Debatindlæg, Energipolitik, PME, Vind og Sol

Vedvarende drømmerier

I Weekendavisen var der for nyligt et indslag, der omtalte en videnskabelig artikel, M. Victoria et al., om overgangen til vedvarende energi (VE). Artiklens konklusion var, at man ikke skal tøve med omstillingen, det er billigst at sætte fuld skrue på udbygningen med vind og sol hurtigst muligt. Undertegnede blev så nysgerrig efter at se, hvordan man rent faktisk vil realisere en energiforsyning stort set baseret på variabel ”vedvarende energi”. Fig. 1 viser, hvordan Europas energiforsyning ifølge Victoria et al. skulle se ud i 2050.

Fig. 1: Europas energiforsyning i 2050. Orange streger er udvekslingen mellem landene. Cirklerne angiver størrelsen af hvert lands energiproduktion med andelene af havvind (mørkegrøn), landvind (grøn), sol (lysegrøn) og vandkraft (blå).

Den består af solceller og vindmøller til lands og til havs og så en lille smule vandkraft de steder, hvor det er muligt. Af fig. 1 fremgår det, at der skal etableres meget kraftige forbindelser mellem de enkelte landes elnet; det skulle udjævne eventuelle perioder med svag vind og lidt sol. Alligevel er det bemærkelsesværdigt, som hele Sydeuropa næsten udelukkende skal bruge solenergi, den giver jo ingenting i mindst 12 timer hvert døgn. Hertil har forfatterne følgende løsninger:

I lande og år, hvor der er opstillet store solcellekapaciteter er det også økonomisk fordelagtigt at installere store batterikapaciteter for at udjævne de stærke daglige variationer. I modsætning hertil kræver land- og havvindmøller brintlagre og stærkere sammenkobling mellem lande for at håndtere svingningerne i vindenergien.

Så grundlæggende kan man etablere en energiforsyning, der helt og holdent er baseret på sol og vind, parret med batterier, brint og en masse kabelforbindelser mellem landene. Læseren bliver jo så nysgerrig efter hvilken dokumentation, der måtte være for levedygtigheden af sådan en situation, både økonomisk og i praksis med stærkt svingende vind og sol.

Der er en meget righoldig litteratur om emnet, mange forskere er i gang med studier og med opsummeringer af hinandens arbejder. Næsten alt arbejdet er baseret på computermodeller af energi og økonomi. Grundlaget er visse antagelser om vejret: Vinden og solens foranderlighed over tid. Mange artikler har udvalgt vejrdata fra et enkelt år og opgør så situationen time for time, f.eks. i alle de europæiske lande. Det er jo en fornuftig og virkelighedsnær tilgang.

Vi har ved tidligere lejligheder beskrevet, hvordan batterier som energilagre i stor skala vil indebære prohibitivt store investeringer. Hvordan kommer energiforskningen så uden om det problem?

Et eksempel er en artikel af T. W. Brown et al. Den indledes med følgende svada:

Der er bred videnskabelig konsensus om, at menneskeskabte udledninger af drivhusgasser skal nedbringes kraftigt i de kommende årtier for at undgå en katastrofal global opvarmning.

Så er det på plads. Som et andet karakteristisk element rummer artiklen en total afvisning af enhver snak om kernekraft. Der er kun uran til få års forbrug med den nuværende teknologi, og de nye typer af værker (f.eks. smeltet salt eller thorium-baseret) er endnu ikke teknologisk modne, og vil derfor ikke spille nogen rolle i artiklens scenarier frem til 2050.

Til gengæld kan man læse følgende om batterier:

Det står klart, at der er potentiale for at anvende allerede etableret litium-batteri-teknologi i stor skala og til lave omkostninger. Teknologien er allerede velkendt i elektriske apparater og i stigende grad i eldrevne biler, hvilke i fremtiden vil sikre en stabil og billig forsyning af brugte stationære batterier. Omkostningerne falder så hurtigt, at kombinationer af solenergi og batterier vil være konkurrencedygtige med konventionelle systemer i områder med meget solskin.

