For nyligt blev der offentliggjort en rapport (1) udarbejdet af Ingeniørforeningen i Danmark (IDA) i samarbejde med Aalborg Universitet (AAU). Rapporten blev lanceret som værende temmelig sensationel, idet den efter det oplyste anviser en vej for Danmark til at blive ”klimaneutral” allerede i 2045. Regeringen og Klimarådet har ellers arbejdet med en målsætning på 70 % reduktion af CO2-udslippet i 2030 og 100 % i 2050.
IDA og AAU bryster sig yderligere af, at de har anvist en vej til at nå de 70 % i 2030 uden at skulle gribe til ny og uprøvet teknologi, som ellers f.eks. Klimarådet anser for nødvendigt for at nå målet. Rapporten undlader dog at involvere landbrugets udledninger fra dyrkning og husdyr m.v., samt industriens udledninger fra processerne. Rapporten fokuserer på energi og transport, inkl. udenrigs skibsfart og flytrafik.
Det må med det samme slås fast, at planen er meget urealistisk og aldrig ville kunne gennemføres i praksis, hvilket vil fremgå af det følgende.
Indledning
Rapporten fra IDA og AAU (herefter blot benævnt ”IDA”) er efter eget udsagn baseret på en computermodel, EnergyPLAN, der time for time udregner energibalancer for de forskellige sektorer og energilagre.
Fig. 1 viser IDA’s vision for 2045, i et såkaldt sankey-diagram med de årlige tal. Vindmøller skal levere 79 TWh og solceller 12 TWh, i alt 91 TWh fra variable ”vedvarende energi”-kilder. Dertil kommer 7,5 TWh fra geotermi, 8,5 TWh fra noget overskudsvarme og endeligt 42,5 TWh fra biomasse.
Desuden regnes der for elektricitetens vedkommende med import af 4,8 TWh og knap 10 TWh eksport/tvungen standsning, til at håndtere ubalancerne i elforsyningen fra sol og vind.
Det almene elforbrug er forudset til 22 TWh. Endvidere skal der bruges 15 TWh til opladning af elbiler m.m., 27 TWh til elektrolyse af brint, 6 TWh til varmepumper og 21 TWh til industri og datacentre. Den fremstillede brint kan i et vist omfang bruges direkte som brændstof, men en stor del skal sammen med biomasse konverteres til naturgas og flydende brændstoffer til transportsektoren.
Man kan tælle sammen, at det ordinære elforbrug bliver på 64 TWh pr. år, svarende til 70 % af den samlede produktion fra vind og sol.
Økonomi
Grundlæggende vil IDA gennemføre den grønne omstilling uden, at den medfører tab af arbejdspladser eller voldsomt forøgede udgifter for samfundet. Der skal investeres ca. 600 milliarder kr. i perioden fra nu til 2030 og andre 600 milliarder i 2030-2045. Men disse investeringer vil gå i stedet for udgifter på sammen niveau (bl.a. til vedligehold og køb af fossile brændstoffer), således at økonomien ikke belastes nævneværdigt af omstillingen. Det lyder jo godt.
Tabel 1 viser de tilsigtede investeringer. Der er flere ting, der er værd at bemærke. Beløbet til vindmøller, er sat til 180 milliarder kr. i alt frem til 2045. En havvindmøllepark på 1 GW koster i dag ca. 16-17 milliarder kr. Rapporten nævner en pris på ca. 2 milliarder euro for 1 GW, svarende til 15 milliarder kroner. IDA’s plan opererer med i alt 12 GW ekstra havvind i 2045, de vil så koste alle de nævnte 180 milliarder kr. Men hertil kommer udskiftning af alle de nuværende møller + en mindre udbygning af landmøllerne. Så udgiften vil med sikkerhed overstige den ret optimistiske budgettering.
Det er IDA’s plan, at vi skal have 1,3 millioner elbiler på vejene i 2030 og 3,3 millioner i 2045. I følge budgettet kan merprisen for en elbil udregnes til ca. 20.000 kr. Det virker meget lavt, men man satser på mere effektive og billigere batterier. Det harmonerer måske mindre godt med, at den verdensomspændende grønne omstilling vil betyde et helt uhørt træk på ressourcerne til batterier og dermed føre til kraftige prisstigninger på de essentielle materialer hertil.
