skal reduseres for å fremme bærekraftig akvakultur, må strømforsyningen baseres på grønnere energikilder. Derfor må fornybar energi introduseres i energimiksen til strømnett som forsyner RAS, for å erstatte mesteparten av det fossile drivstoffet.  

Et selvstendig energisystem 

I denne studien er et RAS-anlegg modellert, basert på et anlegg på Stord i Vestland fylke, og simulert ved bruk av Aspen HYSYS og MATLAB for å estimere energibehovet i løpet av en 15 ukers driftsperiode, som er varigheten til oppvekstperioden før laks sendes til merder.

Tre fornybare energikilder er vurdert som strømforsyning for et RAS-anlegg med selvstendig strømnett: vind-, sol- og bølgekraft. For å balansere strømnettet i perioder med lav produksjon fra fornybare energikilder, er to typer energilagringssystemer inkludert: batterier og hydrogen.

Vind-, sol- og bølgedata er samlet inn fra forskjellige databaser for konkrete steder i nærheten av RAS-anlegget på Stord mellom 2012 og 2021. Vind- og bølgedataene er forbedret ved bruk av measure-correlate-predict modeller før estimering av energiproduksjonen fra de fornybare energisystemene. 

Kostnadseffektive kombinasjoner av fornybarenergi 

Det hybride fornybare energisystemet (HRES) som er undersøkt, består av en vindturbin (WT), et solcelleanlegg (PV), et bølgekraftverk (WEC), et batterisystem, et hydrogensystem, en brenselcelle, en elektrolysør og en forbrenningsmotor. HRES-et er modellert og validert for å estimere kraftproduksjonen fra WT, PV, og WEC over det undersøkte tiåret.

Strømforsyningen og forbruket i strømnettet er simulert under ulike scenarier for å beregne den laveste energilagringskapasiteten som sikrer tilstrekkelig strømforsyning til RAS. Ulike konfigurasjoner av HRES er undersøkt for å identifisere den med lavest totale kostnader. Optimale konfigurasjoner av kraft- og lagringskapasiteter er funnet ved bruk av en to-nivå optimeringsprosess med Kriging surrogatmodell og mixed-integer linear programming.  

Personalia 

Gerard Ayuso Virgili har en mastergrad i kjemi- og prosessingeniørfag fra University of Rovira i Virgili (URV) / Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Doktorgradsarbeidet ble gjennomført ved Ph.d-programmet i Datateknologi: programvareutvikling, sensornettverk og beregningsorientert ingeniørvitenskap og er finansiert av Norges Forskningsråd (301828). Forskningen fokuserer på energibehovet til resirkulerende fiskeoppdrettsanlegg, biogassproduksjon fra fiskeslam og optimering av fornybarenergisystemer. Før han begynte som doktorgradsstudent, var Gerard ansatt ved Høgskulen på Vestlandet, der han fortsetter å jobbe som høgskulelektor etter doktorgraden. 

Prøveforelesning 

4. september kl. 10:15, rom M005, K2, campus Bergen

Tema for prøveforelesning: International policy landscape shaping the future of aquaculture: ecological, climate, social, and economic considerations.

Disputas 

4. september kl. 13:15, rom M005, K2, Campus Bergen

Disputasleder 

Prodekan for forskning, Stig Erik Jakobsen.

Bedømmelseskomité 

• 1. opponent: Prof. Malin Göteman, Uppsala universitet, Sweden 

• 2. opponent: Assoc. Prof. Marianne Zeyringer, Universitetet i Oslo 

• Komitéleder: Professor Reza Argandeh, HVL 

Veiledere 

• Norbert Lümmen, HVL - hovedveileder 

• David Lande-Sudall, HVL - biveileder 

• Kjell Eivind Frøysa, HVL - biveileder