Og om andre lagringsteknologier:

Mange andre lagringsmetoder til strøm er ikke bare eftervist i pilotskala men allerede i kommerciel drift, inkl. komprimeret luft i stor skala. Teknologier, der omdanner elektricitet til gas, ved elektrolyse af brint med mulighed for efterfølgende omdannelse til metan er allerede eftervist i MW (megawatt) skala. Brint kan enten bruges i stedet for naturgas, (i et vist omfang) bruges i brintbiler, omdannes til andre syntetiske brændstoffer eller bruges til fremstilling af strøm til nettet.

Her er der – i modsætning til kernekraften – åbenbart ikke nogen betænkeligheder mht. den teknologiske modenhed. Artiklen kommer ikke nærmere ind på batterierne, der er ikke nogen analyse af kapacitetsbehovet eller de mulige investeringer.

Det er faktisk svært at finde separate udregninger af omkostningerne til lagre. Det hele pakkes ind i modellernes resultater, der altid er udtrykt ved udgift pr. kWh, og som selvfølgeligt viser, at den vedvarende energi er både prisbillig og konkurrencedygtig og helt uden problemer.

Som nævnt i M. Victoria er én af metoderne at forbinde landene med kabelforbindelser med stor kapacitet. En artikel af D. P. Schlachtberger et al. konkluderer netop, at jo flere forbindelser, jo lavere bliver prisen på den vedvarende energi. Her nævnes batterier og brint til backup, men de nødvendige kapaciteter bliver ikke berørt, der er kun et par intetsigende figurer som vist i fig. 2. Her er tallene ”normaliserede” og viser derved variationerne over året eller måneden, men ikke nogen absolutte tal.

Fig. 2: Behov for energilagre over året (øverst): Brint og vandkraft, og for en enkelt måned (nederst): Batterier, brint og vandkraft. Alle tal “normaliserede” mellem 0 og 1.

Et hyppigt brugt argument for batteriløsninger er de hastigt faldende priser. Fig. 3 viser et sådant bud, hvor man fremskriver på basis af historiske tal. Her er der dog en tilbøjelighed til at overse, at prisniveauet på store batteriinstallationer til elektricitetsforsyningen er væsentligt dyrere end små batterier til biler eller husholdninger og man kan ikke forvente de samme reduktioner over tid. D. P. Schlachtberger et al. refererer således en pris på ca. 150 EUR/kWh. En anden artikel, O. Schmidt et al., nævner en fremtidig pris på 340 US$ (+/- 60 $) pr. kWh.

Fig. 3: Fremskrivning (fra 2015) over prisen på litiumbatterier i US$/kWh. Den blå stiplede kurve fremkommer som en kombination af teknisk udvikling og erfaringer fra storskala-produktion og -anvendelse.

Flere af artiklerne refererer til et arbejde af C. Budischak et al., hvor der også regnes på scenarier med 100 % sol og vind som energikilder med diverse backup. Her er det ikke Europa, men et område i det nordøstlige USA. Man har kigget på den del af forsyningen, som et enkelt transmissionsselskab står for, og parret de oplysninger med data for vejret i 4 år (1999-2002), time for time. Selskabet styrede en samlet produktionskapacitet på 72 GW, med et gennemsnitligt forbrug på 31,5 GW. Målet med simuleringerne var, at hele forsyningen skulle komme fra sol og vind + lagring, og man ønskede at finde den billigste løsning.

Man arbejdede med tre forskellige metoder til lagring:
1: Bilbatterier, koblet op til netværket og trukket på i forbindelse med manglende produktion fra sol og vind.
2: Brint som lager.
3: Store centrale litiumbatterier.

Tabel 1 viser resultatet for den billigste løsning (pris pr. kWh) med bilbatterierne:

Tabel 1: Energiforsyning i område i USA, hvor sol og vind dækker 99,9% af behovet, resten leveres af fossile kraftværker. Scenarie hvor strømmen lagres i folks private bilbatterier. Installeret effekt og produceret energimængde er opgivet for hver energikilde. Faktoren i højre kolonne er udregnet som produktionen divideret med kapaciteten. Alle årstal omregnet til gennemsnit udtrykt i GW.