Varmeforsyningen
Allerede i 2021-22 skal al ny-installation af olie- og gasfyr ophøre, og i 2029 må de slet ikke bruges mere. Hele varmeforsyningen skal således i 2030 være baseret på fjernvarme (biomasse + geotermi) og eldrevne varmepumper. Der skal etableres varmelagre med en kapacitet på i alt 200 GWh i 2045. Der kan næsten kun være tale om de såkaldte damvarmelagre, hvor man graver et stort hul i jorden, forer det med plastikduge og opbevarer varmt vand i det. Sådanne lagre eksisterer i dag, og fungerer acceptabelt rent teknisk, men er temmelig store i forhold til deres kapacitet. Et lager på 3,3 GWh rummer således 70.000 m3 vand. Ved rene solfangeranlæg siger man som tommelfingerregel, at man skal kunne lagre 56 % af det årlige forbrug (2). IDA planlægger at have 4,6 TWh årlig produktion fra solfangere, hvilket så skulle kræve et lager på 2.600 GWh, eller 13 gange mere end hvad IDA regner med. Man kan jo droppe lageret og satse på f.eks. biomasse, når solen ikke skinner, men desværre er varmebehovet lavt om sommeren, hvor solpanelerne producerer mest.
En anden hovedkilde til fjernvarmen er udset til at være geotermi. Det er ellers en teknologi, der stort set er opgivet i Danmark pga. de vanskelige forhold i undergrunden. Teknologien har vist sig at være meget risikabel, med store økonomiske tab og meget lidt varmeproduktion som resultat (3). Hvordan det skulle kunne blive afgørende forbedret, henstår i det uvisse.
Vi skal selvfølgeligt spare en hel masse på varmen, bl.a. ved omfattende energirenoveringer. Men vi skal også se på befolkningens adfærd. Citat fra rapporten:
Både bygningens energiforbrug, bedre afkøling og lavtemperatur varmeforsyning hænger sammen med beboernes adfærd. Der er brug for at det aktuelle energiforbrug er kendt, og at der er samspil mellem forbrug og forsyning ”smart buildings”. Desuden er adfærden afgørende for energiforbruget i det daglige, da undersøgelser viser, at der kan være stor forskel i energiforbrug blandt beboere med helt identiske boliger. Teknisk gode energibesparelser kan gå tabt i uhensigtsmæssig adfærd. Derfor skal BR have fokus på, at beboere er opmærksomme på deres indeklima og energiforbrug i boligen, evt. via apps eller smart meters. Desuden kan man overveje årlige installationstjek fra forsyningsselskaberne baseret på data fra smart meters.
Biomasse
IDA er klar over, at vores nuværende biomasseforbrug, baseret på massiv import, bl.a. af træpiller, ikke kan karakteriseres som bæredygtigt. Biomassen i fremtiden skal bruges til fremstilling af biogas til industrielt brug og til transport. Hertil kommer en del af biomassen, der sammen med brint (fremstillet ved elektrolyse) skal omdannes til flydende brændstof til lastbiler, fly og skibe. I den forbindelse taler man også om biokul, hvor man efterlader en del af biomassen som (næsten rent) kulstof, der så kan nedpløjes på markerne og pynte på CO2-regnskabet.
IDA vil bringe det samlede biomasseforbrug ned fra de nuværende 29 GJ/person til 23 GJ/person i 2045. IPCC og FN har ellers givet udtryk for, at et globalt bæredygtigt niveau snarere er omkring 10 GJ/person, så dér er vi et stykke fra noget, der vil gøre Danmark til ”foregangsland”, som ellers er hovedformålet med hele planen (4).
Elforsyningen
Det positive ved IDA’s rapport er den tvivl, den rejser om Regeringens højt besungne energiøer. IDA påpeger, helt korrekt, at det ikke er fordelagtigt f.eks. at producere brint m.m. ude på sådan en ø, da man så ikke kan udnytte spildvarmen f.eks. til fjernvarme. Men derudover er elforsyningen absolut rapportens svageste punkt, og det vil reelt få planen til at falde fra hinanden i virkelighedens verden.
Der skal i 2045 være opstillet 18 GW vindmøller og 10 GW solceller. Herfra regner man som nævnt med en årlig produktion på 79 TWh fra møllerne og 12 TWh fra solcellerne. Det svarer til en udnyttelse af den teoretiske kapacitet på hhv. 50 % og 14 %, hvilket nok er ret optimistisk, men dog ikke helt ude i skoven. Fra disse kilder skal vi dække et løbende behov på 64 TWh, svarende til et gennemsnitligt forbrug på 7,3 GW. Hertil kommer elektrolyse af brint på 27 TWh, svarende til en belastning på 3 GW. Fig. 2 viser udviklingen i elproduktionen fra 2020 – 2045, mens Fig. 3 viser tilsvarende tal for forbruget.