Tabel 2 har tallene for lagring med store litiumbatterier:

Tabel 2: Samme situation som tabel 1, men nu med centrale batterier som energilager. Den producerede energi er udregnet ud fra installeret kapacitet multipliceret med faktorerne fra tabel 1.

Batterierne skal have en effekt tæt på det maksimale forbrug, således at de i værste fald kan stå for forsyningen alene. Behovet for lagring af energi virker meget lavt, 362 GWh, hvilket kun ville dække ca. 6 timers leverancer med fuld effekt.

Men hovedelementet i systemet her er, at der er en voldsom overkapacitet af de vedvarende energikilder. Behovet i alt er, som nævnt, en kapacitet på 72 GW og et gennemsnitligt forbrug på 31,5 GW. I scenariet har vi installeret 50 GW sol alene + 190 GW vindmøller = 240 GW i alt. De vil så levere 88,1 GW i gennemsnit, versus behovet på de 31,5 GW.

Noget af den overskydende kapacitet bruges selvfølgeligt til opladning af batteriet, men den strøm batteriet derefter leverer, skal naturligvis fratrækkes leverancen fra sol og vind. Resten af den overskydende strøm vil simpelthen gå til spilde. Nogen vil måske hævde, at den blot kan eksporteres, men det kan den jo ikke, hvis alle naboområderne har opstillet tilsvarende løsninger. Fig. 4 illustrerer situationen i blot en enkelt uge, her ser man hvordan betydelige mængder af energi går til spilde, især i ugens sidste dage.

Fig. 4: C. Budischak et al.s resultater for en enkelt uge for de tre backup-scenarier: Venstre: Brint, Midten: Centrale batterier, højre: Bilbatterier. Øverste række viser leverancerne fra havvind (blå), landvind (magenta) og sol (gul) sammenholdt med forbruget (sort kurve). Nederste række viser den samlede produktion (grøn), leverance fra lageret (grå), tilskud fra fossil energi (rød) og spildt energi (gulbrun).

Der er ingen tvivl om, at en voldsom overkapacitet, af især vindkraft, vil nedbringe behovet for lagring. I svag blæst vil de mange møller alligevel levere noget strøm, og man får også måske lidt mere hjælp fra de geografiske variationer, der trods alt vil være i vindstyrken.

Men det er en dyr løsning. Overført til danske forhold, med et gennemsnitligt elforbrug omkring 5 GW, ville det svare til, at vi skulle opstille noget, der ligner 8 GW solceller, 20 GW havvind og 10 GW landvind. I dag har vi i alt ca. 6 GW vindmøller og 1 GW solceller.

Det opgivne tal for batteriets effekt må der, som nævnt, sættes spørgsmålstegn ved. 362 GWh svarer kun til godt 11 timers gennemsnitligt forbrug, og det vil næppe bringe os igennem bare en enkelt nat med vindstille. Man ser også på fig. 4, at batterikapaciteten er for lille, fordi der bliver brug for fossil strøm et par dage ind i ugen. Mærkeligt nok kræver artiklens scenarier med brint til backup et lager på ikke mindre end 2899 GWh, denne forskel kommenteres ikke.

Med en pris på 300 US$ pr. kWh vil et batteri på 362 GWh koste ca. 108 milliarder dollars, eller tæt på 700 milliarder DKK. Hvis tallet for brintlageret er tættere på sandheden, kommer vi knap 10 gange højere op i pris for et tilsvarende batteri.

Konklusion

Der er en meget omfattende litteratur om den grønne omstilling, og hvordan dens økonomi vil være.  Forudsætningen er altid, at farlige klimaforandringer gør omstillingen helt nødvendig. Den skal baseres på solceller og vindmøller, kernekraft bliver som regel helt fravalgt, selv som en del af løsningen.

Det er bredt erkendt, at sol og vind er meget variable, og dette problem må tackles på én eller anden måde. Her er de hyppigst foreslåede muligheder:

  • Forbindelse af store geografiske områder udjævner de lokale variation i vind og sol.
  • Batterier som backup. Batterierne forventes at blive meget billigere i den nærmeste fremtid og dermed er løsningen realistisk.
  • Gigantisk overkapacitet af vedvarende energi. Derved bliver det lettere at opfylde behovet, og overskydende energi kan blot gå til spilde (eller f.eks. bruges til varmeproduktion i et vist omfang). Overkapaciteten vil nedbringe størrelsen af batterier eller anden backup og dermed investeringen, til gengæld skal der installeres mange flere vindmøller og solceller. Løsningen er i øvrigt også foreslået som metode til at håndtere korttidsudsving i energiforsyningen og -forbruget, idet man løbende kører produktionen op og ned ved at slå møller fra eller koble dem til.