Det store problem ved elforsyning fra sol og vind er som bekendt deres omskiftelighed. Solen skinner ikke om natten og vinden veksler mellem perioder med megen blæst og så dage, hvor der slet ikke er noget blæst. Det kan sagtens være tilfældet, at der er flere dage reelt uden vind, se fig. 4, og dermed ingen strøm fra møllerne (5). Sker det om vinteren, vil vores solceller heller ikke levere noget af betydning.
Denne problemstilling er IDA opmærksom på, og der er forskellige anvisninger til, hvordan den tackles. Det er klart, at elektrolysen af brint kan blive afbrudt, når der ikke er strøm til rådighed. Brintanlægget har da derfor også den dobbelte kapacitet af, hvad der skal bruges til produktionen af den planlagte mængde. Men situationen vil stille store krav til teknologien, fordi det ikke vil være et spørgsmål om enten at køre (på fuld kapacitet) eller slet ikke at køre. Tværtimod skal elektrolysen løbende tilpasse sig situationen, med et lille overskud, et lidt større overskud og så måske et stop pga. et underskud af strøm. Det stiller meget store krav til en proces som elektrolysen, især fordi IDA drømmer om at bruge mere avanceret teknologi end den simple udvej med to elektroder i vand.
Men den øvrige strømforsyning skal helst opretholdes mere eller mindre konstant. Man kan hjælpe lidt på det med såkaldt ”intelligent forbrug”, hvor f.eks. elbilernes opladning afbrydes, når der er mangel på strøm. Men industrien, husholdningerne og ikke mindst de meget omtalte datacentre, skal have en stabil forsyning døgnet rundt.
Her er nogle passager fra rapporten, der forklarer, hvordan problemet løses:
En afgørende fremtidig udfordring for elsektoren bliver at sikre indreguleringen af el fra vind og sol (og evt. bølgekraft). Udfordringen kan opdeles i to dele: Den ene er at udnytte vind og sol, når der er et overskud. Her bliver det billigste og bedste tiltag at sikre fleksibilitet i sektorintegration til elektrificeringen af de andre sektorer, som allerede beskrevet. Den anden udfordring bliver at sikre produktion af el (eller fleksibelt elforbrug), når der er et underskud af produktion af el fra vind og sol. Den nuværende timespidslast i det klassiske elforbrug har de sidste 10 år ligget på ca. 6.000 MW. Med de forudsatte elbesparelser forventes den også at ligge på dette niveau frem til 2030. Elektrificeringen af de øvrige sektorer forventes i høj grad at kunne foregå uden at bidrage til en forøgelse af kapacitetskravet, idet der vil være tale om fleksibelt elforbrug, der vil kunne undgås på de kritiske tidspunkter.
….
[Nedlæggelse af kraftværkskapacitet] er ikke enestående for Danmark, men er generel for Europæiske lande, idet kapaciteten falder i takt med at kraftværker erstattes med vedvarende energi. De enkelte lande vil kunne hjælpe hinanden gennem udveksling af el, hvor forskelle i vind og sol og forskelle i forbrugsmønstre og tidspunkter delvist vil kunne afhjælpe problemet. Hertil kommer, at man vil kunne mindske problemet ved at gøre brug af fleksibelt forbrug. Tilbage står dog, at der i det samlede europæiske system vil være behov for spids- og reservelast til et vist niveau for at kunne opretholde en sikker elforsyning.
IDA foreslår, at Danmark planlægger efter princippet, at Danmark bidrager med vores andel af den kraftværkskapacitet, der skal være i Europa for at sikre en sikker elforsyning. Et sådant princip medfører samtidigt, at når der skal stå en vis kapacitet et eller andet sted i Europa, så må den del, der er baseret på kraft/varmeværker gerne stå i Danmark, hvor overskudsvarmen kan udnyttes til fjernvarme. Det skal dog fremhæves, at sådanne fremtidige værker vil have betydeligt lavere benyttelsestider end hidtil. Man vil især skulle satse på kraftværkskapacitet med lave anlægsinvesteringer. Til gengæld er effektiviteten ikke så afgørende.
IDA planlægger at installere 1,4 GW gasfyrede kraftværker til udjævning af forbruget, dette skulle bringe os op på ”det europæiske niveau” for backup. Det svarer dog kun til knap 20 % af det løbende forbrug.
Senere bliver der så opsummeret omkring diverse tiltag i planen:
- Store varmelagre på i alt 112 GWh i 2030 og ca. 200 GWh i 2045.
- Udnyttelse af de eksisterende naturgaslagre og etablering af brintlagre på i alt 40 GWh i 2030 og 320 GWh i 2045.
- Overkapacitet på elektrolyseanlæg svarende til en 50-60 pct. udnyttelse.
- Udnyttelse af sæsonafhængig overkapacitet på varmepumper samt elkedler for 700 MW i 2030 og 1500 MW i 2045.
- Udnyttelse af batterier (14 GWh i 2030 og 37 GWh i 2045) i elkøretøjer vha. intelligent opladning.
- Fleksibelt elforbrug (primært indenfor døgn) på ca. 2,5 TWh ud af et klassisk elforbrug på 30 TWh.
Varmelagrene, bestående af lunkent vand, har naturligvis ingen effekt på forsyningssikkerheden for el. Brintlageret har i princippet heller ikke, da al brinten er forudset brugt til fremstilling af flydende brændstof. Men selv som backup, ved hjælp af de nyopførte gaskraftværker, vil der kun være brint til dækning af godt 40 timers fulde forbrug. Da kraftværkerne i øvrigt har alt for lille kapacitet, er lageret af brint om muligt endnu mindre interessant for forsyningssikkerheden.
Den gamle traver om, at man kan tappe strøm fra folks elbiler, når det kniber, holder jo heller ikke, hvis sol og vind ikke producerer strøm i dagevis. 37 GWh, som nævnt, rækker jo kun til 5-6 timers elforbrug. Tapper man mere fra bilerne, begynder de at komme i fare for ikke at kunne køre.
Det fleksible elforbrug udgør ifølge IDA kun knap 10 % af det totale, hvilket er rimeligt nok, men det dækker jo heller ikke noget. Problemstillingen er vist mere detaljeret på fig. 6 og 7. Fig. 6 er en situation, hvor der er et stort overskud af produceret strøm fra solcellerne og vindmøllerne. Produktionen er den røde kurve, mens det normale forventelige forbrug er angivet med blåt. Da vi har for meget strøm, gælder det om at få brugt mest muligt, og brintelektrolysen er da skruet op på maksimum, svarende til 6000 MW og fleksibiliteten på det øvrige forbrug er udnyttet fuldt ud med et ekstra træk på 730 MW. Det er nok ret usandsynligt, at det kan lade sig gøre, da det er i juli måned, og behovet for f.eks. varme er meget lille, hvorved de elektrisk drevne varmeanlæg vil køre på meget lav kapacitet. Men den justerede kurve (violet) er stadigvæk ikke i nærheden af produktionen, der udviser et overskud på op til 7000 MW.
Fig. 7 viser et eksempel på den omvendte situation, hvor sol og vind producerer meget mindre strøm, end der er brug for. Igen kan vi gribe til de justeringsmuligheder, IDA peger på. Denne gang standses al elektrolyse af brint (- 3000 MW), fleksibiliteten udnyttes fuldt ud (-730 MW) og hertil lader vi gaskraftværkerne køre på fuld kapacitet (svarende til en nedsættelse af behovet af sol- og vindstrøm) på 1400 MW. Alligevel er selv den justerede kurve op til 6000 MW højere end produktionen.
For at tackle situationen sætter IDA sin lid til import og eksport af strøm:
Energisystemanalyserne i IDA’s Klimasvar viser, at disse tiltag bringer ubalancerne mellem produktion og forbrug af el i det samlede system i 2030 ned på et niveau, der kan udtrykkes ved følgende:
- En tvungen eleksport hhv. stop af vindmøller på 3,60 TWh/år svarende til 6 pct. af den samlede elproduktion.
- En produktion af el på spids- og reservelast kraftværker eller fra import også på 3,65 TWh/år svarende 6 pct. af det samlede elforbrug.
Figur 8 viser den tidsmæssige fordeling af disse ubalancer i form af resultatet af en timesimulering af energisystemet i 2030.