Størstedelen af vedvarende-energi-forskningen er centreret omkring modelberegninger, og ligesom med klimaforskningen må man erindre sig, at modellernes resultater ikke er bedre end de forudsætninger som forskerne har lagt ind i dem. Det er bemærkelsesværdigt, at der ikke gøres meget for at kigge nærmere på de praktiske detaljer, f.eks. vedr. batteriernes nødvendige størrelse i de enkelte fremtidsscenarier. Her er langt de fleste artikler tavse, og gemmer resultaterne bag økonomiske tal.

Please follow and like us:
Del på de sociale medier

6 Comments

  1. Michael Johansen

    Nu er jeg ikke ekspert i energiforsyning, men hvad med konvertering frem og tilbage mellem AC og DC?
    Jeg formoder at vindmøller laver AC og solpaneler laver DC og batterierne kører jo DC men forbrugerne skal have AC. Hvor store tab giver al den konvertering egentlig?

  2. Pingback: Solens indflydelse på temperaturen – Klimarealisme.dk

  3. Hans Henrik Hansen

    “Du kan læse om sagen i bogen “Klimaplan 2030 – Realisme eller Utopi””
    – tak for henvisningen. Jeg er netop faldet over en interessant, britisk artikel med samme tema:
    “Nobody in Westminster seems aware of just how much we depend on fossil fuels. Do they seriously think we can switch the entire economy to wind power, simply because they say so? Without any means of storing electricity in bulk? This utopian plan is almost certain to fail.”
    https://mailchi.mp/0df32ad7ed20/press-releasefailure-of-net-zero-policy-virtually-certain-senior-engineer-warns-184202

  4. Bertel Lohmann Andersen

    “Videnskabelig konsensus” er et sprogligt og filosofisk misfoster: i videnskaben er et argument sandt eller falsk. Helt uafhængigt af, hvor mange der “stemmer på” det ene eller det andet. Basta!

  5. Hans Henrik Hansen

    Tak for en ganske bred og grundig analyse! Der kunne måske være behov for lidt mere omtale af ‘Brint som lager’, et begreb der vel i dansk kontekst normalt præsenteres som ‘PtX’(?):

    https://www.danskenergi.dk/sites/danskenergi.dk/files/media/dokumenter/2021-04/PTX-Barometre-status-for-ptx-gamechangere-anno2021_0.pdf

    Som jeg forstår det, er PtX eksempelvis tiltænkt en central rolle i forbindelse med ‘Energiø’-projektet, og står således p.t. højere på den nationale rangliste end ‘store batterier’!?

    En anden (dansk) lagringsteknologi omtales her:

    https://www.stiesdal.com/storage/the-gridscale-technology-explained/

    • Søren Hansen

      Hej Hans Henrik,
      Energistyrelsens drømmerier orkede jeg ikke at kigge på i detaljer. Du kan læse om sagen i bogen “Klimaplan 2030 – Realisme eller Utopi”, her er der afsnit om brint, PtX og stenlagre.
      https://klimarealisme.dk/2020/11/30/klimaplan-2030/
      Der er også vores små videoer om PtX og lagring af energi. Heri omtales bl.a. stenlagrene. Det er jo en teknologi, som aldrig kan komme til at spille nogen som helst rolle i praksis, pga. de uhyrlige energitab, der er involveret. For hver kWh strøm man forsøger at få lagret, kan man kun regne med at få måske 0,4 kWh tilbage (det fremgår faktisk også af din artikel, der taler om “a 4 MW/2 MW charge/discharge unit”, dvs. man kan kun trække halvdelen ud). Og det nødvendige stenbjerg bliver enormt, som vist i videoen:
      https://klimarealisme.dk/2020/11/25/video-energilagring/

Leave a Comment

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

*