Med dette princip vil en del af ubalancen kunne afhjælpes til gensidig fordel ved udveksling med vores nabolande. Ift. opgørelsen af CO2-reduktioner er det forudsat, at halvdelen af denne ubalance kan udveksles med nabolande til gensidig fordel. Dvs. forskelle i vind og sol mellem landene samt lagermuligheder i især den norske vandkraft forudsættes at udligne hinanden uden at dansk import fører til øget kraftværksproduktion.
Tilsvarende analyser for 2045-scenariet viser en import/eksport af 4,81 TWh ud af en total el-produktion på ca. 97 TWh og et tab på 4,97 TWh.
Man bemærker her, at ubalanceproblemet er løst via en modelsimulering (fig. 9) og ikke data fra den virkelige verden. Disse viser ellers, at de store udsving i produktionen fra sol og vind ikke kun er begrænset til Danmark, men at det ofte forekommer, at vindstille kan ramme hele Europa på én gang. Samtidigt giver solen jo ikke noget hver nat.
Situationen er vist på fig. 9 hvor det samlede output fra sol og vind i seks europæiske lande er talt sammen for månederne januar-marts 2018. Man ser de kolossale udsving omkring gennemsnittet, hvor netop forbruget skal ligge ifølge IDA. Bemærk f.eks. starten af februar, hvor der er mange dage med langt lavere energiproduktion end behovet.
Konklusion
Papir og regnemodeller er taknemmelige. Afhængigt af hvad man putter ind i dem, kan man få et hvilket som helst resultat. IDA og AAU har gjort et meget stort stykke arbejde med deres rapport, men desværre bidrager den ikke nævneværdigt til løsningen af den udfordring, Danmark står overfor, med de selvpålagte helt urealistiske klimamål.
Kurverne ovenfor viser igen med al ønskelig tydelighed at forsyningen fra en kombination af sol og vind er alt for variabel, både over lang tid og fra time til time, til at danne grundlaget for en stabil forsyning af elektricitet. Fremtidens samfund skal elektrificeres meget mere end vi gør i dag, og det vil kun gøre problemet større. Forbruget kan ikke justeres op og ned i takt med produktionen, og der vil kronisk være ubalancer.
Det er værd at nævne at en større satsning på solenergi faktisk vil gøre situationen endnu værre. Solen påtrykker systemet faste svingninger over døgnet. Men dertil kommer, at solen i Danmark yder meget mindre on vinteren end om sommeren (10 % af sommerens produktion), selvom det ellers er om vinteren, at man generelt har brug for mere elektricitet, til varme og lys m.v. Pudsigt nok taler man altid om opladning af elbiler om natten, “hvor strømmen er billig”, men i et solcelle-baseret system skulle man snarere lade op om dagen – og det betyder, at folk ikke skal lade op hjemme, men derimod på deres arbejdspladser.
Et andet problem er, at for at kunne opretholde en stabil spænding og frekvens på et elnet skal der være en kørende grundlast bestående af tunge generatorer. Deres svingningsenergi udjævner de små variationer i forholdet mellem strømforsyningen og det aktuelle forbrug minut for minut (7). Vindmøller og solceller kan ikke løse denne opgave. Det nævner IDA dog ikke noget om i deres rapport.
Konklusionen er helt klart at det ikke kan nytte noget at drømme om en energiforsyning baseret på sol og vind, med mindre man har massiv backup enten fra lagre eller andre energikilder. Det gælder hvert enkelt land, og det gælder store områder som f.eks. Europa. IDA henviser til nye europæiske vedtagelser for omfanget af backup-kraftværker. De er nok primært baseret på Tyskland, der med sin ”Energiewende” styrer lige lukt mod katastrofen (8). Det er ikke et eksempel til efterfølgelse.
(1): https://vbn.aau.dk/ws/portalfiles/portal/413672453/IDAs_klimasvar_2045_ver_02062021.pdf
(2): ”Klimaplan 2030 – Reallisme eller utopi”, Vindinge, 2020 s. 26-28
(3): https://klimarealisme.dk/2021/06/16/geotermi/
(4): https://klimaraadet.dk/sites/default/files/downloads/klimaraadet_biomassens_rapportno4_digi_01.pdf
(5): Data fra Søren Holst Kjærsgård. Se også (6)
(6): http://reo.dk/wp-content/uploads/Danish-and-European-Energy-2018.pdf
(7): Frank Hennig: “Klimadämmerung”, München 2021, s. 31 f.f.
Danish